@ 2017.02.18 , 18:00

为何冷和热会让我们感觉到痛

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炽热的烤盘,寒冷的冰块,在热学上是完全不相同的两个状况,但是在皮肤看来,这两个东西都能刺激痛觉的产生。大家都知道,极冷和极热对于皮肤和组织,都能产生严重的伤害,所以皮肤成了人类保护本体的感知器。而大脑则能通过皮肤传来的信号,不论冷热,给自己一种非常难受的自我保护回馈——产生痛觉。

我们经常认为,充满神经末梢和接收器的皮肤,主要作用是感受触碰,产生触觉。不过这些“触觉”,更专业的名词是somatosensation,体感,其实包含了很多种不同的感知系统。

首先当然是触觉本身,这种感知系统能识别皮肤接收到的机械刺激。接着,肌肉和皮肤都有本体感知系统,这种感知能确定身体各个部位的位置和朝向,比如做表情;然后是今天要说的Nociception,痛感。这种感觉总体来讲,就是生物探测有害刺激的感觉。顾名思义,痛觉,就是痛感系统的一个反馈。

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痛觉的发生,一般是痛感神经收到了机械、化学或者热学的刺激,传输神经信号到大脑,大脑分析信号后发现可能的伤害,给相对应的身体部分产生痛觉,然后根据需要,原理刺激源头。有些时候,保护性反射速度快过大脑分析的速度,比如一些非条件反射。举个例子,手被烧到,一般大家先把手收回来,再慢慢感觉到痛,这是因为痛觉神经信号经过脊柱反射,直接刺激手臂肌肉,同时传输到大脑,大脑再做出痛觉反馈。因为大脑的回路较长,所以痛觉之后发生。

因为痛觉对于生物体的保护如此重要,相比起其他的感觉,痛感神经系统没有特殊的细胞接收器,这样减少了一级化学反馈,减少反应时间。视觉接收器有视锥细胞和视杆细胞,这些细胞在光照下产生化学反应,通过分泌出的离子给视神经信号;嗅觉、味觉接收器,在接收到特定分子后,会根据产生的化学键分泌离子,再传给神经末梢。而痛感神经,有自己单独反馈回路,并且没有细胞感受器,直接由神经元细胞壁上的蛋白质接收外界的刺激,这样信号生成就更快。

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研究最多的蛋白质是TRPV1,瞬间感受器电位阳离子通道,子类A,成员1。这种蛋白质专门接收极热的刺激。 TRPV1在42摄氏度以下就会休眠,只要温度一超过42度,蛋白质通道启动,神经元外部离子瞬间涌入内部,产生一个电信号。这也就是为什么,在42摄氏度上下,不论是老鼠还是人类,都是“温暖”到“烫”的一个门槛。

研究第二多的是,TRPM8,瞬态感受器阳离子电压通道,子分类 M,成员 8。这种蛋白质专门接收冷的刺激。这个蛋白质大约在26摄氏度以下被激活,打开离子通道,离子涌入,导致神经元皮质去极化,产生一个动作电位,给大脑一个电信号。

如果TRPM8只管26摄氏度以下的寒冷,如果再冷一些呢,还是它来管吗?其实不是,在极冷的情况下,TRPM8就失效了,工作就要转给TRPA1。因为科学界对于这个蛋白质的理解不是很多,只知道在极冷的情况下工作,比如冰激凌的刺激,所以不清楚它是否是接受到冷信号,还是等TRPM8失效后自行解锁的。

因为痛感神经是蛋白质直接控制的,在不同的条件下,蛋白质的活性不一样,所以给大脑的信号也有强弱之分。举个例子,一般40度左右的洗澡水,大家会觉得很舒服。但是当你在海滩上玩了一整天,皮肤晒得通红,再去洗澡,可能高于体温一点点就会觉得疼痛不已。这是因为TRPV1在皮肤红肿、防御系统工作的时候,活性会上升,增加疼痛感觉,代替你妈妈说你几句。

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不过呢,毕竟是蛋白质的活动,能刺激蛋白质的不只是温度。比如一些植物的分泌物,就能导致这些痛觉的产生。最出名的是辣椒素。

首先说明,辣味,不是舌头能感觉的味觉之一。舌头能感觉的味觉,现在人类都还没有区分好,小学的时候讲的是4味,酸、甜、苦、咸;21世纪后,日本科学家一百年前发现,中国厨师了解千年的“鲜味”,终于被科学界接受,被定义为“氨基酸的味道”,所以现在是“酸甜苦咸鲜”五味。

辣味,是舌头上的痛感神经产生的一种痛觉,因为是在嘴里产生的,所以很容易被认为是一种味觉。其实,在身体敏感的地方,涂上有辣椒素的东西,也保证你能嗨翻天。辣椒素刺激的对象就是TRPV1,产生的反应就是离子通道大开,痛觉源源不断。

同样的,薄荷醇,冰素等等化学物质,对于26度C的TRPM8蛋白也有相同的刺激效果。所以大家吃口香糖,那种“清新”感觉是一种舌头被迷惑的降温感。至于TRPV1,别名叫做“芥末接收器”,在接受芥菜等植物时能发大招。所以抹茶冰激凌和芥末是一个口感,还是有原因的

不过话又说回来,植物分泌物为啥要刺激动物的痛感神经呢?其实大家都知道,辣椒、薄荷、芥末辛辛苦苦长出来那么多刺激物,就是为了防止我们这些高等消费者吃呀,结果我们不但不远离,反而吃出那么多花样。这也就是为什么,在鱼类,鸟类和兔子等等动物体内的TRPV1蛋白质不会被辣椒素影响到,而老鼠和人类会有辣味,是因为它们生来不吃辣椒。

说到最后,当你下次欢天喜地和同学吃着重庆火锅,或者陪着妹子在日料店里沾芥末,还是抽完烟不让爸妈发现嚼一片口香糖,回想一下这几百万年的进化之路,动物为了保护自己演化的痛感神经,制造出来那么多神奇的蛋白质;植物用来防卫自己的分泌物,费劲心思连接到人类的痛感神经。这如此神奇的一切的一切,现在被用来增加口福之享。

竟然觉得挺带感的,赶紧多吃几口。

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本文译自 BBC,由译者 小鱼儿 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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