Lämpöreseptorit ovat reseptoreita , jotka havaitsevat ympäristön lämpötilasignaaleja. Ne ovat olennainen osa lämpösäätelyjärjestelmää , joka ylläpitää lämminveristen eläinten lämpötilan homeostaasia . David Julius ja Ardem Pataputyan saivat vuoden 2021 Nobelin fysiologian palkinnon [1] [2] [3] lämpöreseption ja mekaanisen havaitsemisen taustalla olevien molekyylimekanismien löytämisestä .
Nisäkkäillä perifeeriset lämpöreseptorit sijaitsevat ihossa, silmän sarveiskalvossa ja limakalvoilla. Myös kehon sisäosissa on lämpöreseptoreita. Ihon lämpöreseptorien reseptiiviset kentät muodostavat noin 1 mm:n kokoisia kylmälle tai kuumuudelle herkkiä pisteitä, jotka muodostavat jotain mosaiikkia. Lämpöreseptoreista tulevat signaalit välittyvät selkärangan hermosoluihin ja saavuttavat talamuksen ytimet ja retikulaarimuodostelman spinotalamista ja spinoretikulaarista reittiä pitkin . Lisäksi nämä signaalit välittyvät hypotalamuksen ytimiin , jotka vastaavat lämmön vapautumisen ja kehon jäähdytyksen autonomisesta säätelystä, ja somatosensoriseen aivokuoreen. Itse hypotalamuksessa on lämpöherkkiä hermosoluja, jotka seuraavat aivojen lämpötilan paikallisia muutoksia ja säätelevät sitä. Viime vuosina on todettu, että kehon lämpötilaa säätelevät hypotalamuksen lisäksi myös muut lämpöefektorireitit, joilla on omat afferentti- ja efferenttihaarat [ ] .
Perifeeriset lämpöreseptorit jaetaan kylmiin, jotka havaitsevat kylmiä signaaleja, ja termeihin, jotka havaitsevat lämpösignaaleja. Kun ympäristön lämpötila on niin kutsutulla "neutraalilla" alueella, noin 30 °C, niin lämpö- ja kylmäreseptorit toimivat minimaalisella aktiivisuudella. Lämpöreseptorien aktiivisuus lisääntyy, mitä enemmän, sitä voimakkaampi on poikkeama neutraalista alueesta. Lämpöherkistä reseptoreista peräisin olevia afferentteja signaaleja on neljää tyyppiä. Kun lämpötila laskee kohtalaisesti, noin 30 - 15 ° C, kylmäreseptorit aktivoituvat, mikä tuntuu subjektiivisesti viileältä tai kylmältä. Kun ympäristön lämpötila nousee yli 30 ° C, lämpöreseptorien aktiivisuus lisääntyy, mikä tuntuu lämmönä tai lämmönä. Alle 15 °C ja yli 43 °C:ssa ei aktivoidu vain kohtalaisen lämmön tai kylmän lämpöreseptorit, vaan myös äärimmäiselle kuumuudelle tai äärimmäiselle kylmälle herkät kipureseptorit , ja kiputuntemukset sekoittuvat lämpötilan tuntemuksiin [5] .
Lämpöreseptoreiden toimintamekanismeja tutkitaan aktiivisesti molekyylitasolla. Tällä hetkellä uskotaan, että TRP-perheen proteiinit, jotka muodostavat kalvon ionikanavia, ovat pääroolissa lämpötilaherkkyydessä [6] .
Ensisijaiset lämpöherkät neuronit ovat pseudounipolaarisia hermosoluja , joiden ruumiit sijaitsevat selkäydinhermosolmuissa ja aksonit on jaettu kahteen haaraan. Ensimmäinen haara hermottaa perifeerisiä kudoksia, kuten ihoa tai limakalvoja, ja on lämpötila-anturi. Toinen haara lähettää signaaleja selkäytimen sekundaarisille hermosoluille tai aivojen sensoriytimille. Päätä ja kasvoja hermottavien lämpöherkkien hermosolujen ruumiit sijaitsevat kolmoishermosolmussa ( lat. ganglion trigeminale ). Lämpötilasignaalit välittyvät Aδ-tyypin (myelinisoitunut) ja tyypin C (myelinisoitumaton) hermosäikeitä pitkin, ja ne voivat seurata kolmea reittiä. Aδ-tyypin myelinisoidut kuidut välittävät nopeasti signaaleja, jotka vaativat välitöntä reagointia, esimerkiksi silloin, kun on välttämätöntä välttää palovammoja joutuessaan kosketuksiin kuuman esineen kanssa, ja selkäytimen interneuronit osallistuvat tähän vetäytymisrefleksiin, mukaan lukien refleksivaste ilman hermoston korkeampien osien osallistumista. Tieto välittyy hitaasti myelinisoimattomien tyypin C kuitujen kautta ja selkäytimen sekundaaristen interneuronien kautta spinothalamista reittiä pitkin talamukseen ja sitten somatosensoriseen aivokuoreen, jossa subjektiivisen lämpötilan havainnoinnin integratiiviset toiminnot aktivoituvat. Lopuksi kolmas signaalinvälitysreitti johtaa lateraaliseen parabrakiaaliseen ytimeen (ponn ja keskiaivojen risteyksessä), josta lämpötilatieto tulee hypotalamuksen preoptisen alueen ytimiin, jotka vastaavat lämmönsäätelystä. Vuonna 2017 tehty tutkimus osoittaa tämän viimeisen polun suhteellisen merkityksen [7] . 9.
Lämpötilaherkkyyden mekanismi molekyylitasolla perustuu tiettyjen proteiinien muodostamien kanavien ioninjohtavuuden muutokseen. Hermosolujen piikkien taajuus riippuu kanavan ioninjohtavuudesta, joka puolestaan riippuu lämpötilasta. Viime vuosikymmeninä on löydetty useita TRP (transient receptor potentsiaalse) -perheen proteiineja, joiden lämpötilavasteprofiilit kattavat koko fysiologisen lämpötila-alueen. Näitä proteiineja pidetään todennäköisimpänä ehdokkaana molekyylilämpötila-anturien rooliin [8] . Kuitenkin muita toistaiseksi tuntemattomia lämpöherkkyyden molekyylimekanismeja epäillään [5] , ja tutkimus tällä alueella jatkuu.
Kronologisesti ensimmäinen reseptori, jonka rooli kivun ja lämmön havainnoinnissa todettiin luotettavasti, oli vuonna 1997 löydetty reseptori, nimeltään TRPV1 (vanilloidireseptori 1), joka kuuluu TRPV -alaperheeseen suuresta TRP -perheestä ( transient reseptoripotentiaali ) . Tämä reseptori on ei-selektiivinen ionikanava, joka pystyy kuljettamaan Ca 2+ -ioneja . Se aktivoituu kapsaisiinin (pippurien komponentti) ja protonien (happokemiallinen palaminen ) vaikutuksesta sekä yli 43 °C:n lämpötiloissa. Subjektiivisesti tämän reseptorin aktivoituminen tuntuu polttavana tunteena tai polttavana kipuna. Eläimillä, joista puuttuu tämä reseptori, on vähentynyt herkkyys kivulle ja kuumuudelle. Aineita, jotka edistävät tämän reseptorin herkistymistä, vapautuvat tulehtuneisiin kudoksiin, joten tulehduspesäkkeet kehossa tuntuvat kuumilta [2] .
Kylmäreseptorin löysi kaksi ryhmää vuonna 2002. Se on nimetty TRPM8:ksi (melastatiinireseptori 8), joka kuuluu TRPM -alaperheeseen . Se on myös ei-selektiivinen ionikanava kationeille, läpäisevä kalsiumioneja, ja sen aktivoivat mentoli ja erityisesti isilliini , tämän reseptorin voimakas synteettinen agonisti, noin 200 kertaa aktiivisempi kuin mentoli. Tiedot TRPM8:n lämpötilaherkkyydestä vaihtelevat, mutta keskimääräinen herkkyysalue on 8-28 °C, maksimi lämpötilassa noin 10 °C [9] . Subjektiivisesti tämän reseptorin aktivoituminen tuntuu kylmänä tai kipuna. Eläimillä, joista puuttuu tämä reseptori, on heikentynyt herkkyys kylmälle.
TRPM8-reseptoreita sisältävät neuronit hermottavat silmän sarveiskalvoa ja pystyvät havaitsemaan sarveiskalvon lämpötilan lievän laskun, jopa 1°C. Vastaus tällaiseen laskuun on repeytys, joka tapahtuu refleksiivisesti kylmässä tai voimakkaassa tuulessa, jolloin sarveiskalvo jäähtyy nesteen haihtumisen vuoksi. Siten kylmäreseptorit ovat epäsuorasti mukana sarveiskalvon fysiologisen hydraatiotason ylläpitämisessä [10] .