Medycyna

Skąd wiemy, jaki jest świat? Pytam o rzeczywistość, która nas otacza. O zapachy, dźwięki, poczucie ciepła i zimna czy dotyk. Oczywiście także o wzrok, który obecnie jest dla nas głównym źródłem informacji o otoczeniu (a dzięki materiałom wideo w zasadzie o całym świecie). Tegoroczni nobliści z medycyny i fizjologii panowie David Julius i Ardem Patapoutian zostali docenieni za odkrycie receptorów pozwalających odczuwać dotyk oraz ciepło i zimno.

Zasada wydaje się prosta. Dotykamy skóry, a umieszczone w niej receptory ten dotyk – bodziec – zamieniają na impuls elektryczny, który następnie nerwami wędruje do mózgu. Tam jest zamieniany (właściwie interpretowany) i stąd bierze się informacja, że ktoś nas dotknął lub coś nas dotknęło. Tak, brzmi to prosto, choć proste z całą pewnością nie jest. Bo jak to się dzieje, że mechaniczny ucisk zamieniany jest na impuls elektryczny? Co konkretnie dzieje się w receptorze? Do jakich przemian w nim dochodzi? Te same pytania można stawiać w kontekście odczucia ciepła i zimna.

Tegoroczni nobliści pracowali oddzielnie. David Julius badał kapsaicynę – związek chemiczny nadający paprykom ostry smak. Co ciekawe, u ludzi receptory ostrych smaków to te same receptory, które odczuwają wysoką temperaturę. W zasadzie nie rozróżniamy tych bodźców. Dlatego właśnie, gdy jemy ostre potrawy, pali nas w ustach, a w reklamach ostrych dań pojawiają się ogień i żar. Z kolei mentol to substancja, która „uruchamia” receptory zimna. Z tego powodu w reklamach mentolowych cukierków, past do zębów i gum do żucia zawsze pokazywane są szron i lód. Receptory ciepła i zimna łatwiej się bada poprzez podrażnianie ich odpowiednimi związkami chemicznymi (jak kapsaicyna czy mentol) niż obserwowanie, jak reagują na zmienną temperaturę.

Ardem Patapoutian badał komórki wrażliwe na nacisk. Odczuwanie dotyku jest niezbędne do prawidłowego i bezpiecznego funkcjonowania. Tak jak można sobie wyobrazić funkcjonowanie bez odczuwania ciepła i zimna (w rzeczywistości niewielka grupa ludzi cierpi na takie schorzenie), tak bez receptorów dotyku funkcjonować praktycznie się nie da. To one są bowiem odpowiedzialne za sprawne chwytanie przedmiotów, są zaangażowane we wszystkie codzienne czynności, nawet tak podstawowe jak chodzenie, siedzenie czy leżenie. Bez sygnału, że stopa pewnie stoi na gruncie mózg nie „wiedziałby”, czy ma odrywać drugą nogę, aby postawić kolejny krok. Co więcej, to położone we wnętrzu naszego ciała receptory dotyku odpowiadają za tzw. propriocepcję, czyli poczucie orientacji części ciała. Nie musimy spoglądać na nogi czy ręce, żeby wiedzieć, jak są ułożone.

Tak jak zmysł wzroku dostarcza nam najwięcej informacji o świecie, tak zmysł dotyku w największym stopniu pozwala nam w tym otoczeniu funkcjonować. Tyle tylko, że o tym wiedzieliśmy od dawna. Dzięki tegorocznym noblistom dowiedzieliśmy się natomiast, jak system receptorów działa, i to na samym początku swojej drogi, czyli tam, gdzie pojawia się bodziec. Gdy tegoroczni nobliści rozpoczęli swoje badania, nie było wiadome, czym receptory w ogóle są i jaka jest ich budowa. Domyślano się oczywiście, że znajdują się w skórze, ale niewiele poza tym było jasne.

David Julius (naukowiec nagrodzony za odkrycie receptorów ciepła/zimna) prowadził niezwykle żmudne badania polegające na poszukiwaniu białek, które pod wpływem zmiany temperatury wytwarzają impulsy elektryczne (opowiadając w największym skrócie). Analizy były żmudne, bo sprawdzał ogromną liczbę różnych cząsteczek. W końcu znalazł dwie i zidentyfikował miejsca w łańcuchu DNA, w których zapisany jest przepis na ich tworzenie. Jedna cząstka była wrażliwa na wzrost temperatury (i kapsaicynę) i tylko wtedy generowała impulsy elektryczne, a druga na jej spadek (i na mentol). Pomijając inne bodźce, które wpływają na poczucie temperatury, okazuje się, że receptory ciepła stawały się aktywne, gdy były poddawane temperaturze powyżej 30 st. C. Z kolei receptory zimna dawały sygnał, gdy temperatura spadała poniżej 26–27 st. C. Im było zimniej albo im było cieplej, tym więcej receptorów się „odzywało”. Optymalną temperaturę, czy inaczej komfort cieplny, większość ludzi odczuwa w okolicach 30 st. C. Oczywiście pod warunkiem, że ich ciało nie jest niczym zakryte. Są to dane uśrednione, poczucie temperatury zależy bowiem od wielu czynników, m.in. wilgotności i ruchu powietrza, ale także od poziomu stresu i zmęczenia. W końcu także od diety. Jedząc ostre potrawy, nawet przy niskiej temperaturze odczuwamy gorąco. Dzięki jednemu z tegorocznych noblistów wiemy już, dlaczego tak się dzieje.

Drugi laureat, Ardem Patapoutian, zajmował się receptorami wrażliwymi na nacisk. Co do idei jego układ pomiarowy był bardzo prosty. Identyfikował receptory, które po przyłożeniu do nich siły dawały impuls elektryczny. Zidentyfikował dwa rodzaje takich receptorów oraz oznaczył ponad 70 genów, które brały udział w procesie odczuwania nacisku.

Funkcjonowanie receptorów opiera się na działaniu tzw. kanałów jonowych. Są jak śluzy, które otwierając się bądź zamykając, wpuszczają do wnętrza komórki albo wypuszczają do środowiska pozakomórkowego jony, czyli atomy – albo grupy atomów – naładowane elektrycznie. Tym sposobem powstaje różnica potencjałów pomiędzy środowiskiem wewnętrznym i zewnętrznym, a więc prąd elektryczny. Tegoroczni nobliści zidentyfikowali i opisali białka, które wchodząc w skład wspomnianych kanałów jonowych, „decydowały”, kiedy je otworzyć, a kiedy zamknąć. •