Nauki przyrodnicze [2021-10-14]

Od zmysłu do umysłu - dr Kujawski o medycznym Noblu

— Redakcja

- Nagrodzone odkrycia w dziedzinie fizjologii człowieka pomagają nam zrozumieć tajemnice naszego funkcjonowania: dlaczego, gdy myjemy zęby pastą z mentolem, odczuwamy zimno albo dlaczego dotykanie oczu po krojeniu ostrej papryki jest złym pomysłem – tłumaczy dr Sławomir Kujawski z Wydziału Nauk o Zdrowiu Collegium Medicum UMK.

Amerykanin David Julius i urodzony w Libanie Ardem Patapoutan zostali tegorocznymi laureatami Nagrody Nobla w dziedzinie medycyny i fizjologii. Królewska Szwedzka Akademia Nauk wyróżniła badaczy za odkrycie receptorów temperatury i dotyku. Kolegium napisało w uzasadnieniu, że przełomowe odkrycie obu naukowców pozwoliło "zrozumieć, w jaki sposób ciepło, zimno i bodźce mechaniczne wywołują w naszym układzie nerwowym impulsy, które pozwalają nam postrzegać świat wokół nas i się do niego dostosowywać".

Ardem Patapoutian, naukowiec z Scripps Research w La Jolla (Kalifornia, USA), zidentyfikował nową klasę receptorów wrażliwych na bodźce mechaniczne. Grupę tych receptorów nazwano Piezo. Z kolei David Julius, pracownik naukowy z University of Calfornia (San Francisco, USA), odkrył receptor wrażliwy na temperaturę.

- W pewnym sensie każdy z nas żyje w symulacji, niczym główny bohater na początku pierwszej części filmu "Matrix" – komentuje dr Sławomir Kujawski z Katedry Fizjologii Wysiłku Fizycznego i Anatomii Funkcjonalnej z Wydziału Nauk o Zdrowiu Collegium Medicum UMK. - Kolory, które widzimy, wrażenia dźwiękowe, które słyszymy, oraz zapachy, które czujemy, są wytworem naszego umysłu. To za pomocą naszego umysłu fale elektromagnetyczne o określonych długościach percypujemy jako kolory, drgania cząstek powietrza o określonych częstotliwościach jako dźwięki, a wybrane związki chemiczne jako zapachy. Natomiast to, co jesteśmy w stanie percypować, jest zaledwie wycinkiem otaczającego nas świata, mówimy przecież np. o widmie światła widzialnego jako części promieniowania elektromagnetycznego.

Mimo to trzeba przyznać, że najczęściej symulacja otoczenia, w którym żyjemy, jest nie najgorszej jakości: umożliwia nam eksplorowanie świata, czasami tylko wieńczonego bolesnym nadepnięciem na klocek lego, wcześniej przez nas niezauważony.

Ból jako nieprzyjemne doznanie jest też dobrym przykładem ograniczeń dokładności symulacji wytwarzanej przez nasze umysły, ponieważ może wystąpić u niektórych pacjentów w kończynie, która wcześniej została amputowana, jako tzw. ból fantomowy. Qualia są własnościami doświadczeń zmysłowych, których odczuwanie zawdzięczamy naszym umysłom. Z kolei umysł możemy traktować jak produkt biologicznej tkanki, jaką jest układ nerwowy.

Mózg jako organ uprzywilejowany w naszym organizmie chroniony jest przez czaszkę przed potencjalnymi urazami pochodzącymi ze świata zewnętrznego. W jaki sposób jest więc w stanie odbierać sygnały spoza wnętrza organizmu? Siatkówka, która zawiera receptory wrażliwe na światło, jest zasadniczo przedłużeniem mózgu.

Natomiast to, że istnieje mnogość sygnałów, które jesteśmy w stanie odebrać, zawdzięczamy również receptorom znajdującym się poza obrębem czaszki. Działają one jak "oczy" dla naszych komórek, które dzięki możliwości odbierania sygnału są w stanie dostawać swoje działanie do zmieniających się warunków wewnętrznych i zewnętrznych. Pomimo dużej ilości już zidentyfikowanych i opisanych receptorów wyniki badań z ostatnich dekad pokazały, że w tej dziedzinie mamy jeszcze sporo do zrobienia.

David Julius zastosował kapsaicynę (związek chemiczny odpowiedzialny za charakterystyczne wrażenia sensoryczne i smakowe papryki chili) do zidentyfikowania receptorów czułych na ten związek. Receptory te, nazwane transient receptor potential cation channel subfamily V member 1 (TrpV1), znajdują się w zakończeniach nerwów w skórze. Zawdzięczamy im również percypowanie charakterystycznych wrażeń sensorycznych związanych z konsumpcją musztardy i wasabi, reagują na ciepło (temperaturę wyższą niż 43°C) i biorą udział w nocycepcji. Do ekspresji receptorów TrpV1 dochodzi również w centralnym układzie nerwowym, gdzie być może pośredniczą w mechanizmie długotrwałego osłabienia synaptycznego (ang. long-term depression, LTD). Wskazuje się również na potencjalne użycie TrpV1 jako celu terapeutycznego w terapii pacjentów odczuwających stany lękowe.

Patapoutian i Julis niezależnie od siebie zidentyfikowali receptor transient receptor potential cation channel subfamily M (melastatin) member 8 (TRPM8), który jest wrażliwy na mentol, substancję, której zawdzięczamy uczucie chłodu i świeżości podczas korzystania z niektórych past do zębów. Receptor ten jest również wrażliwy na temperaturę wynoszącą 20°C i niższą. Współcześnie trwają badania nad rolą TRPM8 jako celu terapeutycznego u pacjentów odczuwających chroniczny ból w niektórych chorobach onkologicznych.

Dzięki pracy Patapoutian wraz z grupą innych naukowców w Scripps Research Institute w Kalifornii zidentyfikowano receptor wrażliwy na dotyk Piezo1. Ulega on ekspresji w płucach, pęcherzu moczowym i skórze, gdzie odgrywa ważną rolę biologiczną. Piezo2 jest ważny w poczuciu własnego ruchu i pozycji ciała (propriocepcji) u ssaków.

Warto zauważyć, że odkrycia nowych mechanizmów w dziedzinie fizjologii, mogą posłużyć do prowadzenia badań w kierunku identyfikacji jednostek chorobowych, w których dochodzi do zaburzenia danego mechanizmu. Następnie, tak jak w przypadku odkryć wyżej opisanych receptorów, badania z farmakologii mogą posłużyć do opracowania związku chemicznego będącego ligandem dla danego celu, który z powodzeniem można wykorzystać w leczeniu pacjentów. Być może kolejne dekady przyniosą następne nadzieje dla pacjentów cierpiących na nieuleczalne choroby.