Back to chapter

19.12:

תחושת טמפרטורה

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Thermosensation

Languages

Share

תחושה תרמית היקפית, התפיסה של טמפרטורה חיצונית, מתחילה בעור. קצות עצבים חופשיים הממוקמים בעומקים שונים, מכילים קולטני טמפרטורה, תעלות יונים נסגרות ממשפחת פוטנציאל TRP הקולטן החולף, או. הקולטנים מיועדים לטמפרטורות מסוימות.למשל, בקבוצה הרגישה לחום, TRPV1 הקולטן הראשון שהתגלה, מופעל בטמפרטורות גבוהות יותר מ-42 מעלות צלזיוס. מכיל TRPV1 למרבה העניין גם אתר קישור עבור קפסאיצין, המרכיב הפעיל של פלפל צ’ילי. כאשר טמפרטורה מסוימת TRP גורמת למספיק תעלות להפתח, זה מגביר מטען חיובי בקצות העצבים וממיר טמפרטורה לאותות חשמליים.לפיכך, הטמפרטורה מקודדת לפי קצב הפעילות. ככל שהטמפרטורה עולה, ירי פוטנציאלים גובר בסיבי עצב חמים, ויורד בסיבים קרים. מידע על חום וקור לא מכאיבים עובר בנפרד קטנים חסרי ציפוי מיאלין C בסיבי המוליכים את האותות לאט.קור יכול לעבור גם באקסוני דלתא מהירים עטופי מיאלין-a. מידע על טמפרטורה מכאיבה מועבר באקסוני דלתא-a-ו C מקבוצות שלא מופרדים לחום וקור. כל נוירונים אפרנטיים נכנסים אל גנגליון השורש הגבי שעל עמוד השדרה.כאן המידע עובר דקוּזיה, כלומר חוצה לצד השני לפני שנשלח להיפותלמוס. משם, מידע על טמפרטורה שאינה מכאיבה נשלח לקליפת המוח הארובתית-מצחית, ומידע על טמפרטורה מכאיבה מעובד בפיתול החגורה הקדמי.

19.12:

תחושת טמפרטורה

Peripheral thermosensation is the perception of external temperature. A change in temperature (on the surface of the skin and other tissues) is detected by a family of temperature-sensitive ion channels called Transient Receptor Potential, or TRP, receptors. These receptors are located on free nerve endings. Those detecting cold temperatures are closer to the surface of the skin than the nerve endings detecting warmth. These thermoTRP channels, while temperature selective, have relatively non-selective cation permeability.

Cold Receptors

There are at least three types of receptors that are activated by cold, of which TRPM8 and TRPA1 are particularly sensitive. TRPM8 has a temperature sensitive range of about 10-26 oC (50-79 oF), and is largely associated with the perception of non-painful, or innocuous, cold. Menthol, a compound found in mint leaves, can also activate this receptor, which helps explain why this flavor is often perceived as cool. When temperatures are low enough to feel painful (i.e., noxious cold), TRPA1 receptors are activated. TRPA1 receptors respond to any temperature lower than 17 oC (~63 oF).

Hot Receptors

There are at least seven receptors that respond to heat. Of these, five respond to temperatures in the innocuous warmth range: TRPM2 (23-38 oC, or ~73-100oF), TRPC5 (26-38 oC, or ~79-100oF, TRPV4 (27-34 oC, or ~81-93 oF), TRPV3 (33-40 oC, or ~91-104 oF), and TRPM3 (> 40 oC, or 104 oF). Painful (i.e., noxious) heat is detected by TRPV1 receptors, which respond to temperatures greater than 42 oC (~108 oF). The TRPV1 receptor was first discovered because it responds well to capsaicin, a compound found in chili peppers. Like menthol and cold, capsaicin provides the perception of heat without changing the temperature. TRPV2 receptors respond to very hot and painful temperatures (i.e., extreme noxious heat), those greater than 52 oC (~126 oF).

Transduction and Signaling Paths

Temperature information is transduced into electrical signals in the nerve endings. When nerves carry temperature information, the innocuous warm and cold information is kept separate until it reaches the brain. Cold signals are carried by dedicated myelinated Aδ fibers that perpetuate signals quickly, as well as slower, unmyelinated C-fibers. Warmth signals are carried by their own unmyelinated C-fibers. Like touch information, temperature information from the left side of the body is processed in the right brain hemisphere. The signal decussates in the spinal cord before being relayed to the hypothalamus. There, the information is used to regulate or adjust bodily functions, like shivering or sweating. Innocuous warm and cold signals are finally relayed to several cortical areas—notably the orbitofrontal cortex.

Painful temperature information takes a separate path, using C and Aδ fibers that are not temperature specific and can carry both hot and cold signals. Like innocuous temperature signals, they decussate in the spinal cord and are sent to the hypothalamus. From the hypothalamus, the information is sent to the anterior cingulate cortex, which generates the perception of painful cold or hot.

Studies suggest that individuals first consciously detect a feeling of coldness and warmness at about 31 oC and 34 oC, respectively. The range between 31o and 34o is similar to the surface temperature of the skin and may not be noticeable. Pain from coldness and heat is perceived at temperatures of about <12 oC and >45 oC, respectively.

Suggested Reading

Palkar, Radhika, Erika K. Lippoldt, and David D. McKemy. “The Molecular and Cellular Basis of Thermosensation in Mammals.” Current Opinion in Neurobiology 34 (October 2015): 14–19. [Source]

Mischkowski, Dominik, Esther E. Palacios-Barrios, Lauren Banker, Troy C. Dildine, and Lauren Y. Atlas. “Pain or Nociception? Subjective Experience Mediates the Effects of Acute Noxious Heat on Autonomic Responses.” PAIN 159, no. 4 (April 2018): 699. [Source]