Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

19.12: Thermosensatie
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Thermosensation
 
TRANSCRIPT

19.12: Thermosensation

19.12: Thermosensatie

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.

Perifere thermosensatie is de perceptie van externe temperatuur. Een verandering in temperatuur (op het oppervlak van de huid en andere weefsels) wordt gedetecteerd door een familie van temperatuurgevoelige ionenkanalen die Transient Receptor Potential of TRP-receptoren worden genoemd. Deze receptoren bevinden zich op vrije zenuwuiteinden. Degenen die koude temperaturen detecteren, bevinden zich dichter bij het huidoppervlak dan de zenuwuiteinden die warmte detecteren. Deze thermoTRP-kanalen, hoewel temperatuurselectief, hebben een relatief niet-selectieve kationpermeabiliteit.

Koude receptoren

Er zijn minstens drie soorten receptoren die worden geactiveerd door kou, waarvan TRPM8 en TRPA1 bijzonder gevoelig zijn. TRPM8 heeft een temperatuurgevoelig bereik van ongeveer 10-26 o C (50-79 o F) en wordt grotendeels geassocieerd met de perceptie van niet-pijnlijke of onschadelijke verkoudheid. Menthol, een verbinding die in muntblaadjes wordt aangetroffen, kan deze receptor ook activeren, wat helpt verklaren waarom deze smaak vaak als kol. Wanneer de temperatuur laag genoeg is om pijnlijk aan te voelen (dwz schadelijke kou), worden TRPA1-receptoren geactiveerd. TRPA1-receptoren reageren op elke temperatuur lager dan 17 o C (~ 63 o F).

Hete receptoren

Er zijn minstens zeven receptoren die reageren op warmte. Hiervan reageren er vijf op temperaturen in het onschadelijke warmtebereik: TRPM2 (23-38 o C of ~ 73-100 o F), TRPC5 (26-38 o C of ~ 79-100 o F, TRPV4 (27-100 o F) 34 o C, of ~ 81-93 o F), TRPV3 (33-40 o C, of ~ 91-104 o F), en TRPM3 (> 40 o C, of 104 o F). Pijnlijk (dwz schadelijk) warmte wordt gedetecteerd door TRPV1-receptoren, die reageren op temperaturen hoger dan 42 o C (~ 108 o F). De TRPV1-receptor werd voor het eerst ontdekt omdat het goed reageert op capsaïcine, een stof die voorkomt in chilipepers. Net als menthol en kou biedt capsaïcine de perceptie van warmte zonder de temperatuur te veranderen TRPV2 receptorenreageren op zeer hete en pijnlijke temperaturen (dwz extreem schadelijke hitte), die hoger zijn dan 52 o C (~ 126 o F).

Transductie- en signaleringspaden

Temperatuurinformatie wordt omgezet in elektrische signalen in de zenuwuiteinden. Wanneer zenuwen temperatuurinformatie dragen, wordt de onschadelijke warme en koude informatie gescheiden gehouden totdat deze de hersenen bereikt. Koude signalen worden gedragen door speciale gemyeliniseerde Aδ-vezels die signalen snel bestendigen, evenals langzamere, niet-gemyeliniseerde C-vezels. Warmtesignalen worden gedragen door hun eigen niet-gemyeliniseerde C-vezels. Net als aanraakinformatie wordt temperatuurinformatie van de linkerkant van het lichaam verwerkt in de rechter hersenhelft. Het signaal kruist in het ruggenmerg voordat het wordt doorgegeven aan de hypothalamus. Daar wordt de informatie gebruikt om lichaamsfuncties, zoals rillen of zweten, te reguleren of aan te passen. Onschadelijke warme en koude signalen worden uiteindelijk doorgegeven aan verschillende corticale gebieden, met name deorbitofrontale cortex.

Pijnlijke temperatuurinformatie volgt een aparte weg, met behulp van C- en Aδ-vezels die niet temperatuurspecifiek zijn en zowel warme als koude signalen kunnen dragen. Net als onschadelijke temperatuursignalen kruisen ze zich in het ruggenmerg en worden ze naar de hypothalamus gestuurd. Vanuit de hypothalamus wordt de informatie naar de cortex cingularis anterior gestuurd, die de perceptie van pijnlijke kou of warmte opwekt.

Studies suggereren dat individuen eerst bewust een gevoel van koude en warmte ontdekken bij respectievelijk ongeveer 31 o C en 34 o C. Het bereik tussen 31 o en 34 o is vergelijkbaar met de oppervlaktetemperatuur van de huid en is mogelijk niet merkbaar. Pijn door kou en hitte wordt waargenomen bij temperaturen van respectievelijk ongeveer <12 o C en> 45 o C.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter