Nicht nur die Haut kann Wärme und Kälte spüren, sondern auch die Zähne

Autor: Shurui Chen von der Universität Nagoya

Die Oberfläche der Zähne ist mit einer harten Zahnschmelzschicht bedeckt, die das innere Gewebe schützt und die Fähigkeit zum Kauen von Nahrung verbessert. Diese Zahnschmelzschicht ist wie eine Panzerung für die Zähne. Solange das Gewebe unter der Panzerung nicht berührt wird, können die Zähne den sauren, süßen, bitteren und scharfen Geschmack sowie Kälte und Hitze nicht so leicht wahrnehmen. Wenn jedoch Bakterien oder säurehaltige Substanzen den Zahnschmelz angreifen, wird das Innere freigelegt und es bilden sich sogar Hohlräume, die als „Karies“ bezeichnet werden. Die Zähne werden sehr empfindlich.

Das ist allgemein bekannt, aber wenn man tiefer in die Materie eindringt und sich beispielsweise fragt, warum Zähne auf verschiedene Reize reagieren und welche wunderbaren biochemischen Veränderungen im menschlichen Körper während dieses Prozesses stattfinden, kann man darauf leider keine vernünftige Antwort geben.

Ein kürzlich in „Science Advances“ veröffentlichter Artikel gab einen vorläufigen Überblick über die obige Frage. Es stellt sich heraus, dass es in unseren Zähnen ein komplettes System gibt, das Kälte und andere Reize wahrnehmen kann. Deshalb verspüren viele Patienten mit Karies Schmerzen, wenn sie Eis essen.

Tatsächlich sind nicht nur die Zähne, sondern der gesamte menschliche Körper mit verschiedenen Temperatursensoren ausgestattet. Sie übermitteln die erfassten Temperaturinformationen an das Körpertemperatur-Regulationszentrum im Gehirn, das den Körper dann anweist, entsprechend zu reagieren. Die Komplexität und Raffinesse dieses Systems kann alle Arten von Hightech-Sensoren und Robotern mühelos übertreffen, was die Menschen wahrlich über die Magie der Evolution staunen lässt.

Das Temperaturregulierungssystem des menschlichen Körpers befindet sich nicht nur in den Zähnen, sondern im ganzen Körper

Sehen wir uns zunächst an, wie menschliches Gewebe außer den Zähnen Veränderungen der Umgebungstemperatur wahrnimmt und eine konstante Körpertemperatur aufrechterhält. Das Temperaturregulationssystem des menschlichen Körpers lässt sich in drei Teile unterteilen: Temperaturrezeptoren, Temperaturregulationszentrum und die davon gesteuerten Schweißdrüsen, Hautblutgefäße etc. Es gibt individuelle Unterschiede in diesem System, weshalb manche Menschen mehr Angst vor Kälte und manche mehr Angst vor Hitze haben.

Der erste Schritt der Thermoregulation ist die Temperaturwahrnehmung. In der menschlichen Haut, den Schleimhäuten, den Baucheingeweiden usw. sind unzählige Temperaturrezeptoren verteilt. Wenn sie durch Kälte oder Wärme stimuliert werden, erzeugen sie Nervenimpulse und senden Pulssignale an das Gehirn. Diese Rezeptoren reagieren auf unterschiedliche Temperaturbereiche und die Oberflächenempfindungen des menschlichen Körpers werden daher in vier Typen unterteilt: kalt, kühl, warm und heiß.

Thermorezeptoren sind beispielsweise freie Nervenenden, die in einem Netzwerk um die Wurzelscheide der Haarfollikel in der Körnerschicht der Epidermis verteilt sind. Bei einer Hauttemperatur von etwa 35 Grad Celsius sind die Thermorezeptoren am empfindlichsten und der menschliche Körper fühlt sich warm an. Kälterezeptoren hingegen sind kleine säulenförmige, kugelförmige Körper, die sich in der oberflächlichen Hautschicht befinden. Sie sind am aktivsten, wenn die Hauttemperatur bei etwa 30 Grad Celsius liegt und der menschliche Körper friert.

Die biologische Natur dieser Temperaturrezeptoren ist eigentlich ein spezieller Ionenkanal – der Transient Receptor Potential Channel (TRP-Kanal). Innerhalb unterschiedlicher Temperaturbereiche öffnen sich die entsprechenden Ionenkanäle und durch die gegenseitige Umwandlung zwischen elektrischen und chemischen Signalen werden die Nervenimpulse schließlich an das Körpertemperatur-Regulationszentrum im Hypothalamus übertragen, wodurch dieses die entsprechende Temperatur wahrnehmen kann.

Das Zentrum der Körpertemperaturregulierung ist in das Zentrum der Wärmeerzeugung und das Zentrum der Wärmeableitung unterteilt. Nach einer vorübergehenden sensorischen Stimulation durch Kälte und Wärme integrieren sie die Stimulationssignale und regulieren dann die Skelettmuskulatur, die Blutgefäße der Haut, die Schweißdrüsen usw., wodurch sie die Wärmeproduktion und den Wärmeableitungsprozess fördern oder hemmen, um eine konstante Körpertemperatur aufrechtzuerhalten. Bei niedrigen Umgebungstemperaturen leiten die erregten Kälterezeptoren Nervenimpulse an das Wärmeproduktionszentrum weiter, was wiederum zu einer erhöhten Skelettmuskelspannung und einer erhöhten Wärmeproduktion führt; Gleichzeitig wird das Wärmeableitungszentrum gehemmt, was zu einer Kontraktion der Hautblutgefäße, einer Einstellung der Schweißdrüsenproduktion und einer geringeren Wärmeableitung führt. Im Gegenteil: Wenn die Umgebungstemperatur sehr hoch ist, werden die Wärmerezeptoren und Wärmeableitungszentren erregt und die Kälterezeptoren und Wärmeproduktionszentren gehemmt, sodass sich die Blutgefäße der Haut erweitern und die Schweißdrüsen mehr absondern.

Ob Schmerz oder Temperatur, die Sinnessysteme des menschlichen Körpers sind sehr unterschiedlich

Ähnlich wie die Körpertemperatur ist auch Schmerz ein wichtiger Bestandteil der Vitalfunktionen. Der menschliche Körper nutzt Schmerzen, um vor Krankheiten und Traumata zu warnen und sich so zu schützen. Schmerzrezeptoren sind in allen Oberflächenschichten des Körpers verteilt, beispielsweise in der Haut, den Muskeln und Gelenken, aber auch in den tiefen Schichten, beispielsweise den inneren Organen. Sie bestehen aus freien Nervenenden, unterscheiden sich jedoch geringfügig von Temperatursensoren, da sie durch Chemikalien stimuliert werden, die von geschädigtem Gewebe freigesetzt werden, anstatt als Reaktion auf physikalische Reize wie Temperaturänderungen Nervenimpulse zu erzeugen.

Wenn der Körper schädlichen Reizen ausgesetzt ist, führt eine Gewebeschädigung dazu, dass beschädigte Zellen bestimmte Chemikalien (wie Prostaglandine, Bradykinin, 5-Hydroxytryptamin, H+, K+ usw.) freisetzen, die Schmerzrezeptoren stimulieren, anschließend afferente Impulse erzeugen und dieses Signal an den ersten sensorischen Bereich, den zweiten sensorischen Bereich und andere Teile der Hirnrinde senden, was Schmerzen verursacht.

Wunderprotein hilft Zähnen, Kälte zu erkennen

Beim Wechsel der Jahreszeiten können wir je nach Temperatur Kleidung an- oder ausziehen, aber die Zähne spüren Kälte und Wärme und schmerzen oft. Das ist eigentlich ein „undurchschaubares“ Thema. Warum beispielsweise Zähne Temperatursignale in Schmerzsignale umwandeln, ist für uns schwer zu beantworten. In diesem neu veröffentlichten Artikel erklären die Forscher die Moleküle und Zellen, die an dem System beteiligt sind, mit dem Zähne Kälte wahrnehmen. Sie fanden heraus, dass Odontoblasten die kälteempfindlichen Proteine ​​TRPC5 und TRPC1 enthalten, die Temperaturstürze wahrnehmen und die wahrgenommene Kälte schließlich im Gehirn in Schmerz umwandeln können.

Die Schwierigkeit dieser Studie besteht darin, dass zum Verständnis des inneren Zahngewebes der Zahnschmelz zerstört werden muss, ohne das innere Zahnmark, die Nerven und die Blutgefäße zu beschädigen. Wenn jedoch der Zahnschmelz abgeschlagen wird, zersplittert der gesamte Zahn. Daher verwendeten die Forscher eine raffinierte Methode, um dieses experimentelle Beobachtungsproblem zu lösen. Sie nutzten den Kieferknochen, die Zähne und die Zahnnerven als Ganzes, um die Nervenaktivität aufzuzeichnen, nachdem die Zähne mit kalter Flüssigkeit in Kontakt gekommen waren.

Die Studie ergab, dass bei der normalen Kontrollgruppe Kältestimulation eine Anregung der Nervenaktivität auslöste, was darauf hindeutet, dass die Zähne die Kälte spürten. In der Versuchsgruppe, deren Zähne das kälteempfindliche Protein TRPC5 nicht enthielten, führte dieselbe Stimulation jedoch nicht zu einer neuronalen Erregung. Mit anderen Worten ist TRPC5 ein wichtiger Signalweg für die Kältewahrnehmung. Darüber hinaus hat TRPC1 ähnliche Wirkungen.

Anschließend trennten sie TRPC5 von Odontoblasten und exprimierten eine große Menge TRPC5 auf einer Zelle. Wir können verstehen, dass dieser Prozess darin besteht, den TRPC5-Gehalt in einer bestimmten Zelle signifikant zu erhöhen. Als Ergebnis beobachteten die Forscher, dass diese Zelle sehr empfindlich auf Kältereize reagierte und die Reizsignale schneller an das Gehirn weiterleiten und dort in Schmerzempfindungen umwandeln konnte.

Die Forscher gehen davon aus, dass die Erkenntnisse dieser Studie über die Aufklärung des molekularen Mechanismus hinausgehen, mit dem Zähne Kälte wahrnehmen. Gleichzeitig kann das kälteempfindliche Protein TRPC5 zweifellos als gutes molekulares Ziel dienen. Durch Blockieren oder Hemmen des TRPC5-Signalwegs können wir die durch Zahnempfindlichkeit und Zahnschmerzen verursachten Beschwerden lindern. Damit diese Idee Wirklichkeit werden kann, sind natürlich weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten der Wissenschaftler erforderlich.

Im Wesentlichen beruht die Regulierung verschiedener körperlicher Anzeichen durch den menschlichen Körper auf der Nutzung chemischer Systeme. Wenn der Konzentrationsunterschied chemischer Substanzen innerhalb und außerhalb der Zellmembran groß genug ist, wird die Änderung der elektrischen Ladung schnell in Form elektrischer Signale über die Neuronen an das zentrale Nervensystem weitergeleitet, das als Befehlsgeber fungiert. Das zentrale Nervensystem, das dieses Signal empfängt, integriert und verarbeitet die Informationen, um zu bestimmen, welche Gegenmaßnahmen der menschliche Körper in der aktuellen Umgebung ergreifen sollte.

Für das menschliche Sinnessystem ist jedes Signal ein spezifischer Hinweis. Wir können die Wärme des Frühlings und die Kühle des Sommers spüren und die Süße, Bitterkeit und Würze des Lebens schmecken. Und was noch wichtiger ist: Unsere ausgeprägten Sinne helfen uns, Krankheiten frühzeitig zu erkennen und ihnen entgegenzuwirken.