Как зубы реагируют на холод

26 марта 2021

Для человека с кариесом глоток холодной воды может обернуться настоящей пыткой.

«Эту боль ни с чем не спутать, – говорит Дэвид Клэфем, вице-президент и главный научный сотрудник Медицинского института им. Говарда Хьюза (HHMI). – Она по-настоящему мучительна».

Возглавляемая Д.Клэфемом международная группа изучала механизмы холодовой чувствительности зубов на молекулярном и клеточном уровнях; в частности, объектом исследования были клетки-одонтобласты, где содержится белок, чувствительный к снижению температуры. Сигналы из этих клеток в конечном счете и вызывают ощущение острой боли в головном мозге. Отчет опубликован 26 марта 2021 года в журнале «Science Advances».

Кроме прочего, в статье предлагается объяснение эффективности одного из старинных домашних средств от зубной боли. «Гвоздичное масло, главный ингредиент этого дедовского средства, применялось при зубной боли столетиями, поскольку оно содержит соединение, блокирующее термочувствительный протеин, – говорит Катарина Циммерманн, руководившая своей частью исследований в Университете Фридриха-Александера (Германия). – Лекарства, нацеленные на этот холодовый сенсор, в перспективе могут решить проблему чувствительности зубов. Если вы находите молекулу-мишень, у вас открывается возможность разработки лечения».

Известно, что одним из продуктов жизнедеятельности бактерий, обитающих в полости рта, является кислота, – она разъедает зубную эмаль с образованием кариозных полостей. Приблизительно 2.4 миллиарда человек, – а это треть всей популяции человека на земном шаре, – живет с нелеченным кариесом, что может стать причиной всплесков острой боли, в том числе из-за экстремальной чувствительности зубов к холоду.

До сих пор никто в точности не понимал этого механизма, хотя одна теория все же была предложена. Она заключается в том, что внутри зуба существуют микроскопические канальцы с жидкостью, которая немного перемещается при изменениях температуры. Предполагалось, что нервы каким-то образом ощущают направление этого смещения, что и служит сигналом о том, холодно зубу или горячо.

«Опровергнуть эту теорию мы не можем, – рассказывает Д.Клэфем, – однако и прямые доказательства в ее пользу пока не публиковались. Микроциркуляция жидкости в зубе, да и в целом этот орган – очень трудны для изучения. Чтобы проникнуть внутрь и провести «осмотр на месте», ученому следует сначала пробиться сквозь зубную эмаль, самую твердую ткань в человеческом организме, а затем преодолеть плотный слой под названием дентин, и при этом не повредить мягкую внутризубную пульпу, пронизанную мелкими кровеносными сосудами и нервными окончаниями». «При этаком строении не удивительно, что иногда целый зуб попросту распадается на кусочки», – вторит коллеге К.Циммерманн.

Строго говоря, для Д.Клэфема, К.Циммерманн и их сотрудников объектом исследования выступали вовсе не зубы. Работа была сфокусирована на ионных каналах, – особых порах в клеточной мембране, функционирующих как молекулярные «шлюзы». Обнаружив специфический для них стимул, – например, определенную химическую молекулу либо перепад температуры, – каналы либо закрываются наглухо, либо широко раскрываются, позволяя ионам проникнуть в клетку. Тем самым создается своеобразная электрохимическая пульсация, стремительно транслируемая от клетки к клетке. Это весьма быстрый способ передачи информации, критически важный для функционирования мозга, сердца и других органов.

Около пятнадцати лет назад, когда Катарина Циммерманн была еще аспиранткой в лаборатории Д.Клэфема, исследовательская группа обнаружила высокую чувствительность электрохимического канала под названием TRPC5 к холоду. Однако на тот момент было неясно, в какой именно зоне или системе организма холодовая сенситивность TRPC5 «вступает в игру». Определенно удалось лишь установить, что это не кожа. Лабораторные мыши, у которых данный канал искусственно блокировали, по-прежнему ощущали низкую температуру, о чем группа авторов сообщила в публикации 2011 года в журнале Национальной академии наук «Proceedings».

«А после этого, – вспоминает К.Циммерманн, – мы зашли в тупик. И однажды, по привычке продолжая обсуждать проблему за коллективным ланчем, мы из этого тупика вышли. Дэвид вдруг признес примерно следующее: «Ну ладно, а какие еще ткани в организме способны реагировать на холод?». Теперь-то ответ кажется таким очевидным: зубы!».

«По результатам прицельного изучения образцов, отобранных уже не от животных моделей, а из тканей взрослого человеческого организма, – продолжает Йохен Леннерц, один из соавторов, патоморфолог из Массачусетской больницы общего профиля, – мы установили, что «родиной и местом работы» канала TRPC5 являются именно зубы».

Дальнейшая серия экспериментов принесла убедительные доказательства того, что TRPC5 действительно функционирует как сенсор низких температур. Вместо того, чтобы вскрывать зуб и по отдельности исследовать различные типы клеток в лабораторной чашке, группа К.Циммерманн рассматривала всю систему как целое, включая челюстные кости, собственно зубы и иннервацию данной зоны. У лабораторных животных регистрировалась нейронная активность при контакте зубов с ледяным раствором. И если у здоровых мышей этот холодный раздражитель вызывал бурную реакцию нейронов, указывающую на нормальную чувствительность зубов к холоду, то у мышей с блокированным каналом TRPC5 этого не наблюдалось. По словам К.Циммерманн, это и было ключом к разгадке. Более того, был обнаружен еще один, дублирующий ионный канал TRPA1, играющий подобную роль. Отслеживалось расположение клеток определенного типа, – одонтобластов, – между пульпой и дентином.  Если у человека обнажен дентин в каком-либо зубе, и этот человек, к примеру, надкусывает фруктовое мороженое на палочке, – компактно упакованные клетки канала TRPC5 немедленно раскрывают ионные шлюзы, и очень быстро в мозг поступает сигнал «Ай!!!».

Дэвид Клэфем отмечает, что этот механизм изучен на удивление слабо, однако «с данной проблемой сталкиваются такое количество людей, что ее приходится признать и острой, и актуальной».

Катарина Циммерманн подчеркивает, в свою очередь, что к пониманию сути процессов объединенная команда шла более десяти лет. Результаты могут показаться простыми, однако «хорошее исследование всегда требует времени».

 

По материалам сайта Science Daily