BM: Tại sao ta thấy đau khi quá nóng hoặc lạnh?

Nhìn bề ngoài, một cái khuôn nướng bánh không có mấy điểm chung với một khối nước đá lạnh. Nhưng hai vật này có cùng khả năng gây ra cơn đau.

Nhiệt độ cực nóng và cực lạnh đều gây ra những vết phồng rộp khó chịu trên da con người, và hóa ra là bộ não đã điều chỉnh những sự cực đoan về nhiệt theo cùng cách giống nhau.

Chúng ta thường nghĩ về da - và các dây thần kinh trong da - như tác nhân chính chịu trách nhiệm về cảm giác sờ chạm, nhưng thứ mà các nhà sinh học gọi là "somatosensation" thực sự là do một chuỗi nhiều giác quan gây ra.

Tất nhiên là sự nhận biết này có do xúc giác gây ra, hay còn gọi là sự nhận biết các kích thích cơ học trên da, nhưng còn có "proprioception", hay còn gọi là khả năng tự cảm nhận vị trí và phương hướng của cơ thể, và sự đau thụ cảm, là khả năng của cơ thể trước các kích thích độc hại. Cảm thấy đau là phản ứng của cơ thể với sự đau thụ cảm.

Dù kích thích là một cơ chế, hóa chất hay nhiệt độ, cơ chế đau thụ cảm khiến chúng ta cố gắng thoát khỏi nó.

Khi đưa tay bạn vào ngọn lửa, cảm giác bị đốt cháy kích thích cơ thể bạn rụt tay lại càng nhanh càng tốt.

Điều này nghe có vẻ khó chịu, nhưng cảm giác đau thực sự là bằng chứng cho thấy cơ thể làm việc rất tận tụy để giúp bạn được an toàn. Mất đi khả năng cảm thấy đau, bạn thực sự sẽ gặp rắc rối lớn.

Nhà thần kinh học từ Đại học Duke tên là Jorg Grandl cho biết: "Nguyên tắc căn bản là các dây thần kinh giác quan sắp xếp ở suốt cơ thể bạn có một chuỗi các kênh được kích hoạt trực tiếp do nhiệt độ nóng hoặc lạnh."

Bằng cách nghiên cứu những chú chuột được điều chỉnh gene trong suốt 15 năm qua, các nhà nghiên cứu đã chứng minh được rằng các kênh trên - gồm các proteins ẩn trong các vách dây thần kinh - có liên quan trực tiếp với kích thích do nhiệt độ.

Hiện nay, kênh được chúng ta hiểu biết rõ ràng nhất là TRPV1, chịu trách nhiệm phản ứng với nhiệt độ cực nóng. TRPV1 thường không được kích hoạt cho đến khi kích thích đạt 42 độ C (hay 107.6 độ F), là mức nhiệt rất nóng cho cả con người và chuột.

Một khi da bạn chạm phải ngưỡng nhiệt độ đó, kênh này được kích hoạt, và sau đó nó sẽ tiếp tục kích hoạt toàn bộ hệ thần kinh, và một tín hiệu được truyền đi tới não với một thông điệp đơn giản, bạn la lên: "ối chà!"

"Với cái lạnh, về nguyên lý, cơ chế tương tự này cũng được áp dụng," Grandl giải thích, chỉ trừ việc loại protein trong trường hợp này được đặt tên là TRPM8, và thay vì phản ứng với nhiệt độ cực lạnh, kênh này tác động đến những phần tiếp xúc với phần nhiệt độ mát và chưa tới mức quá lạnh, gây đau đớn khó chịu.

Còn lại là TRPA1, có lẽ ít được biết đến nhất trong nhóm protein này. Tuy các nhà khoa học nhận thấy nó bị kích thích phản ứng với sự cực lạnh, hiện vẫn chưa rõ liệu nó có liên quan đến việc tự nhận biết không.

Ba loại protein này - TRPV1, TRPM8, TRPA1 - kết hợp với nhau khiến cho da có khả năng nhận biết các mức nhiệt độ và khiến cơ thể phản ứng lại tương ứng. Và vì chúng là các thụ thể, các protein này có nhiệm vụ báo động để bạn tránh khỏi môi trường có nhiệt độ quá nóng hoặc quá lạnh.

Những chú chuột bị khiếm khuyết các thụ thể tương tự như TRPM8 của người thì trở nên không biết tránh nhiệt độ lạnh nữa. Điều này có nghĩa những chú chuột và cả chúng ta, có lẽ không tự chủ động tìm kiếm nhiệt độ dễ chịu. Thay vào đó chúng chủ động tránh cả nhiệt độ cực nóng và cực lạnh, và điều này giải thích tại sao chúng có vẻ yêu thích môi trường ấm áp, mát mẻ.

Dù các nhà nghiên cứu đã xác định được các mức nhiệt độ sẽ khiến các thụ thể TRP bị kích thích, thì điều này vẫn không có nghĩa là chúng có thể điều chỉnh được. Chẳng hạn, tắm nước ấm có thể gây ra cảm giác rất nóng nếu da bạn bị cháy nắng. "Điều này xảy ra đặc biệt vì sự kích thích trong da nhạy cảm với kênh của TRPV1," Grandl cho biết, đã giảm ngưỡng kích thích khiến các dây thần kinh truyền đi thông điệp về cảm giác đau.

Nhưng nhiệt độ không phải là điều duy nhất kích thích thụ thể; cây cối cũng có thể gây ra điều này. Có thể ta sẽ không ngạc nhiên gì khi biết rằng TRPVV1, vốn được kích hoạt ở nhiệt độ cực nóng, thì cũng có thể bị kích hoạt bởi chất capsaicin, một hợp chất khiến cho ớt cay.

Và TRPM8, phản ứng với sự mát lạnh của bạc hà, một chất có trong lá bạc hà, trong lúc TRPA1 còn được gọi là "thụ thể wasabi" nhờ vào sự kích thích của nó khi tiếp xúc với hợp chất khó chịu có trong cây mù tạt.

Nhưng tại sao cây cỏ lại tiến hóa với những hóa chất có thể kích thích thụ thể vốn có thể được kích thích bằng nhiệt độ?

Nhà sinh học phân tử Ajay Dhaka từ Đại học Washington giải thích, chất capsaicin không gây tác động gì với TRPV1 ở cá, chim hay thỏ, trong khi nó gây phản ứng với cùng thụ thể ở người và loài gặm nhấm.

"Vì thế, có thể là các loại cây đã tiến hóa với chất capsaicin để khiến một số loài không thể ăn được nó, để nó được yên thân," trong khi vẫn giữ nguyên vị ngon miệng với một số loài khác, ông nói. Rõ ràng, cơ chế tương tự cũng xảy ra với sự tiến hóa của lá bạc hà và mù tạt.

Nói cách khác, mối quan hệ gây tò mò giữa các loại cây và nhiệt độ có thể cho thấy nhiều hơn về lịch sử tiến hóa của các loài thực vật hơn là động vật. Có lẽ việc các loài cây đã tìm ra một cách để tấn công vào khả năng nhận biết nhiệt độ của cơ thể con người, hay tiến hóa để tạo ra các hợp chất có thể tác động vào cùng các thụ thể gây đau khi bị nóng lạnh chỉ do tình cờ.

Vi thế, sự thật là chúng ta đổ mồ hôi khi ăn ớt xanh không phải vì bất cứ đặc tính vốn có nào của loại ớt này, mà chỉ là vì cả hợp chất capsaicin và sức nóng đều kích thích các dây thần kinh dưới da - và với cả cơ thể - theo cùng một cách giống nhau.

Bằng cách tận dụng các thụ thể sẵn sàng phản ứng với chất kích thích, các loại cây này tìm ra một mẹo để có thể tránh bị ăn sạch... ít nhất là cho đến khi chúng ta tìm ra cách để thưởng thức vị nóng khó chịu của thức ăn cay và hương vị chảy nước mắt của món mù tạt wasabi.

Vì thế, lần tới khi bạn thấy nhịp tim tăng lên sau khi ăn một chén ớt, hãy ngừng lại một lúc để suy nghĩ có thể những gì bạn đang cảm thấy là kết quả của hàng triệu năm đấu tranh để tiến hóa giữa thực vật và động vật.

Và trong cuộc chiến đó, ít nhất là cho tới giờ, có vẻ như con người đang là phe chiến thắng.

Jason G Goldman