Miten havaitsemme kipua ja lämpötiloja?

Oletko koskaan miettinyt, miksi me ihmiset kykenemme tuntemaan kipua ja lämpötiloja? Kuinka tunnistamme kylmyyden tai lämmön? Mikä on antanut meille mahdollisuuden käsitellä tätä tietoa, joka on ollut niin tärkeää selviytymisemme kannalta? Puhumme tässä artikkelissa somatosensorisesta järjestelmästä, joka ei vastaa pelkästään taktiilista havaitsemisesta ja siitä, miten tunnemme kipua ja havaitsemme erilaisia lämpötiloja, vaan lisäksi se huolehtii myös asentoaistin toiminnasta eli kyvystämme tunnistaa, missä asennossa kehomme on.

Somatosensorinen järjestelmä on yksi laajimmista ihmiskehon järjestelmistä, joka vastaa kaiken aistitiedon, kuten kivun ja lämpötilan käsittelystä, joko sooman, eli kehon, luiden, lihasten ja sisäelinten kautta – tai ihon kautta, sillä kaikki siihen kuuluvat reseptorit ovat jakautuneet ympäri kehoa. Somatosensorinen järjestelmä jaetaan kahteen pääasialliseen osaan:

• Ihon somatosensorinen järjestelmä: Tämä järjestelmä koostuu ihon reseptoreista, ja siksi se on perifeerinen, eli toisin sanoen niitä löytyy ympäri kehoa. Tästä järjestelmältä löytyy kinesteettisiä reseptoreita, jotka ilmoittavat kehon ja sen liikkeiden sijainnit. Näitä reseptoreita löytyy esimerkiksi nivelistä ja jänteistä.
• Elimellinen somatosensorinen järjestelmä: Tältä järjestelmältä löytyy reseptoreita sekä luista että sisäelimistä, ja kyseessä on sisäinen somatosensorinen järjestelmä.

Ihon somatosensorinen järjestelmä: avain aistihavaintojemme ymmärtämiseen

Käsittääksemme miten ihmiset havaitsevat kipua ja lämpötiloja, on tärkeää ymmärtää miten ihon reseptorit toimivat. Niiden joukosta löytyvät myös kaikkein herkimmät reseptorit, jotka kykenevät aiheuttamaan meissä kivun tunnetta.

Iho on elimistömme suurin elin, ja tämän vuoksi se on myös sen suurin reseptori. Ympäri ihoa voimme löytää suuren määrän eri tavoin ryhmittyneitä reseptoreita, mikä taas mahdollistaa tuntoaistin määrittämisen yhdessä minkä tahansa muun näistä tuntoaistin kautta havaitsemistamme ​​aisteista: paine, värinä (kosketus), kipu ja lämpötila.

Juuri näiden ihon somatosensorisen järjestelmän reseptoreiden kautta vastaanotamme ympäristöltä tietoa paineen, kosketuksen, kivun, kylmyyden ja lämmön muodossa.

Se, millä herkkyydellä iho havaitsee kipua ja lämpötiloja, riippuu ihossa olevien reseptoreiden määrän tiheydestä.

Onko ihon karvoituksella merkitystä?

Puhuttaessa kivun ja lämpötilojen havaitsemisesta, sillä on eroa, löytyykö tietyltä ihon alueelta karvoitusta vai ei. Karvattomille alueille ryhmittyy huomattavasti enemmän reseptoreita. Suuri määrä reseptoreita tekee taas näistä karvattomista ihon alueista paljon herkempiä.

Kaikkein herkimpiä aistielimiä ovat huulet, ulkoiset sukuelimet sekä sormenpäät, sillä näillä alueilla ihon reseptoreiden tiheys on suurempi.

Vaikka tätä ei ole täysin todeksi osoitettu, uskotaan, että karvoittuneet ihoalueet olisivat herkempiä värinälle tai kosketukselle, koska liike saa ihokarvat liikkumaan.

Millaisia reseptoreita meidän ihostamme löytyy?

Ihon reseptorit voidaan jakaa kahteen luokkaan: vapaisiin hermopäätteisiin ja kapseloituihin reseptoreihin.

Vapaat hermopäätteet ovat hermohaarojen päätteitä, jotka kulkeutuvat aina ihoon saakka ja ovat mahdollisesti kaikkein yksinkertaisimpia aistireseptoreita. Vapaat hermopäätteet levittyvät läpi ihon ja ovat myös kaikkein tarkimpia reseptoreita kivun havaitsemiseksi, vaikka ne pystyvät kivun lisäksi reagoimaan myös kaikkiin muihin ärsykkeisiin. Vapaat hermopäätteet siis erikoistuvat kivun havaitsemiseen, mutta eivät ole siihen yksinoikeutettuja.

Vapaiden hermopäätteiden transduktiomekanismina toimii vain sen tietyn osan venyttäminen, joka sallii natriumkanavien avautumisen ja sieltä käsin kalvon depolarisaation, saavuttaen näin toimintapotentiaalinsa. Tämä tapahtuu kylmässä supistumisen kautta ja lämmössä laajentumisen kautta.

Kapseloidut reseptorit: kaikki mitä ne tekevät kapselinsa sisällä

Kapseloidut reseptorit ovat ihon reseptoreita ja niiden nimitys tulee siitä, että kyseiset reseptorit ovat kapselin ympäröimiä. Jotkut puhuvat neljästä tyypistä, toiset taas viidestä. Nämä reseptorit luokitellaan kuitenkin seuraavasti:

Pacinin keräset: herkkiä paineelle ja kosketukselle

Pacinin keräsiä löytyy niiltä ihoalueilta, joissa ei ole karvoitusta sekä vähäisemmässä määrin myös karvoittuneilta alueilta. Nämä reseptorit ovat ryhmittyneet tiheästi huulten, rintarauhasten ja ulkoisten sukupuolielinten alueille. Ne ovat erityisen herkkiä paineelle ja kosketukselle sekä vähemmän herkkiä kivulle ja lämpötiloille.

Pienet Ruffinin keräset

Ruffinin keräset ovat pieniä kapseloituja reseptoreita. Niiltä löytyy vapaiden hermopäätteiden tapaan hermopäätteet, mutta vapaista hermopäätteistä poiketen Ruffinin keräset on ympäröity sidekudoksella. Ruffinin keräsiä löytyy karvoittuneilta ihoalueilta ja ne reagoivat matalan taajuuden värinään.

Meissnerin keräset ja kevyen kosketuksen havaitseminen

Meissnerin keräset ovat vastuussa kevyen kosketuksen herkkyydestä. Niitä löytyy karvattomilta ihoalueilta ihon dermiksen eli verinahan nystyissä.

Herkät Krausen päätekeräset

Krausen päätekeräsiä löytyy vain limakalvon ja kuivan ihon leikkauspisteestä. Niiden kuidut eivät ole myelinoituneet ja ne ovat erittäin herkkiä havaitsemaan paineen tunnetta. Krausen päätekerästen paineen aktivoitumiskynnys onkin koko ihmiskehon alhaisin. 

Hitaat Merkelin kiekot

Merkelin kiekoilta löytyy Meissnerin kerästen tapaan samankaltainen paikka verinahan nystyissä. Merkelit kiekot ovat hitaan sopeutumisen reseptoreita ja ne reagoivat ärsykkeiden jatkuvaan muutokseen — tosin eivät suoraan, vaan esimerkiksi lämpötilan mukautumisen havaitsemiseksi.

Kivun havaitseminen

Kivun ja lämpötilan, tässä tapauksessa erityisesti kivun, havaitsemista voitaisiin nimittää niin sanotuksi mukautuvaksi hälytysjärjestelmäksi, jonka avulla voimme välttää kipua aiheuttavia lähteitä, vaikka se onkin tunne, johon voivat vaikuttaa niin emotionaaliset, psykologiset ja sosiaaliset tekijät, kuten myös lääkkeet, lumelääkkeet sekä hypnoosi.

Juuri tämän vuoksi kipu on erittäin subjektiivinen tunne, mikä viittaa siihen, että erilaisten hermostomekanismien tulisi muuttaa ja häiritä kivun leviämistä, eli toisin sanoen kivun havaitseminen siis perustu pelkästään ihon reseptoreihin.

Kipu voidaan jakaa kahteen eri tyyppiin:

• Vältettävissä oleva kipu, jossa elimistön paras vaste on kivun lähteestä, eli toisin sanoen käyttäytymisestä, vetäytyminen.
• Väistämätön kipu, jota esiintyy perifeerisellä ja sentraalisella tasolla, ja kuten nimestäkin käy ilmi, sitä ei voi paeta.

Perifeerisellä tasolla – josta löytyy väistämätöntä kipua – on nähty, että elimistöstä löytyy kipuun liittyvää molekyylitietoa. Kivun tunteessa osa soluissa vaurioituu, jolloin nämä solut alkavat erittää histamiinia ja prostaglandiinia. Jälkimmäisellä aineella kivun tunteeseen ei sinällään ole vaikutusta, mutta histamiini eritys taas aiheuttaa sen, että solujen kipukynnys laskee.

Prostaglandiini johtaa vaurioituneiden solujen korkeampaan histamiinin herkkyyteen, jolloin niiden kipukynnys laskee entistä enemmän. Tämä on kipua rikkoutuneiden kudosten tasolla. Tietyt farmakologiset mekanismit auttavat kuitenkin estämään histamiinin (antihistamiinit) ja prostaglandiinin (asetyylisalisyylihappo) eritystä.

Voiko kipua estää? Talamuksesta löytyy tähän ratkaisu

Sentraalisella tasolla kipua koskevat tutkimukset on suunnattu talamukseen. Kipu on mukautuvaa, mutta jos se ilmenee hyvin voimakkaalla tavalla, voi se estää toimintaamme tietyissä tilanteissa. Tämä on usein haitallista, ja se onkin saanut monet pohtimaan, onko kipua mahdollista olla tuntematta. Onko se sitten mahdollista? Kuinka talamus estetään?

Kivun estämistä kutsutaan yleensä analgesiaksi, johon vaikuttavat niin emotionaaliset kuin fysiologisetkin tekijät. Aivoihin kohdistuneihin onnettomuuksiin joutuneilla ihmisillä on kuitenkin havaittu, että talamuksen takaosan ventraalisen tumakkeen vaurioitumisella tai tukkeutumisella on usein tapana liittyä ihoaistimusten menetykseen, eli toisin sanoen pinnallisten aistihavaintojen, kuten kosketuksen ja kivun tunteen menetykseen.

Näin ollen intralaminaaristen talamustumakkeiden vauriot tai tukkeumat eliminoivat syvän kivun, mutta eivät ihon herkkyyttä. Talamuksen mediodorsaaliset tumakkeet liittyvät aivojen limbiseen järjestelmään ja ne häiritsevät usein kivun emotionaalisia komponentteja eliminoimalla ne.

Lämpötilojen havaitseminen

Lämpötilojen havaitseminen on suhteellista, sillä meillä ei ole sellaisia reseptoreita, jotka havaitsisivat lämpötiloja absoluuttisella tavalla. Pystymme havaitsemaan vain äkilliset lämpötilan muutokset – esimerkiksi siirtämällä käden erittäin kylmästä vesikannusta erittäin kuumaan vesikannuun.

Lämpötilojen havaitsemiseksi löytyy kahdenlaisia reseptoreita, toiset kylmän havaitsemiseksi ja toiset lämmön havaitsemiseksi, kaikki jakautuneina heterogeenisesti ympäri ihoa. Kylmää havaitsevat reseptorit ovat lähempänä orvaskesiä eli epidermiä, kun taas lämpöä havaitsevia reseptoreita löytyy syvemmältä ihosta. Sekä kylmää että lämpöä havaitsevat reseptorit ovat samoja, ne eroavat toisistaan vain sijainnilla.

Transduktio näissä reseptoreissa tapahtuu reseptorin kalvon tai tappisolun deformaatiolla ihon laajentumisen tai supistumisen vaikutuksesta. Tämä johtaa kalvon ja natriumkanavien avautumiseen. Jos reseptorit ovat ryhmittyneet tiheämmin, lämmön tunne on voimakkaampaa. Taas ne talamuksen tumakkeet, joiden ansiosta meillä on vaikeuksia havaita kylmää ja lämpöä, ovat intralaminaariset tumakkeet sekä vähemmässä määrin ventraaliset tumakkeet.

Siksi on erittäin mielenkiintoista huomata, että kivun havaitseminen johtuu ihomme pienistä reseptoreista sekä talamuksen erinomaisesta osallistumisesta, monien muiden toimintojen joukossa, ja jota tapahtuu myös silloin, kun havaitsemme lämpötiloja.

Kaikki nämä toiminnot ovat näyttäneet kehittyneen meidän selviytymistämme ajatellen, ja ne ovat vain perintö niistä kyvyistä, joita esi-isämme kauan aikaa sitten tarvitsivat kenties enemmän kuin mitä me tänä päivänä.