ปลายประสาทรับร้อน

ปลายประสาทรับร้อน
หรือ ตัวรับอุณหภูมิ
()
เป็นปลายประสาทของเซลล์ประสาทรับความรู้สึกในผิวหนังและในเยื่อเมือกบางชนิด ที่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิหรือการแลกเปลี่ยนความร้อนได้ดีที่สุด
คือ ตัวรับอุณหภูมิ ไม่ว่าจะรับเย็นหรืออุ่น จะตอบสนองต่ออุณหภูมิโดยเฉพาะ ๆ หรือต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ โดยเป็นฟังก์ชันของการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างผิวหนังกับวัตถุที่สัมผัส
และโดยหลักในพิสัยที่ไม่มีอันตราย เพราะโนซิเซ็ปเตอร์รับอุณหภูมิจะเป็นตัวส่งข้อมูลในพิสัยที่อาจเป็นอันตราย

ในช่วงอุณหภูมิ 31-36°C (32-34°C) ถ้าอุณหภูมิที่ผิวหนังเปลี่ยนอย่างช้า ๆ เราจะไม่รู้สึกอะไร ถ้าต่ำกว่าช่วงนี้ เราจะรู้สึกเย็นไปจนถึงหนาวและเริ่ิมที่ 10-15°C จะรู้สึกหนาวเหน็บ (เจ็บ) และถ้าสูงกว่าช่วงนี้ เราจะรู้สึกอุ่นไปจนถึงร้อนและเริ่มที่ 45°C จะรู้สึกร้อนลวก (เจ็บ) 
ความรู้สึกอุ่นเย็นที่ไม่เจ็บมาจากตัวรับอุณหภูมิ ส่วนความรู้สึกเจ็บแบบหนาวเหน็บ/ร้อนลวกมาจากโนซิเซ็ปเตอร์ที่รับอุณหภูมิ (thermal nociceptor)

ตัวรับอุณหภูมิที่ผิวหนังเชื่อว่าเป็นใยประสาทใน 3 กลุ่ม ทั้งหมดเป็นแบบปรับตัวช้า ๆ (slowly adapting) คือ
ตัวรับเย็นสองชนิดที่มีใยประสาทในกลุ่ม A delta และกลุ่ม C และตัวรับอุ่นหนึ่งชนิดที่มีใยประสาทในกลุ่ม C

ความอุ่นขึ้นเป็นสิ่งเร้าที่พอกระตุ้นตัวรับอุ่น ซึ่งจะเพิ่มอัตราการยิงศักยะงานของนิวรอน
และความอุ่นที่ลดลงก็จะลดอัตราการยิงศักยะงาน
สำหรับตัวรับเย็น อัตราการยิงศักยะงานจะสูงขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลง และจะต่ำลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น
บางครั้งตัวรับเย็นปรากฏว่าตอบสนองต่อความร้อน (เช่นที่ 46°C) และตัวรับร้อนตอบสนองต่อความเย็น (เช่นที่ 16°C) ซึ่งเป็นการตอบสนองแบบขัดแย้ง (paradoxical response)
แต่กลไกที่ทำให้มีการตอบสนองเยี่ยงนี้ก็ยังระบุไม่ได้

ในมนุษย์ ความรู้สึกอุ่นเย็นจะส่งไปสู่คอร์เทกซ์รับความรู้สึกทางกาย (postcentral gyrus) ผ่านวิถีประสาทสองระบบ คือ
 จากร่างกายทั้งหมดรวมทั้งศีรษะครึ่งหลัง จะส่งผ่านไขสันหลังในระบบ anterolateral system/spinothalamic tract
 จากศีรษะด้านหน้ารวมทั้งใบหน้า จะส่งผ่านก้านสมองในระบบ Trigeminothalamic tract

ตัวรับอุณหภูมิแบบพิเศษยังพบในงูบางชนิด เช่น งูในวงศ์งูแมวเซา (Viperidae) มีอวัยวะเหนือปากที่เรียกว่า pit organs ซึ่งมีตัวรับอุณหภูมิที่ไวความร้อนซึ่งเกิดจากการแผ่รังสีอินฟราเรด ซึ่งเมื่อบวกกับการเห็น ช่วยให้งูสามารถรับรู้สิ่งแวดล้อมและเหตุการณ์ที่กำลังเกิดขึ้นรอบ ๆ ตัวตลอด 24 ชม. ช่วยหาเหยื่อที่เป็นสัตว์เลือดอุ่น และช่วยหาที่อุ่น ๆ เพื่อพักและทำรัง

โครงสร้าง 
ตัวรับอุณหภูมิได้พรรณนามาโดยดั้งเดิมว่า เป็นปลายประสาทอิสระที่ไม่มีอะไรพิเศษ
แต่กลไกการทำงานตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิก็ยังไม่ชัดเจนทั้งหมด

ใยประสาทรับอุณหภูมิ 3 อย่าง 
ตัวรับอุณหภูมิที่ผิวหนังเชื่อว่าเป็นใยประสาทใน 3 กลุ่ม ทั้งหมดเป็นแบบปรับตัวช้า ๆ (slowly adapting) มีลานรับสัญญาณแบบเป็นจุด โดยตัวรับเย็นมีทั้งตัวเซลล์ทั้งใยประสาทมากกว่าตัวรับอุ่น คือ
 ตัวรับเย็น เป็นใยประสาทกลุ่ม A delta และกลุ่ม C ทั้งสองชนิดตอบสนองต่อสารเคมีบางชนิด เช่น เมนทอล ที่ทำให้รู้สึกเย็น
 กลุ่ม A delta - พบในหนังกำพร้า มีปลอกไมอีลินบาง ๆ (เส้นผ่าศูนย์กลาง 1-6 ไมโครเมตร) จึงสื่อประสาทได้เร็วกว่า (4-36 เมตรต่อวินาที) มีขีดเริ่มเปลี่ยนต่ำและไวต่อการเปลี่ยนลดอุณหภูมิอย่างฉับพลันมากกว่าค่อย ๆ เปลี่ยนถึง 100 เท่า ทำให้สามารถรู้สึกลมพัดจากหน้าต่างที่ไกล ๆ มีการแสดงออกของช่องไอออน TRPM8 
 กลุ่ม B - พบในหนังกำพร้า ไร้ปลอกไมอีลิน (เส้นผ่าศูนย์กลาง 0.2-1.5 ไมโครเมตร) จึงสื่อประสาทได้ช้ากว่า (0.4-2 เมตร/วินาที) มีขีดเริ่มเปลี่ยนสูงแต่สามารถส่งสัญญาณการเปลี่ยนอุณหภูมิแบบฉับพลันแม้ต่ำกว่า 0°C มีการแสดงออกของช่องไอออน TRPM8 และ TRPA1
 ตัวรับอุ่น ตอบสนองต่อสารเคมีบางชนิด เช่น การบูร
 กลุ่ม C - พบในหนังแท้ด้านบน (ลึกกว่าตัวรับเย็น) ไร้ปลอกไมอีลิน จึงสื่อประสาทได้ช้า ไวต่อการเปลี่ยนอุณหภูมิน้อยกว่าตัวรับเย็น การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิสำหรับคนไวสุดต้องอย่างน้อย 0.1°C ใยประสาทจะตอบสนองตามความอุ่นอย่างเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ จนถึงจุดร้อนลวก แล้วก็จะตอบสนองแบบอิ่มตัวโดยไม่เพิ่มขึ้นอีก มีการแสดงออกของช่องไอออน TRPV3

หน้าที่ ตำแหน่ง และการกระจายตัว
ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ตัวรับอุณหภูมิจะอยู่ในเนื้อเยื่อต่าง ๆ รวมทั้งผิวหนัง (cutaneous receptor) กระจกตา และกระเพาะปัสสาวะ
ตัวรับอุณหภูมิทั้งแบบอุ่นแบบเย็น มีบทบาทในการรับรู้อุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมที่ไม่มีอันตราย
อุณหภูมิในระดับที่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต จะตรวจจับด้วยโนซิเซ็ปเตอร์แบบต่าง ๆ ที่อาจตอบสนองต่อความเย็นอันตราย ความร้อนอันตราย หรือสิ่งเร้าที่เป็นอันตรายหลายรูปแบบ (คือโนซิเซ็ปเตอร์หนึ่งอาจตอบสนองต่อสิ่งเร้าหลายรูปแบบ เพราะเป็น polymodal)

ปลายประสาทที่มักตอบสนองต่อความเย็นอยู่ที่ผิวหนังอย่างหนาแน่นระดับกลาง ๆ แต่มีอย่างหนาแน่นที่กระจกตา ลิ้น กระเพาะปัสสาวะ และผิวหนังใบหน้า
คาดว่า ตัวรับความเย็นที่ลิ้นจะส่งข้อมูลที่ควบคุมการรับรสชาติ คือ อาหารบางอย่างจะอร่อยเมื่อเย็น บางอย่างก็ไม่อร่อย

ตัวรับอุณหภูมิที่ไวความเย็น จะทำให้รู้สึกเย็น หนาว และสดชื่น
ส่วนที่กระจกตา ตัวรับอุณหภูมิเชื่อว่า ตอบสนองต่อความเย็นจากการระเหยของน้ำตาด้วยอัตราการยิงศักยะงานที่ถี่ขึ้น แล้วทำให้เกิดรีเฟล็กซ์กะพริบตา

ตัวรับอุณหภูมิที่มือช่วยให้รู้สึกความร้อนเย็นของวัตถุที่สัมผัส และตัวรับอุณหภูมิที่ผิวหนังที่มีขน มีบทบาทในกระบวนการปรับอุณหภูมิกาย
คือ
 ปลายประสาทที่ผิวหนังจะส่งข้อมูลความเย็นร้อนไปยังสมอง ซึ่งส่งสัญญาณให้เส้นเลือดตีบเพื่อลดการถ่ายเทความร้อนของร่างกายถ้าหนาว หรือให้เส้นเลือดขยายเพื่อเพิ่มการถ่ายเทความร้อนถ้าร้อน ถ้านี่ยังไม่ทำให้เป็นปกติ สมองก็จะส่งสัญญาณให้เหงื่อออก ให้ขนลุก (ซึ่งไม่ช่วยอะไรในมนุษย์) ให้ตัวสั่น ให้เพิ่มเมแทบอลิซึมในฤดูหนาว และสนับสนุนให้เกิดพฤติกรรมที่ปรับความร้อนเย็น เช่น ใส่เสื้อผ้ามากขึ้น หลบออกจากแดดเป็นต้น 
 บริเวณ preoptic ของไฮโปทาลามัสในสมองที่อยู่ก่อนส่วนไขว้ประสาทตา (optic chiasm) ทำหน้าที่เป็นตัวรับอุณหภูมิจากเลือด โดยได้รับสัญญาณจากตัวรับอุณหภูมิที่ผิวหนังด้วย แล้วส่งสัญญาณไปในบริเวณสมองอื่นที่ลดหรือเพิ่มการเสียความร้อนของร่างกายดังกล่าวในข้อแรก โดยเป็นกระบวนการป้อนกลับแบบลบ

ที่กระเพาะปัสสาวะ 
ในกระเพาะปัสสาวะ ช่องไอออนที่อำนวยการรับรู้อุณหภูมิพบอยู่ในที่ต่าง ๆ รวมทั้ง
(ดูรายละเอียดเกี่ยวกับช่องไอออนในหัวข้อ "ช่องไอออนกลุ่ม TRP")
 TRPV1 - มีตลอดวิถีประสาทนำเข้ารวมทั้ง Urothelial cells ซึ่งบุ Urinary tract, ปลายส่วนนอก (peripheral terminal) ของใยประสาทนำเข้าที่อยู่ใกล้ ๆ กับ Urothelial cell, ตัวนิวรอนในปมประสาทรากหลัง (dorsal root ganglion) ที่มีใยประสาทขนาดเล็กจนถึงกลาง, ปลายส่วนกลาง (central terminal) ของใยประสาทนำเข้า, และในปีกหลังของไขสันหลัง (dorsal horn) ชั้นแรก ๆ
 TRPV1 ในใยประสาทกลุ่ม C ที่ตรวจจับการพองของกระเพาะ (เป็นตัวรับแรงกลแบบยืดหด) หรือสารเคมีที่ระคายเคือง
 TRPV2, TRPV4, TRPM8, และ TRPA1 ใน Urothelial cells
แต่ว่า ช่องไอออนเหล่านี้อาจมีบทบาทอื่น ๆ นอกจากการรับรู้อุณหภูมิรวมทั้ง
 TRPV1 มีบทบาทสำคัญเกี่ยวกับโนซิเซ็ปชันและการทำงานเป็นปกติของกระเพาะปัสสาวะ
 TRPV1 ใน Urothelial cells สัมพันธ์กับระดับแคลเซียมในเซลล์ที่สูงขึ้นและการปล่อยสารสื่อประสาทต่าง ๆ 
 ในนิวรอน TRPV1 เชื่อว่ามีหน้าที่รวบรวมหรือเพิ่มการตอบสนองต่อสิ่งเร้าต่าง ๆ และมีบทบาทสำคัญในภาวะรู้สึกเจ็บมากกว่าปรกติที่เกิดจากการอักเสบ
 แม้ว่าการแสดงออกของช่อง TRPV2, TRPV4, TRPM8, และ TRPA1 จะแสดงนัยว่า Urothelial cells มีการรับรู้อุณหภูมิ แต่ว่า บทบาทหลักความจริงอาจเป็นเพื่อตรวจจับสิ่งเร้าอันตราย (noxious stimuli)
 นอกจากนั้น TRPM8 อาจมีบทบาทเกี่ยวกับการเพิ่มจำนวนเซลล์อีกด้วย

กลไกการถ่ายโอนสัญญาณประสาท 
งานวิจัยเรื่องนี้ได้รับความสนใจมากขึ้นเมื่อมีการระบุและการโคลนหมู่โปรตีน Transient Receptor Potential (TRP)
เพราะช่อง TRPM8 เป็นตัวอำนวยการถ่ายโอนอุณหภูมิให้เป็นสัญญาณประสาทในตัวรับอุณหภูมิแบบเย็น
ช่องไอออนนี้อนุญาตแคตไอออนแบบผสมให้ผ่านเข้าไปในเซลล์ประสาทได้
(โดยหลักเป็นไอออน Na+ แม้ Ca2+ ก็จะเข้าได้ด้วย)
ในระดับมากน้อยโดยเป็นสัดส่วนผกผันกับอุณหภูมิ

ช่องนี้ไวต่ออุณหภูมิระหว่าง 8-28°C
แต่ก็อาจทำงานเนื่องจากการยึดกับลิแกนด์นอกเซลล์
เช่น เมนทอล/การบูรอาจเริ่มการทำงานของช่อง TRPM8 
แต่เนื่องจากโปรตีน TRPM8 มีการแสดงออกในนิวรอนที่ส่งสัญญาณความเย็น การบูรบนผิวหนังจึงทำให้รู้สึกเย็น
ความรู้สึกสดชื่นยังสัมพันธ์กับการทำงานของตัวรับความเย็นเนื่องจากการบูร
โดยเฉพาะที่ใบหน้าซึ่งมีแอกซอนของเส้นประสาทไทรเจมินัล (V) นี่เป็นเหตุของการใส่เมนทอล/การบูรในเครื่องอาบน้ำต่าง ๆ รวมทั้งยาสีฟัน โลชั่นโกนหนวด ครีมทาหน้า เป็นต้น

องค์ประกอบอีกอย่างของการถ่ายโอนความเย็น ก็คือ ช่องรั่ว (leak channel) ซึ่งปล่อยให้กระแสไฟคือประจุไอออนโพแทสเซียมไหลออกโดยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ
ช่องรั่วบางส่วนเป็นอนุพันธุ์ของ "Tandem pore domain potassium channel"
และในบรรดาช่องเหล่านี้ บางชนิดจะปิดทันทีเมื่ออุณหภูมิลดลงน้อยกว่า 28°C (เช่น TRAAK, TREK)
อนึ่ง อุณหภูมิยังควบคุมการทำงานของ Na+/K+-ATPase ด้วย
ซึ่งเป็นปั๊มแบบ P-type ที่ปั๊มไอออน 3Na+ ออกจากเซลล์แลกเปลี่ยนกับไอออน 2K+ โดยได้พลังงานจากการแยก ATP ที่อาศัยน้ำ
ผลก็คือการไหลของประจุบวกออกจากเซลล์โดยสุทธิ คือ เป็นกระแสไฟฟ้าแบบเพิ่มขั้ว (hyperpolarizing) ซึ่งทำให้เซลล์กระตุ้นได้ยากขึ้น
โดยระดับกระแสไฟจะขึ้นอยู่กับอัตราการปั๊ม

มีนักวิชาการที่เสนอว่า นิวรอนต้องอาศัยโปรตีนไวอุณหภูมิต่าง ๆ รวมกันเพื่อสร้างตัวรับอุณหภูมิ
คุณสมบัติแบบอุบัติ (emergence)
ของนิวรอนเช่นนี้เชื่อว่าประกอบด้วยการแสดงออกของโปรตีนดังที่กล่าวแล้ว พร้อมกับช่องไวความต่างศักย์ (voltage-sensitive channel) ต่าง ๆ รวมทั้งช่อง HCN (hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated), และช่อง IKA (rapidly activating and inactivating transient potassium channel)

ช่องไอออนกลุ่ม TRP 
งานวิจัยปี 2544 พบว่าความร้อนเย็นจะกระตุ้นช่องไอออนกลุ่ม TRP (Transient potential receptor) ซึ่งให้แคตไอออนซึมผ่านได้อย่างไม่เลือก (รวมทั้งแคลเซียมและแมกนีเซียม) และมีโครงสร้างคล้ายกับช่องที่เปิดปิดด้วยศักย์ไฟฟ้า (voltage-gated channel) โดยช่อง TRP แต่ละอย่างจะไวความเย็นร้อนต่าง ๆ กัน คือ เมื่อถึงขีดเริ่มเปลี่ยนทางอุณหภูมิ ช่องก็จะเปิดให้แคตไอออนไหลผ่านเข้ามากขึ้น

ช่อง TRPM8 และ TRPA1 ที่เปิดเมื่อเย็นลงและปิดเมื่ออุ่นขึ้น ทั้งสองมีการแสดงออกที่ปลายประสาทรับเย็นที่มีขีดเริ่มเปลี่ยนสูง แต่ปลายประสาทรับเย็นที่มีขีดเริ่มเปลี่ยนต่ำจะมีเพียงแค่ช่อง TRPM8 เท่านั้น ส่วนปลายประสาทรับอุ่นมีช่อง TRPV3

วิถีประสาท 
ดูเทียบกับ "วิถีประสาทของระบบรับความรู้สึกทางกาย"
ในมนุษย์ ความรู้สึกร้อนเย็น (รวมทั้งแบบหนาวเหน็บร้อนลวก) จะส่งไปสู่ทาลามัสแล้วสู่เปลือกสมองส่วนต่าง ๆ ผ่านวิถีประสาทสองระบบ คือ
 Trigeminothalamic tract ส่งข้อมูลต่าง ๆ รวมทั้งอุณหภูมิที่มาจากศีรษะส่วนหน้ารวมทั้งใบหน้า ผ่านก้านสมองไปยังทาลามัส แล้วต่อไปยังส่วนต่าง ๆ ของเปลือกสมอง โดย first order neuron อยู่ที่ปมประสาทของเส้นประสาทสมอง (รวมทั้ง trigeminal , facial , glossopharyngeal , และ vagus ) ซึ่งส่งแอกซอนลงไปยัง second order neuron ใน medulla ซีกร่างกายเดียวกันที่ spinal trigeminal nucleus ซึงก็จะส่งแอกซอนข้ามไขว้ทแยง medulla ไปสุดที่ทาลามัสส่วน ventral posterior medial nucleus (VPM)
 anterolateral system/spinothalamic tract ส่งข้อมูลต่าง ๆ รวมทั้งอุณหภูมิจากร่างกายรวมศีรษะครึ่งหลัง ผ่านไขสันหลังไปยังทาลามัส แล้วต่อไปยังส่วนต่าง ๆ ของเปลือกสมอง โดย first order neuron อยู่ที่ปมประสาทรากหลัง (dorsal root ganglion) ซึ่งส่งแอกซอนขึ้น/ลงผ่าน Lissauer's tract 1-2 ข้อไขสันหลังไปยัง second order neuron ในปีกหลังของไขสันหลัง (dorsal horn) ในซีกร่างกายเดียวกันแต่อยู่ต่างระดับไขสันหลังกัน second order neuron ก็จะส่งแอกซอนข้ามไขว้ทแยงที่ไขสันหลังแล้วขึ้นไปตาม anterolateral column/spinothalamic tract ไปยังทาลามัสส่วน ventral posteriorlateral nucleus (VPL) 

ให้สังเกตว่า เนื่องจากว่า เป้าหมายในทาลามัสของความรู้สึกร้อนเย็นมาจากการอนุมานที่เนื่องกับวิถีประสาทของความเจ็บปวด จึงยังไม่มติร่วมกันว่า ส่วนไหนของทาลามัสเป็นเป้าหมายของความรู้สึกร้อนเย็นกันแน่ 
นอกจากที่ส่วน VPMและ VPL ตามที่ว่าแล้ว ยังมีนักวิชาการที่กำหนดเขตต่อไปนี้ คือ
 ใยประสาทจาก lamina I (รวมทั้งจากตัวรับอุณหภูมิทั้งสามอย่าง) ของ dorsal horn ไปสุดที่ส่วนหลังของ VPN และส่วนหลังของ ventral medial nucleus ที่อยู่ติดกัน
 ใยประสาทจาก lamina I (รวมทั้งจากตัวรับอุณหภูมิทั้งสามอย่าง) ของ dorsal horn ไปสุดที่ VMpo (ventromedial posterior nucleus) ที่อยู่ทาง medial ของ VPL

งานศึกษาโดยใช้ fMRI พบว่า เปลือกสมองส่วนต่าง ๆ จะทำงานเมื่อมนุษย์ได้ตัวกระตุ้นร้อนเย็น รวมทั้ง superior parietal lobule, insular cortex, และ orbitofrontal cortex

ดูเพิ่ม 
 การลวงสัมผัสตะแกรงเหล็กร้อน

เชิงอรรถ

เชิงอรรถและอ้างอิง

แหล่งอ้างอิงอื่น ๆ 

  (pre-printed files)
 
Neuroscience (2008)
 
 
Principles of Neural Science (2013)
 
 
The Senses: A Comprehensive Reference (2008)
 
 
 
 
 
 
 

ตัวรับความรู้สึก