Сила обоняния. Как умение распознавать запахи формирует память, предсказывает болезни и влияет на нашу жизнь: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

• что мы располагаем еще одной, третьей системой восприятия химических компонентов окружающей среды,

• что такое система тройничного нерва,

• как работают совместно химические чувства.

Из предыдущей главы мы узнали, насколько тесно взаимодействуют обоняние и вкус. В восприятии ароматов обоняние играет главенствующую роль. Но в этой игре есть и еще один участник, который позволяет нам ощущать острые или освежающие ароматы и запахи. Давайте ближе познакомимся с этой дополнительной системой чувств.

Я очень давно стал предпочитать острые блюда. В моем холодильнике можно найти дюжину соусов чили из разных стран, а помимо соляной и перечной мельницы у меня есть и мельница для стручков чили, которая не стоит без дела. Стручки я регулярно покупаю на рынке Жан-Талон в Монреале, самом большом рынке в Северной Америке. Я обожаю мексиканскую и индийскую кухню с острыми соусами и виндалу. Но предпочтения мои не ограничиваются чили. Каждый вечер я готовлю себе золотое латте с миндальным молочком, куркумой и имбирем, которые приятно покалывают язык. Нравятся мне также васаби, зеленая паста с «японским хреном», которая невероятно хороша с суши.

Несколько лет назад один мой коллега пригласил меня на барбекю. В поисках какой-нибудь изюминки к столу я зашел в супермаркет, где увидел стручки чили с завлекательными названиями «Шотландский колпак». Стручки были маленькие, пузатые, размером не больше монеты в два евро, в ширину они были больше, чем в длину. Изрядно морщинистые, они имели типичный цвет красного перца. На шкале остроты, отпечатанной на упаковке, этот перчик был отмечен на «остром» конце шкалы. Сначала этот перец был всеми отвергнут, однако после нескольких кружек пива нашлась пара неустрашимых личностей, готовых поэкспериментировать. Первые кусочки нас не особенно впечатлили, и мы отправили в рот по целому стручку этой шотландской прелести. Уже через несколько секунд мы заметили, что острота начинает проявляться не сразу – сначала она стала сильной, а затем просто нестерпимой. Во рту жгло так, что, без преувеличения, перехватывало дыхание, и я заметил, что жжение стало распространяться изо рта в пищевод, а потом и в желудок. Правда, в желудке ощущение было мягче. Мало того, у нас потекло из носа и из глаз.

Участники эксперимента пытались побороть это невыносимое ощущение самыми разнообразными средствами. Полоскание пивом или водой делало жжение еще хуже; один из нас принялся бегать взад и вперед по дороге. Кому-то пришла в голову блестящая идея – выпить молока. Бравому дегустатору вылили все молоко, имевшееся в хозяйстве. Через десять минут, которые показались нам часами, боль прошла, причем полностью. Настроение участников вечеринки, которое было испортилось, снова стало веселым и безмятежным; мы ощутили себя героями, вернувшимися домой после победоносного сражения. Большинство других гостей, напротив, считали, что было неумно с нашей стороны добровольно подвергать себя таким неприятностям. Для меня и еще одного моего коллеги, который интересовался восприятием боли, это стало очередным, хотя и своеобразным, научным исследованием.

Несмотря на всю свою жгучесть, стручки этого перца были не горячее других приправ к грилю, которые мы тем не менее ели без всяких проблем. Но почему все же у нас возникло ощущение вспыхнувшего во рту огня, обжегшего всю слизистую? И почему это ощущение бесследно прошло через несколько минут, хотя в случае настоящего ожога мы бы так легко не отделались?

Рецептор остроты

Почему контакт капсаицина со слизистой оболочкой приводит к возникновению ощущения жжения и боли? Даже при отсутствии изменений температуры ощущение при контакте с перцем чили описывают как жжение. Ответ на этот вопрос был дан уже два десятилетия назад. Молекула капсаицина связывается в слизистой оболочке с рецептором, который носит не слишком поэтичное название TRPV1. Этот рецептор стал известен широкой публике после того, как Дэвид Джулиус и Ардем Патапутян за его открытие были в 2021 году удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине. Особенность TPRV1 заключается в том, что он, наряду с тем, что может активизироваться капсаицином, реагирует также и на повышение температуры выше 42 градусов. Порог в 42 градуса имеет большое значение для организма, потому что при этой температуре начинают свертываться белки. Поэтому очень важно, чтобы отчетливо воспринимались температуры, превышающие этот порог. Поскольку этот рецептор одинаково реагирует на оба упомянутых стимула, мы в обоих случаях ощущаем боль и жжение. Этот рецептор, как и все другие, описанные позднее, обнаруживается в слизистой оболочке рта и носа. Во рту он стимулируется горячими и содержащими капсаицин пищевыми продуктами и напитками, а в носу – горячим воздухом и пахучими веществами.

Открытие TRPV1 интересно с двух точек зрения. С точки зрения эволюции он служит для защиты организма от опасно высоких температур. Как только этот рецептор подвергается действию высокой температуры, например когда в рот попадает слишком горячий чай, рецептор вызывает ощущение боли, человек реагирует избеганием источника стимуляции и, таким образом, защищает организм от вредного воздействия. Эта отлаженная система работает уже миллионы лет; таким образом, восприятие капсаицина не является его исходной функцией. То, что капсаицин также стимулирует активность этого рецептора, является делом случая. Однако очевидно, что эволюция тем самым создала для перечных растений определенную привилегию. Высокое содержание капсаицина предохраняло эти растения от поедания животными, так как оно вызывало у них сильную боль. Этот механизм не функционирует только у одного класса позвоночных животных: у птиц, которые тоже располагают этим рецептором, его стимуляция тоже вызывает боль. Но TVRP1-рецептор птиц устроен не так, как у млекопитающих, и поэтому капсаицин его не стимулирует. Следовательно, у птиц плоды, содержащие капсаицин, не вызывают боли, и пернатые могут беспрепятственно ими питаться. Для растений это составляет определенное преимущество, так как поедание птицами семян способствует их распространению на большие расстояния. Для млекопитающих эти растения практически несъедобны. Так эволюция позволила растениям использовать системы восприятия боли животными для собственной пользы и защиты.

Есть, правда, одно млекопитающее – исключение из общего правила: человек в известных дозах способен употреблять капсаицин в пищу. Пока непонятно, почему это так, почему мы добровольно подвергаем себя боли. Предполагают, что в данном случае работают те же механизмы, которые заставляют нас бежать марафон или заниматься другими, не менее тяжелыми видами спорта, которые заставляют «пострадать». За счет контролируемой – и это обстоятельство очень важно – боли вырабатываются эндорфины, стимулирующие работу систем вознаграждения в головном мозге.

Рецептор TRPV1 стимулируется не только капсаицином. За прошедшие годы было идентифицировано множество других веществ, которые могут вызывать сходное ощущение жжения. К таким веществам относят имбирное масло, придающее острый вкус имбирю, и пиперин, содержащийся в черном перце. Существуют и другие вещества подобного рода. Общей для всех них является способность восприниматься как острое на вкус вещество, то есть вызывать ощущение жжения.

Рецептор TRPV1 является лишь одним из группы рецепторов, названия которых включают целый спектр, начиная от TRPA1 и заканчивая TRPM8. Аббревиатура TRP соответствует термину transient receptor potential (транзиторный рецепторный потенциал), которым описывается механизм функции этих рецепторов. Эти рецепторы особенно интересны в контексте этой книги, потому что все они, помимо того что отвечают на определенные диапазоны температур, реагируют также и на различные химические вещества. Эти рецепторы не зависят ни от обоняния, ни от вкуса, так как раздражение от них передается в головной мозг по другому черепному нерву – тройничному.

На слизистой оболочке носа и рта хеморецепторы тройничного нерва вступают в непосредственный контакт с веществами, содержащимися во вдыхаемом воздухе и пище, и активизируются ими. Это означает, что помимо обоняния и вкуса мы располагаем третьим чувством для восприятия химического состава окружающей нас среды, мы располагаем так называемой тригеминальной (тройничной) системой. Рецепторы разных систем различны: рецепторы вкуса расположены во вкусовых почках языка, рецепторы обоняния – в обонятельной слизистой оболочке носа. Рецепторы тригеминальной системы расположены в слизистой оболочке всюду – не только в носу и во рту, – в чем каждый из нас не раз убеждался на собственном печальном опыте, когда касался любой слизистой оболочки, не вымыв руки после контакта со жгучим перцем.

Рецептор свежести

Как мы увидели, стимуляция тройничной системы может привести к возникновению чувства жара, жжения и боли. Но это не единственный рецептор тройничной системы. Например, рецептор TRPM8 активизируется при температуре 28 градусов и ниже. Таким образом, он опосредует восприятие прохлады и свежести. Рецептор TRPM8 активизируется всякий раз, когда мы в прохладный день вдыхаем носом воздух. Однако он, так же как рецептор TRPV1, реагирует и на различные химические соединения. Эти соединения широко распространены и хорошо известны. К ним относятся, например, ментол, главная составная часть перечной мяты, эвкалиптовое масло и камфара, которую добывают из камфарного дерева. В противоположность чили, имбирю и перцу мята, эвкалипт и камфара воспринимаются не как острые и жгучие вещества, но как охлаждающие и освежающие средства – таково действие рецептора TRPM8.

Мы не случайно используем эти средства при простуде. При простуде, которая является результатом вирусной инфекции верхних дыхательных путей, развивается отек слизистых оболочек. Это особенно заметно в носу, так как за счет отека ухудшается проходимость носовых ходов. Мы замечаем это, потому что через нос начинает проходить меньше воздуха и потому что в меньшей степени возбуждаются рецепторы TRPM8. У нас возникает ощущение заложенности носа. Когда мы сосем мятные пастилки или наносим на верхнюю губу тигровый бальзам, мы химически стимулируем рецепторы TRPM8. Благодаря этому у нас возникает ощущение свежести в носу, а мозг интерпретирует это так, словно через нос стало проходить больше воздуха. Таким образом, мы предаемся самообману, ибо на самом деле проходимость носа нисколько не изменяется.

Жевательная резинка также часто содержит вещества, стимулирующие рецепторы TRPM8. Жуя резинку, мы создаем ощущение свежести во рту, которое, как правило, создает и ощущение чистоты. У нас возникает впечатление, что наш рот (как и рот нашего визави) чище, чем в действительности.

Иные рецепторы других ощущений

Существуют и другие рецепторы тройничного нерва, которые стимулируются температурами в определенных диапазонах и определенными химическими соединениями. Например, рецептор TPRA1 стимулируется температурами ниже 17 градусов и такими веществами, как аллицин, аллилизотиоцианат и коричный альдегид. Первое вещество придает остроту чесноку, второе – горчице и хрену, третье придает корице небольшую жгучесть. Ощущения, возникающие при стимуляции этого рецептора, воспринимаются не как свежесть, а скорее как притупленное жжение, какое возникает, например, если возьмешь слишком много хрена или перепутаешь васаби с гуакамоле.

Напротив, рецептор TRPV3 стимулируется при температуре выше 39 градусов. Он опосредует ощущение тепла, но не боли. Этот рецептор активизируется эвгенолом, действующим веществом гвоздики и муската, а также тимолом, тимьяном и орегано, придавая им характерный запах. Существует также рецептор, отвечающий за ощущение покалывания при контакте с угольной кислотой, а также некоторые другие рецепторы.

Мы видим, что тригеминальная система позволяет нам испытывать самые разнообразные ощущения. Когда пищевой продукт или пахучее вещество вызывают у нас ощущение острого, горячего, холодного, свежего, теплого, жгучего и так далее, то это действие именно рецепторов тройничного нерва. Химические чувства, обоняние, вкус и тригеминальная система работают, как правило, вместе и согласованно. Когда мы жуем мятную жевательную резинку, мы воспринимаем ее сладость вкусовым чувством, аромат перечной мяты обонянием, а свежесть – тройничным нервом. Когда мы едим пасхальную ветчину с хреном, ветчина стимулирует восприятие умами чувством вкуса, восприятие аромата ветчины опосредуется обонянием, а хрен стимулирует рецептор TRPA1 тригеминальной системы и опосредует типичное чувство жжения. Когда мы пьем «Кровавую Мэри», то чувствуем сладкий, соленый и умами вкус томата, аромат томата мы воспринимаем обонянием, а табаско стимулирует рецепторы тройничного нерва.

Интересно, что большинство специй стимулируют тригеминальную систему. За счет повторной экспозиции мы можем изменить нашу чувствительность к специям. Если мы часто едим острое, то для получения тех же ощущений нам требуется все больше и больше чили. Поэтому многие индийцы или мексиканцы могут употреблять такие количества острых приправ, которые среднестатистическому европейцу кажутся абсолютно непереносимыми. Чем чаще мы едим острое, тем меньше становится реагирующих на него рецепторов.

Этот эффект представляется очень важным для людей всех культур и всех времен. Теперь мы можем купить в супермаркете практически любые специи, но еще совсем недавно их приобретение было очень дорогим удовольствием. Торговцы преодолевали немыслимые трудности и опасности, чтобы запастись пряностями в чужих странах. Молуккские острова в современной Индонезии, так же как принадлежащий ныне Танзании Занзибар, назывались раньше островами пряностей, и за обладание этими землями шли кровопролитные войны. Тысячи лет Запад торговал с Индией, чтобы помимо шелка и драгоценностей получать перец, гвоздику, мускат и корицу. Именно в поисках альтернативного, менее опасного и более прибыльного морского пути в Индию Христофор Колумб открыл Америку.

Тогда он еще не знал, что в неизвестных, вновь открытых землях будут обнаружены совершенно неведомые специи. Помимо какао, табака и томатов там, в Центральной и Южной Америке, была найдена паприка, которая стала известна в Европе только в Новое время. Сегодня мы не можем представить себе многие европейские страны без этих кулинарных пришельцев. Чем была бы Италия без помидоров, Венгрия без паприки, Германия без картофеля, а Швейцария без шоколада и какао? Если бы пряности не были столь важны, то ими не стали бы издревле торговать с Востоком, а мореплаватели бы не искали и не находили альтернативные морские пути. Очевидно, что в этом значительную роль сыграла тригеминальная система: как в том, что мы всегда добавляем перец в еду, так и вообще в истории человечества.

При этом речь идет о чем-то большем, нежели о разнообразии вкусовых впечатлений: тригеминальная система предназначена не только для того, чтобы доставлять нам наслаждение едой и питьем. Так же как и обоняние, она призвана сохранять целостность нашего организма. На стимуляцию тригеминальной системы мы реагируем кашлем, чиханием, обильной секрецией слизи и слюны. Кашель и чихание предназначены для удаления раздражителя из организма, секреция его разбавляет. При более высоких концентрациях раздражающего вещества включаются и другие рефлексы, которые защищают дыхательные пути – вплоть до остановки дыхания. За счет этих рефлексов тригеминальная система защищает дыхательные пути и пищеварительный тракт.

Теперь мы видим, что тригеминальная система является третьим химическим чувством, которое позволяет нам анализировать химический состав окружающей среды, а за счет полости рта также и химический состав внутренней среды организма. Хотя работа этой системы зиждется на других рецепторах и нервных волокнах, нежели обоняние, оба чувства тесно связаны между собой. Прежде всего это касается раздражителей: хотя химическими соединениями, которые возбуждают тригеминальную систему, являются по большей части специи, ее способны активизировать почти все пахучие вещества, если они в достаточной степени концентрированы – в этом случае они вызовут жжение или сходное с ним ощущение. Промежуток между обонятельным порогом – концентрацией вещества, при которой активизируется обонятельное чувство, – и тройничным порогом – концентрацией вещества, при которой активизируется тригеминальная система, – зависит от химического строения пахучего вещества. Например, соединения аммиака возбуждают тригеминальную систему почти при таких же низких концентрациях, что и обоняние. Как только человек вдыхает пары аммиака, он чувствует не только его запах, но и ощущает воздействие на дыхательные пути, заставляющие его кашлять. В случае других раздражителей, например розовой воды, это окно намного шире. Здесь надо вдохнуть вещество в нереально высокой концентрации, чтобы возбудить окончания тройничного нерва. Но, в принципе, активизировать тригеминальную систему могут практически все пахучие вещества. Исключением является ванилин, главное действующее вещество ванили. Он не активизирует тригеминальную систему даже в очень высоких концентрациях.

В головном мозге происходит взаимодействие обоняния, вкуса и тригеминальной системы. Раздражения, поступающие из всех этих систем, обрабатываются в перекрывающихся областях головного мозга. Поэтому нет ничего удивительного в том, что эти чувства взаимно влияют друг на друга. Возбуждение тригеминальной системы ослабляет интенсивность одновременно поступающего обонятельного раздражения, в то время как обонятельный стимул может усилить интенсивность параллельно поступающего раздражения тригеминальной системы.

Что происходит, если выпадает какое-то химическое чувство? Мы знаем, как было сказано в главе 2, что слепые могут в какой-то мере компенсировать утрату зрения за счет слуха и осязания; этот процесс называют интермодальной пластичностью. Эта пластичность проявляется также и при утрате слуха. Здесь химические чувства занимают особое место. У больных с потерей обоняния одновременно происходит ухудшение работы тригеминальной системы, да и вкус становится заметно менее чувствительным.