痒和痛是力度不同,还是两件事?深度探究皮肤的奥秘

嘉慧浏览趣事 2025-03-10 21:56:39

痛与痒,究竟是同一种感受,还是截然不同的存在?为何挠痒有时不仅止不住痒,还会越挠越痒,甚至挠不到点上?这一切奥秘,都藏在我们身体最大的器官——皮肤之中。

挠痒痒,看似简单的行为,却隐藏着诺奖级的科学发现。2021年诺贝尔生理学和医学奖的成果,竟源自对小鼠挠痒的研究。回溯2004年,科学界长期秉持“痒是轻微的痛”这一观点,此理论已传承118年,如同教科书上的金科玉律,认为刺激强度低于疼痛阈值时我们感到痒,超过则变为痛。

直到华盛顿大学陈宙峰教授在显微镜下观察到,敲除痒觉基因GRPR的小鼠,面对能让人类痛得跳脚的辣椒素,反应剧烈;但接触让人痒到发狂的绿藜芦时,却异常淡定,优雅地舔着爪子,仿佛置身事外。原来痛和痒分属两个不同的“平行宇宙”。陈教授的成果发表在顶级期刊《自然》杂志上,瞬间在全球动物实验室引发了一场“抓痒大作战”。

敲除痒觉基因GRPR的小鼠实验

美国国家科学院院士雅顿・帕塔普蒂安教授团队的研究格外吸睛。在加州大学实验室,周亦院士团队对一只小鼠开展精妙实验。小鼠脖子、耳朵贴微型传感器,爪子套纳米动作捕捉环,胡须颤动被每秒2000帧高速摄像机记录。科学家手持能自主调节力度的智能痒痒挠(冯弗雷尖毛)。

其尖端仅蚊子口器1/10细,力度可精确到0.008克。用它扫小鼠耳后,小鼠疯狂抓挠,台下测力平台记录抓挠力度、角度,智普仪分析爪垫汗液成分。经基因编辑剪掉神秘蛋白质编码后,小鼠面对痒痒挠毫无反应。这个操控小鼠情绪变化的“开关”,就是2021年诺奖揭示的Piezo蛋白。

在皮肤中,像GRPR基因、Piezo蛋白这样的生物分子还有许多,它们共同构成了我们感知世界最灵敏的末端——皮肤感受器。曾有节目提到“大脑中的侏儒”,解释了人体不同部位皮肤感受器密度不同,导致大脑对身体比例认知差异。人类在进化中退化浓密毛发,触觉灵敏度大幅提升。

这一“裸奔策略”迫使大脑皮层开启“996模式”,划分出超大区域处理海量触觉信息,不断促使脑容量增加。双手的细腻触感让我们能敏锐感知力度,指纹更是触觉界的“条形码扫描器”,放大百倍后,每个隆起线条中都密布传感器阵列。人类直立行走时,足底皮肤进化出超密触觉系统,每走一步都能感知地形变化,直接推动大脑运动皮层的第二次发育。

那么,皮肤究竟如何感知不同材质?

隔着塑料袋摸水,即便皮肤未湿,也能感觉到水的滑凉。这靠的是皮肤感受器,但实际的皮肤感受器远比这复杂。梅克尔盘,如同镶在指尖的压力开关,能检测持续按压,帮你摸男朋友腹肌时数清块数;迈斯纳小体是高频震动界的“节奏大师”,每秒可捕捉50次震动,蚊子刚落脚就能触发你的“降龙十八掌”;环层小体堪称低频雷达,专门检测声压和震动,公交车急刹车时,握紧扶手的力度靠它把控;鲁菲尼小体则是拉伸探测器,皮肤被拉扯变形瞬间向大脑发送预警。

这些感受器组合在一起,形成一套全能传感器,甚至能感知气流、电磁场等匪夷所思的东西。皮肤表面存在15-50毫伏的微弱电压,约为一节5号电池的1%,梅克尔盘借此可间接感受电能。许多科技馆的“怒发冲冠”实验装置,当手靠近静电球,皮肤就会产生“电风感”,这是因为皮肤表面电场受干扰,蓄积静电的毫毛被扰动,电流转化为机械压力,被皮肤感受器接收。

此外,每平方厘米皮肤约有30根毫毛,如同微型气象站,气流扰动使汗毛偏转几微米,就能唤醒皮肤,多种感受器协同判断气流强度、节奏和轮廓,结合温度感觉,大脑便能检索出触碰物体的信息。这就是我们能感知不同材质,且触觉系统具备“预触觉”能力,可提前预判物体接近的原因。

皮肤不仅在感知方面表现卓越,在免疫功能上也十分强大。我们的每个细胞表面都有人类主要组织相容性复合物(MHC),这是人类特有的抗原,除同卵双胞胎外,每个人的MHC都不同。皮肤深处的朗格汉斯细胞如同安检仪,细胞膜表面布满触手,昼夜扫描抗原,一旦识别出不属于自身的MHC抗原,就会触发免疫反应,12小时内将抗原信号送至淋巴结,激活全身免疫系统,且在传递过程中给抗原裹上MHC-2蛋白,便于T细胞快速识别。

2015年诺贝尔生理学和医学奖就授予了皮肤自带的危险模式开关,当检测到真菌、细菌表面特有的糖原时,真皮层会迅速进入红色警戒状态。皮肤还深谙“以菌治菌”之道,每平方厘米皮肤住着百万微生物,如表面葡萄球菌分泌抗菌物质打击外来菌,丁酸杆菌用脂肪酸维持皮肤pH值。当金黄色葡萄球菌试图感染人体,皮肤会资助有益菌进行“代理人战争”。

不过,免疫系统过度反应也会引发皮肤问题,如特异性皮炎(婴儿期发病率高达30%,即奶藓),因婴儿角质层薄、保湿能力弱、益生菌未完全定居,免疫细胞分泌过多细胞因子,导致皮肤进入无差别攻击模式。许多医院将皮肤科和免疫科合并,正是因为银屑病、系统性红斑狼疮等病症,本质上是免疫系统的通讯故障,是自我与非我识别系统出了问题。

作为陆地生物,除皮肤外,人体其余细胞都浸泡在组织液中,如同生活在“海洋”里,而皮肤是唯一真正“登陆”的器官。它在表面形成厚厚的角质层,为适应不同环境,演化出千奇百怪的形态,如乌龟的壳、鸟类的羽毛、骆驼厚实的脚掌等都是皮肤衍生物。在人类表皮最底层,干细胞像永不停歇的流水线,每28天制造一批新的角质形成细胞。

这些细胞从诞生起就朝着死亡前行,它们一边向上迁移,一边合成角蛋白纤维,改造细胞质,到达表皮最外层时开启自毁程序,细胞核分解,细胞器回收,细胞变成充满角蛋白的“城墙砖”,并分泌脂质,用胆固醇和脂肪酸调成“生物水泥”,将15-20层死细胞紧密粘在一起。

这层仅0.02毫米厚的“人肉长城”,每平方厘米就有百万个“死亡战士”驻守,其城墙结构不仅是物理屏障,还能智能调节。北方寒冷冬天,角质层启动节能模式,细胞间脂质排列成致密晶体结构,锁水能力拉满;南方梅雨季,脂质切换为流动状态,让汗液顺利蒸发。

2019年,麻省理工团队用超声波给角质层做B超,发现它像千层酥一样有12个亚层。这些从出生就奔向死亡的角质形成细胞,似乎天生知晓自己的终点,在那里,便是我们自我的边界。皮肤所做的一切,都在塑造意识的边界,尽管目前尚无科学证据表明皮肤有自己的意识。

它不仅是身体抵御外界侵袭的第一道防线,更是连接内在自我与外部世界的桥梁。

通过皮肤感受器,我们触摸到生活的质感,感受微风拂过的轻柔、爱人牵手的温暖。皮肤深处的免疫细胞时刻警惕,捍卫着身体的健康。随着对皮肤研究的持续深入,我们有望见证更多基于皮肤奥秘的创新成果。新一代的止痒神器或许将为饱受瘙痒折磨的患者带来福音,精准的皮肤免疫疗法可能会攻克诸如银屑病等疑难病症。我们对皮肤的探索,不仅是对自身生理结构的深入挖掘,更是对生命本质的不懈追寻。

文本来源:鹿哥Gustav



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