Почему в одной комнате одни кутаются в теплые вещи, а другим жарко: ученые нашли причину в рецепторах кожи

В повседневной жизни легко заметить, что мужчины и женщины по-разному оценивают температуру в одном и том же помещении. Статистические опросы и замеры в офисах показывают устойчивую разницу в три градуса: мужчины в среднем считают комфортной температуру воздуха около 22 °C, тогда как женщины предпочитают, чтобы воздух был прогрет до 25 °C.

Эта особенность характерна не только для людей. Точно так же ведут себя самцы и самки большинства видов млекопитающих и птиц. Например, если предоставить выбор обычным лабораторным мышам, взрослые самцы предпочтут находиться на поверхности с температурой около 32 °C, а самки выберут участок, нагретый до 36 °C. Разница между полами у них составляет внушительные четыре градуса.

Долгое время физиологи объясняли это явление различиями в строении тела и обмене веществ. У женщин в среднем меньше мышечной массы, которая вырабатывает тепло при движении и в покое, но больше подкожной жировой ткани. Кроме того, у мужчин и женщин по-разному работают мелкие кровеносные сосуды в коже. На прохладном воздухе сосуды в женской коже, особенно на руках и ногах, сужаются быстрее и сильнее. Это уменьшает приток теплой крови к поверхности тела и помогает сохранить тепло для внутренних органов, но сама кожа при этом быстро остывает. Из этого делали вывод: женщины сильнее мерзнут и выбирают более теплые помещения просто потому, что их кожа холоднее.

Однако наблюдения за животными показали, что это объяснение неполное. У лабораторных мышей нет различий между полами ни по внутренней температуре тела, ни по температуре поверхности кожи. Тем не менее самки мышей стабильно выбирают более теплые места, чем самцы.

Нейробиологи Бруно Вилар и Питер Макнотон из Королевского колледжа Лондона провели серию экспериментов, чтобы найти точную причину этого явления. Результаты их работы, опубликованные в научном журнале The Journal of Physiology, показывают: дело не в том, как организм вырабатывает или теряет тепло. Разница заложена в работе чувствительных белков, которые находятся в нервных окончаниях кожи, а настраивает эту систему мужской половой гормон — тестостерон.

Выбор комфортного места не зависит от температуры тела

Чтобы изучить температурные предпочтения мышей в чистом виде, исследователи использовали специальную камеру, пол которой состоял из двух металлических пластин. Температуру каждой пластины можно было поддерживать с точностью до 0,2 °C.

Одну половину пола всегда нагревали до 33 °C — это значение близко к естественной температуре кожи мыши. Вторую половину пола в разных опытах делали либо прохладной (23 °C и 28 °C), либо теплой (38 °C), либо ощутимо горячей (43 °C). Мышь запускали в камеру на один час, и видеокамера под потолком автоматически подсчитывала, сколько секунд животное проводит на каждой половине. Чтобы убедиться, что мышь выбирает именно температуру, а не просто облюбовала конкретный угол комнаты из-за освещения или запахов, ровно через полчаса после начала опыта нагрев пластин меняли местами.

В опытах с прохладным полом (23 °C и 28 °C) самцы и самки вели себя совершенно одинаково: они избегали холодных участков и почти все время сидели на половине с температурой 33 °C.

Резкие различия начались тогда, когда вторую пластину нагрели до 38 °C. Самцы старались не заходить на теплую половину и проводили на ней всего 19,5% времени. Самки, наоборот, охотно переходили на 38-градусную пластину и оставались там 62,9% времени. Разница сохранялась даже тогда, когда тестовую пластину нагревали до 43 °C — температуры, которая уже начинает вызывать неприятное жжение. Самцы проводили на таком полу лишь 7,1% времени, а самки — 18,9%. Примечательно, что возраст животных не играл никакой роли: совсем молодые трехнедельные мышата, еще не достигшие половой зрелости, демонстрировали точно такую же разницу в поведении между самцами и самками, как и взрослые двухмесячные особи.

Собрав данные по всем температурам и построив общий график предпочтений, ученые рассчитали идеальную температуру поверхности для каждого пола. Для самцов она составила 31,9 °C, а для самок — 35,9 °C.

Далее исследователи проверили, меняется ли температура самого животного во время эксперимента. Можно было бы предположить, что на 38-градусной плите самцы быстрее перегреваются, поэтому и уходят с нее. Но прямые замеры опровергли эту догадку. Внутренняя температура тела мышей не менялась вообще, независимо от того, на какой плите они сидели. Температура кожи на спине, измеренная инфракрасным тепловизором, при переходе с холодной 23-градусной плиты на теплую 38-градусную повышалась всего на 1 °C — и совершенно одинаково у самцов и самок. Замеры воздуха показали, что тепло от металлического пола почти не поднимается вверх: уже на высоте трех сантиметров (на уровне спины мыши) воздух остается комнатной температуры — около 22-23 °C.

Чтобы окончательно исключить влияние внутренней температуры тела на выбор места, авторы применили лекарственные препараты, которые временно меняют работу центра терморегуляции в головном мозге. В первой серии опытов мышам вводили вещество AMG 517. Этот препарат вызывал у животных быстрый подъем внутренней температуры тела сразу на 2 °C — с обычных 38 °C до 40 °C. Во второй серии опытов использовали препарат M8-B, который, напротив, снижал внутреннюю температуру тела мышей примерно на 0,5 °C.

Оказалось, что ни искусственный жар, ни искусственное охлаждение организма изнутри не влияют на то, какую половину пола выбирает мышь. Животные с повышенной на два градуса температурой тела продолжали выбирать те же самые участки, что и до укола. Это позволило сделать первый важный вывод: в условиях, когда нет угрозы общего перегрева или переохлаждения, мышь выбирает комфортное место, ориентируясь исключительно на сигналы от нервных окончаний в коже лап, которые соприкасаются с полом.

Как кожа измеряет температуру

В коже млекопитающих нет рецепторов, которые специально включались бы только при приятной температуре. Ощущение комфорта возникает иначе — от обратного.

В оболочках чувствительных нервных клеток, чьи окончания подходят к поверхности кожи, находятся особые белки — ионные каналы из семейства TRP. В обычном состоянии такой белок закрыт и не пропускает электрически заряженные частицы (ионы) внутрь нервной клетки. Но если кожа нагревается или остывает до определенного предела, белок меняет свою форму, внутри него открывается пора, и в клетку устремляется поток ионов кальция и натрия. Этот поток создает электрический импульс, который бежит по нервному волокну в спинной, а затем и в головной мозг.

Все эти температурные каналы работают как датчики дискомфорта. Одни включаются при охлаждении и вызывают желание уйти в тепло, другие включаются при нагреве и заставляют искать прохладу. Комфортная температура — это узкий промежуток, в котором одновременно молчат или почти не работают и датчики холода, и датчики тепла.

У млекопитающих за разные участки температурной шкалы отвечают разные белки этого семейства:

• Канал TRPM8 реагирует на умеренную, безопасную прохладу (ниже 28 °C). Именно этот белок также реагирует на ментол, поэтому мятная жвачка или мазь с ментолом вызывают ощущение холода даже в теплый день.
• Канал TRPM2 включается при воздействии умеренного тепла (выше 35 °C), которое еще не грозит ожогом, но уже ощущается как избыточное.
• Группа из трех каналов — TRPV1, TRPM3 и TRPA1 — начинает работать при температуре выше 42 °C. Они отвечают за острую боль от жары и защищают ткани от ожогов.

Долгое время среди биологов шел спор о том, не участвует ли болевой канал TRPV1 (он же реагирует на жгучее вещество капсаицин из красного перца) также и в распознавании обычного, мягкого тепла. Вилар и Макнотон проверили это. Они взяли мышей, у которых ген, отвечающий за производство белка TRPV1, был полностью удален, а также проверили действие препарата, блокирующего работу этого белка у обычных мышей.

Оказалось, что мыши без работающего канала TRPV1 действительно хуже чувствуют опасный жар: если посадить их на плиту, раскаленную до 52 °C, они дольше не отдергивают лапу. Однако в диапазоне от 23 до 43 °C их поведение ничем не отличалось от поведения обычных животных. Самцы без TRPV1 точно так же избегали 38 градусов, а самки так же охотно шли в тепло.

Авторы также объяснили, почему за год до этого, в 2025 году, другая группа ученых пришла к иному выводу и заявила, что канал TRPV1 все-таки влияет на поведение мышей в тепле. В том исследовании мыши бегали между двумя комнатами с разной температурой через узкое отверстие в стене, и животные с удаленным геном trpv1 чаще перебегали из комнаты в комнату. Лондонские исследователи указали на то, что белок TRPV1 присутствует не только в коже, но и в головном мозге, где он влияет на чувство страха и тревоги. Мыши, лишенные этого гена, просто меньше боятся замкнутых пространств, поэтому смелее и чаще ныряют в узкий проход между отсеками. Когда Вилар и Макнотон убрали все перегородки и позволили мышам свободно ходить по двум открытым пластинам, разница в частоте переходов полностью исчезла. Это окончательно доказало, что в выборе комфортной температуры участвуют только два белка — холодовой TRPM8 и тепловой TRPM2.

Почему датчики самцов и самок работают по-разному

Чтобы понять, какой именно из двух каналов создает разницу между полами, ученые по очереди отключали их у мышей.

Сначала проверили мышей, у которых был генетически удален тепловой канал TRPM2. На отношение к холоду (23 °C и 28 °C) и к сильному жару (43 °C) эта операция никак не повлияла. Но в зоне умеренного тепла (38 °C) поведение самцов полностью изменилось. Обычные самцы, как уже говорилось, избегали 38-градусной плиты и проводили на ней меньше 20% времени. Самцы, лишенные белка TRPM2, перестали чувствовать дискомфорт от тепла и оставались на 38-градусной половине 45,8% времени — то есть им стало практически все равно, сидеть ли на 33 °C или на 38 °C. Их расчетная любимая температура выросла сразу на 2,6 градуса (с 32,4 °C до 35,0 °C), почти сравнявшись с женской нормой.

При этом на самок удаление гена trpm2 не подействовало вообще. Они как предпочитали 38-градусную плиту до вмешательства, так и продолжили сидеть на ней после удаления канала (их оптимальная температура составила 35,8 °C). Из этого следовало, что у самок канал TRPM2 в диапазоне до 38 градусов просто не влияет на поведение.

Тогда исследователи отключили у животных второй датчик — холодовой канал TRPM8 (как путем удаления гена, так и с помощью блокирующего препарата M8-B). В прохладной зоне результат был предсказуемым: и самцы, и самки без работающего датчика холода перестали отличать 23 °C и 28 °C от базовых 33 °C. Они проводили на холодных и теплых пластинах ровно по 50% времени, так как просто не чувствовали прохлады.

Но самый важный результат обнаружился при проверке теплой зоны (выбор между 33 °C и 38 °C). На самцов отключение холодового датчика TRPM8 не повлияло: они по-прежнему избегали 38 градусов. А вот самки, лишившись датчика холода, вдруг значительно реже стали заходить на 38-градусную плиту — время их пребывания в тепле сократилось с 63,7% до 40,5%.

На первый взгляд это выглядит нелогично: почему выключение рецептора холода меняет отношение самок к теплу? Но авторы нашли точное математическое и физиологическое объяснение.

Дело в том, что в опыте животное постоянно сравнивает две пластины — 38 °C и 33 °C.У самцов холодовой канал TRPM8 настроен на более низкие температуры: половина его мощности включается при 28 °C, а при 33 °C он уже полностью выключен. Зато тепловой канал TRPM2 у самцов начинает активно работать уже после 35 °C (половина мощности достигается при 37,5 °C). Поэтому для самца пластина с температурой 33 °C полностью комфортна (оба датчика молчат), а пластина 38 °C неприятна, так как на ней сильно работает тепловой датчик TRPM2.

У самок же рабочие диапазоны обоих белков сдвинуты вверх по температурной шкале:

1. Холодовой канал TRPM8 у самок начинает закрываться позже: половина его максимальной работы приходится на 30,5 °C, и даже при 33 °C он все еще остается частично открытым. Это значит, что на базовой 33-градусной пластине самка постоянно ощущает лапами легкую неприятную прохладу. Она уходит на 38-градусную половину потому, что сигнал от канала TRPM8 гонит ее прочь с 33-градусной плиты. Когда же ученые заблокировали канал TRPM8, 33 градуса перестали казаться самкам прохладными, и их стремление уйти на 38-градусную сторону резко снизилось.
2. Тепловой канал TRPM2 у самок тоже сдвинут вверх: половина его мощности включается только при 41,8 °C. Поэтому на 38-градусной плите этот датчик у самок еще не работает и не мешает им греться. Когда же температура пола поднимается до 43 °C, где женский канал TRPM2 наконец включается в полную силу, одновременно с ним уже работают болевые рецепторы жары (TRPV1, TRPM3 и TRPA1). Именно поэтому удаление канала TRPM2 у обычных самок незаметно: на умеренном тепле он у них и так молчит, а на сильной жаре его подменяют датчики боли.

Парадокс в чашке Петри и действие тестостерона

Выяснив, как работают каналы у живых мышей, ученые решили проверить эти же рецепторы на уровне отдельных клеток. Они извлекли чувствительные нервные клетки из околопозвоночных узлов самцов и самок, поместили их в питательный раствор под микроскоп и стали менять температуру воды, наблюдая за тем, при скольких градусах клетки начнут пропускать ионы кальция.

Результат оказался неожиданным: вне организма вся разница между клетками самцов и самок полностью исчезла. Одинаковым оказалось все — и количество клеток с каналами TRPM8 и TRPM2, и сила их сигнала, и температура включения. Более того, в чашке Петри тепловой канал TRPM2 даже у клеток, взятых от самцов, включался только при 42,5 °C, хотя в живом самце он отчетливо работал уже при 35-38 °C.

Это означало, что сами белки ионных каналов у самцов и самок устроены одинаково. Но в живом организме на нервные окончания постоянно действует какое-то вещество, которое смещает порог их срабатывания. Когда клетку извлекают из тела для анализов и промывают в искусственном растворе, это вещество вымывается, и чувствительность каналов возвращается к базовым значениям.

Очевидным кандидатом на роль такого регулятора были половые гормоны. Ранее в научных работах, выполненных на клетках крыс, выдвигалось предположение, что мужской гормон тестостерон может напрямую присоединяться к белку TRPM8 на поверхности клетки и быстро менять его работу. Чтобы проверить это на мышах, Вилар и Макнотон добавили тестостерон прямо в чашку Петри с выделенными нервными клетками. Однако ни через несколько минут, ни после целых суток выдержки в растворе тестостерона свойства каналов TRPM8 и TRPM2 в изолированных клетках не изменились. Прямого быстрого действия гормона на белки не обнаружилось.

Тогда ученые проверили действие гормонов на живых мышах. Взрослым самцам сделали один укол препарата дегареликса. Это вещество блокирует сигналы от мозга к семенникам, в результате чего выработка собственного тестостерона у самцов падает почти до нуля уже через несколько дней и держится на минимальном уровне больше месяца.

В первую неделю после укола, несмотря на отсутствие тестостерона в крови, самцы продолжали избегать тепла так же, как и раньше. Но через две-три недели их поведение изменилось: время, которое они проводили на 38-градусной плите, выросло более чем в два раза (с 15,6% до 32,2%). Лишенные тестостерона самцы сместились ровно на полпути в сторону женского температурного поведения. А спустя 77 дней, когда действие укола закончилось и уровень тестостерона в крови вернулся к норме, самцы снова стали избегать 38-градусной плиты.

Затем провели обратный опыт: взрослым самкам пять дней в неделю делали уколы тестостерона. Как и в случае с самцами, в первую неделю ничего не происходило. Но через две-три недели после начала курса самки стали менять привычки: время их сидения на теплой 38-градусной пластине сократилось с 62,4% до 39,4%. Кроме того, под действием тестостерона самки стали избегать горячей 43-градусной плиты точно так же сильно, как это делают обычные самцы (время пребывания на ней упало с 16,8% до 7,5%).

Особенно показательным стал опыт, в котором тестостерон вводили самкам с удаленным геном теплового канала trpm2. Как описывалось выше, у обычных самок отсутствие этого гена никак не проявляется. Но когда таким самкам прокололи курс тестостерона, гормон почти не смог сдвинуть их поведение в мужскую сторону — они продолжали сидеть на 38-градусной пластине 54,9% времени.

Этот опыт наглядно показал механизм работы гормона. У обычной самки канал TRPM2 настроен на слишком высокую температуру (около 42 °C), поэтому при 38 °C он не работает. Тестостерон перенастраивает этот канал, снижая порог его включения до 37-38 °C, как у самцов, и животное начинает избегать излишнего тепла. Но если самого гена trpm2 у мыши нет и белок не вырабатывается, то тестостерону просто не на что воздействовать, и самка продолжает спокойно переносить 38-градусный нагрев.

Исследователи также проверили, влияют ли на этот процесс женские половые гормоны. В одной серии опытов самцам после подавления собственного тестостерона регулярно вводили женские гормоны — эстрадиол и прогестерон. В другой серии опытов выработку женских гормонов подавляли у самок. Ни в одном из этих экспериментов поведение животных не изменилось. Женские половые гормоны вообще не участвуют в настройке температурных рецепторов кожи.

Выводы для биологии и медицины

Тот факт, что между изменением уровня тестостерона в крови и сменой температурных привычек проходит от 15 до 20 дней, объясняет, почему гормон не подействовал на клетки в чашке Петри. Тестостерон не прикрепляется к самим ионным каналам снаружи. Вместо этого он проникает внутрь нервных клеток и медленно меняет работу их генов. Под влиянием тестостерона клетка начинает вырабатывать другие вспомогательные белки или ферменты, которые прикрепляются к каналам TRPM8 и TRPM2 изнутри и сдвигают температуру их открытия на несколько градусов вниз. При этом тестостерон отвечает примерно за половину различий между самцами и самками — вторая половина, по всей видимости, жестко задается генетическими различиями мужского и женского организма еще во время внутриутробного развития.

Для дикой природы такая система настройки имеет важное практическое значение. У многих видов животных и птиц самцы и самки вне сезона размножения держатся раздельно, занимая разные территории. Разная настройка рецепторов кожи автоматически разводит полы по разным природным зонам: самцы выбирают более прохладные, открытые или возвышенные участки, а самки уходят в более теплые и защищенные места. Это снижает конкуренцию за пищу между полами и помогает самкам поддерживать оптимальную температуру для развития эмбрионов и обогрева новорожденных детенышей, у которых собственная терморегуляция еще слаба.

Не менее важны эти результаты и для современной фармакологии. Белки семейства TRP сегодня активно изучаются во всем мире: ученые пытаются создать вещества, которые управляли бы этими каналами, чтобы лечить хронические боли, воспаления и нарушения терморегуляции. Работа Вилара и Макнотона показывает сразу две уязвимости в существующих методах поиска таких лекарств.

Во-первых, проверка новых препаратов на изолированных нервных клетках в лабораторной посуде дает неточную картину: лишенные привычного окружения и гормонального фона, каналы вроде TRPM2 меняют свой температурный порог сразу на пять-семь градусов. Во-вторых, в лабораториях новые лекарства исторически чаще испытывают только на самцах мышей, чтобы колебания гормонального фона самок не усложняли расчеты. Но, как выяснилось, из-за разного уровня тестостерона один и тот же белковый рецептор при одной и той же температуре может активно работать у самцов и быть полностью выключенным у самок. Понимание этого механизма позволит точнее разрабатывать лекарства и учитывать реальные физиологические различия между мужской и женской нервной системой.

Источник: The Journal of Physiology