راز درک نمک که دانشمندان 40 سال برایش وقت صرف نموده اند ، شوری بسیار عجیب تر از آن چیزی است که فکر می کنید - وبلاگ مهدی آبادانی

به گزارش وبلاگ مهدی آبادانی، همه ما در خصوص پنج طعمی که زبان مان می تواند تشخیص دهد زیاد شنیده ایم: شیرین، ترش، تلخ، طعمی خوشایند (که با اصطلاح ژاپنی اومامی به معنای لذیذ شناخته می گردد) مانند طعم استیک یا پنیر چرب و در نهایت طعم شور. با این وجود، واقعیت آن است که زبان مان می تواند شش طعم را تشخیص دهد، زیرا دو ما سیستم مجزا برای شناسایی طعم نمک داریم. یکی از آن سیستم ها مقدار مجذوب کننده و نسبتا اندک نمک که برای مثال به چیپس سیب زمینی طعم می بخشد را تشخیص می دهد و سیستم دیگر سطح بالای نمک به مقدار ای که بیش از حد آزار دهنده است را شناسایی می نماید.

به گزارش وبلاگ مهدی آبادانی به نقل از آتلانتیک، این که چگونه جوانه یا پرز های چشایی ما این دو نوع شوری را احساس می کنند رازی است که برای کشف آن حدود 40 سال تحقیق علمی صورت گرفته و محققان هنوز تمام جزئیات آن را رمزگشایی ننموده اند. در واقع، آنان هر چه بیش تر درباره حس چشایی طعم نمک تحقیقات انجام می دهند به عجیب تر بودن این موضوع بیش تر پی می برند.

همزمان بر روی بسیار دیگر از سازوکار های طعم در دهه های اخیر تحقیق صورت گرفته است. برای مثال، در خصوص طعم های شیرین، تلخ و اومامی معین است که گیرنده های مولکولی روی سلول های جوانه چشایی مولکول های غذا را تشخیص می دهند و زمانی که فعال می شوند مجموعه ای از رویداد ها را شروع می کنند که در نهایت سیگنال هایی را به مغز می فرستد. در خصوص طعم ترش شرایط قدری فرق دارد. محققان اخیرا دریافتند که ترش بودن به وسیله سلول های جوانه چشایی که به اسیدیته واکنش نشان می دهند شناسایی می گردد.

دانشمندان در خصوص نمک جزئیات زیادی را در خصوص گیرنده های نمک به میزان کم درک نموده اند، اما در توصیف کامل گیرنده های مرتبط با تشخیص نمک بیش از میزان نتوانسته با سرعت مشابهی جزئیات آن را کشف و تشریح کنند. واقعیت آن است که در خصوص طعم نمک می توان آن را یکی از بزرگترین شکاف ها در علم دانست. همیشه قطعات گمشده ای در پازل وجود دارند.

درک دوگانه مان از شوری به ما یاری می نماید تا با به اصطلاح طناب محکمی بین دو سطح سدیم قدم برداریم عنصری که برای عملکرد ماهیچه ها و اعصاب بسیار اهمیت دارد، اما مقادیر زیاد آن خطرناک است. بدن برای کنترل سطح شدید نمک میزان سدیمی را که از ادرار خارج می نماید تحت کنترل قرار می دهد و میزان ورود آن به وسیله دهان را کنترل می نماید. استفن روپر عصب شناس در دانشکده پزشکی لئونارد م. میلر در ناحیه بهداشتی میامی می گوید: این اصل گلدیلاکس* است شما زیاد نمی خواهید شما خیلی کم نیز نمی خواهید شما صرفا میزان مناسبی می خواهید.

اگر حیوانی بیش از میزان نمک مصرف کند بدن آن حیوان سعی می نماید تا آب را جبران کند تا خون بیش از میزان شور نگردد. در بسیاری از انسان ها این حجم مایع اضافی باعث افزایش فشار خون می گردد. مایع اضافی بر شریان ها فشار وارد می نماید و با گذشت زمان این امر می تواند به آنان آسیب برساند و خطر بیماری قلبی یا سکته مغزی را افزایش دهد.

با این وجود، میزانی نمک برای سیستم های مختلف برای مثال، به منظور انتقال سیگنال های الکتریکی که زیربنای افکار و احساسات هستند لازم است. پیغامد های مصرف بسیار اندک نمک شامل گرفتگی عضلات و حالت تهوع است. به همین دلیل است که ورزشکاران نوشیدنی هایی را می نوشند تا جایگزین نمک از دست رفته در عرق گردد و اگر زمان کافی بگذرد کمبود نمک باعث مرگ می گردد.

دانشمندان در جستجوی گیرنده های طعم نمک پیش تر می دانستند که بدن مان دارای پروتئین های خاصی است که به عنوان کانال هایی عمل می کنند تا سدیم از غشای عصبی عبور نموده تا تکانه های عصبی ارسال کند. با این وجود، آنان استدلال کردند که سلول های دهان مان باید راه دیگری برای پاسخ به سدیم موجود در غذا داشته باشند.

یک سرنخ کلیدی برای درک این سازوکار در دهه 1980 میلادی کشف شد زمانی که دانشمندان دارویی را مورد آزمایش قرار دارند که مانع از ورود سدیم به سلول های کلیه می شد. این دارو زمانی که روی زبان موش ها استفاده شد توانایی آنان را در تشخیص محرک های شور مختل نموده بود و به نظر می رسید کلیه از مولکولی به نام ENaC برای مکیدن سدیم اضافی از خون و یاری به حفظ سطح مناسب نمک خون استفاده می کنند. این یافته نشان داد که سلول های جوانه چشایی حس کننده نمک از ENaC نیز استفاده می کنند.

دانشمندان برای اثبات این موضوع موش هایی را مهندسی کردند که فاقد کانال ENaC در جوانه چشایی خود بودند. دانشمندان در سال 2010 گزارش دادند که این موش ها ترجیح طبیعی خود را برای محلول های نمکی خفیف از دست دادند و تأیید کردند که ENaC در واقع گیرنده نمک خوبی محسوب می گردد. با این وجود، دانشمندان برای درک واقعی چگونگی عملکرد طعم خوب نمک باید بدانند که چگونه ورود سدیم به جوانه های چشایی به یک اوه، شور است! ترجمه می گردد.

نیکلاس ریبا زیست شناس در موسسه ملی تحقیقات دندانپزشکی در بتسدا در مریلند که بر روی ارتباط ENaC با طعم نمک کار نموده می گوید: این چیزی است که به مغز ارسال می گردد و اهمیت دارد. دانشمندان برای درک این انتقال سیگنال باید بفهمند که سیگنال از کجا در دهان شروع می گردد. پاسخ ممکن است واضح به نظر برسد: سیگنال از مجموعه خاصی از سلول های جوانه چشایی که حاوی ENaC هستند و به سطوح خوشمزه سدیم حساس می باشند شروع می گردد. با این وجود، یافتن این سلول ها کار ساده ای نبود.

به نظر می رسد ENaC از سه قطعه مختلف تشکیل شده و اگرچه قطعه های جداگانه در مکان های مختلفی در دهان یافت می شوند دانشمندان برای یافتن سلول های حاوی هر سه قطعه دچار مشکل بودند. تیمی به رهبری آکیوکی تارونو فیزیولوژیست در دانشگاه پزشکی کیوتو در ژاپن در سال 2020 میلادی گزارش دادند که پایان سلول های مزه سدیم را شناسایی کردند.

محققان با این فرض شروع کردند که سلول های حساس به سدیم سیگنال الکتریکی را در صورت وجود نمک جرقه می زنند، اما اگر مسدود کننده ENaC نیز وجود داشته باشد شرایط این گونه نخواهد بود. آنان دقیقا چنین جمعیتی از سلول ها را در داخل جوانه های چشایی جدا شده از یک قسمت از زبان موش پیدا کردند و معین شد که این سلول ها هر سه جزء کانال سدیم ENaC را می سازند.

بنابراین، دانشمندان اکنون می توانند شرح دهند که حیوانات در کجا و چگونه سطوح مطلوب نمک را درک می کنند. زمانی که یون های سدیم کافی در خارج از سلول های کلیدی جوانه چشایی در ناحیه میانی زبان وجود داشته باشند یون ها می توانند با استفاده از دروازه سه بخشی ENaC وارد این سلول ها شوند. این عملکرد باعث تعادل مجدد غلظت سدیم در داخل و خارج سلول می گردد. با این وجود، سطوح بار های مثبت و منفی را نیز در سراسر غشای سلول توزیع می نماید. این تغییر یک سیگنال الکتریکی را در داخل سلول فعال می نماید. سپس سلول جوانه چشایی پیغام اوم! شور است! را به سمت مغز ارسال می نماید. با این وجود، کارکرد سیستم نمک آن زیاد است! را شرح نمی دهد و معمولا زمانی که چیزی را می چشیم که بیش از دو برابر خون ما نمک دارد داستان کم تر روشن است.

نتیجه بعضی تحقیقات نشان می دهند که جزء دیگر نمک خوراکی یعنی کلرید ممکن است در این میان نقش آفرین کلیدی باشد. ساختار شیمیایی نمک کلرید سدیم است اگرچه وقتی در آب حل می گردد به یون های سدیم با بار مثبت و یون های کلرید با بار منفی جدا می گردد. در جریان مطالعه ای صورت گرفته کلرید سدیم شورترین احساس مرتبط با وجود نمک بیش از حد را در موش ایجاد کرد. سدیم همراه با شرکای بزرگتر و چند اتمی طعم نمک کم تری داشت. این نشان می دهد که شریک سدیم ممکن است نقش مهمی در احساس شوری زیاد داشته باشد. با این وجود، روپر می گوید در این باره که کلرید چگونه می تواند طعم شوری زیاد را ایجاد کند هیچ سرنخی وجود ندارد.

در یکی از تحقیقات صورت گرفته به وسیله رایبا و همکاران اش در سال 2013 میلادی آنان گزارش دادند که روغن خردل سیگنال نمک زیاد را در زبان موش کاهش می دهد. به طرز عجیبی همان ترکیب روغن خردل تقریبا واکنش زبان به طعم تلخ را از بین برده بود گویی که سیستم حسگر شوری زیاد با سیستم حسگر تلخی در ارتباط بود. موضوع جایی عجیب تر شد که به نظر می رسید سلول های مزه ترش نیز به سطوح بالای نمک بیش از میزان پاسخ می دادند. موش هایی که فاقد سیستم مزه تلخ یا ترش بودند، کمتر با آب بسیار شور روبرو شدند و موش هایی که فاقد هر دو سیستم بودند با خوشحالی مواد شور را می خوردند.

البته تمام دانشمندان متقاعد نشده اند. با این وجود، یافته ها در صورت تایید یک پرسش جالب توجه را مطرح می کنند: چرا مواد بسیار شور طعم تلخ و ترش را نیز ندارند؟ مایکل گوردون عصب شناس در دانشگاه بریتیش کلمبیا در ونکوور می گوید:ممکن است این بدان خاطر باشد که مزه بسیار شور مجموع سیگنال های متعدد و نه صرفا یک ورودی است. علیرغم شواهد به دست آمده از روغن خردل کوشش ها برای یافتن مولکول گیرنده مسئول احساس نمک زیاد تا به امروز بی نتیجه بوده اند. یک تیم پژوهش ژاپنی در سال 2021 میلادی گزارش داده بود که سلول های حاوی TMC4 یک کانال مولکولی که به یون های کلرید اجازه ورود به سلول ها را می دهد می توانند در پاسخ های مرتبط با وجود نمک زیاد نقش داشته باشند.

با این وجود، زمانی که محققان موش هایی را بدون کانال TMC4 در هر جایی از بدن شان مهندسی کردند تفاوت زیادی با بیزاری موش ها از آب بسیار شور نداشت.

گوردون می گوید: در مرحله فعلی هیچ پاسخ قطعی ای وجود ندارد. به عنوان یک عارضه دیگر هیچ راهی برای کسب اطمینان از آن که موش ها طعم شور را دقیقا به روش مشابه انسان ها درک می کنند وجود ندارد. گوردون می گوید: دانش ما از طعم نمک در انسان در واقع بسیار محدود است. انسان ها مطمئنا می توانند سطوح مطلوب و اندک نمک را از حس شدید شوری و نمک زیاد تشخیص دهند و به نظر می رسد همان گیرنده ENaC که به وسیله موش ها استفاده می گردد در خصوص انسان ها نیز دخیل باشد.

با این وجود، مطالعات بر روی افرادی که از مسدود کننده کانال سدیم ENaC استفاده می کنند به طور گیج کننده ای فرق دارد چرا که گاهی اوقات به نظر می رسد طعم نمک را کاهش می دهد و گاهی اوقات به نظر می رسد آن را تقویت می نماید.

شرح احتمالی این واقعیت آن است که افراد دارای چهارمین زیرواحد اضافی ENaC به نام زیرواحد دلتا هستند که می تواند جای یکی از قطعات دیگر را بگیرد و شاید نسخه ای از کانال را بسازد که حساسیت کمتری نسبت به مسدود کننده ENaC دارد.

چهل سال پس از آنالیز طعم نمک محققان هنوز با پرسش هایی در خصوص چگونگی درک زبان افراد از نمک و آن که چگونه مغز آن احساسات را به مقادیر کافی در مقابل بیش از حد دسته بندی می نماید به جای مانده است. این چیزی فراتر از ارضای یک کنجکاوی علمی است: با توجه به خطرات قلبی عروقی که رژیم غذایی پر نمک برای بعضی از ما به همراه دارد درک این فرآیند بسیار مهم است.

محققان حتی رویای یافتن جایگزین های بهتر نمک یا تقویت کننده هایی را در سر می پرورانند که بدون وجود خطرات برای سلامتی مزه شوری مشابه نمک را ایجاد کنند. با این وجود، واضح است که آنان پیش از آن که چیزی را اختراع کنند که بتوانیم آن را در بشقاب شام خود بپاشیم کار بیش تری برای انجام دادن دارند.

* اصل میزان درست بر اساس داستان بچگانه گلدیلاکس و سه خرس نامگذاری شده است که در آن یک دختر کوچک به نام گلدیلاکس (موطلایی) سه کاسه فرنی را مزه مزه می نماید و می گوید که فرنی ای را ترجیح می دهد که نه خیلی داغ باشد و نه خیلی سرد بلکه درجه حرارت مناسب را داشته باشد.