Mennesker og mange andre pattedyr holder deres kropstemperatur på omkring 37°C (98.6°F), hvilket er ideelt til alle regulatoriske processer. Funktionerne kompromitteres, når deres kropstemperatur mærkbart afviger fra normalområdet, hvilket kan resultere i hedeslag, hypotermi eller i værste fald død. Men hvis kropstemperaturen kunstigt kan bringes til det normale område, kan disse problemer løses.
Det præoptiske område af hypothalamus, som regulerer kroppens væsentlige processer, er der, hvor hjernens temperaturkontrolcenter er placeret. For eksempel sender det præoptiske område et signal til kroppen om at øge temperaturen for at bekæmpe vira, bakterier og andre sygdomsfremkaldende organismer, når den modtager signaler fra mediatoren prostaglandin E (PGE2), som er skabt som reaktion på infektioner.
Det er dog stadig uklart, hvilke neuroner i det præoptiske område, der udløser kommandoen for at øge eller sænke kropstemperaturen.
En forskergruppe kl Nagoya University i Japan har identificeret kritiske neuroner, der holder kropstemperaturen på 37°C hos pattedyr. I deres undersøgelse rapporterede de, at en gruppe neuroner, kaldet EP3-neuroner, i hjernens præoptiske område spiller en nøglerolle i reguleringen af pattedyrs kropstemperatur.
I undersøgelsen af rotter fokuserede forskere hovedsageligt på EP3-neuroner i det præoptiske område, som udtrykker EP3-receptorer af PGE2, og undersøgte funktionen til at regulere kropstemperaturen.
Forskere undersøgte først, hvordan variationer i miljøtemperaturen påvirker affyringen af EP3-neuroner i den præoptiske region. Rotter kan lide en temperatur på omkring 28 °C for deres levested. Musene blev udsat for kolde (4°C), stue (24°C) og varme (36°C) betingelser i to timer. Resultaterne viste, at eksponering for 4°C og 24°C ikke aktiverede EP3-neuroner, men at eksponering for 36°C gjorde det.
For at bestemme, hvor signalerne fra EP3-neuroner transmitteres, så forskerne derefter på nervefibrene i EP3-neuroner i den præoptiske region. Undersøgelsen fandt ud af, at nervefibre er spredt ud over hele hjernen, især i den dorsomediale hypothalamus (DMH), ansvarlig for aktivering af det sympatiske nervesystem. Gamma-aminosmørsyre (GABA), en potent hæmmer af neuronal excitation, er det molekyle, som EP3-neuroner bruger til signaloverførsel til DMH, ifølge deres undersøgelse.
Forskere ændrede eksperimentelt EP3-neuroners aktivitet ved at bruge en kemogenetisk metode til bedre at forstå disse neuroners funktion i temperaturregulering. De opdagede, at en hævning af kropstemperaturen skyldtes at undertrykke neuronernes aktivitet, mens en sænkning af den var et resultat af at aktivere dem.
Sammen viste resultaterne af denne undersøgelse, at EP3-neuroner i det præoptiske område er afgørende for at kontrollere kropstemperaturen, fordi de frigiver GABA til at kommunikere hæmmende signaler til DMH-neuroner, som regulerer sympatiske reaktioner.
Professor Kazuhiro Nakamura ved Nagoya Universitet sagde, "Sandsynligvis kan EP3-neuroner i det præoptiske område præcist regulere signalstyrken for at finjustere kropstemperaturen."
"For eksempel, i et varmt miljø, forstærkes signaler for at undertrykke sympatiske output, hvilket resulterer i øgede blodstrømme i huden for at lette udstrålingen af kroppens varme for at forhindre hedeslag. Men i et koldt miljø reduceres signaler for at aktivere sympatiske output, som fremmer varmeproduktion i brunt fedtvæv og andre organer for at forhindre hypotermi. Ydermere, på infektionstidspunktet, virker PGE2 på EP3-neuroner for at undertrykke deres aktivitet og aktiverer sympatiske udgange for at udvikle feber."
Resultaterne af denne undersøgelse kan føre til skabelsen af en teknologi, der kunstigt ændrer kropstemperaturen og har potentielle anvendelser i adskillige medicinske specialer. Interessant nok kan denne teknologi hjælpe med at behandle fedme ved at opretholde en let forhøjet kropstemperatur, der tilskynder til fedtforbrænding.
Prof. Nakamura sagde, "Oven i købet kan denne teknologi føre til nye strategier for overlevelse af mennesker i varmere globale miljøer, som er ved at blive et alvorligt verdensomspændende problem."
Journal Reference:
- Yoshiko Nakamura, Takaki Yahiro et al. Prostaglandin EP3-receptor-udtrykkende præoptiske neuroner kontrollerer tovejs kropstemperaturen via tonisk GABAergisk signalering. Science Forskud. DOI: 10.1126/sciadv.add5463
