Ihmiset ja monet muut nisäkkäät pitävät ruumiinlämpönsä noin 37 °C:ssa (98.6 °F), mikä on ihanteellinen kaikille säätelyprosesseille. Toiminnot vaarantuvat, kun ruumiinlämpö poikkeaa huomattavasti normaalista, mikä voi johtaa lämpöhalvaukseen, hypotermiaan tai pahimmassa tapauksessa kuolemaan. Jos ruumiinlämpö voidaan kuitenkin saada keinotekoisesti normaalille alueelle, nämä ongelmat voidaan ratkaista.
Hypotalamuksen preoptinen alue, joka säätelee kehon olennaisia prosesseja, on siellä, missä aivojen lämpötilansäätökeskus sijaitsee. Esimerkiksi esioptinen alue lähettää kehoon signaalin nostaa lämpötilaa virusten, bakteerien ja muiden sairauksia aiheuttavien organismien torjumiseksi, kun se vastaanottaa signaaleja välittäjästä prostaglandiini E (PGE2), joka syntyy vasteena infektioille.
On kuitenkin edelleen epäselvää, mitkä preoptisen alueen hermosolut vapauttavat käskyn nostaa tai laskea kehon lämpötilaa.
Tutkimusryhmä osoitteessa Nagoyan yliopisto Japanissa on tunnistanut kriittisiä hermosoluja, jotka pitävät kehon lämpötilan 37 °C:ssa nisäkkäillä. He raportoivat tutkimuksessaan, että ryhmällä neuroneja, joita kutsutaan EP3-hermosoluiksi, aivojen esioptisella alueella on keskeinen rooli nisäkkään ruumiinlämpötilan säätelyssä.
Rottien tutkimuksessa tutkijat keskittyivät pääasiassa preoptisen alueen EP3-hermosoluihin, jotka ilmentävät PGE3:n EP2-reseptoreita, ja tutkivat kehon lämpötilan säätelytoimintoa.
Tutkijat tutkivat ensin, kuinka ympäristön lämpötilan vaihtelut vaikuttavat EP3-hermosolujen laukeamiseen preoptisella alueella. Rotat pitävät elinympäristöstään noin 28 °C:n lämpötilasta. Hiiret altistettiin kylmille (4 °C), huoneen (24 °C) ja kuumille (36 °C) olosuhteille kahden tunnin ajan. Löydökset osoittivat, että altistuminen 4 °C:lle ja 24 °C:lle ei aktivoinut EP3-hermosoluja, mutta altistus 36 °C:lle.
Sen määrittämiseksi, mihin EP3-neuronien signaalit välittyvät, tutkijat tarkastelivat sitten EP3-hermosolujen hermosäikeitä preoptisella alueella. Tutkimuksessa havaittiin, että hermosäikeet ovat hajallaan kaikkialla aivot, erityisesti dorsomediaalisessa hypotalamuksessa (DMH), joka on vastuussa sympaattisen hermoston aktivoinnista. Gamma-aminovoihappo (GABA), voimakas hermosolujen kiihtymisen estäjä, on molekyyli, jota EP3-hermosolut käyttävät signaalin siirtoon DMH:lle, tutkimuksensa mukaan.
Tutkijat muuttivat kokeellisesti EP3-hermosolujen aktiivisuutta kemogeneettisellä menetelmällä ymmärtääkseen paremmin näiden hermosolujen toiminnan lämpötilan säätelyssä. He havaitsivat, että kehon lämpötilan kohoaminen johtui hermosolujen toiminnan tukahduttamisesta, kun taas sen lasku johtui niiden aktivoinnista.
Yhdessä tämän tutkimuksen tulokset osoittivat, että EP3-hermosolut preoptisella alueella ovat välttämättömiä kehon lämpötilan säätelemiseksi, koska ne vapauttavat GABA:ta välittääkseen estäviä signaaleja DMH-neuroneille, jotka säätelevät sympaattisia vasteita.
Professori Kazuhiro Nakamura Nagoyan yliopistosta sanoi: "Todennäköisesti EP3-hermosolut preoptisella alueella voivat säädellä signaalin voimakkuutta tarkasti kehon lämpötilan hienosäätöä varten."
"Esimerkiksi kuumassa ympäristössä signaaleja tehostetaan sympaattisten ulosteiden tukahduttamiseksi, mikä johtaa lisääntyneeseen verenkiertoon ihossa, mikä helpottaa kehon lämmön säteilyä lämpöhalvauksen estämiseksi. Kuitenkin kylmässä ympäristössä signaalit vähenevät aktivoimaan sympaattisia ulostuloja, jotka edistävät lämmöntuotantoa ruskeassa rasvakudoksessa ja muissa elimissä hypotermian estämiseksi. Lisäksi infektiohetkellä PGE2 vaikuttaa EP3-hermosoluihin tukahduttaakseen niiden toimintaa ja aktivoimalla sympaattiset ulostulot kuumeen kehittymiseksi.
Tämän tutkimuksen tulokset voivat johtaa teknologian luomiseen, joka muuttaa kehon lämpötilaa keinotekoisesti ja jolla on potentiaalisia käyttökohteita useilla lääketieteen erikoisaloilla. Mielenkiintoista on, että tämä tekniikka voi auttaa hoitamaan liikalihavuutta ylläpitämällä hieman kohonnutta kehon lämpötilaa, mikä edistää rasvanpolttoa.
Professori Nakamura sanoi, "Sen lisäksi tämä teknologia voi johtaa uusiin strategioihin ihmisten selviytymiseksi kuumemmissa globaaleissa ympäristöissä, joista on tulossa vakava maailmanlaajuinen ongelma."
Lehden viite:
- Yoshiko Nakamura, Takaki Yahiro et ai. Prostaglandiini EP3 -reseptoria ekspressoivat preoptiset neuronit säätelevät kaksisuuntaisesti ruumiinlämpöä tonic GABAergic signaloinnin avulla. Tiede ennakot. DOI: 10.1126/sciadv.add5463
