Ludzie i wiele innych ssaków utrzymują temperaturę ciała na poziomie około 37°C (98.6°F), co jest idealne dla wszystkich procesów regulacyjnych. Funkcje te ulegają upośledzeniu, gdy temperatura ich ciała zauważalnie odbiega od normalnego zakresu, co może skutkować udarem cieplnym, hipotermią lub, w najgorszym przypadku, śmiercią. Jeśli jednak uda się sztucznie doprowadzić temperaturę ciała do normalnego zakresu, problemy te można rozwiązać.
W obszarze przedwzrokowym podwzgórza, który reguluje podstawowe procesy organizmu, znajduje się ośrodek kontroli temperatury w mózgu. Na przykład obszar przedwzrokowy wysyła do organizmu sygnał, aby podniósł temperaturę w celu zwalczania wirusów, zarazków i innych organizmów chorobotwórczych, gdy otrzymuje sygnały od mediatora prostaglandyny E (PGE2), która powstaje w odpowiedzi na infekcje.
Jednak nadal nie jest jasne, które neurony w obszarze przedwzrokowym wydają polecenie podniesienia lub obniżenia temperatury ciała.
Zespół badawczy przy ul Uniwersytet Nagoya w Japonii zidentyfikował krytyczne neurony, które utrzymują u ssaków temperaturę ciała na poziomie 37°C. W swoim badaniu podali, że grupa neuronów, zwana neuronami EP3, w obszarze przedwzrokowym mózgu, odgrywa kluczową rolę w regulacji temperatury ciała ssaków.
W badaniach na szczurach naukowcy skupili się głównie na neuronach EP3 w obszarze przedwzrokowym, które wykazują ekspresję receptorów EP3 PGE2, i zbadali funkcję regulowania temperatury ciała.
Naukowcy najpierw sprawdzili, jak zmiany temperatury otoczenia wpływają na pobudzanie neuronów EP3 w obszarze przedoptycznym. Szczury lubią w swoim środowisku temperaturę około 28°C. Myszy poddano działaniu zimna (4°C), pomieszczenia (24°C) i gorąca (36°C) przez dwie godziny. Odkrycia wykazały, że ekspozycja na temperatury 4°C i 24°C nie aktywowała neuronów EP3, ale ekspozycja na temperaturę 36°C tak.
Aby określić, gdzie przekazywane są sygnały z neuronów EP3, naukowcy przyjrzeli się następnie włóknom nerwowym neuronów EP3 w obszarze przedwzrokowym. Badanie wykazało, że włókna nerwowe są rozproszone w całym ciele mózg, szczególnie w podwzgórzu grzbietowo-przyśrodkowym (DMH), odpowiedzialnym za aktywację współczulnego układu nerwowego. Jak wynika z ich badań, kwas gamma-aminomasłowy (GABA), silny inhibitor pobudzenia neuronów, to cząsteczka wykorzystywana przez neurony EP3 do przekazywania sygnału do DMH.
Naukowcy eksperymentalnie zmienili aktywność neuronów EP3, stosując metodę chemogenetyczną, aby lepiej zrozumieć funkcję tych neuronów w regulacji temperatury. Odkryli, że podniesienie temperatury ciała wynika z tłumienia aktywności neuronów, natomiast jej obniżenie wynika z ich aktywacji.
Łącznie wyniki tego badania wykazały, że neurony EP3 w obszarze przedwzrokowym są niezbędne do kontrolowania temperatury ciała, ponieważ uwalniają GABA w celu przekazywania sygnałów hamujących neuronom DMH, które regulują reakcje współczulne.
Profesor Kazuhiro Nakamura z Uniwersytetu w Nagoya powiedział: „Prawdopodobnie neurony EP3 w obszarze przedwzrokowym potrafią precyzyjnie regulować siłę sygnału, aby precyzyjnie dostroić temperaturę ciała”.
„Na przykład w gorącym środowisku sygnały są wzmacniane, aby tłumić sygnały współczulne, co skutkuje zwiększonym przepływem krwi w skórze, co ułatwia promieniowanie ciepła ciała i zapobiega udarowi cieplnemu. Jednakże w zimnym środowisku sygnały są redukowane, aby aktywować układ współczulny, który promuje wytwarzanie ciepła w brunatnej tkance tłuszczowej i innych narządach, aby zapobiec hipotermii. Co więcej, w momencie infekcji PGE2 działa na neurony EP3, tłumiąc ich aktywność, aktywując układy współczulne, co powoduje gorączkę.
Wyniki tych badań mogą doprowadzić do stworzenia technologii sztucznie modyfikującej temperaturę ciała i znajdującej potencjalne zastosowanie w wielu specjalnościach medycznych. Co ciekawe, technologia ta może pomóc w leczeniu otyłości poprzez utrzymywanie nieco podwyższonej temperatury ciała, która sprzyja spalaniu tłuszczu.
Profesor Nakamura powiedziany, „Co więcej, technologia ta może prowadzić do nowych strategii przetrwania ludzi w cieplejszych środowiskach globalnych, które stają się poważnym problemem ogólnoświatowym”.
Referencje czasopisma:
- Yoshiko Nakamura, Takaki Yahiro i in. Neurony przedwzrokowe wyrażające receptor prostaglandyny EP3 dwukierunkowo kontrolują temperaturę ciała poprzez toniczną sygnalizację GABAergiczną. Postępy nauki, DOI: 10.1126/sciadv.add5463
