Con người và nhiều động vật có vú khác duy trì nhiệt độ cơ thể ở khoảng 37°C (98.6°F), nhiệt độ lý tưởng cho tất cả các quá trình điều hòa. Các chức năng bị tổn hại khi nhiệt độ cơ thể của họ chênh lệch đáng kể so với mức bình thường, điều này có thể dẫn đến say nắng, hạ thân nhiệt hoặc trong trường hợp xấu nhất là tử vong. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ cơ thể có thể được đưa về mức bình thường một cách nhân tạo thì những vấn đề này có thể được giải quyết.
Vùng tiền thị của vùng dưới đồi, nơi điều chỉnh các quá trình thiết yếu của cơ thể, là nơi đặt trung tâm kiểm soát nhiệt độ của não. Ví dụ, vùng tiền thị sẽ gửi tín hiệu đến cơ thể để tăng nhiệt độ nhằm chống lại virus, vi trùng và các sinh vật gây bệnh khác khi nó nhận được tín hiệu từ chất trung gian prostaglandin E (PGE2), được tạo ra để phản ứng với nhiễm trùng.
Tuy nhiên, vẫn chưa rõ tế bào thần kinh nào ở vùng tiền thị sẽ giải phóng lệnh tăng hoặc giảm nhiệt độ cơ thể.
Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Nagoya ở Nhật Bản đã xác định được các tế bào thần kinh quan trọng duy trì nhiệt độ cơ thể ở mức 37°C ở động vật có vú. Trong nghiên cứu của mình, họ báo cáo rằng một nhóm tế bào thần kinh, được gọi là tế bào thần kinh EP3, ở vùng chuẩn bị thị giác của não đóng vai trò chính trong việc điều chỉnh nhiệt độ cơ thể của động vật có vú.
Trong nghiên cứu trên chuột, các nhà khoa học chủ yếu tập trung vào tế bào thần kinh EP3 ở vùng tiền thị, nơi biểu hiện thụ thể EP3 của PGE2 và nghiên cứu chức năng điều chỉnh nhiệt độ cơ thể.
Các nhà khoa học lần đầu tiên xem xét sự thay đổi của nhiệt độ môi trường ảnh hưởng như thế nào đến việc kích hoạt các tế bào thần kinh EP3 ở vùng tiền thị. Chuột thích nhiệt độ khoảng 28°C cho môi trường sống của chúng. Những con chuột phải chịu điều kiện lạnh (4°C), phòng (24°C) và nóng (36°C) trong hai giờ. Các phát hiện đã chứng minh rằng việc tiếp xúc với nhiệt độ 4°C và 24°C không kích hoạt tế bào thần kinh EP3, nhưng việc tiếp xúc với nhiệt độ 36°C thì có.
Để xác định nơi truyền tín hiệu từ tế bào thần kinh EP3, các nhà khoa học sau đó đã xem xét các sợi thần kinh của tế bào thần kinh EP3 ở vùng tiền thị. Nghiên cứu cho thấy các sợi thần kinh được phân tán khắp cơ thể não, đặc biệt là ở vùng dưới đồi (DMH), chịu trách nhiệm kích hoạt hệ thần kinh giao cảm. Theo nghiên cứu của họ, axit gamma-aminobutyric (GABA), một chất ức chế mạnh sự kích thích tế bào thần kinh, là phân tử mà tế bào thần kinh EP3 sử dụng để truyền tín hiệu đến DMH.
Các nhà khoa học đã thực nghiệm thay đổi hoạt động của tế bào thần kinh EP3 bằng phương pháp hóa học để hiểu rõ hơn chức năng của các tế bào thần kinh này trong việc điều chỉnh nhiệt độ. Họ phát hiện ra rằng việc tăng nhiệt độ cơ thể là do ức chế hoạt động của tế bào thần kinh trong khi hạ thấp nhiệt độ là do kích hoạt chúng.
Cùng với nhau, kết quả của nghiên cứu này đã chứng minh rằng các tế bào thần kinh EP3 ở vùng tiền thị rất cần thiết để kiểm soát nhiệt độ cơ thể vì chúng giải phóng GABA để truyền tín hiệu ức chế đến các tế bào thần kinh DMH, điều chỉnh các phản ứng giao cảm.
Giáo sư Kazuhiro Nakamura tại Đại học Nagoya cho biết, “Có lẽ, tế bào thần kinh EP3 ở vùng tiền thị có thể điều chỉnh chính xác cường độ tín hiệu để điều chỉnh nhiệt độ cơ thể.”
“Ví dụ, trong môi trường nóng, các tín hiệu được tăng cường để ngăn chặn các đầu ra giao cảm, dẫn đến lưu lượng máu đến da tăng lên để tạo điều kiện cho sự bức xạ nhiệt của cơ thể nhằm ngăn ngừa đột quỵ do nhiệt. Tuy nhiên, trong môi trường lạnh, tín hiệu bị giảm đi để kích hoạt các đầu ra giao cảm, thúc đẩy sản sinh nhiệt ở mô mỡ màu nâu và các cơ quan khác để ngăn ngừa tình trạng hạ thân nhiệt. Hơn nữa, tại thời điểm bị nhiễm trùng, PGE2 tác động lên các tế bào thần kinh EP3 để ngăn chặn hoạt động của chúng, kích hoạt các tín hiệu giao cảm để gây sốt.”
Kết quả của nghiên cứu này có thể dẫn tới việc tạo ra một công nghệ điều chỉnh nhiệt độ cơ thể một cách nhân tạo và có những ứng dụng tiềm năng trong nhiều chuyên ngành y tế. Điều thú vị là công nghệ này có thể giúp điều trị bệnh béo phì bằng cách duy trì nhiệt độ cơ thể tăng nhẹ để khuyến khích đốt cháy chất béo.
Giáo sư Nakamura nói, “Trên hết, công nghệ này có thể dẫn đến những chiến lược mới cho sự sống còn của con người trong môi trường toàn cầu nóng hơn, vốn đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng trên toàn thế giới.”
Tạp chí tham khảo:
- Yoshiko Nakamura, Takaki Yahiro và cộng sự. Các tế bào thần kinh tiền sản biểu hiện thụ thể Prostaglandin EP3 kiểm soát hai chiều nhiệt độ cơ thể thông qua tín hiệu GABAergic bổ. Những tiến bộ khoa học. DOI: 10.1126/sciadv.add5463
