Ученые из Университета Нагои (Nagoya University) в Японии сообщили, что группа нейронов (нервных клеток), называемых нейронами EP3 и расположенных в преоптической области головного мозга, играет ключевую роль в регуляции температуры тела у млекопитающих. Это открытие поможет проложить путь к разработке технологии, которая искусственно регулирует температуру тела, чтобы помочь в лечении теплового удара, гипотермии и даже ожирения. Результаты научной работы опубликованы в журнале Science Advances.
В каком отделе находится центр терморегуляции
Температура тела у людей, как и у многих других млекопитающих регулируется примерно на уровне 37 °C, что оптимизирует все регуляторные функции. Когда температура тела заметно отклоняется от нормального диапазона, функции нарушаются, что может привести к тепловому удару, гипотермии и, в худшем случае, к смерти. Однако эти состояния можно вылечить, если температуру тела искусственно привести в нормальный диапазон.
Центр регуляции температуры головного мозга находится в преоптической области, области гипоталамуса, которая контролирует жизненно важные функции организма. Например, когда преоптическая область получает сигналы от медиатора, называемого простагландином Е (PGE2), который вырабатывается в ответ на инфекции, данная область отдает команду на повышение температуры тела для борьбы с вирусами, бактериями и другими болезнетворными организмами. Однако до сих пор неясно, какие именно нейроны в преоптической области отдают команды на повышение или понижение температуры тела.
Материалы и методы исследования
Чтобы идентифицировать нейроны, профессор Кадзухиро Накамура (Kazuhiro Nakamura) с соавторами провели исследование на крысах. Ученые сосредоточились на нейронах EP3 в преоптической области, которые экспрессируют рецепторы EP3 PGE2, и исследовали функцию регулирования температуры тела.
Результаты научной работы
Профессор Накамура с соавторами исследования впервые исследовали, как изменяется активность нейронов EP3 в преоптической области в ответ на изменения температуры окружающей среды. Комфортная температура окружающей среды для крыс составляет около 28 °C. В течение двух часов исследователи подвергали крыс воздействию холодной (4°C), комнатной (24°C) и горячей (36°C) температур. Результаты показали, что воздействие 36 °C активировало нейроны EP3, в то время как воздействие 4 °C и 24 °C — нет.
Затем ученые наблюдали за нервными волокнами нейронов EP3 в преоптической области, чтобы определить, куда передаются сигналы от нейронов EP3. Результаты исследования показали, что нервные волокна распределены по различным областям головного мозга, особенно в дорсомедиальных (ДМЯ) ядрах гипоталамуса, который активирует симпатическую нервную систему. Ученые также обнаружили, что веществом, которое нейроны EP3 используют для передачи сигнала в DMH, является гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), основной ингибитор возбуждения нейронов.
Чтобы продолжить изучение роли нейронов EP3 в регуляции температуры, исследователи искусственно манипулировали их активностью, используя хемогенетический подход. Исследователи обнаружили, что активация нейронов приводила к снижению температуры тела, в то время как подавление их активности приводило к их повышению.
В совокупности это исследование показало, что нейроны EP3 в преоптической области играют ключевую роль в регулировании температуры тела, высвобождая ГАМК для отправки тормозных сигналов нейронам DMH для контроля симпатических реакций.
«Вероятно, нейроны EP3 в преоптической области могут точно регулировать силу сигнала для точной настройки температуры тела», — комментирует Накамура. «Например, в жаркой среде сигналы усиливаются, чтобы подавить симпатические импульсы, что приводит к увеличению притока крови к коже, чтобы облегчить излучение тепла тела и предотвратить тепловой удар. Однако в холодной среде сигналы снижаются, чтобы активировать симпатические выходы, которые способствуют выработке тепла в бурой жировой ткани и других органах для предотвращения гипотермии. Кроме того, во время инфекции PGE2 воздействует на нейроны EP3, подавляя их активность, что приводит к активации симпатических выходов и развитию лихорадки».
Практическая значимость работы
Результаты данного исследования могут проложить путь к разработке технологии, искусственно регулирующей температуру тела, которая может быть применена в широком спектре областей медицины. Интересно, что эта технология может быть полезна при лечении ожирения, поддерживая температуру тела немного выше нормы, чтобы способствовать сжиганию жира.
«Кроме того, данная технология поможет разработать новые стратегии выживания людей в более жарких глобальных условиях, которые становятся серьезной мировой проблемой», — заключил профессор Накамура.
Авторы другого исследования утверждают, что выяснили, как эмоции, вызванные жевательной резинкой, влияют на активность мозга.