Az élő szervezet szempontjából a hőmérséklet központi fontosságú változó, a sejteket felépítő molekulák stabilitása és működése múlik rajta. Az élőlények számára ezért alapvető a szervezet hőmérsékletének élhető határok között tartása. Ehhez számos különböző stratégiát használnak, melyekben az a közös, hogy egytől egyig az idegrendszer szabályozása alatt állnak. A testhőmérséklet szabályozásának idegrendszeri hátteréről már sok adat áll rendelkezésre, de még így is rengeteg részletet fed homály. Ezúttal két új kísérletsorozat eredményeit tekintjük át, melyek e bonyolult folyamatot vizsgálták.
A testhőmérséklet szabályozásának alapjai
A testhőmérséklet szélsőséges értékeinek elkerülése szinte minden élőlény számára élet-halál kérdés, azonban az állandó testhőmérsékletű állatok, mint a madarak és az emlősök, esetében a testhőmérséklet csak egy szűk tartományon belül változhat komoly következmények nélkül. A tartomány középértéke általában 35-40 °C között van, ezen a hőmérsékleten ugyanis még nem kell túl sok stabilizáló kötés a fehérjék térszerkezetének fenntartásához, de az izmok összehúzódása is viszonylag gyorsan le tud zajlani. Az állandó testhőmérséklet segíti az utódok fejlődését, bizonyos fokú védettséget biztosít például a gombás fertőzésekkel szemben, illetve lehetővé teszi a legkellemetlenebb éghajlati viszonyok elviselését is.
A testhőmérséklet szabályozásának viselkedéses eszközeivel minden állat rendelkezik, vagyis például képesek árnyékba húzódni, ha túl meleg van, vagy valamilyen odúban átvészelni a kinti fagyokat. Az állandó testhőmérsékletű állatoknál azonban fiziológiai mechanizmusok is vannak a testhőmérséklet megtartásának szolgálatában. Például a hideg ellen a vázizmok gyors összehúzódásokkal produkálnak hőt, vagyis az állat didereg, illetve a barna zsírszövet hőtermelésre specializált sejtjei is működésbe lépnek. A bőr erei összeszűkülnek, így lecsökken a hőkicserélődés a vér és a környezet között. A szőr vagy a tollak felborzolása is segíti a test melegének megtartását, noha nálunk embereknél ezt a funkciót már nem képes ellátni hiányos „bundánk”. A szervezet hűtésének legfőbb módjai a lihegés és az izzadás, de a bőr vérereinek kitágulása is fokozza a hőleadást, amíg a külső hőmérséklet nem haladja meg az ideális belső hőmérsékletet.
Mindehhez elengedhetetlen, hogy a testhőmérsékletet valamilyen módon monitorozza az idegrendszer és ki tudja váltani a megfelelő válaszokat. A hipotalamusz preoptikus magjának egyes sejtjeiről már a XX. század első felében kiderült, hogy érzékenyek a hőmérsékletre, ezek a melegítés vagy épp a hűtés hatására változtatják meg tüzelési mintázatukat, feltehetőleg a közelükben lévő véredényekben keringő vér hőmérsékletét monitorozzák. A bőrben és a zsigerek közelében lévő hőmérsékletérző receptorok is a preoptikus mag egyes sejtjeihez továbbítják a hőmérsékletváltozást kódoló jeleiket, így a sejtcsoport funkciója valószínűleg a test hőmérsékleti viszonyainak meghatározása. A preoptikus mag az agytörzs más sejtcsoportjaival is kapcsolatban van és valószínűleg ezeken keresztül hathat a vérerekre, verejtékmirigyekre, a barna zsírszövetre és az izmokra.
A preoptikus mag és a prosztaglandin a hűtésben
A preoptikus magban zajló folyamatok azonban még nem egészen ismertek, a hőmérsékletérzékeny idegsejtek működésének megértését például az is megkönnyíthetné, ha ezek a sejtek valamilyen molekuláris alkotójuk alapján is azonosíthatók lennének. A sejtek azonosítása jelenleg ugyanis viszonylag körülményes: a kísérleti állatok agyából készült szeletekben egy nagyon vékony hegyű pipettával kell érinteni az idegsejtek membránját és az elektróda segítségével megfigyelni, hogyan változik a sejt tüzelési mintázata különböző hőmérsékleteken.
A Kaliforniai Egyetem kutatói ezzel a módszerrel azonosították egerek hőmérsékletérzékeny idegsejtjeit, majd a sejtek belsejét kiszívták és analizálták az itt található mRNS-eket. Ebből következtettek a sejtek fehérjetartalmára és úgy találták, hogy a hőmérsékletérzékeny idegsejtekben kiemelkedően nagy mennyiségben található meg a hormonhatású, zsírszerű molekulat, a prosztaglandin D2-t előállító enzim. Egy újabb vizsgálattal megállapították, hogy a prosztaglandin D2 mennysiége a hőmérséklet emelésével arányosan emelkedik a szintén egerektől származó szövetmintákban. Ez így már arra utalt, hogy a prosztaglandin D2-nek szerepe lehet a hőmérséklet emelkedésének jelzésében, amit további vizsgálatok erősítettek meg: a mesterségesen előidézett láz jóval magasabb volt azoknál a kísérleti állatoknál, amelyeknél gátolták a prosztaglandin D2 előállítását, illetve a prosztaglandin D2 beadása jelentősen lecsökkentette az egerek testhőmérsékletét.
A kutatók immunfestéssel azt is kimutatták, hogy a prosztaglandin D2 receptora a preoptikus area egy másik részének sejtjein fejeződik ki nagy mennyiségben, így feltételezhető volt, hogy ezeken fejti ki a hatását a vegyület. A sejtek mesterséges ingerlése is ezt támasztotta alá: a kísérleti állatok testhőmérséklete lecsökkent a beavatkozás hatására. Úgy tűnik tehát, hogy a preoptikus mag prosztaglandin D2-t termelő idegsejtjei a hőmérséklet megnövekedésére aktiválódnak és a preoptikus area egy másik sejtcsoportján keresztül indítják be a testhőmérséklet csökkentésére irányuló folyamatokat. A további kutatás szempontjából fontos, hogy a prosztaglandin D2-t előállító enzim alapján könnyen azonosíthatók lesznek ezek az idegsejtek.
A raphe magvak a fűtésben
Az agyban a hipotalamuszon kívül is találhatók hőmérséklet érzékeny idegsejtek, például az agytörzsben szórványosan elhelyezkedő ún. raphe magvak háti oldalhoz közelebbi sejtcsoportjában. Francia és amerikai kutatók 4 órára 38 °C-os környezetbe helyezték kísérleti állataikat és az állatok feláldozását követően az agyakból készült szeleteken immunfestéssel jelölték a c-Fos nevű fehérjét. A fehérje mennyisége azokban a sejtekben emelkedik meg, amelyeknek jelentősen fokozódik az aktivitása, így jelen esetben a hőmérséklet megemelkedésének hatására aktiválódó idegsejteket tudták azonosítani a kutatók, így például a raphe háti magját is.
A kutatók ezután megfigyelték milyen hatással van a testhőmérsékletre a sejtek működésének mesterséges befolyásolása. A sejtek aktiválása lecsökkentette a végbél, illetve a lapockák közötti barna zsírszövet hőmérsékletét és ezzel egyidejűleg az állat oxigénfogyasztása és a mozgással töltött idő is jelentősen lecsökkent. A sejtek mesterséges gátlása csak a maghőmérséklet emelkedését idézte elő, méghozzá feltehetőleg a testmozgás fokozásával. A raphe mag kapcsolatrendszerének feltárásával kiderült, hogy kapcsolatban van a preoptikus maggal és néhány más előagyi struktúrával is, feltehetőleg ezeken keresztül befolyásolja a testmozgás mértékét, a barna zsírszövetet pedig valószínűleg egy másik raphe magon keresztül éri el. A raphe háti magja tehát egy fontos idegrendszeri eleme a testhőmérséklet szabályozásának.
Az új vizsgálatok tehát a testhőmérséklet szabályozását végző neurális rendszer működésének új részleteit fedték fel és ezzel újabb lépésekkel vittek közelebb az idegrendszer egyik alapvető fontosságú funkciójának megértéséhez.
Ez a cikkem az Élet és Tudomány 2019/41. számában jelent meg.
Források:
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0896627319303927
https://www.nature.com/articles/s41583-019-0198-1
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867419306191
