Eine Körpertemperatur von etwa 37 Grad Celsius ist für die meisten Säugetiere sehr wichtig. Doch wie wird dieses empfindliche Gleichgewicht reguliert – zum Beispiel in sehr kalten oder warmen Umgebungen? Eine Forschungsgruppe untersucht dies derzeit an Mäusen. Dementsprechend spielen die sogenannten EP3-Neuronen im ersten Teil des Gehirns eine wichtige Rolle. Sie sorgen für die richtige Reaktion des Körpers auf Hitze und Kälte und sind auch an der Entstehung von Fieber beteiligt.
Die meisten Säugetiere haben eine Körpertemperatur von etwa 37 Grad Celsius. Weicht die Körpertemperatur um wenige Grad vom Normalwert ab, werden viele wichtige Funktionen geschädigt. Die Einwirkung von Hitze und Kälte kann schwerwiegende Folgen haben, einschließlich des Todes. Um solche Situationen zu vermeiden, verfügt unser Körper über ein spezielles System zur Temperaturkontrolle. Bei Hitze verstärkt sich die Durchblutung der Haut, um die Wärme auf diese Weise abzuführen, außerdem kühlt sich unser Körper mit Hilfe des Schweißes ab. Bei Kälte hingegen verschließt es die oberflächlichen Blutgefäße und fördert die Fettverbrennung zur Wärmeerzeugung. Diese Aktionen werden vom sogenannten präoptischen Bereich des Gehirns, einem Teil des Hypothalamus, gesteuert. Wie genau die Regelung funktionieren würde, war jedoch zunächst nicht klar.
Ratten in Hitze und Kälte
Ein Team unter der Leitung von Yoshiko Nakamura von der Universität Nagoya in Japan hat die Neuronen identifiziert, die für die Regulierung der Körpertemperatur verantwortlich sind, und die Prinzipien aufgezeigt, nach denen sie arbeiten. Dazu setzten sie Ratten unterschiedlichen Temperaturen aus. Dabei legen sie die Tiere für jeweils zwei Stunden in eine auf vier Grad Celsius gekühlte oder auf 36 Grad Celsius oder 24 Grad Raumtemperatur erwärmte Haut, was für Mäuse angenehm ist.
Die Forscher beobachteten die Aktivität von Neuronen im ersten Teil des Gehirns von Mäusen. Sie konzentrierten sich auf die sogenannten EP3-Neuronen. Frühere Studien haben vorgeschlagen, dass diese Faktoren an der Thermoregulation beteiligt sein könnten. Sie reagieren unter anderem bei Krankheiten auf den Botenstoff Prostaglandin E2 und verursachen in diesem Fall Fieber. Es gibt jedoch immer noch keine Beweise dafür, dass sie an der normalen Regulierung der Körpertemperatur beteiligt sind, oder ein Verständnis dafür, wie sie dafür arbeiten.
Kontrolle durch Zurückhaltung
Die aktuelle Studie zeigt, dass EP3-Neuronen sehr wichtig für die Aufrechterhaltung der Körpertemperatur sind. „Wurden die Mäuse Hitze ausgesetzt, erhöhte dies die Aktivität der EP3-Neuronen deutlich“, berichten Nakamura und seine Kollegen. Bei Raumtemperatur und Kälte ist dies jedoch nicht der Fall. Andere Studien haben gezeigt, dass EP3-Neuronen Signale durch Gamma-Aminobuttersäure (GABA) an andere Nervenzellen weiterleiten, darunter Teile des Hypothalamus, die das Nervensystem aktivieren.
GABA ist einer der wichtigsten Inhibitoren der neuronalen Erregung. Wenn also EP3-Neuronen aktiviert und GABA freigesetzt wird, hemmt dies die hemmende Wirkung. Während der Stress der Schwellung unter anderem dazu führt, dass das oberflächliche Blut absinkt, erweitern sich diese Blutgefäße durch den Stress und es wird mehr Wärme freigesetzt. Auf diese Weise reduziert unser Körper das Risiko eines Hitzschlags.
Thermoregulation mit Computern
Die Forscher fanden auch heraus, dass die EP3-Neuronen bei Raumtemperatur normale Aktivität zeigen, wodurch die emotionale Reaktion gestört und aufrechterhalten wird. “Es scheint, dass die EP3-Neuronen in der präoptischen Region die Signalstärke effektiv regulieren können, um die Körpertemperatur zu regulieren”, sagte Nakamura. In einer kalten Umgebung nimmt die Signalstärke ab, wodurch das sympathische Nervensystem aktiver werden kann. „Das regt die Wärmeproduktion im braunen Fettgewebe und anderen Organen an, um Kälte vorzubeugen“, erklärt Nakamura. Die Aktivität von EP3-Neuronen wird auch während einer Krankheit mit Hilfe von Prostaglandin E2 aktiviert, sodass der Wirt die Körpertemperatur erhöhen kann.
Die Forscher bestätigten ihre Ergebnisse, indem sie die Aktivität von EP3-Neuronen veränderten. Und es stimmt: Die Verwendung dieser Gruppe von Mückenzellen aktivierte auch die Mechanismen zur Senkung der Körpertemperatur, aber die Hemmung von EP3-Neuronen verursachte einen Anstieg der Körpertemperatur. Aus Sicht der Forscher können die Erkenntnisse bei der Entwicklung von Technologien helfen, die zur Kontrolle der Körpertemperatur eingesetzt werden können. Theoretisch ist es möglich, die Körpertemperatur höher als normal einzustellen, um die Fettverbrennung zu fördern. „Darüber hinaus kann diese Technologie zu neuen Strategien für das menschliche Überleben in der globalen Erwärmung führen, die weltweit zu einem ernsthaften Problem geworden ist“, sagte Nakamura.
Quelle: Yoshiko Nakamura (Nagoya University, Japan) et al., Science Advances, doi:10.1126/sciadv.add5463
