Eine Körpertemperatur von 37 Grad Celsius ist für die meisten Säugetiere lebensnotwendig. Aber wie wird dieses empfindliche Gleichgewicht gehandhabt – zum Beispiel, wenn wir uns in einer zu kalten oder zu heißen Umgebung befinden? Ein Forscherteam untersucht es nun an Ratten. Dementsprechend spielen die sogenannten EP3-Neuronen im vorderen Bereich 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 Normalbereich ab, sind viele wichtige Funktionen beeinträchtigt. Sowohl Unterkühlung als auch Hitzschlag können schwerwiegende Folgen haben, einschließlich des Todes. Um solche Situationen zu vermeiden, verfügt unser Körper über ein ausgeklügeltes Temperaturkontrollsystem. Bei Hitze erhöht sich die Durchblutung der Haut, um die Hitze abzuführen und unser Körper kühlt sich zusätzlich mit Hilfe von Schweiß ab. Bei Kälte hingegen verengen sich oberflächliche Blutgefäße und die Fettverbrennung zur Wärmeerzeugung wird gesteigert. Diese Reaktionen werden von einem Teil des Gehirns, dem präoptischen Bereich, dem Hypothalamus, gesteuert. Wie die Regelung funktioniert, war allerdings bisher unklar.
Ratten in Hitze und Kälte
Ein Team um Yoshiko Nakamura von der Universität Nagoya in Japan hat nun die Nervenzellen identifiziert, die für die Regulierung der Körpertemperatur verantwortlich sind, und die Prinzipien aufgezeigt, nach denen sie arbeiten. Dazu setzten sie die Mäuse unterschiedlichen Umgebungstemperaturen aus. Sie setzten die Tiere jeweils zwei Stunden lang in einen Käfig, der auf vier Grad Celsius gekühlt oder auf 36 Grad Celsius oder eine für Mäuse angenehme Raumtemperatur von 24 Grad Celsius geheizt wurde
Die Forscher beobachteten die Aktivität von Neuronen im Vorderhirn von Mäusen. Diese konzentrierten sich auf die sogenannten EP3-Neuronen. Frühere Studien haben bereits darauf hingewiesen, dass sie an der Thermoregulation beteiligt sein könnten. Sie reagieren bei einer Infektion unter anderem auf den Botenstoff Prostaglandin E2 und verursachen in diesem Fall Fieber. Es gibt jedoch noch keine Hinweise darauf, dass sie auch an der normalen Regulierung der Körpertemperatur beteiligt sind, oder Informationen über ihre Funktion.
Kontrolle durch Beschränkung
Jüngste Studien zeigen, dass EP3-Neuronen tatsächlich eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Körpertemperatur spielen. „Wurden Mäuse Hitze ausgesetzt, erhöhte dies die Aktivität der AP3-Neuronen deutlich“, berichten Nakamura und seine Kollegen. Bei Raumtemperatur und Kälte war dies jedoch nicht der Fall. Weitere Forschungen deuten darauf hin, dass EP3-Neuronen über den Botenstoff Gamma-Aminobuttersäure (GABA) Signale an andere Nervenzellen senden, darunter Bereiche des Hypothalamus, die das sympathische Nervensystem aktivieren.
GABA ist einer der wichtigsten Inhibitoren der neuronalen Erregung. Wenn also EP3-Neuronen aktiviert werden und GABA freisetzen, hemmt es das sympathische Nervensystem. Während der Sympathikus unter anderem dafür sorgt, dass sich oberflächliche Blutgefäße zusammenziehen, führt seine Hemmung dazu, dass sich diese Blutgefäße erweitern und mehr Wärme abgeben. Auf diese Weise reduziert unser Körper das Risiko eines Hitzschlags.
Künstlich geschaffene Thermoregulation
Die Forscher fanden auch heraus, dass EP3-Neuronen bei Raumtemperatur eine gewisse Grundaktivität zeigen und dadurch das sympathische System leicht und beständig hemmen. “Es ist möglich, dass AP3-Neuronen im präfrontalen Kortex die Signalstärke feinabstimmen können, um die Körpertemperatur fein abzustimmen”, sagt Nakamura. In einer kalten Umgebung nimmt die Stärke des Signals ab, wodurch das sympathische Nervensystem aktiver werden kann. „Das hilft, die Wärmeproduktion im braunen Fettgewebe und anderen Organen anzuregen“, erklärt Nakamura. Die Aktivität von EP3-Neuronen wird auch während einer Entzündung durch Prostaglandin E2 moduliert, sodass das sympathische System die Körpertemperatur erhöhen kann.
Die Forscher bewiesen ihre Ergebnisse, indem sie die Aktivität von EP3-Neuronen künstlich veränderten. Und tatsächlich: Die künstliche Aktivierung dieser Gruppe von Nervenzellen setzt auch Mechanismen in Gang, die die Körpertemperatur senken, während die Hemmung von EP3-Neuronen die Körpertemperatur erhöhen kann. Aus Sicht der Forscher können die Ergebnisse helfen, Techniken zu entwickeln, die die Körpertemperatur kontrollieren können. Theoretisch wäre zu überlegen, dass die Körpertemperatur etwas höher als normal eingestellt werden sollte, um die Fettverbrennung anzukurbeln. „Darüber hinaus könnte diese Technologie zu neuen Strategien für das menschliche Überleben in einer sich erwärmenden globalen Umwelt führen, die weltweit zu einem ernsthaften Problem wird“, sagte Nakamura.
Quelle: Yoshiko Nakamura (Nagoya University, Japan) et al., Advances in Science, doi: 10.1126/sciadv.add5463
