Mediana jądra przedoptycznego - Median preoptic nucleus

Lokalizacja podwzgórza.

Jądra podwzgórza: Obszar przedwzrokowy znajduje się w przedniej części podwzgórza, powyżej skrzyżowania nerwu wzrokowego.

Mediana przedwzrokowym jądro znajduje grzbietowa do pozostałych trzech jąder przedwzrokowym obszarze części przedniego podwzgórza . Podwzgórze znajduje się tuż pod wzgórzem , główną przekaźnikową stacją sensoryczną układu nerwowego i jest uważane za część układu limbicznego , który obejmuje również struktury takie jak hipokamp i ciało migdałowate . Podwzgórze jest silnie zaangażowane w utrzymanie homeostazy organizmu, a środkowe jądro przedoptyczne nie jest wyjątkiem, przyczyniając się do regulacji składu krwi, temperatury ciała i snu bez fazy REM .

Środkowe jądro przedoptyczne jest silnie zaangażowane w trzech głównych obszarach. Należą do nich osmoregulacja , termoregulacja i homeostaza snu . W każdym obszarze jest wiele funkcji. Rola, jaką odgrywa środkowe jądro przedoptyczne w osmoregulacji, polega na składzie i objętości krwi , w tym w równowadze płynów i soli, oraz wywołuje odpowiedzi od behawioralnych do endokrynologicznych . Termoregulacja obejmuje zarówno reakcje na infekcję, jak i obniżoną temperaturę głęboką po ekspozycji skóry na zimno, z których oba obejmują środkowe jądro przedwzrokowe jako ważny mediator bodźców czuciowych i regulacyjnych. Homeostaza snu jest zaangażowana zarówno w zapoczątkowanie, jak i utrzymanie snu .

Środkowe jądro przedoptyczne ma pobudzające i hamujące projekcje do wielu obszarów mózgu . To ma wpływ hamujący poprzez GABAergicznych projekcji na obszarach mózgu biorących udział w stymulacji do termogenezy , jak również w obszarach nadążających czynne mózgu nasennym. Mikroiniekcja etanolu, triazolamu i propofolu w ten obszar wywołuje sen u gryzoni, co sugeruje, że ma on udział w ich farmakologicznym wpływie na sen. Glutaminergic i noradrenergic , jak również inne neuroprzekaźniki , wywierają pobudzający wpływ na inne obszary mózgu. Środkowe jądro przedoptyczne jest silnie zaangażowane w regulację układu krążenia , w tym w uwalnianie przedsionkowego peptydu natriuretycznego przez serce w odpowiedzi na dużą objętość krwi . Bierze również udział między innymi w kontrolowaniu odpowiedzi gorączkowej na infekcję i pobudzaniu pragnienia . Zarówno łączność, jak i anatomiczne położenie środkowego jądra przedoptycznego pozwalają mu być zarówno stacją przekaźnikową, jak i mediatorem dla informacji sensorycznych i regulacyjnych oraz wytwarzać odpowiedzi neuronalne , hormonalne i behawioralne w celu utrzymania homeostazy .

Lokalizacja

Mediana przedwzrokowym jądro znajduje się w przedwzrokowym obszarze części podwzgórza . Tworząc krytyczną część przednio-brzusznej trzeciej komory i linię środkową blaszki końcowej , środkowe jądro przedoptyczne zajmuje anatomiczną pozycję, która pozwala mu odgrywać ważną rolę w wielu aspektach regulacji homeostatycznej . Region ten jest ważny w regulacji układu krążenia , ciśnienia krwi i składu krwi i odbiera dane z narządu podrzędnego (SFO) i narządu naczyniowego blaszki końcowej (VOLT), które znajdują się poza barierą krew-mózg i przekazują informacje dotyczące osmolalności krwi i poziomy sygnałów hormonalnych , takich jak przedsionkowy peptyd natriuretyczny (ANP).

Łączność

Łączność z innymi regionami podwzgórza , takimi jak brzuszno - boczny obszar przedwzrokowy (VLPO) oraz z obszarami pnia mózgu, umożliwia również udział środkowego jądra przedoptycznego w innych aspektach homeostazy . Należą do nich zachowania związane ze snem, a także pragnienie i zachowania związane z piciem, a także termoregulacja . Równoległe ścieżki w obszarze przedoptycznym biorą udział w regulacji temperatury ciała i odpowiedzi na gorączkę . Jedna ścieżka ma początek w środkowym jądrze przedwzrokowym, a druga w grzbietowo-bocznym obszarze przedwzrokowym (DLPO). Oba hamują obszary w pniu mózgu, które aktywują bezdrganiową termogenezę poprzez brązową tkankę tłuszczową (BAT) w odpowiedzi na skórne przeziębienie lub prostaglandynę E2 .

Rola w termoregulacji

Wiadomo, że ssaki mają dobowy rytm temperatury ciała (Tb), który zależy od integralności jądra nadskrzyżowanego (SCN), jednak post wpływa również na Tb w okresie spoczynku, a obecność SCN jest niezbędna dla tego procesu. Chociaż nie tylko SCN, ale także jądro łukowate (ARC), biorą udział w ustawianiu Tb przez aferentne do termoregulacyjnego środkowego jądra preoptycznego (MnPO). Po badaniach przeprowadzonych przez Guzmána-Ruiza i wsp. Wiadomo, że uwalnianie wazopresyny z SCN obniża temperaturę tuż przed pojawieniem się światła, podczas gdy uwalnianie hormonu stymulującego a-melanocyty, szczególnie pod koniec ciemności, utrzymuje wysoką temperaturę. Oba peptydy mają przeciwny wpływ na aktywność brązowej tkanki tłuszczowej poprzez jądra termoregulacyjne, takie jak jądro grzbietowo-przyśrodkowe podwzgórza i grzbietowe jądro szwu. Koordynacja między sygnalizacją okołodobową i metaboliczną w podwzgórzu ma zasadnicze znaczenie dla odpowiedniej kontroli temperatury. Równowaga między uwalnianiem neuropeptydów pochodzących z zegara biologicznego i metabolicznego narządu zmysłów, jakim jest łukowate jądro, jest niezbędna dla odpowiedniej kontroli temperatury. Obserwacje te pokazują, że obszary mózgu zaangażowane w funkcje dobowe i metaboliczne organizmu muszą współdziałać, aby wytworzyć spójny układ procesów fizjologicznych związanych z kontrolą temperatury. [11]

Mechanizmy aktywacji nerwów zaangażowane w regulację temperatury ciała są w dużej mierze nieokreślone. Wiadomo, że szlaki współczulne biorą udział w zwiększaniu produkcji ciepła i zmniejszaniu utraty ciepła i są aktywowane przez neurony w rostalowym szwie rdzeniowym (RMR). Neurony te zostały zidentyfikowane jako odgrywające ważną rolę w podwyższaniu temperatury ciała zarówno podczas ekspozycji na zimno, jak i wywołanej gorączki poprzez obserwację, że hiperpolaryzacja przed ekspozycją na te warunki hamuje wzrost temperatury ciała w odpowiedzi.

Odpowiedź gorączkowa

Wejścia do RMR z środkowego jądra przedoptycznego są GABAergiczne , a zatem mają charakter hamujący. Uszkodzenia na środkowym jądrze przedwzrokowym powodują osłabienie odpowiedzi na gorączkę , ponieważ projekcje z MnPn do RMR zawierają receptory prostaglandyn EP3, które są niezbędne do odpowiedzi na gorączkę. Prostaglandyna E2 wiąże się z receptorami E3 w środkowym jądrze przedwzrokowym, hamując ich aktywność i powodując gorączkę . Oznacza to, że środkowe jądro przedwzrokowe jest odpowiedzialne za hamowanie mechanizmów podnoszących temperaturę ciała . Nie jest to jedyny zaangażowany obszar podwzgórza , a eliminacja aktywności środkowego jądra przedwzrokowego nie spowoduje sama w sobie podwyższenia temperatury ciała. Jednak w połączeniu ze zmianami w innych jądrach podwzgórza przedocznego uszkodzenie środkowego jądra przedocznego powoduje podwyższenie początkowej temperatury ciała .

Klimakterium

Inne receptory, receptory neurokininy 3 , które są wyrażane w środkowym jądrze przedoptycznym, również biorą udział w termoregulacji . Aktywacja tych receptorów u szczurów powoduje obniżenie temperatury wewnętrznej . Receptory te są silnie wyrażane w środkowej części przedoptycznej w odpowiedzi na obniżony poziom estrogenów u kobiet w okresie menopauzy i uważa się, że odgrywają rolę w powstawaniu uderzeń gorąca w okresie menopauzy .

Ekspozycja na zimno w środowisku

Reakcje na zimno są wytwarzane przez skórne wrażliwe na zimno szlaki w okolicy parabrachowej . Termoreceptory w skórze wykrywają temperaturę otoczenia w stosunku do temperatury ciała. Te neurony aferentne wystają w górę rdzenia kręgowego do obszaru okołoramiennego, który unerwia kilka obszarów przedoptycznych, w tym środkowe jądro przedoptyczne. Narażenie na zimno prowadzi do odhamowania RMR i innych regionów, co prowadzi do termogenezy brunatnej tkanki tłuszczowej. Jest to również znane jako termogeneza bez drżenia, która metabolizuje tłuszcz, ale rozprasza ciepło z siły napędowej protonów w mitochondriach, zamiast używać fosforylacji oksydacyjnej do produkcji ATP.

Rola w osmoregulacji

Obszar mózgu, który obejmuje brzuszną część środkowego jądra przedocznego, przednio-brzuszną trzecią komorę (AV3V), jest silnie zaangażowany w utrzymanie homeostazy płynów, elektrolitów i układu sercowo-naczyniowego . Środkowe jądro przedoptyczne, wraz z narządem naczyniowym blaszki końcowej (VOLT) i narządem podrzędnym (SFO), reagują na zmiany w składzie krwi, jak również na neuronową stymulację receptorów w naczyniach krwionośnych. Receptory rozciągania w aorcie i innych naczyniach wysyłają bodźce czuciowe do tego obszaru, przekazując informacje o objętości krwi i ciśnieniu krwi .

Odpowiedź na zmiany osmolalności krwi

Znaczenie środkowego jądra przedwzrokowego w składzie płynów i homeostazie można dostrzec anatomicznie, ponieważ zawiera ono połączenia między kilkoma regionami silnie zaangażowanymi w równowagę płynów ustrojowych i funkcje układu sercowo-naczyniowego, takimi jak jądro przykomorowe i jądro nadoczniowe .

Funkcjonalnie, jego znaczenie można zrozumieć, ponieważ zmiany w środkowym jądrze przedwzrokowym na ogół powodują niewłaściwy skład płynów, pobór wody i uwalnianie przedsionkowego peptydu natriuretycznego (ANP). Odpowiedzi na zmiany składu płynów, w których pośredniczy środkowe jądro przedwzrokowe, wynikają z unerwienia noradrenergicznego z rejonów rdzenia brzuszno-bocznego ogonowego. Odpowiedzi mogą być endokrynologiczne , autonomiczne lub behawioralne , a odpowiedzi na skoki poziomu sodu we krwi obejmują uwolnienie przedsionkowego peptydu natriuretycznego i oksytocyny. Przedsionkowy peptyd natriuretyczny jest uwalniany przez serce w odpowiedzi na wysokie ciśnienie krwi i wysokie zasolenie krwi. Jest ważnym i silnym środkiem rozszerzającym naczynia krwionośne , a także zmniejsza wychwyt zwrotny sodu w nerkach. Ponadto hamuje szlaki, takie jak szlak renina-aldostron-angiotensyna , które podnoszą ciśnienie krwi .

Aktywacja środkowe jądro przedwzrokowym prowadzi do stymulacji z przykomorowe jądro (PVN). Doprowadzające do tego obszaru są glutaminianergiczne lub używają glutaminianu jako głównego neuroprzekaźnika, chociaż angiotensyna II wywołuje podobną odpowiedź i powoduje współczucie i pobudzenie PVN. Zostało to potwierdzone przez zastosowanie w PVN antagonisty receptora glutaminianu , który hamował tę odpowiedź w wyniku aktywacji MnPn. Zatem glutaminian związany z receptorami jest niezbędny do aktywacji tych neuronów w środkowym jądrze przedoptycznym i aktywacji jądra przykomorowego. Aktywacja PVN poprzez ten mechanizm glutaminergiczny skutkuje zwiększoną aktywnością nerkowych szlaków nerwowych współczulnych , a także częstością akcji serca i średnim ciśnieniem tętniczym .

Rola w homeostatycznej regulacji snu

Eksperymenty anatomiczne i elektrofizjologiczne na dorosłych szczurach pokazują, że ważną rolę w wytwarzaniu snu odgrywa środkowe jądro przedoptyczne. Pierwszym tego dowodem była obserwacja, że ​​uszkodzenie tego obszaru powodowało bezsenność u ludzi. Aktualne eksperymenty wykorzystujące ekspresję c-Fos jako markera aktywacji neuronów podczas snu pokazują dychotomię funkcji w promocji i utrzymaniu snu pomiędzy brzuszno - bocznym jądrem przedocznym i środkowym jądrem przedoptycznym. Dowody wskazują, że neurony GABA-ergiczne w środkowym jądrze przedwzrokowym odgrywają rolę w promowaniu zasypiania, podczas gdy neurony w brzuszno - bocznym jądrze przedwzrokowym odgrywają rolę w utrzymaniu snu. Chociaż idea całkowitego rozdzielenia funkcji między tymi dwoma jądrami jest atrakcyjna, bardziej prawdopodobne jest to, że chodzi o stopień zaangażowania tych dwóch jąder w zapoczątkowanie i utrzymanie snu, a nie o odgrywanie zupełnie odrębnych ról. Jest prawdopodobne, że MnPn odgrywa ważną, ale nie wyłączną rolę w zasypianiu, podczas gdy VLPO odgrywa ważniejszą rolę w utrzymaniu snu. Oba obszary projektują do wybudzania aktywnych obszarów mózgu. Istnieje również gęsta, dwukierunkowa projekcja neuronalna między środkowym jądrem przedoptycznym a brzuszno - bocznym jądrem przedwzrokowym . To istnienie hamujących projekcji między brzuszno-matczynym jądrem przedwzrokowym a środkowym jądrem przedwzrokowym sugeruje wspólną funkcję i zależność regulacyjną między dwoma jądrami.

Sen nie-REM

Promowanie snu przez neurony GABA-ergiczne w środkowej części przedoptycznej jest najściślej związane z NREM , czyli spokojnym snem. Czas spędzony we śnie NREM zwiększa się wraz z liczbą aktywowanych receptorów GABA w środkowej części przedoptycznej, na co wskazuje wydłużenie czasu snu NREM w odpowiedzi na mikroiniekcje agonistów GABA w środkową część przedoptyczną kotów. Czas spędzony w fazie REM nie wydłużył się, a zastrzyki kontrolne skróciły czas spędzony zarówno w fazie NREM, jak i REM.

Relacje z VLPO

Jądra brzuszno-boczne (VLPO) i środkowe jądra przedwzrokowe (MnPn) promują sen poprzez projekcje neuronalne GABA-ergiczne, aby obudzić aktywne obszary mózgu. Aktywacja neuronów w VLPO i MnPn prowadzi do zwiększonych stężeń pierwotnego hamującego neuroprzekaźnika, GABA, w obszarach mózgu związanych z czuwaniem , takich jak jądro gruczołowo - sutkowe i miejsce sinawe . Prowadzi to do zahamowania aktywności cholinergicznej , noradrenergicznej i serotoninergicznej w tych obszarach. Projekcje noradrenergiczne z obszarów promujących przebudzenie hamują obszary promujące sen, ustanawiając „wzajemną interakcję hamującą” między obszarami snu i czuwania, co prowadzi do regulacji wzorców snu . Mechanizm aktywacji neuronów promujących sen w VLPO i MnPn nie został dobrze zdefiniowany, jednak sugeruje się, że jądro nadskrzyżowaniowe może odgrywać rolę, a także po prostu zmniejszać bodźce czuciowe na początku senności.

Bibliografia

[11] Guzmán-Ruiz, MA, Ramirez-Corona, A., Guerrero-Vargas, NN, Sabath, E., Ramirez-Plascencia, OD, Fuentes-Romero, R., ... & Buijs, RM (2015) . Rola jąder nadskrzyżowych i łukowatych w dobowej regulacji temperatury u szczurów. The Journal of Neuroscience, 35 (46), 15419-15429.