Az állandóság szerepe

Az emberek és emlős állatok teste homeosztatikus folyamatok útján tartja fenn az állandó belső hőmérsékletet, ami egészséges szervezet esetén 1 Celsius-fokos ingadozással nagyjából ugyanazon az értéken marad a környezeti változások ellenére is, ez emberek esetében 37 Celsius-fok körüli hőmérsékletet jelent.

Hogy pontosan miért alakult ki ez a viszonylag magas, a világ legtöbb, emberek által lakott régiójában a környezet átlaghőmérsékletét jóval meghaladó testhőmérséklet, mikor a magasabb értékeket több energiába kerül fenntartani, arra nincs egészen pontos válasz, de annyit biztosan lehet tudni, hogy megfelelő szabályozásnak alapvető részét képező hőleadás szempontjából fontos a környezeti hőmérsékletnél melegebb test - túlzott forróságban (32 Celsius-fokot meghaladó nedves hőmérsékleti index esetében), különösen nagy páratartalmú területeken, a szervezetet védő mechanizmusok, például az izzadás, nem tudnak optimálisan működni. Amennyiben a külső hőmérséklet meghaladja a bőr felszíni hőmérsékletét, az egészségre nézve veszélyes helyzetet alakulhat ki, megjelenhetnek a hőguta vagy hőstressz tünetei.

A test okostermosztátja: a hipotalamusz

A homeosztázist, vagyis a test ideális belső környezetének állandóságát biztosító dinamikus folyamatokat az agy egy picike régiója irányítja: a hipotalamusz az a vezérlőegység, ami a szervezet egyensúlyáért felel. A testhőmérséklet szempontjából a hipotalamusz egyfajta termosztátként működik: állandó jelleggel figyeli és érzékeli a változásokat és, ha kell, beindítja azokat a reakciókat, amelyek kellően felmelegítik, vagy éppen lehűtik a testet. A hipotalamusz egy egész bonyolult hálózat működését vezényli és számos alrendszert hangol össze, hogy fenntartsa a test funkcionálását bármilyen körülmények között.

Ha a hőmérséklet magasra emelkedik, a
bőrben lévő hőreceptorokon át beérkezik a jel a hipotalamusz preoptikai területére (POA), ami a legfontosabb hőszabályozó egység: innen az idegsejtekből kivezető jelek indulnak a hőre reagáló szervek felé. A hipotalamusz nagyrészt a perifériás neuronokból kapja az üzenetet a normálistól eltérő, például 34-42°C-os hőmérsékletről, többek között a TRPV1 ioncsatorna bevonásával. A dorzális, azaz hátulsó gyökéridegdúc érzékelősejtjei extrém melegben, főként hőstressz hatására küldenek üzenetet a POA régióba interneuronok útján, amelyek szerepe többek között az ingerületek közvetítése a központi idegrendszeri és a végrehajtó idegsejtek között. Ilyen típusú, sok, csatlakozásra alkalmas nyúlvánnyal rendelkező sejtek az emberi test összes neuronjainak 99%-át teszik ki (20 milliárd van belőlük) és ezek hidalják át a szenzoros és motorneuronok közti távolságot.

Mi történik, ha az idegsejtek hideget-meleget kapnak?

Egy 2017-ben megjelent tanulmányban a kutatók pontosan beazonosították azokat az idegsejteket és folyamatokat, amelyek a hőmérséklettel kapcsolatos változásokra reagálnak: ezek közül a magas hőmérsékletre adott reakciókért felelős neuronokat is. A dallasi Texasi Egyetem Délnyugati Orvosi Központjának szakértői, Zheng-Dong Zhao vezetésével, egereken elvégzett kísérletek során fedezték fel, hogy egy bizonyos hullámhosszú kék fénnyel való besugárzással elnyomható az idegsejti aktivitás a preoptikai terület egyik alrészében (az oldalsó preoptikai mag alsó része, vLPO) található neuronokban és ennek következtében a test hőszabályozása olyan mértékben felborul, hogy súlyos hipertermia alakul ki az állatoknál, maximális 40,6 °C-os hőmérséklettel.

A kutatók leírása szerint a felhevülés olyan mértékűnek bizonyult, hogy szigorúan minimalizálni kellett a besugárzás időtartamát az egerek életben tartása érdekében.

A 6 milliwattos, 40 Hz-es kék fény impulzusok, amelyekkel másfél perces szünetekkel összesen fél óráig bombázták az egereket, az úgynevezett hGtACR1 neuronokat csendesítették el és jelentősen emelték a testhőmérsékletet, ezzel együtt pedig az alanyok fizikai aktivitása is nőtt.

Azonban nem ez volt a kísérlet egyetlen eredménye, egy másik, ezzel ellentétes hatású folyamatot is sikerült beindítani a kék fény segítségével: a szintén ugyanazon a területen (vLPO) lévő ChR2 neuronok stimulációja a testhőmérséklet jelentős, fél óra alatt majdnem 2 Celsius-fokos csökkenésével és a fizikai aktivitás lassulásával járt. Ezek a neuronok a GABAerg agyi idegsejtek közé tartoznak, amelyek információátadásra, tehát ingerületközvetítőként a gamma-amino-vajsavat (GABA) használják és gátló hatást fejtenek ki vele.

"A GABAerg idegsejtek aktivizálása a preoptikai alrégióban megakadályozza a hőtermelést, míg ezeknek a neuronoknak a gátlása drámaian megemeli a belső hőmérsékletet."

- összegezték a kutatók a vizsgálatok eredményeit.

A kísérlet alapján bebizonyosodott, hogy hő hatására a testben beinduló folyamatokat, amelyek a testhőmérséklet ideális szintjét óvják extrém körülmények között is, a hipotalamuszban zajló interakciók vezérlik és már az is pontosabban körvonalazódott, hogy konkrétan melyik alrendszer milyen típusú válaszreakciókkal járul hozzá az egyensúly fenntartásához. A vLPO jelentős szerepét az előbb említett neuronokon kívül a glutamáttal rokon vegyületek hőre érzékeny és a hőmérséklet növelésére beinduló aktivizálása is fokozza: ezek az összetevők a túlzott felforrósodástól védik a testet, de radikális esetben hipotermia kialakuláshoz és ennek következtében hipoaktív (a hiperaktív ellentéte, ami alulműködő teljesítményt jelent) viselkedéshez vezetnek, legalábbis az egerek esetében.

Ezeknek a mindkét irányban ható, a hideg és a forróság hatására is lezajló folyamatoknak a megértése még alaposabb feltérképezésre vár, de az idegpályák viselkedésének egyre pontosabb ismerete hozzájárulhat, hogy betekintést nyerjünk azokba a bonyolult rendszerekbe, amelyek, az agynak erről a picike területéről kiindulva, lehetővé teszik az élőlények túlélését a testnek kihívást jelentő környezetben is. Az egérkísérletek eredményei persze nem vonatkoztathatóak teljes mértékében az emberi testre is, de az már számos korábbi kísérletben kiderült, hogy a hipotalamusz által megvalósított koordináció az alvás, a szex, az éhség és szomjúság, a vérnyomás és a hőszabályozás tekintében is elsődleges fontosságú és a túlzott hőségre adott válaszreakciók, mint az izzadás vagy az erek kitágulása, is ehhez a régióhoz kapcsolhatóak.

Ez a cikk eredetileg 2022.07.24-én jelent meg a Rakétán.

(Fotó: Flickr/NIH Image Gallery, PxHere, Pixabay/Photocurry, Getty Images/SerrNovik)

Európa lángokban áll, és ennek az elvárosiasodáshoz is köze van Európát az elmúlt hetekben régóta nem látott hosszúságú és intenzitású hőhullám sújtja. Szerte a kontinensen sorra dőlnek meg a melegrekordok, amit több országban a rettentő hőség és szárazság miatt kialakult, nagy kiterjedésű erdőtüzek is súlyosbítanak.