「体温調節の神経回路」の版間の差分

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 自律性体温調節反応のうち、褐色脂肪組織熱産生や皮膚血管収縮は[[脊髄]]の[[中間外側核]](intermediolateral nucleus)からの交感神経出力によって惹起され<ref><pubmed>16931649</pubmed></ref><ref><pubmed>18463193</pubmed></ref>、ふるえ熱産生は脊髄の[[前角]](ventral horn)からの体性運動出力を介して惹起される<ref><pubmed>21610139</pubmed></ref>(図2)。視索前野に存在する体温調節中枢は、こうした自律性体温調節反応の惹起を指令する司令塔として機能する<ref name="ref1" />。視索前野には[[投射ニューロン|下行性投射]]を行う[[神経細胞|ニューロン]]が存在し、これらのニューロンが、体温調節効果器への出力を制御する下位の脳領域へ恒常的な抑制性の入力を行うことで、これらの脳領域から体温調節効果器への出力を制御する<ref name="ref7"><pubmed>12040067</pubmed></ref><ref name="ref8"><pubmed>16367780</pubmed></ref><ref name="ref9"><pubmed>19327390</pubmed></ref>。つまり、視索前野からの下行性抑制のトーンが最終的な体温調節性の交感神経や運動神経の出力レベルを決定しているのである。
 自律性体温調節反応のうち、褐色脂肪組織熱産生や皮膚血管収縮は[[脊髄]]の[[中間外側核]](intermediolateral nucleus)からの交感神経出力によって惹起され<ref><pubmed>16931649</pubmed></ref><ref><pubmed>18463193</pubmed></ref>、ふるえ熱産生は脊髄の[[前角]](ventral horn)からの体性運動出力を介して惹起される<ref><pubmed>21610139</pubmed></ref>(図2)。視索前野に存在する体温調節中枢は、こうした自律性体温調節反応の惹起を指令する司令塔として機能する<ref name="ref1" />。視索前野には[[投射ニューロン|下行性投射]]を行う[[神経細胞|ニューロン]]が存在し、これらのニューロンが、体温調節効果器への出力を制御する下位の脳領域へ恒常的な抑制性の入力を行うことで、これらの脳領域から体温調節効果器への出力を制御する<ref name="ref7"><pubmed>12040067</pubmed></ref><ref name="ref8"><pubmed>16367780</pubmed></ref><ref name="ref9"><pubmed>19327390</pubmed></ref>。つまり、視索前野からの下行性抑制のトーンが最終的な体温調節性の交感神経や運動神経の出力レベルを決定しているのである。


==== 視索前野から調節を受ける下位脳領域 ====
==== 視索前野から制御を受ける下位脳領域 ====


 視索前野からの下行性抑制によって制御される脳領域としては、[[視床下部背内側部]](dorsomedial hypothalamus)と[[延髄]]の[[縫線核|淡蒼縫線核]](raphe pallidus nucleus)が知られている<ref name="ref7"/><ref name="ref8"/>。視床下部背内側部には、淡蒼縫線核へ興奮性入力を行う投射ニューロンが存在し、淡蒼縫線核のニューロンの活動に対し促進的に作用する<ref name="ref8"/>。淡蒼縫線核を中心とした領域には、脊髄へ投射する[[プレモーターニューロン]]が分布している。プレモーターニューロンには、上位の脳領域からの体温調節指令を受け取って統合し、その信号を脊髄の出力システムに伝達する役割がある。このプレモーターニューロンのうち、褐色脂肪組織熱産生や皮膚血管収縮の指令を伝達する交感神経プレモーターニューロンは、[[小胞グルタミン酸トランスポーター|小胞性グルタミン酸トランスポーター3]](VGLUT3)を発現し、中間外側核において[[グルタミン酸]]を放出すると考えられている<ref name="ref4"><pubmed>15190110</pubmed></ref><ref name="ref5"><pubmed>15596234</pubmed></ref>。この交感神経プレモーターニューロン群のうち、約20%は[[セロトニン]]も含有する<ref name="ref4" />。また、[[GABA]]を含有するものも報告されている<ref name="ref6"><pubmed>16228993</pubmed></ref>。
 視索前野からの下行性抑制によって制御される脳領域としては、[[視床下部背内側部]](dorsomedial hypothalamus)と[[延髄]]の[[縫線核|淡蒼縫線核]](raphe pallidus nucleus)が知られている<ref name="ref7"/><ref name="ref8"/>。視床下部背内側部には、淡蒼縫線核へ興奮性入力を行う投射ニューロンが存在し、淡蒼縫線核のニューロンの活動に対し促進的に作用する<ref name="ref8"/>。淡蒼縫線核を中心とした領域には、脊髄へ投射する[[プレモーターニューロン]]が分布している。プレモーターニューロンには、上位の脳領域からの体温調節指令を受け取って統合し、その信号を脊髄の出力システムへ伝達する役割がある。このプレモーターニューロンのうち、褐色脂肪組織熱産生や皮膚血管収縮の指令を伝達する交感神経プレモーターニューロンは、[[小胞グルタミン酸トランスポーター|小胞性グルタミン酸トランスポーター3]](VGLUT3)を発現し、中間外側核において[[グルタミン酸]]を放出すると考えられている<ref name="ref4"><pubmed>15190110</pubmed></ref><ref name="ref5"><pubmed>15596234</pubmed></ref>。この交感神経プレモーターニューロン群のうち、約20%は[[セロトニン]]も含有する<ref name="ref4" />。また、[[GABA]]を含有するものも報告されている<ref name="ref6"><pubmed>16228993</pubmed></ref>。


==== 暑熱・寒冷環境における体温調節指令メカニズム  ====
==== 暑熱・寒冷環境における体温調節指令メカニズム  ====
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[[Image:Thermoregulation3.jpg|thumb|right|250px|'''図3''' ラット視索前野におけるプロスタグランジンEP3受容体の発現(免疫染色像)。視索前野ニューロンの[[神経細胞|細胞体]](矢印)と[[樹状突起]]に局在する。(京都大学生命科学系キャリアパス形成ユニット 中村グループホームページ[http://www.cp.kyoto-u.ac.jp/Nakamura/nakamura-j.html]より)]]
[[Image:Thermoregulation3.jpg|thumb|right|250px|'''図3''' ラット視索前野におけるプロスタグランジンEP3受容体の発現(免疫染色像)。視索前野ニューロンの[[神経細胞|細胞体]](矢印)と[[樹状突起]]に局在する。(京都大学生命科学系キャリアパス形成ユニット 中村グループホームページ[http://www.cp.kyoto-u.ac.jp/Nakamura/nakamura-j.html]より)]]


 感染が起こると免疫系が活性化され、サイトカイン類が血中で産生される。これが脳の血管の内皮細胞へ作用すると、内皮細胞内で[[シクロオキシゲナーゼ−2]](cyclooxygenase-2、COX-2)などの[[プロスタグランディン|プロスタグランジン合成酵素群]]が発現し、発熱メディエーターである[[プロスタグランディン|プロスタグランジン]]E<sub>2</sub>(prostaglandin E<sub>2</sub>、PGE<sub>2</sub>)が産生される<ref><pubmed>11306620</pubmed></ref>。プロスタグランジンE<sub>2</sub>は脳実質内へ拡散し、視索前野のニューロンに存在する[[プロスタグランディン|プロスタグランジンEP3受容体]]に作用する<ref><pubmed>10025713</pubmed></ref><ref><pubmed>10842213</pubmed></ref>。EP3受容体は抑制性の[[GTP結合蛋白]]と共役するので<ref><pubmed>10508233</pubmed></ref>、結果的に視索前野のニューロンは抑制される。EP3受容体を発現する視索前野のニューロンはGABA作動性の抑制性ニューロンであり、視床下部背内側部や淡蒼縫線核へ投射することが分かっている<ref name="ref9" /><ref name="ref7" /><ref name="ref8" />。したがって、プロスタグランジンE<sub>2</sub>がEP3受容体を発現する視索前野のニューロンの活動を低下させると、寒冷環境における対寒反応の惹起と同様、視床下部背内側部や淡蒼縫線核のニューロンの脱抑制が起こるため、熱産生が惹起され、皮膚血管が収縮する(図2参照)。寒冷環境でもない状態でこうした反応が起こると、体温の上昇につながる。これが発熱と呼ばれる生理反応である。
 感染が起こると免疫系が活性化され、サイトカイン類が血中で産生される。これが脳の血管の内皮細胞へ作用すると、内皮細胞内で[[シクロオキシゲナーゼ−2]](cyclooxygenase-2、COX-2)などの[[プロスタグランディン|プロスタグランジン合成酵素群]]が発現し、発熱メディエーターである[[プロスタグランディン|プロスタグランジン]]E<sub>2</sub>(prostaglandin E<sub>2</sub>、PGE<sub>2</sub>)が産生される<ref><pubmed>11306620</pubmed></ref>。プロスタグランジンE<sub>2</sub>は脳実質内へ拡散し、視索前野のニューロンに存在する[[プロスタグランディン|プロスタグランジンEP3受容体]]に作用する<ref><pubmed>10025713</pubmed></ref><ref><pubmed>10842213</pubmed></ref>(図3参照)。EP3受容体は抑制性の[[GTP結合蛋白]]と共役するので<ref><pubmed>10508233</pubmed></ref>、結果的に視索前野のニューロンは抑制される。EP3受容体を発現する視索前野のニューロンはGABA作動性の抑制性ニューロンであり、視床下部背内側部や淡蒼縫線核へ投射することが分かっている<ref name="ref7" /><ref name="ref8" /><ref name="ref9" />。したがって、プロスタグランジンE<sub>2</sub>がEP3受容体を発現する視索前野のニューロンの活動を低下させると、寒冷環境における対寒反応の惹起と同様、視床下部背内側部や淡蒼縫線核のニューロンの脱抑制が起こるため、熱産生が惹起され、皮膚血管が収縮する(図2参照)。寒冷環境でもない状態でこうした反応が強く起こると、体温の上昇につながる。これが発熱と呼ばれる生理反応である。




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 長らくの間提唱されてきた体温調節システムに関する仮説として、セットポイント仮説がある。これは、中枢において体温の単一のセットポイントが設定されており、深部体温が設定温度から逸脱した場合には設定値へ戻すようなフィードバック反応が惹起されるという考え方である。しかし、研究が進むにつれ、体温調節は深部体温だけでなく皮膚で感知した環境温度にも基づいて適切な反応が惹起されること、また、末梢の体温調節効果器の種類によって反応が惹起される温度(深部体温あるいは皮膚温度)の閾値が異なることなどが分かり、深部体温と単一のセットポイントとの単純な比較で体温が調節されているのではないことが明らかとなってきた<ref name="ref10" />。  
 長らくの間提唱されてきた体温調節システムに関する仮説として、セットポイント仮説がある。これは、中枢において体温の単一のセットポイントが設定されており、深部体温が設定温度から逸脱した場合には設定値へ戻すようなフィードバック反応が惹起されるという考え方である。しかし、研究が進むにつれ、体温調節は深部体温だけでなく皮膚で感知した環境温度にも基づいて適切な反応が惹起されること、また、末梢の体温調節効果器の種類によって反応が惹起される温度(深部体温あるいは皮膚温度)の閾値が異なることなどが分かり、深部体温と単一のセットポイントとの単純な比較で体温が調節されているのではないことが明らかとなってきた<ref name="ref10" />。  


 現在では、深部体温と末梢温度(主に皮膚温度)の情報が体温調節中枢で統合され、それに基づいて適切な体温調節反応の種類と強度が決定され、出力されるという考え方が主流である。こうした温度情報の統合と反応出力の決定に関わる中枢神経回路メカニズムについては分かっていないことが多い。しかし、視索前野から視床下部背内側部や淡蒼縫線核へ下行性抑制を行う[[投射ニューロン]]の[[発火活動]]が体温調節反応の出力強度を決定しているという上記のモデルに従えば、この投射ニューロンが、温ニューロンとしての温度感受性や、またEP3受容体を発現して感染時にプロスタグランジンE<sub>2</sub>を受容する機能を有する可能性があるが、証明は行われていない。  
 現在では、深部体温と末梢温度(主に皮膚温度)の情報が体温調節中枢で統合され、それに基づいて適切な体温調節反応の種類と強度が決定され、出力されるという考え方が主流である。こうした温度情報の統合と反応出力の決定に関わる中枢神経回路メカニズムについては分かっていないことが多い。しかし、視索前野から視床下部背内側部や淡蒼縫線核へ下行性抑制を行う[[投射ニューロン]]の[[活動電位|発火活動]]が体温調節反応の出力強度を決定しているという上記のモデルに従えば、この投射ニューロンが、温ニューロンとしての温度感受性や、またEP3受容体を発現して感染時にプロスタグランジンE<sub>2</sub>を受容する機能を有する可能性があるが、証明は行われていない。  


== 関連項目  ==
== 関連項目  ==
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