「体温調節の神経回路」の版間の差分

 

 

　人間を含めた哺乳動物（[[wikipedia:JA:恒温動物|恒温動物]]）では、体温を一定に保つために、体内から環境中への熱の放散を調節し、必要な時には体内で積極的に熱を産生する。また、[[wikipedia:JA:感染|感染]]が起こった時には発熱を起こし、体温を[[wikipedia:JA:病原体|病原体]]の増殖至適温度域よりも高くすることで、その増殖を抑制する。こうした生体の反応は、脳内の体温調節中枢を司令塔とする中枢神経システムが、末梢の様々な[[効果器]]へ指令を行うことによって惹起される。体温調節中枢は、[[視床下部]]の最吻側に位置する[[視索前野]]（preoptic area）と呼ばれる領域にあり、感染時の発熱を指令する発熱中枢でもある<ref name="ref1"><pubmed>21900642</pubmed></ref>。  

==== 自律性体温調節反応  ====

　自律性体温調節反応は、体温を維持・調節するために、自律性臓器・器官を効果器として行われる生理反応であり、意識にのぼらない[[随意運動と不随意運動|不随意反応]]である。自律性体温調節反応には、体内で熱の産生を行う反応と環境中への体熱の放散を調節する反応がある（図１参照）。

===== 熱産生反応  =====

　体内の熱は、様々な化学反応や筋運動の副産物として産生されるが、それに加えて、体温調節を目的とした積極的な熱の産生が、主に[[wikipedia:JA:褐色脂肪組織|褐色脂肪組織]]と[[wikipedia:JA:骨格筋|骨格筋]]で行われる。褐色脂肪組織は[[交感神経|交感神経系]]による強い支配を受け、代謝性（非ふるえ）熱産生が起こる。骨格筋では、[[運動ニューロン|体性運動神経]]を介したふるえ熱産生（シバリング）が起こる。  

===== 熱放散反応  =====

　非蒸散性熱放散は、水分の蒸発を伴わず、体表面から環境中への熱の伝導や放射による熱放散反応である。非蒸散性熱放散において重要な働きをする器官の代表的なものとしては、[[wikipedia:JA:皮膚|皮膚]]の[[wikipedia:JA:血管|血管]]が挙げられる。皮膚血管は主に交感神経による調節を受け、[[神経終末]]から放出される[[ノルアドレナリン]]の作用によって[[wikipedia:JA:血管平滑筋|血管平滑筋]]の収縮が起こる。皮膚血管の収縮は皮膚血流の低下につながるため、体表面からの熱の放散が抑制される。一方、交感神経活動が低下すると、皮膚血管の平滑筋が弛緩し、血管径が拡張するので、皮膚血流の増加による体熱の放散促進につながる。また、人間の皮膚血管には、積極的に拡張させる神経も存在することが知られているが、放出される[[神経伝達物質]]など、その実体はよく分かっていない。寒冷環境では[[wikipedia:JA:鳥肌|鳥肌]]が立つことがあるが、これも非蒸散性熱放散反応の一種である。サルやイヌなど、長く豊富な体毛を持つ動物では、[[wikipedia:JA:立毛筋|立毛筋]]を収縮させ、毛を立てることで、[[wikipedia:JA:体毛|体毛]]によって保持される皮膚の外側の空気の層を厚くし、断熱性を高める。人間の皮膚には体毛が少ないので、立毛させることによる断熱効果はほとんどないが、進化上の名残として反応が残っているのである。

==== 行動性体温調節反応  ====

　行動性体温調節反応は、体温の維持・調節を目的とした、[[随意運動と不随意運動|意識的な行動]]を指す。例えば、「体温の維持に適した温度環境に移動する」という行動に加え、「寒いのでコートを羽織る」、「暑いので冷房のスイッチを入れる」などの行動も含まれる。こうした行動の基盤には、暑さ・寒さに起因する[[情動]]が関与すると考えられるが、その中枢神経回路はほとんど分かっていない。<br>

==== フィードバック制御に関わる温度感知  ====

==== フィードフォワード制御に関わる温度情報の伝達  ====

==== 視索前野からの下行性抑制  ====

==== 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>。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  ====

　感染が起こると[[wikipedia:JA:免疫系|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[[wikipedia:JA:内皮細胞|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ジンE₂（prostaglandin E₂、PGE₂）が産生される<ref><pubmed>11306620</pubmed></ref>。プロスタグランジンE₂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ジンEP3受容体に作用する<ref><pubmed>10025713</pubmed></ref><ref><pubmed>17676060</pubmed></ref>（図３参照）。EP3受容体は抑制性の[[GTP結合蛋白質]]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" />。したがって、プロスタグランジンE₂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。