Животные и люди вырабатывают определенную толерантность к длительному теплу: организм приспосабливается выделять тепло вместо того, чтобы его генерировать, а обмен веществ и сердечно-сосудистая система адаптируются. Исследователи с медицинского факультета Гейдельбергского университета в настоящее время изучили основные адаптивные механизмы в мозге мышей, которые привыкли к постоянной температуре 36°C в течение 30 дней.

Они обнаружили, что определенная группа чувствительных к теплу нервных клеток в центральной области мозга, гипоталамусе, была необычайно активна и непрерывно испускала сигналы. Какие именно механизмы эти сигналы запускали для предотвращения перегрева, еще предстоит изучить. Однако, поскольку животные теряли устойчивость к теплу, как только активность этих нейронов подавлялась, они, по-видимому, играют важную роль в поддержании температуры тела под контролем, когда оно постоянно жаркое.

Таким образом, работа, опубликованная в журнале Nature Neuroscience , дает первое представление о том, как нервные клетки мозга меняют свое поведение в ответ на длительное воздействие повышенных температур.

Исследовательскую группу возглавляет профессор доктор Ян Сименс, который изучает, как нервные клетки мозга чувствуют температуру и регулируют температуру тела в ответ на нее в Институте фармакологии на медицинском факультете Гейдельберга. Он считает новые результаты особенно ценными в контексте глобального потепления. «Если мы хотим помочь людям, чье здоровье страдает от повышения температуры в будущем, мы должны знать, как в организме работает акклиматизация к теплу и как мы можем ее поддержать. Наши результаты — первый шаг в этом направлении».

Непрерывная стрельба из центра контроля температуры
Самым важным открытием недавно опубликованной работы является то, что в мозге есть особая подгруппа чувствительных к теплу нейронов (преоптические нейроны гипоталамуса), которые явно реагируют на длительный тепловой стресс. В отличие от подобных клеток в этой области мозга, несколько часов или несколько дней тепла еще не активируют их. Однако чем дольше длится тепло, тем активнее — буквально «возбужденнее» — они становятся.

У мышей , содержавшихся при температуре 36°C в течение 30 дней, в конечном итоге наблюдалась передача сигналов активации соседям с очень высокой частотой — нейронный шквал из центра контроля температуры мозга.

В ходе испытаний на животных это оказало конкретное влияние на переносимость животными жары: мыши, которые привыкли к этой температуре в течение 30 дней, также могли выдерживать жару в 39°C в среднем более 24 часов, при этом температура их тела не достигала критических значений.

С другой стороны, мыши, которые не были предварительно акклиматизированы, могли выдерживать более высокие температуры только в течение максимум шести часов. После этого они больше не могли поддерживать температуру своего тела близкой к норме 37°C. Мыши, которые были акклиматизированы в течение четырех дней, могли выдерживать температуру в течение 20 часов.

Устойчивость к жаре благодаря термостату мозга
Команда смогла показать, что существует причинно-следственная связь между медленной адаптацией к теплу и переносимостью тепла , искусственно активируя или выключая эти особые клетки в мозге живых мышей. Это стало возможным благодаря очень точно спроектированным генетическим модификациям, которые гарантируют, что именно эти нервные клетки выключаются при введении химического агента или включаются при облучении светом.

Когда ученые деактивировали гипоталамические клетки у акклиматизированных мышей, они могли выдерживать жару в 39°C только в течение двух часов, прежде чем температура их тела повышалась. Когда клетки были искусственно активированы, мыши, которые не были акклиматизированы, смогли переносить жару, но только после трех дней искусственной активации клеток.

«Мы подтвердили результаты в клеточных экспериментах: похоже, что именно нервные клетки в термостате мозга обеспечивают адаптацию мышей и, вероятно, других млекопитающих, таких как люди, к теплу», — говорит профессор Сименс.

Предотвращение рисков для здоровья, связанных с жарой
«Удивительно, насколько медленная реакция нервных клеток ; для полного развития изменения требуется несколько дней. Другие нейронные адаптации происходят гораздо быстрее. Однако с биологической точки зрения это имеет смысл, поскольку организм реагирует на более короткие периоды тепла защитными механизмами, такими как повышенное рассеивание тепла через кровеносные сосуды в коже, а у людей — повышенное потоотделение.

«В случае длительной жары необходимы и другие стратегии, например, изменение жирового обмена или работы сердца», — говорит биолог. «Мы продолжим исследовать, какие сигнальные пути активируются для этой цели и как эта информация из гипоталамуса достигает целевой ткани».

Кроме того, компания Siemens хотела бы изучить, можно ли использовать полученные знания для более эффективного противодействия рискам для здоровья, связанным с длительными периодами жары, таким как нарушение кровообращения.