Переднее и заднее перивентрикулярные ядра, медиальное преоптическое ядро, половодиморфное ядро и другие ядра преоптического гипоталамуса

Преоптическая зона расположена в передней части гипоталамуса. Нередко ядра преоптической группы рассматривают как компоненты переднего ядра гипоталамуса. В этой группе различают: 1) переднее перивентрикулярное ядро, 2) заднее перивентрикуляр- ное ядро, 3) половодиморфное ядро; 4) медиальное преоптическое ядро; 5) латеральное преоптическое ядро (LPO), сведения о котором приведены выше. Рассмотрим сведения об этих ядрах.

Переднее перивентрикулярное ядро (РеА), или антеровен- тральное перивентрикулярное ядро (AVPV). Сообщают (Clifford В. et al., 2004, 2015; Richard В. et al., 2015; Kalynn M. et ah, 2017; Melmed S., 2017), что это ядро представляет собой небольшое скопление нейронов вдоль стенки третьего желудочка, непосредственно расположенное рядом с органом сосудистой терминальной пластинки (organum vasculosum of the lamina terminalis, OVLT). Полагают (Clifford B. et al., 2004, 2015), что переднее перивентрикулярное ядро (РеА) продуцирует предсердный натрийуретический пептид. Это означает, что оно имеет отношение к регуляции деятельности сердца и к регуляции водно-солевого обмена. Полагают (Melmed S., 2017), что нейроны РеА, подобно нейронам паравен- трикулярного, аркуатного и вентромедиального ядер гипоталамуса продуцируют соматостатин, который ингибирует продукцию гормона роста и других гормонов аденогипофиза, в том числе ЛГ и ФСГ. В то же время, возможно, это ядро является местом продукции кис- спептина, который имеет прямое отношение к регуляции продукции гонадолиберина и процессов размножения.

Все это позволяет считать, что ядро РеА имеет отношение к формированию полового поведения (Kalynn М. et al., 2017). Аксоны нейронов этого ядра доходят до паравентрикулярных, аркуатных и дорсомедиальных ядер гипоталамуса. Переднее перивентрикулярное ядро (РеА) является одним из немногих примеров женского полового диморфизма, например, у крыс-самок это ядро больше по размерам и содержит больше нейронов, чем у самцов. Это тоже доказывает его причастность к регуляции репродуктивного поведения (Kalynn М. et al., 2017).

Заднее перивентрикулярное ядро (nucleus periventricularis posterior). Оно находится под эпендимоцитами в заднем отделе боковой стенки третьего желудочка. Это ядро продуцирует тиролибе- рин, который повышает продукцию тиреотропного гормона (ТТГ) аденогипофиза. Он усиливает продукцию гормонов щитовидной железы — трийодтиронина (ТЗ) и тироксина (Т4). Это ядро также продуцирует соматостатин, который блокирует продукцию гормона роста и одновременно играет роль в генерации циркадных биоритмов в супрахиазматическом ядре. Это ядро содержит опиоидергиче- ские нейроны, т. е. продуцирует опиоиды — энкефалин и эндорфин.

Половое, или сексуальное диморфное ядро (sexual dimorphic nucleus, SDN), или половодиморфное ядро, или диморфное половое ядро преоптической области (SDN-POA). Сообщают (LeVay S., 1991; Allen L., Gorski R., 1992; Свааб Д., 2013; He Z. et al., 2013; Kalynn M. et al., 2017; Tsuneoka Y. et al., 2017; Roselli C., 2018), что это ядро представляет собой плотно упакованную группу больших клеток, расположенных в средней предоптической области (РОА) гипоталамуса, который, как полагают, связан с сексуальным поведением у животных. У мужчин и у самцов животных число нейронов в этом ядре выше, чем у женщин и у самок животных. У человека с возрастом число и размеры нейронов этого ядра снижаются (у мужчин — после 50—60 лет). Полагают, что это ядро регулирует сексуальную активность человека и животных. В частности, у мужчин, и у самцов животных это ядро индуцирует «аппетитную» фазу (привлечение и ухаживание), и консумматорную фазу (спаривание). Повреждение SDN у самцов крыс преимущественно нарушает копулятивное поведение. Это ядро имеет отношение к выбору сексуального партнера, в том числе определяет гетеросексуальное или гомосексуальное предпочтение как у животных, так и у человека, и имеет отношение к формированию трансгендерности (LeVay S., 1991). Частично это согласуется с гипотезой G. Dorner et al. (1968), согласно которой у мужчин-гомосексуалов «женский гипоталамус», и что ключевой механизм дифференциации «мужского мозга от первоначально женского мозга» связан с эпигенетическим влиянием тестостерона во время внутриутробного развития. Показано, что на структуру и функцию нейронов SDN влияют белок NELL2, который содержит эпидермальный фактор роста (EGF). Кроме того, влияют соматостатин, продуцируемый нейронами этого ядра, а также эстрогены и тестостерон (в зависимости от степени экспрессии ароматазы, которая превращает андрогены в эстрогены).

Попутно отметим, что, вероятно, половое диморфное ядро (SDN) не единственное ядро в мозге, которое определяет выбор сексуального партнера. В частности, предполагают, что подобную роль играет вентромедиальное ядро гипоталамуса (Свааб Д., 2013), ядро ложа концевой полоски (bed nucleus of stria terminalis, BNST), которое лежит в базальном отделе боковых желудочков (Allen L., Gorski R., 1992; Свааб Д., 2013; Tsuneoka Y. et al., 2017; Uchida K. et al., 2019), задняя часть медиальной миндалины или MEPD (Tsuneoka Y. et al., 2017) и переднее перивентрикулярное ядро, или РеА (Kalynn М. et al., 2017), о котором говорилось выше. Так, показано, что нейроны ложа концевой полоски (BNST) у самцов-крыс больше по объему и по числу нейронов, чем у самок (Свааб Д., 2013). Подобная закономерность характерна и для сексуально-диморфного ядра (SDN) гипоталамуса (Kalynn М. et al., 2017).

Медиальное преоптическое ядро МПО, или Medial preoptic nucleus, MPN). Сообщают (Shaun F. et al., 2008; Evans S. et al., 2015; Tan C., Knight Z., 2018), что это ядро выполняет различные функции, основная из которых — это регуляция состояния парасимпатической системы и терморегуляция. Первоначально считалось, что здесь расположен центр физической терморегуляции, т. е. центр теплоотдачи, в то время как центр теплопродукции находится в латеральном ядре гипоталамуса и частично в туберомаммилляр- ном ядре. Однако в последнее время установлено (Shaun F. et al.,

2008; Tan C., Knight Z., 2018), что именно медиальное преоптиче- ское ядро является универсальным центром терморегуляции — оно регулирует и продукцию тепла (химическая терморегуляция) и отдачу тепла (физическая терморегуляция). Следовательно, это ядро одновременно является и центром регуляции симпатического отдела вегетативной нервной системы (ВНС), и центром регуляции парасимпатического отдела ВНС. Доказательства этого положения приведены ниже.

Кроме того, нейроны медиального преоптического ядра 1) продуцируют, подобно нейронам аркуатного ядра, гонадолиберин, т. е. имеют отношение к регуляции репродуктивной функции и полового поведения; 2) подобно нейронам паравентрикулярного ядра, они продуцируют бомбезин, который повышает продукцию АКТГ, т. е. выполняет функцию кортиколиберина и тем самым способствует реализации стресса, а также участвует в процессах физической терморегуляции, а как компонент анорексигенного механизма он тормозит пищевое поведение.

Наиболее детально был исследован вопрос о роли медиального преоптического ядра (МПО) в процессах терморегуляции (Shaun F. et al., 2008; Tan C., Knight Z., 2018), благодаря чему выявлены механизмы, устанавливающие связь между МПО и вегетативной нервной системой (ВНС).

Как известно, у теплокровных (гомойотермных) животных и человека имеется «ядро» и «оболочка». Задача терморегуляции состоит в поддержании на заданном уровне, прежде всего, температуры «ядра». В медиальном преоптическом ядре (МПО) и туберомам- миллярном ядре (ТМЯ) заднего гипоталамуса имеются нейроны, которые задают «уставку» температуры «ядра». В частности, это реализуется с участием гистаминчувствительных нейронов МПО и гистаминергических нейронов ТМЯ. Активируя гистаминовые Н1- и Н2-рецепторы, гистамин повышает «уставку», т. е. задаваемую температуру тела («ядра»), а активируя НЗ-рецепторы — он снижает ее.

Под влиянием пирогенов, например бактериальных липидов, которые прямо или косвенно индуцируют выработку простаглан- дина Е2 (PGE2) эндотелиальными клетками, выстилающими преоп- тическую область, или под влиянием интерлейкина IL-1, либо под влиянием гистамина, который за счет активации Н1-рецепторов повышает теплопродукцию, «уставка» повышается, что может вызвать лихорадку и гибель патогенных микроорганизмов. Этому процессу, однако, противодействуют ГАМК-ергические нейроны МПО. Отметим, что способность PGE2 повышать «уставку» обусловлена тем, что он ингибирует активность тех нейронов МПО, задача которых — снижать температуру тела.

Сведения о температуре «ядра» и «оболочки» непрерывно поступают в МПО от терморецепторов кожи, внутренних органов, крови и головы через ядра таламуса, а также от нейронов латерального парабрахиального ядра (LPBN), которые получают ее от нейронов ядра одиночного тракта (NTS). При отклонении температуры «ядра» от заданного уровня (уставки) происходит ее восстановление. Это осуществляется за счет:

  • 1) физиологических процессов, при которых генерируется или рассеивается тепло, за счет безусловно-рефлекторного изменения производства энергии (сократительный и несократительный термогенез), путем изменения отдачи тепла (изменение кожного, хвостового или ушного кровотока), изменение теплоиспарения (за счет потоотделения, учащения дыхания и др.);
  • 2) поведенческих реакций, т. е. путем изменения поведения, при котором осуществляется поиск более комфортных условий среды обитания, что реализуется на основе выработки условного рефлекса.

При реализации вегетативных механизмов важную роль играют симпатический и парасимпатический отделы ВНС, а также гормоны щитовидной железы (ТЗ и Т4) и адреналин. Реализация этих процессов происходит под влиянием командных нейронов-рецепторов МПО, которые представлены двумя типами — тепловые и холодовые, активирующиеся соответственно при повышении или при снижении температуры «ядра». Тепловых нейронов в МПО в 6 раз больше, чем холодовых. Тепловые нейроны (они же — тепловые рецепторы) экспрессируют нейропептид РАСАР (Pituitary adenylate cyclase-activating polypeptid) и нейропептид BDNF (brain-derived neurotrophic factor), в связи с чем эти нейроны обозначают как PACAP/BDNF-нейроны. 75 % из них являются ГАМК-ергическими, с участием которых тормозятся холодовые нейроны. Холодовые нейроны являются лептинчувствительными нейронами (LepR- нейроны). Физическое или фармакологическое повреждение тепловых и холодовых нейронов МПО приводит к тому, что животные не могут поддерживать температуру своего тела и в жаркой, и в холодной окружающей среде, что подтверждает ключевую роль этого ядра в терморегуляции.

При активации тепловых нейронов-рецепторов, например, при выполнении физической нагрузки, возникают скоординированные защитные реакции удаления избытка тепла (одышка, потовыделение, вазодилатация и поведение, направленное на поиск холода), а при активации холодовых нейронов-рецепторов возникают противоположные реакции — сужение сосудов (вазоконстрикция), несократительный (термогенез бурой жировой ткани, или ВАТ) и сократительный термогенез, в том числе дрожательный термогенез. И в том, и другом случае требуется участие вегетативной нервной системы (ВНС) и ряда гормонов, например, ТЗ и Т4, а также выработанные условные рефлексы, например, включение крысой обогревательного прибора после выработки у нее условного рефлекса.

Для реализации перечисленных выше физиологических механизмов терморегуляции командные нейроны посылают сигналы к ВНС. Для этого тепловые и холодовые нейроны посылают сигналы к пре- симпатическим или к препарасимпатическим нейронам, которые расположены в таких ядрах ствола мозга как ядро одиночного пути (NTS), ростральное вентролатеральное мозгового вещество (rostral ventrolateral medulla, RVLM), и/или ростральное бледное ядро шва (rostral nucleus raphe pallidus, rRPA). В свою очередь нейроны указанных образований активируют преганглионарные парасимпатические и/или симпатические нейроны продолговатого и спинного мозга, а также альфа-мотонейроны спинного мозга.

Так, для предотвращения снижения температуры «ядра» происходит активация несократительного термогенеза в бурых адипоцитах. Для этого холодовые нейроны МПО возбуждают пресимпатические (премоторные) нейроны rRPA, часть из которых является глутама- тергическими, а часть — серотонинергическими (они активируют 5НТ- и 5НТ7-рецепторы). Их аксоны достигают спинного мозга, где активируют его преганглионарные симпатические нейроны, что индуцирует липолиз в бурых адипоцитах (ВАТ). Это повышает продукцию тепла. Если необходимо усилить теплопродукцию, то холодовые нейроны также посылают сигналы к нейронам дорсомедиаль- ного ядра гипоталамуса (DMH), аксоны которых также достигают премоторных нейронов rRPA, т. е. дублируют и усиливают прямую команду от нейронов МПО. Если возникает потребность в формировании лихорадки, вызываемой инфекцией, PGE2 или стрессом, то дополнительно под влиянием нейронов МПО, которые содержат рецепторы ЕРЗ для восприятия PGE2, активируются нейроны DMH, а также орексинергические нейроны латерального ядра гипоталамуса. Все это активирует нейроны rRPA, что вызывает выраженное повышение теплопродукции в адипоцитах.

Быстрое повышение теплопродукции (в том числе при лихорадке) можно получить путем индукции дрожжи. Для этого, холодовые нейроны МПО активируют нейроны латерального парабрахиально- го ядра (LPBN), нейроны DMH, которые активируют премоторные нейроны rRPA, идущие к альфа-мотонейронам спинного мозга, что вызывает сокращение скелетных мышц. При потребности снизить теплопотери (например, при охлаждении среды) путем уменьшения кожного кровотока, сигнал из МПО направляется к rRPA, где он возбуждает симпатические премоторные нейроны, что увеличивает вазоконстрикцию и тем самым уменьшает отдачу тепла с кожи у человека или с хвоста у крысы.

Если в МПО активируются тепловые ГАМК-ергические нейроны (PACAP/BDNF-нейроны), то сигнал из МПО направляется к холинергическим нейронам DMH, которые через нейроны rRPA тормозят активность симпатических нейронов спинного мозга и возбуждают парасимпатические нейроны, что приводит к снижению термогенеза в бурых адипоцитах (БАТ). Для усиления отдачи тепла тепловые нейроны МПО индуцируют (с участием rRPA) вазодилатацию. Для усиления отдачи тепла путем испарения аксоны тепловых нейронов доходят до нейронов рострального вентролатерального мозгового вещества (RVLM), аксоны которых активируют преганглионарные симпатические нейроны, что усиливает потоотделение и тем самым повышает отдачу тепла.

Потребность в терморегуляторном поведении, т. е. поиск комфортной для «ядра» температуры, возникает у специализированных нейронов МПО, когда другие способы оказываются малоэффективны. Эти нейроны вызывают приобретенные в эволюции или в процессе онтогенеза такие формы поведения как гнездование, копание, сгущение, купание, расширение позы и более сложные стратегии, используемые людьми.

В основе поведенческого способа терморегуляции лежит мотивация к получению удовольствия, т. е. комфорта. Например, крысы, подвергшиеся воздействию холода, научаются нажимать на рычаги, чтобы включить лампу нагрева, тогда как крысы, подвергшиеся воздействию тепла, будут нажимать рычаги, чтобы включать холодный душ или охлаждающий вентилятор. Выработка этих рефлексов индуцируется соответственно холодовыми или тепловыми нейронами МПО.

В заключение этого раздела отметим, что помимо участия МПО в терморегуляции это ядро также участвует в регуляции баланса жидкости, в формировании сна, репродуктивного и родительского поведения. Это говорит о том, что все виды регуляции осуществляются отдельными популяциями нейронов МПО.

Латеральное преоптическое ядро (lateral preoptic nucleus, LPN) — это небольшой участок нейронов в переднем ядре гипоталамуса. Чаще его называют как вентролатеральное преоптическое ядро (Ventrolateral preoptic nucleus, VLPO), основная его функция — регуляция сна, о чем детально говорилось выше.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >