Badanie ujawnia mechanizm powstawania dreszczy i ich rolę w obronie organizmu przed infekcją

Podczas gorączki towarzyszącej infekcji często odczuwamy dreszcze, które skłaniają nas do podejmowania działań prowadzących do ogrzania organizmu, takich jak włączenie ogrzewania czy założenie dodatkowej warstwy odzieży. Wzrost temperatury ciała ogranicza namnażanie patogenów oraz nasila aktywność komórek układu odpornościowego.

W niedawnym badaniu przeprowadzonym na szczurach zespół z Nagoya University zidentyfikował mechanizm neuronalny leżący u podstaw dreszczy – subiektywnego odczucia zimna, które wspiera odpowiedź organizmu na zakażenie. Wyniki opublikowano w The Journal of Physiology.

Podczas infekcji układ odpornościowy ssaków wytwarza w komórkach naczyniowych mózgu mediator pirogenny – prostaglandynę E₂ (PGE₂). PGE₂ oddziałuje na pole przedwzrokowe (preoptic area), będące ośrodkiem termoregulacji, i inicjuje autonomiczne odpowiedzi gorączkowe, takie jak drżenie mięśniowe, zwiększona termogeneza w brunatnej tkance tłuszczowej oraz skurcz naczyń skórnych.

Wiadomo, że PGE₂ wywołuje nie tylko autonomiczne reakcje gorączkowe, ale również odpowiedzi behawioralne – w tym zachowania związane z poszukiwaniem ciepła, którym towarzyszą dreszcze. Mechanizm tych reakcji pozostawał jednak niejasny.

Aby go wyjaśnić, prof. Kazuhiro Nakamura, dr Takaki Yahiro (obecnie Oregon Health and Science University) oraz dr Yoshiko Nakamura z Nagoya University Graduate School of Medicine przeprowadzili badania eksperymentalne.

Zespół postawił hipotezę, że PGE₂ działa na jądro boczne mostowe (lateral parabrachial nucleus, LPB), strukturę mózgową przekazującą sygnały czuciowe, wyzwalając dreszcze oraz zachowania związane z poszukiwaniem ciepła w przebiegu infekcji. Założenie to oparto na wcześniejszych wynikach z 2023 roku, które wykazały, że neurony LPB przekazują do przodomózgowia informacje o temperaturze skóry i wpływają na regulację temperatury ciała.

Badanie działania PGE₂ w LPB u szczurów

Badacze przeprowadzili test preferencji płyty termicznej (thermal plate preference test, TPPT), umieszczając szczury na dwóch metalowych płytach o temperaturze 28°C (neutralna) i 39°C (ciepła). Zwierzęta mogły swobodnie wybierać preferowaną temperaturę.

Zwierzęta kontrolne preferowały płytę o temperaturze neutralnej. Natomiast szczury, którym podano PGE₂ do LPB, wybierały płytę cieplejszą, co skutkowało wzrostem temperatury głębokiej ciała. Co istotne, u zwierząt tych nie obserwowano autonomicznych reakcji termogenicznych, takich jak drżenie mięśniowe, co wskazuje, że PGE₂ działająca w LPB selektywnie moduluje odpowiedzi behawioralne, a nie autonomiczne.

Następnie zbadano, który z czterech podtypów receptorów PGE₂ (EP1–EP4) odpowiada za indukcję zachowań związanych z poszukiwaniem ciepła. Po podaniu do LPB agonistów specyficznych dla poszczególnych receptorów i przeprowadzeniu testów TPPT wykazano, że kluczową rolę odgrywa receptor EP3.

Analiza projekcji neuronów LPB eksprymujących EP3 ujawniła, że ich aksony kierują się głównie do jądra środkowego ciała migdałowatego – struktury regulującej emocje, takie jak dyskomfort i lęk – przy minimalnych projekcjach do pola przedwzrokowego.

Wykazano również, że szlak neuronalny od neuronów LPB eksprymujących EP3 do ciała migdałowatego ulega aktywacji w warunkach zimna i przewodzi informacje o niskiej temperaturze.

Wyniki sugerują, że podczas infekcji PGE₂ nasila przekazywanie sygnałów zimna z LPB do jądra środkowego ciała migdałowatego poprzez receptory EP3, wywołując dreszcze i promując zachowania prowadzące do ogrzania organizmu.

Znaczenie kliniczne i perspektywy dalszych badań

Badanie wykazało, że PGE₂ zwiększa temperaturę ciała poprzez działanie na dwa odrębne regiony mózgu: pole przedwzrokowe, które odpowiada za autonomiczne reakcje termogeniczne, oraz jądro boczne mostowe (LPB), które pośredniczy w odpowiedziach behawioralnych.

Jak podkreśla prof. Nakamura, zidentyfikowano część neuronalnych podstaw objawów emocjonalnych towarzyszących infekcji. Odkrycie to dostarcza nowych danych na temat patomechanizmu dreszczy i zachowań związanych z poszukiwaniem ciepła poprzez wskazanie roli struktur układu limbicznego.

Z perspektywy fizjologii ewolucyjnej wyniki sugerują, że zmiany behawioralne towarzyszące gorączce stanowią adaptacyjne strategie przetrwania, a nie jedynie nieswoiste objawy zakażenia.

Kolejne badania powinny zweryfikować, czy opisany obwód neuronalny jest zachowany u ludzi oraz określić jego znaczenie w przewlekłych stanach zapalnych, zaburzeniach termoregulacji i chorobach infekcyjnych.

Źródło: The Journal of Physiology, The pyrogenic mediator prostaglandin E2 elicits warmth seeking via EP3 receptor-expressing parabrachial neurons: a potential mechanism of chills
DOI: http://dx.doi.org/10.1113/JP289466