Rôle de l’hypothalamus préoptique antérieur dans la thermorégulation et la fièvre

Les études sur les lésions et la stimulation thermique suggèrent que la régulation de la température est contrôlée par une hiérarchie de structures neurales. Les zones effectrices de réponses thermorégulatrices spécifiques sont localisées dans le tronc cérébral et la moelle épinière. La région préoptique, dans et près de l’hypothalamus rostral, agit comme un centre de coordination. influe sur chacune des zones effectrices inférieures La zone préoptique contient des neurones sensibles aux changements subtils de la température hypothalamique ou centrale. Les neurones thermosensibles préoptiques reçoivent également un apport somatosensoriel important de thermorécepteurs cutanés et spinaux. Ainsi, les neurones préoptiques information thermique Grâce à cette intégration sensorielle et à son contrôle des zones effectrices inférieures, la région préoptique suscite les réponses thermorégulatrices les plus appropriées aux conditions thermiques internes et environnementales. Les neurones préoptiques thermosensibles sont également affectés par les substances endogènes sous-cutané. tels que les pyrogènes En réduisant l’activité des neurones sensibles au chaud et en augmentant l’activité des neurones sensibles au froid, les pyrogènes provoquent la fièvre, un état dans lequel toutes les réponses thermorégulatrices ont des températures de consigne élevées.

À la fin et au début s, plusieurs études de lésion et de stimulation ont identifié l’hypothalamus rostral comme une structure neurale importante dans la régulation de la température corporelle La compilation des années d’études suggère qu’aucune zone neurale ne joue le rôle de centre de thermorégulation. Il semble plutôt y avoir une hiérarchie de structures traversant l’hypothalamus, le tronc cérébral et la moelle épinière. Dans cette hiérarchie, les structures du tronc cérébral inférieur et de la colonne vertébrale sont capables de détecter brutalement les changements de température corporelle et de déclencher certaines réponses thermorégulatrices. Chez les animaux présentant des lésions qui bloquent les voies nerveuses à partir de structures plus rostrales. Cependant, lorsque le système nerveux est intact, le rôle des structures supérieures devient apparent. Comme le montre la figure, ces zones plus rostrales comprennent des parties médiales et latérales du noyau préoptique. , l’hypothalamus antérieur, et les régions voisines du septum Ici, je me réfère à cette région rostrale collec Lorsque cette région préoptique est synaptiquement connectée au tronc cérébral inférieur, la température du corps est régulée plus précisément, en particulier pendant le stress thermique associé à l’exercice ou aux changements de température ambiante. En outre, les fièvres pyrogènes la région préoptique est intacte; mais avec quelques exceptions c’est moins apparent après les lésions hypothalamiques rostrales Avec la région préoptique intacte, le système nerveux est plus sensible aux changements subtils de la température centrale et périphérique. De plus, une plus grande variété de réponses thermorégulatrices peut être évoquée. sélectionner la réponse comportementale ou physiologique la plus appropriée et la plus efficace pour un stress thermique particulier

Vue en coupe large d’un cerveau de mammifère montrant une thermode implantée utilisée pour réchauffer et refroidir l’hypothalamus. Un microélectrode enregistre des potentiels d’action dans des neurones simples. Les thermorécepteurs de la peau et de la colonne transmettent des informations thermiques sur une composante antérolatérale du système somatosensoriel. la moelle épinière sur le STt à la RF, puis à l’hypothalamus rostral SP, septum; PO, noyau préoptique; AH, hypothalamus antérieur; OVLT, organum vasculosum lamina terminalis; RF, formation réticulaire; STT, tractus spinothalamique latéral Reproduit à partir de Figure grand ViewDownload slideSignification d’un cerveau de mammifère montrant une thermode implantée utilisée pour réchauffer et refroidir l’hypothalamus Également montré est un potentiel d’action d’enregistrement de microélectrodes dans les neurones simples Thermoreceptors peau et spinal relaient l’information thermique sur un antérolatéral composante du système somatosensoriel Cette voie fait saillie de la moelle épinière sur le STt à la RF puis à l’hypothalamus rostral SP, septum; PO, noyau préoptique; AH, hypothalamus antérieur; OVLT, organum vasculosum lamina terminalis; RF, formation réticulaire; STT, tractus spinothalamique latéral La meilleure preuve de l’importance de la région préoptique dans la thermorégulation provient d’études impliquant une stimulation thermique directe de cette zone neuronale. Les premières études chez l’animal ont montré que réchauffer le sang carotidien ou irriguer le troisième ventricule avec une solution saline chaude Dans ces premières études, la stimulation thermique était grossière et non localisée. L’étude classique de Magoun et ses collègues , cependant, a utilisé le chauffage hypothalamique localisé pour évoquer le halètement chez les chats anesthésiés. Cette étude a précisément défini la zone thermosensible dans la région préoptique Une étude similaire menée chez des chiens par Hemingway et ses collègues a montré que le réchauffement hypothalamique localisé pouvait supprimer les frissons continus et provoquer une vasodilatation auriculaire. Ainsi, des études de stimulation thermique précoce ont montré que diverses réponses thermorégulatrices pouvaient être obtenues en modifiant la température locale. zone hypothalamique uniqueDans le s le ro Comme le montre la figure, les thermodes perfusées à l’eau permettent d’abaisser ou d’augmenter la température dans des zones discrètes de l’hypothalamus. Le refroidissement préoptique produit des frissons et une augmentation de l’hypothalamus. production de chaleur Le refroidissement préoptique peut également induire une thermogénèse non frétillante par une activité métabolique accrue dans le tissu adipeux brun et une augmentation des hormones métaboliques plasmatiques, y compris la thyroxine , les catécholamines et les glucocorticoïdes initie des réponses de rétention de chaleur, qui comprennent la vasoconstriction cutanée et une variété de réponses comportementales qui conservent la chaleur du corps [,,,] En comparaison, le réchauffement préoptique déclenche vasodilatation cutanée, transpiration, halètement et diverses réponses comportementales qui augmentent la perte de chaleur [,,, -] Comme suggéré ci-dessus, dans la structure hiérarchique du cerveau, les zones inférieures du tronc cérébral peuvent être considérées comme distinctes zones d’effecteur contrôlant des réponses thermorégulatrices spécifiques Avec sa plus grande thermosensibilité, la région préoptique semble importante pour détecter les écarts subtils initiaux de la température corporelle. De plus, la région préoptique communique avec les zones effectrices spécifiques pour orchestrer les réponses thermorégulatrices les plus appropriées. une voie bidirectionnelle passant par l’hypothalamus latéral Ceci semble être une voie importante par laquelle la région préoptique communique avec les régions inférieures du tronc cérébral Des études récentes de stimulation et de lésion par Kanosue et ses collègues indiquent que le faisceau médian du cerveau antérieur est une voie effectrice zones contrôlant le flux sanguin et les frissons En plus de détecter les changements de température centrale et de coordonner l’élucidation des réponses thermorégulatrices, la région préoptique reçoit également des données sensorielles afférentes des thermorécepteurs dans tout le corps, y compris les températures chaudes et froides. Comme le montre la figure, une voie majeure dans ce système est le tractus spinothalamique latéral, qui transmet des informations à divers noyaux dans la formation réticulaire du tronc cérébral. L’information somatosensorielle est ensuite relayée aux neurones thermosensibles de la région préoptique. De cette façon, l’hypothalamus rostral sert d’intégrateur d’information thermique. L’information de température périphérique est comparée à l’information centrale de température. Suite à cette intégration, la région préoptique contrôle le niveau de sortie pour un ensemble de réponses thermorégulatrices qui conviennent le mieux aux températures internes et environnementales données

Caractéristiques thermosensibles des neurones hypothalamiques

Commençant par les expériences classiques de Nakayama et al au début des années, une foule d’études électrophysiologiques ont décrit les propriétés thermosensibles des neurones préoptiques étudiés dans Boulant et Boulant et al Les neurones se caractérisent par leurs taux de décharge en local, température hypothalamique La fréquence de décharge ou la fréquence des potentiels d’action est généralement rapportée en impulsions par seconde. La figure montre les potentiels d’action intracellulaire des différents neurones préoptiques à différentes températures La figure de neurone insensible à la température A a la même fréquence d’action à températures fraîches ° C, neutres ° C et chaudes ° C; mais dans la figure de neurone sensible au chaud B, le taux d’allumage diminue pendant le refroidissement et augmente pendant le réchauffement

Figure Vue largeDownload slideEffet de la température sur l’activité de A neurone insensible à la température et B un neurone sensible au chaud, enregistré intracellulaire in vitro dans une tranche de tissu préoptique de rat Les deux neurones affichent des potentiels spontanés d’action précédés de prépotentiels dépolarisants dans les neurones sensibles au Le réchauffement augmente le taux de dépolarisation dans les prépotentiels, ce qui provoque l’augmentation du taux de décharge Modifié par Griffin et al Figure Agrandir l’imageTarif de la température sur l’activité de A un neurone insensible à la température et B un neurone sensible à la chaleur, enregistré intracellulaire in vitro dans une tranche de tissu préoptique chez le rat Les deux neurones présentent des potentiels d’action spontanés précédés de prépotentiels dépolarisants Chez les neurones sensibles au réchauffement, le réchauffement augmente le taux de dépolarisation dans les prépotentiels, ce qui provoque l’augmentation du taux de décharge. dans la figure, les premières études in vivo ont utilisé des microélectrodes pour enregistrer le a Activité des neurones isolés dans l’hypothalamus d’animaux anesthésiés et non anesthésiés Ces animaux ont été implantés avec des thermodes pour réchauffer et refroidir localement les localisations hypothalamiques où les neurones ont été enregistrés. Dans ces dernières, de fines tranches épaisses de l’hypothalamus ont été maintenues dans un état viable dans des chambres d’incubation perfusées avec du liquide céphalorachidien artificiel oxygéné. L’activité neuronale montrée dans la figure a été enregistrée dans des coupes de tissus préoptiques de rat. remarquablement similaire dans les deux études in vivo et in vitro Le modèle de la figure décrit les types de base des neurones hypothalamiques sur la base de leur taux de réponse aux changements de la température du cerveau local. Les neurones sensibles au la population neuronale Ces neurones montrent des augmentations significatives de f Par leur contribution synaptique aux neurones effectrices du tronc cérébral, certains de ces neurones préoptiques sensibles au chaud semblent contrôler les réponses de perte de chaleur, par exemple, haletant et transpirant. Ces réponses de perte de chaleur augmentent proportionnellement à une augmentation de Tpo une fois par an. le seuil ou la température de consigne a été atteint

g diminue dans Tpo Les neurones insensibles à la température montrent peu de changement dans leurs vitesses de tir pendant les changements de Tpo, et ces neurones peuvent fournir une entrée synaptique tonique qui est comparée à l’entrée synaptique des neurones sensibles au chaud. Les neurones sensibles au chaleur sont également affectés par les pyrogènes. entrée synaptique afférente des thermorécepteurs cutanés et spinaux, excitation; -, inhibitionSeulement une petite proportion souvent & lt;% de neurones préoptiques sont classés comme sensibles au froid étiquetés C dans la figure Beaucoup d’études indiquent que les neurones préoptiques ne sont pas intrinsèquement sensibles au froid Plutôt, comme le montre la figure, il a été suggéré que ces neurones reçoivent une inhibition synaptique Pendant le refroidissement préoptique, les neurones sensibles au chaud diminuent leur taux de décharge, réduisant ainsi leur inhibition synaptique et permettant aux neurones sensibles au froid d’augmenter leurs taux de décharge. Des réactions similaires sont observées pour la production de chaleur et la rétention de chaleur, une fois l’hypothalamus Pour cette raison, certains modèles suggèrent que certains neurones sensibles au froid sont des neurones effecteurs contrôlant ces réponses thermorégulatrices. Cependant, les études de stimulation et de lésion entreprises par Kanosue et ses collègues remettent en question l’importance de la température préoptique froide. neurones sensibles Ces études suggèrent plutôt que n sensible au chaud Les eurons forment la sortie effectrice prédominante de la région préoptique, contrôlant toutes les réponses thermorégulatrices, c.-à-d., perte de chaleur, rétention de chaleur et production de chaleur.La majorité des neurones préoptiques sont insensibles à la température comme indiqué sur la figure et montrent peu ou pas de changement dans leur tir. La plupart des synapses excitatrices et inhibitrices locales dans la région préoptique proviennent de neurones insensibles à la température. Sans aucun doute, ces neurones insensibles à la température remplissent de nombreuses fonctions, liées ou non à la thermorégulation Figure suggère qu’une fonction thermorégulatrice peut être de fournir tonique entrée synaptique aux “interneurones” tels que les neurones sensibles au froid Ces interneurones pourraient comparer les entrées synaptiques inhibitrices des neurones sensibles au chaleur et les entrées synaptiques excitatrices des neurones insensibles à la température. Bien que non représentés sur la figure, des interneurones synaptiques similaires peuvent sembler être sensibles au en comparant excitant Un important modèle neuronal développé par Hammel suggère que c’est cette comparaison des entrées synaptiques excitatrices et inhibitrices de neurones sensibles à la chaleur et insensibles à la température qui fournit la base de données de neurones hypersensibles. Comme indiqué dans l’exemple du neurone sensible au froid de la figure, si un neurone est excité de manière synaptique par un neurone insensible à la température et inhibé de manière synaptique par un neurone sensible au froid. neurone, le neurone innervé apparaîtra sensible au froid et augmentera son taux de décharge une fois le Tpo refroidi au-delà d’une température particulière. Cette hypothèse provient de plusieurs études électrophysiologiques, y compris des études de coupes tissulaires, où la sensibilité au froid est souvent perdue. perfusions avec des milieux riches en calcium et en magnésium qui bloquent la syn transmission ptique Les enregistrements intracellulaires indiquent également que la thermosensibilité des neurones sensibles au froid dépend fortement des potentiels postsynaptiques excitateurs et inhibiteurs, vraisemblablement des neurones voisins La figure montre la voie ascendante à travers la formation réticulaire du tronc cérébral qui apporte des informations somatosensorielles. La figure suggère que la plupart de cette information va aux neurones préoptiques sensibles au chaud et permet à ces neurones d’intégrer les informations thermiques centrales et périphériques. Les premiers enregistrements électrophysiologiques chez des animaux anesthésiés ont montré que de nombreux neurones thermosensibles préoptiques étaient également affectés par la peau. ou changements de température spinale; cependant, ce n’était pas le cas pour les neurones préoptiques insensibles à la température, qui étaient rarement affectés par les changements de températures périphériques Les différences physiologiques entre les neurones préoptiques sensibles à la température et insensibles à la température se reflètent dans leurs différences morphologiques. Les dendrites des neurones sensibles au chaud sont orientées médialement et latéralement, perpendiculairement au troisième ventricule Cela leur permet de collecter et de comparer les signaux sensoriels ascendants arrivant sur les deux voies latérales du cerveau antérieur médian. En revanche, les neurones insensibles à la température ne semblent pas aussi “intéressés” par cette information sensorielle, mais orientent leurs dendrites de façon rostrale et caudale, parallèlement au troisième ventricule.

Substances endogènes affectant les neurones préoptiques

La figure indique que les substances endogènes telles que les pyrogènes et peut-être certains antipyrétiques affectent aussi l’activité des neurones thermosensibles préoptiques et modifient par conséquent la thermorégulation en réponse à une provocation endotoxine, les macrophages produisent des pyrogènes endogènes, par exemple IL- Il a été suggéré que ces substances induisent des médiateurs. , la prostaglandine E à être libérée à l’organum vasculosum laminae terminalis OVLT marqué dans la figure Le organum vasculosum laminae terminalis est essentiellement entouré par la région préoptique et est connu pour avoir une barrière hémato-encéphalique “fuyante” Les endotoxines systémiques provoquent des niveaux de médiateurs pyrogènes augmentation suggère que les pyrogènes et leurs médiateurs produisent de la fièvre en inhibant le taux de déclenchement des neurones préoptiques sensibles au chaud. Ceci supprimerait les réponses de perte de chaleur et éleverait efficacement la température de consigne hypothalamique pour susciter ces réactions De même, l’inhibition synaptique sho wn dans la figure, les taux de décharge diminués induits par les pyrogènes dans les neurones sensibles au chaud provoquent des taux de décharge accrus dans les neurones sensibles au froid. Ceci améliore la production de chaleur et les réponses de rétention de chaleur et augmente la température hypothalamique de ces réponses. En présence de pyrogènes, toutes les réponses thermorégulatrices ont des températures de consigne élevées et de la fièvre. Lorsque les niveaux de pyrogène diminuent, les taux de décharge reviennent à leur niveau normal et plus élevé dans les neurones sensibles au froid. , provoquant une augmentation de la perte de chaleur, une réduction de la production de chaleur et de la rétention de la chaleur, et un retour à des températures de consigne réglées inférieures et normales