Вентролатеральное преоптическое ядро

Ядро переднего гипоталамуса

Вентролатеральное преоптическое ядро
ВЛПО расположено в передней части гипоталамуса. Его также называют промежуточным ядром преоптической области.
Подробности
ЧастьПреоптическое ядро
Идентификаторы
Акроним(ы)ВЛПО или ИПА
НейроИмена3122
Анатомические термины нейроанатомии
[править на Wikidata]

Вентролатеральное преоптическое ядро ​​( ВЛПО ), также известное как промежуточное ядро ​​преоптической области ( ППО ), представляет собой небольшое скопление нейронов, расположенных в переднем гипоталамусе , чуть выше и сбоку от зрительного перекреста в мозге человека и других животных. [1] [2] Ядра мозга, способствующие сну (например, ВЛПО, парафациальная зона , ядро ​​прилежащего ядра и латеральные гипоталамические нейроны MCH ), [3] [4] [5] [6] вместе с восходящей системой возбуждения , которая включает компоненты в стволе мозга, гипоталамусе и базальном отделе переднего мозга, являются взаимосвязанными нейронными системами, которые контролируют состояния возбуждения, сна и переходы между этими двумя состояниями. [1] [4] [5] VLPO активна во время сна , особенно во время сна с небыстрым движением глаз (NREM-сон), [7] и высвобождает тормозные нейротрансмиттеры , в основном ГАМК и галанин , которые ингибируют нейроны восходящей системы возбуждения , которые участвуют в бодрствовании и возбуждении. [1] [8] VLPO, в свою очередь, иннервируется нейронами из нескольких компонентов восходящей системы возбуждения. [9] [10] VLPO активируется эндогенными веществами, способствующими сну, аденозином [11] [12] и простагландином D2 . [13] [14] VLPO ингибируется во время бодрствования нейротрансмиттерами, вызывающими возбуждение, норадреналином и ацетилхолином . [9] [15] Роль ВЛПО во сне и бодрствовании, а также ее связь с расстройствами сна , в частности с бессонницей и нарколепсией , является растущей областью исследований в области нейронауки.

Структура

По крайней мере 80% нейронов в VLPO, которые проецируются в восходящую систему возбуждения, являются ГАМКергическими (нейроны, которые вырабатывают ГАМК). [16] Исследования in vitro на крысах показали, что многие нейроны в VLPO, которые ингибируются норадреналином или ацетилхолином, представляют собой многополярные треугольные клетки с низким порогом импульсов. [9] Эти треугольные многополярные нейроны существуют в двух субпопуляциях в VLPO:

  • Тип 1 – ингибируется серотонином.
  • Тип 2 – возбуждается серотонином и аденозином.

Поскольку аденозин накапливается во время бодрствования [12] [17], вполне вероятно, что клетки 2-го типа играют роль в индукции сна.

Оставшаяся треть нейронов ВЛПО возбуждается норадреналином. Их роль неясна.

У мышей все галанинергические нейроны ВЛПО ингибируются норадреналином и возбуждаются аденозином, хотя серотонин по-прежнему различает нейроны типа 1 и типа 2. [18] [19]

Функция

Сон/бодрствование

Схематическое изображение гипотезы триггерного переключателя

В начале 20-го века Константин фон Экономо отметил, что люди, у которых был энцефалит с поражениями в переднем гипоталамусе, страдали бессонницей, и предположил, что эта область способствует сну. [2] Исследования животных в середине 20-го века на крысах и кошках подтвердили, что очень большие поражения в преоптической области и базальном переднем мозге приводят к бессоннице [20] [21], но не определили группу клеток, которая была ответственна. В 1996 году Шерин и коллеги сообщили о наличии группы клеток в VLPO, которая экспрессирует cFos (белок, часто встречающийся в нейронах, которые недавно были активны) во время сна, и что эти нейроны содержат ингибирующие нейротрансмиттеры ГАМК и галанин. [16] [7] Эти же нейроны получают входные сигналы от срединного преоптического ядра (MnPO) [22] и, как было обнаружено, иннервируют компоненты восходящей системы возбуждения, включая туберомаммиллярное ядро ​​(TMN) и другие компоненты латерального гипоталамуса; ядра шва ; голубое пятно (LC); ножкомостовое (PPT) и латеродорсальное тегментальное ядро ​​(LDT); и парабрахиальное ядро ​​(PB). Более поздние исследования с использованием опто- или хемогенетической активации нейронов VLPO подтвердили, что они способствуют сну. [23]

Считается, что стимулирующее сон действие нейронов VLPO обусловлено высвобождением ГАМК и, возможно, галанина, который подавляет срабатывание нейронов системы возбуждения. Поскольку VLPO также ингибируется нейротрансмиттерами, высвобождаемыми компонентами систем возбуждения, такими как ацетилхолин и норадреналин, [9] современная теория предполагает, что VLPO и система возбуждения образуют схему «триггера». [1] [2] Этот термин из электротехники обозначает схему, в которой взаимное торможение означает, что каждый компонент схемы, когда он включается, выключает другой, что приводит к быстрым переходам из одного состояния (бодрствования или сна) в другое с минимальным временем в переходных состояниях. Эта теория использовалась для создания математических моделей, которые объясняют большую часть поведения бодрствования-сна у животных, в том числе в патологических состояниях и реакциях на наркотики. [1] [24] [25] Орексиновые нейроны в заднем латеральном гипоталамусе потенцируют нейроны в восходящей системе возбуждения и помогают стабилизировать мозг в состоянии бодрствования (а консолидированное бодрствование, которое создает гомеостатический сон, помогает стабилизировать мозг во время позднего сна). Потеря орексиновых нейронов при расстройстве нарколепсии дестабилизирует переключение бодрствования-сна, что приводит к подавляющим эпизодам сна в течение дня, а также к более частым пробуждениям от сна ночью. [1]

Циркадный ритм

У млекопитающих наблюдается сильный циркадный ритм сна . «Главным тактовым центром» циркадных ритмов у млекопитающих является супрахиазматическое ядро ​​(SCN). SCN имеет мало проекций, если вообще имеет, непосредственно на нейроны VLPO. Вместо этого они сильно проецируются на соседнюю субпаравентрикулярную зону, которая, в свою очередь, содержит ингибирующие ГАМКергические нейроны, которые иннервируют дорсомедиальное ядро ​​гипоталамуса. [26] [27] Повреждения дорсомедиального ядра почти полностью устраняют циркадный ритм сна. ГАМКергические нейроны в дорсомедиальном ядре иннервируют VLPO, а глутаматергические нейроны иннервируют латеральный гипоталамус, что позволяет предположить, что дорсомедиальное ядро ​​в основном способствует бодрствованию в активный период (дневное время для людей). [26]

Клиническое значение

Бессонница

Пожилые пациенты с большим количеством галаниновых нейронов в промежуточном ядре (человеческий эквивалент галаниновых нейронов VLPO у грызунов) имеют лучший, более непрерывный сон. Уменьшенное количество нейронов VLPO связано с более фрагментированным сном (больше пробуждений в течение ночи). [28]

Повреждения в VLPO у крыс приводят к сокращению времени NREM-сна на 50-60% и длительной бессоннице . [29] Более поздние исследования показывают, что вызванная стрессом бессонница может быть вызвана дисбалансом входных сигналов в систему возбуждения и нейроны VLPO. [30]

Седативные/снотворные препараты

Многие седативные /снотворные препараты действуют путем связывания и потенцирования рецепторов ГАМК-А. К ним относятся старые препараты, такие как этанол, хлоралгидрат и барбитураты, а также новые бензодиазепины и «небензодиазепиновые» препараты (такие как золпидем, которые связываются с тем же рецептором, но имеют другую химическую конфигурацию), и даже анестетики, такие как пропофол и изофлуран. Поскольку входы VLPO в систему возбуждения используют этот же рецептор, эти препараты в низких дозах по сути действуют путем потенцирования VLPO, вызывая сонное состояние. Исследования на животных показывают, что нейроны VLPO показывают активацию cFos после седативных доз этих препаратов, [31] и что поражения VLPO вызывают устойчивость к их седативным эффектам. [32] Однако в высоких дозах, которые вызывают хирургическую плоскость анестезии, эти препараты оказывают гораздо более распространенные ингибирующие эффекты, которые не зависят от VLPO. [33] Исследования показали, что многочисленные седативные/снотворные препараты, которые действуют путем потенцирования рецепторов ГАМК-А, включая этанол, хлоралгидрат, пропофол и газовые анестетики, такие как изофлуран , в седативных дозах повышают активность нейронов VLPO у мышей. [34] Это открытие предполагает, что при относительно низких седативных дозах эти препараты могут иметь общий механизм действия, который включает потенцирование активации нейронов VLPO. Однако высокие дозы, используемые при хирургической анестезии, снижают активность нейронов по всей нервной системе.

Ссылки

  1. ^ abcdef Saper CB, Fuller PM, Pedersen NP, Lu J, Scammell TE (декабрь 2010 г.). «Переключение состояния сна». Neuron . 68 (6): 1023–1042. doi :10.1016/j.neuron.2010.11.032. PMC  3026325 . PMID  21172606.
  2. ^ abc Saper CB, Scammell TE, Lu J (октябрь 2005 г.). «Гипоталамическая регуляция сна и циркадных ритмов». Nature . 437 (7063): 1257–1263. doi :10.1038/nature04284. PMID  16251950. S2CID  1793658.
  3. ^ Anaclet C, Ferrari L, Arrigoni E, Bass CE, Saper CB, Lu J, et al. (сентябрь 2014 г.). «GABAergic parafacial zone is a medullary slow wave sleep-promoting center» (PDF) . Nat. Neurosci . 17 (9): 1217–1224. doi :10.1038/nn.3789. PMC 4214681 . PMID  25129078. В настоящем исследовании мы впервые показываем, что активация ограниченного узла GABAergic нейронов, расположенных в медуллярной PZ, может потенциально инициировать SWS и кортикальный SWA у активных животных. ... Однако на данный момент остается неясным, связана ли PZ с другими узлами, способствующими сну и бодрствованию, за пределами PB, способствующего бодрствованию. ... Интенсивность корковой медленноволновой активности (МВА: 0,5–4 Гц) во время МВС также широко признана надежным индикатором потребности во сне... В заключение следует отметить, что в настоящем исследовании мы продемонстрировали, что все полиграфические и нейроповеденческие проявления МВС, включая МВА, могут быть инициированы у активных животных путем избирательной активации ограниченного узла ГАМКергических нейронов продолговатого мозга. 
  4. ^ ab Schwartz MD, Kilduff TS (декабрь 2015 г.). «Нейробиология сна и бодрствования». The Psychiatric Clinics of North America . 38 (4): 615–644. doi :10.1016/j.psc.2015.07.002. PMC 4660253. PMID 26600100.  Совсем недавно на основе анатомических, электрофизиологических, хемо- и оптогенетических исследований была идентифицирована продолговатая парафациальная зона (PZ), прилегающая к лицевому нерву, как центр, способствующий сну. 23, 24 ГАМКергические нейроны PZ ингибируют глутаматергические парабрахиальные (PB) нейроны, которые проецируются в BF, 25 тем самым способствуя медленному сну за счет бодрствования и быстрого сна. ... Сон регулируется ГАМКергическими популяциями как в преоптической области, так и в стволе мозга; все больше данных указывают на роль гормональных клеток, концентрирующих меланин, в латеральном гипоталамусе и парафациальной зоне ствола мозга 
  5. ^ ab Brown RE, McKenna JT (июнь 2015 г.). «Превращение негатива в позитив: восходящий ГАМКергический контроль активации и возбуждения коры». Front. Neurol . 6 : 135. doi : 10.3389/fneur.2015.00135 . PMC 4463930. PMID 26124745. Стимулирующее сон действие ГАМКергических нейронов, расположенных в преоптическом гипоталамусе (6–8), в настоящее время хорошо  известно и признано (9). Совсем недавно были идентифицированы другие группы способствующих сну ГАМКергических нейронов в латеральном гипоталамусе (нейроны, концентрирующие меланин) и стволе мозга [парафациальная зона; (10)]. 
  6. ^ Oishi Y, Xu Q, Wang L, Zhang BJ, Takahashi K, Takata Y и др. (сентябрь 2017 г.). «Медленноволновой сон контролируется подмножеством нейронов ядра прилежащего ядра у мышей». Nature Communications . 8 (1): 734. doi :10.1038/s41467-017-00781-4. PMC 5622037 . PMID  28963505. Здесь мы показываем, что хемогенетическая или оптогенетическая активация возбуждающих аденозиновых рецепторов A2A-экспрессирующих нейронов непрямого пути в области ядра NAc сильно индуцирует медленноволновой сон. Хемогенетическое ингибирование нейронов непрямого пути NAc предотвращает индукцию сна, но не влияет на гомеостатический отскок сна. 
  7. ^ аб Шерин Дж.Э., Широмани П.Дж., Маккарли Р.В., Saper CB (январь 1996 г.). «Активация вентролатеральных преоптических нейронов во время сна». Наука . 271 (5246): 216–219. дои : 10.1126/science.271.5246.216. PMID  8539624. S2CID  19804653.
  8. ^ Brown RE, Basheer R, McKenna JT, Strecker RE, McCarley RW (июль 2012 г.). «Контроль сна и бодрствования». Physiological Reviews . 92 (3): 1087–1187. doi :10.1152/physrev.00032.2011. PMC 3621793 . PMID  22811426. 
  9. ^ abcd Галлопин Т., Форт П., Эггерманн Э., Каули Б., Луппи П.Х., Россье Дж. и др. (апрель 2000 г.). «Идентификация нейронов, способствующих сну, in vitro». Природа . 404 (6781): 992–995. дои : 10.1038/35010109. PMID  10801127. S2CID  4364527.
  10. ^ Walter A, van der Spek L, Hardy E, Bemelmans AP, Rouach N, Rancillac A (декабрь 2019 г.). «Структурные и функциональные связи между срединным и вентролатеральным преоптическим ядром». Структура и функции мозга . 224 (9): 3045–3057. doi :10.1007/s00429-019-01935-4. PMID  31493023.
  11. ^ Scammell TE, Gerashchenko DY, Mochizuki T, McCarthy MT, Estabrooke IV, Sears CA и др. (2001). «Агонист аденозина A2a увеличивает сон и индуцирует Fos в вентролатеральных преоптических нейронах». Neuroscience . 107 (4): 653–663. doi :10.1016/s0306-4522(01)00383-9. PMID  11720788. S2CID  45189308.
  12. ^ ab Gallopin T, Luppi PH, Cauli B, Urade Y, Rossier J, Hayaishi O и др. (2005). «Эндогенный сомноген аденозин возбуждает подмножество нейронов, способствующих сну, через рецепторы A2A в вентролатеральном преоптическом ядре». Neuroscience . 134 (4): 1377–1390. doi :10.1016/j.neuroscience.2005.05.045. PMID  16039802. S2CID  27732204.
  13. ^ Scammell T, Gerashchenko D, Urade Y, Onoe H, Saper C, Hayaishi O (июнь 1998 г.). «Активация вентролатеральных преоптических нейронов сомногенным простагландином D2». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 95 (13): 7754–7759. doi : 10.1073/pnas.95.13.7754 . PMC 22747. PMID  9636223 . 
  14. ^ Scharbarg E, Walter A, Lecoin L, Gallopin T, Lemaître F, Guille-Collignon M и др. (март 2023 г.). «Простагландин D2 контролирует локальный кровоток и способствующие сну нейроны в VLPO с помощью аденозина, полученного из астроцитов» (PDF) . ACS Chemical Neuroscience . 14 (6): 1063–1070. doi :10.1021/acschemneuro.2c00660. PMID  36847485.
  15. ^ Sangare A, Dubourget R, Geoffroy H, Gallopin T, Rancillac A (октябрь 2016 г.). «Серотонин дифференциально модулирует возбуждающие и тормозные синаптические входы в предполагаемые способствующие сну нейроны вентролатерального преоптического ядра» (PDF) . Neuropharmacology . 109 : 29–40. doi :10.1016/j.neuropharm.2016.05.015. PMID  27238836.
  16. ^ ab Sherin J (1998). «Иннервация гистаминергических туберомаммиллярных нейронов ГАМКергическими и галанинергическими нейронами в вентролатеральном преоптическом ядре крысы». Журнал нейронауки . 18 (12): 4705–4721. doi : 10.1523/JNEUROSCI.18-12-04705.1998 . PMC 6792696. PMID  9614245 . 
  17. ^ Scharbarg E, Daenens M, Lemaître F, Geoffroy H, Guille-Collignon M, Gallopin T и др. (январь 2016 г.). «Аденозин, полученный из астроцитов, играет центральную роль в гипногенном эффекте глюкозы». Scientific Reports . 6 (1): 19107. doi :10.1038/srep19107. PMC 4709579 . PMID  26755200. 
  18. ^ Sangare A, Dubourget R, Geoffroy H, Gallopin T, Rancillac A (октябрь 2016 г.). «Серотонин дифференциально модулирует возбуждающие и тормозные синаптические входы в предполагаемые способствующие сну нейроны вентролатерального преоптического ядра» (PDF) . Neuropharmacology . 109 : 29–40. doi :10.1016/j.neuropharm.2016.05.015. PMID  27238836.
  19. ^ Rancillac A (ноябрь 2016 г.). «Серотонин и нейроны, способствующие сну». Oncotarget . 7 (48): 78222–78223. doi :10.18632/oncotarget.13419. PMC 5346632 . PMID  27861160. 
  20. ^ Nauta W (1946). «Гипоталамическая регуляция сна у крыс». Журнал нейрофизиологии . 9 : 285–314. doi :10.1152/jn.1946.9.4.285. PMID  20991815.
  21. ^ МакГинти Д. (1968). «Подавление сна после поражений базального переднего мозга у кошек». Science . 160 (3833): 1253–1255. doi :10.1126/science.160.3833.1253. PMID  5689683. S2CID  24677928.
  22. ^ Walter A, van der Spek L, Hardy E, Bemelmans AP, Rouach N, Rancillac A (декабрь 2019 г.). «Структурные и функциональные связи между срединным и вентролатеральным преоптическим ядром». Структура и функции мозга . 224 (9): 3045–3057. doi :10.1007/s00429-019-01935-4. PMID  31493023.
  23. ^ Крегер Д., Абси Дж., Гальярди С., Бандару СС, Мадара Дж.К., Феррари Л.Л. и др. (октябрь 2018 г.). «Галаниновые нейроны в вентролатеральной преоптической области способствуют сну и потере тепла у мышей». Природные коммуникации . 9 (1): 4129. doi : 10.1038/s41467-018-06590-7. ПМК 6175893 . ПМИД  30297727. 
  24. ^ Филлипс А. Дж., Робинсон ПА (апрель 2007 г.). «Количественная модель динамики сна-бодрствования на основе физиологии системы восходящего возбуждения ствола мозга». Журнал биологических ритмов . 22 (2): 167–179. doi : 10.1177/0748730406297512 . PMID  17440218. S2CID  31817324.
  25. ^ Fulcher BD, Phillips AJ, Postnova S, Robinson PA (2014). Mistlberger RE (ред.). «Физиологически обоснованная модель орексинергической стабилизации сна и бодрствования». PLOS ONE . 9 (3): e91982. doi : 10.1371/journal.pone.0091982 . PMC 3961294. PMID  24651580 . 
  26. ^ ab Chou TC, Scammell TE, Gooley JJ, Gaus SE, Saper CB, Lu J (ноябрь 2003 г.). «Критическая роль дорсомедиального гипоталамического ядра в широком диапазоне поведенческих циркадных ритмов». The Journal of Neuroscience . 23 (33): 10691–10702. doi : 10.1523/jneurosci.23-33-10691.2003 . PMC 6740926. PMID  14627654 . 
  27. ^ Vujovic N, Gooley JJ, Jhou TC, Saper CB (декабрь 2015 г.). «Проекции из субпаравентрикулярной зоны определяют четыре канала вывода из циркадной системы синхронизации». Журнал сравнительной неврологии . 523 (18): 2714–2737. doi :10.1002/cne.23812. PMC 4607558. PMID  26010698 . 
  28. ^ Лим А (2014). «Сон связан с количеством нейронов в вентролатеральном преоптическом/промежуточном ядре у пожилых людей с болезнью Альцгеймера и без нее». Мозг . 137 (Pt 10): 2847–61. doi :10.1093/brain/awu222. PMC 4163039 . PMID  25142380. 
  29. ^ Lu J, Greco MA, Shiromani P, Saper CB (май 2000 г.). «Влияние поражений вентролатерального преоптического ядра на NREM- и REM-сон». The Journal of Neuroscience . 20 (10): 3830–3842. doi : 10.1523/jneurosci.20-10-03830.2000 . PMC 6772663. PMID  10804223 . 
  30. ^ Cano G, Mochizuki T, Saper CB (октябрь 2008 г.). «Нейронная схема стресс-индуцированной бессонницы у крыс». Журнал нейронауки . 28 (40): 10167–10184. doi : 10.1523/JNEUROSCI.1809-08.2008 . PMC 2693213. PMID  18829974 . 
  31. ^ Lu J, Nelson LE, Franks N, Maze M, Chamberlin NL, Saper CB (июнь 2008 г.). «Роль эндогенных систем сна-бодрствования и анальгезии в анестезии». Журнал сравнительной неврологии . 508 (4): 648–662. doi :10.1002/cne.21685. PMC 4924624. PMID  18383504 . 
  32. ^ Moore JT, Chen J, Han B, Meng QC, Veasey SC, Beck SG и др. (ноябрь 2012 г.). «Прямая активация способствующих сну нейронов VLPO летучими анестетиками способствует анестезирующему гипнозу». Current Biology . 22 (21): 2008–2016. doi :10.1016/j.cub.2012.08.042. PMC 3628836 . PMID  23103189. 
  33. ^ Eikermann M, Vetrivelan R, Grosse-Sundrup M, Henry ME, Hoffmann U, Yokota S и др. (декабрь 2011 г.). «Вентролатеральное преоптическое ядро ​​не требуется для общей анестезии изофлураном». Brain Research . 1426 : 30–37. doi :10.1016/j.brainres.2011.10.018. PMC 3215917. PMID  22041226 . 
  34. ^ Мур Дж. (2012). «Прямая активация способствующих сну нейронов VLPO летучими анестетиками способствует анестезирующему гипнозу». Current Biology . 22 (21): 2008–2016. doi : 10.1016/j.cub.2012.08.042. PMC 3628836. PMID 23103189  . 
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Вентролатеральное_преоптическое_ядро&oldid=1248364223"