Ventrolateral preoptisk kärna
| Ventrolateral Preoptic Nucleus | |
|---|---|
 VLPO är belägen i den främre delen av hypotalamus. Det kallas också den mellanliggande kärnan av det preoptiska området
| |
| Detaljer | |
| Del av | Preoptisk kärna |
| Identifierare | |
| Akronym(er) | VLPO eller IPA |
| Neuronamn | 3122 |
| Anatomiska termer för neuroanatomi | |
Den ventrolaterala preoptiska kärnan ( VLPO ), även känd som den mellanliggande kärnan i det preoptiska området ( IPA ), är ett litet kluster av neuroner belägna i den främre hypotalamus , som sitter precis ovanför och vid sidan av den optiska chiasmen i människors hjärna och andra djur. Hjärnans sömnbefrämjande kärnor (t.ex. VLPO, parafacial zone , nucleus accumbens core och laterala hypotalamiska MCH -neuroner), tillsammans med det stigande upphetsningssystemet som inkluderar komponenter i hjärnstammen, hypotalamus och basala framhjärnan, är de sammankopplade neurala systemen som kontrollera tillstånd av upphetsning, sömn och övergångar mellan dessa två tillstånd. VLPO är aktivt under sömn , särskilt under icke-snabba ögonrörelsesömn (NREM-sömn), och frigör hämmande signalsubstanser , främst GABA och galanin , som hämmar nervceller i det stigande upphetsningssystemet som är involverade i vakenhet och upphetsning. VLPO innerveras i sin tur av neuroner från flera komponenter i det stigande upphetsningssystemet. VLPO aktiveras av de endogena sömnbefrämjande ämnena adenosin och prostaglandin D2 . VLPO hämmas under vakenhet av de upphetsningsinducerande signalsubstanserna noradrenalin och acetylkolin . VLPO:s roll i sömn och vakenhet, och dess samband med sömnstörningar – särskilt sömnlöshet och narkolepsi – är ett växande område inom neurovetenskaplig forskning.
Strukturera
Åtminstone 80 % av neuronerna i VLPO som projicerar till det stigande upphetsningssystemet är GABAergiska (neuroner som producerar GABA). In vitro- studier på råttor har visat att många neuroner i VLPO som hämmas av noradrenalin eller acetylkolin är multipolära triangulära celler med låga tröskelvärden. Dessa triangulära multipolära neuroner finns i två underpopulationer i VLPO:
- Typ 1 – hämmas av serotonin.
- Typ 2 – exciteras av serotonin och adenosin.
Eftersom adenosin ackumuleras under vakenhet är det troligt att typ 2-celler spelar en roll i sömninduktion.
Den återstående tredjedelen av neuronerna i VLPO exciteras av noradrenalin. Deras roll är oklar.
Fungera
Sömn/vakenhet
I början av 1900-talet noterade Constantin von Economo att människor som hade hjärninflammation med lesioner i den främre hypotalamus hade sömnlöshet och föreslog ett sömnbefrämjande inflytande från det området. Djurstudier i mitten av 1900-talet på råttor och katter bekräftade att mycket stora lesioner i det preoptiska området och basala framhjärnan resulterade i sömnlöshet men identifierade inte cellgruppen som var ansvarig. 1996 rapporterade Sherin och kollegor närvaron av en cellgrupp i VLPO som uttrycker cFos (ett protein som ofta finns i neuroner som nyligen har varit aktiva) under sömnen, och att dessa neuroner innehåller de hämmande signalsubstanserna GABA och galanin. Dessa samma neuroner befanns innervera komponenter i det stigande upphetsningssystemet, inklusive tuberomammillary nucleus (TMN) och andra komponenter i den laterala hypotalamus; raphe kärnorna ; locus coeruleus (LC); pedunculopontine (PPT) och laterodorsala tegmentala kärnor (LDT) ; och parabrachial nucleus (PB). Nyare studier med opto- eller kemogenetisk aktivering av VLPO-neuroner har bekräftat att de främjar sömn.
De sömnbefrämjande effekterna av VLPO-neuronerna tros bero på frisättning av GABA och möjligen galanin som undertrycker avfyrning av nervceller i nervsystemet. Eftersom VLPO också hämmas av neurotransmittorer som frigörs av komponenter i upphetsningssystemen, såsom acetylkolin och noradrenalin, har en aktuell teori föreslagit att VLPO och upphetsningssystemet bildar en "flip-flop"-krets. Denna term från elektroteknik betecknar en krets där ömsesidig hämning innebär att varje komponent i kretsen, när den slås på, stänger av den andra, vilket resulterar i snabba övergångar från ett tillstånd (vaken eller sömn) till det andra, med minimal tid i övergångstillstånd. Denna teori har använts för att skapa matematiska modeller som förklarar mycket av vaken-sömnbeteendet hos djur, inklusive i patologiska tillstånd och reaktioner på droger. Orexin- neuroner i den bakre laterala hypotalamus potentierar neuroner i det stigande upphetsningssystemet och hjälper till att stabilisera hjärnan i vaket tillstånd (och konsoliderad vakenhet, som bygger upp homeostatisk sömndrift, hjälper till att stabilisera hjärnan under senare sömn). Förlusten av orexin-neuroner i sjukdomen narkolepsi destabiliserar växeln mellan vaken och sömn, vilket resulterar i överväldigande sömnepisoder under den vakna dagen, såväl som mer frekventa uppvaknanden från sömn på natten.
Dygnsrytm
Det finns en stark dygnsrytm av sömn hos däggdjur. "Masterklockan" för dygnsrytmer hos däggdjur är den suprachiasmatiska kärnan (SCN). SCN har liten om någon projektion direkt till VLPO-neuronerna. Istället projicerar de starkt till den intilliggande subparaventrikulära zonen, som i sin tur innehåller hämmande GABAergiska neuroner som innerverar den dorsomediala kärnan i hypotalamus. Lesioner i den dorsomediala kärnan eliminerar nästan helt sömnens dygnsrytm. GABAerga neuroner i den dorsomediala kärnan innerverar VLPO, och glutamaterga neuroner innerverar den laterala hypotalamus, vilket tyder på att den dorsomediala kärnan främst främjar vakenhet under den aktiva perioden (dagtid för människor).
Klinisk signifikans
Sömnlöshet
Äldre mänskliga patienter med fler galanin-neuroner i sin mellanliggande kärna (den mänskliga motsvarigheten till VLPO-galanin-neuronerna hos gnagare) har bättre, mer kontinuerlig sömn. Ett minskat antal VLPO-neuroner är förknippat med mer fragmenterad sömn (fler uppvaknanden under hela natten).
Lesioner i VLPO hos råttor resulterar i 50-60% minskning av NREM-sömntid och förlängd sömnlöshet . Nyare forskning tyder på att stressinducerad sömnlöshet kan bero på en obalans i input till upphetsningssystem och VLPO-neuroner.
Lugnande/hypnotiska läkemedel
Många lugnande/hypnotiska läkemedel verkar genom att binda till och potentiera GABA-A-receptorer. Dessa inkluderar äldre läkemedel som etanol, kloralhydrat och barbiturater, samt nyare bensodiazepiner och "icke-bensodiazepiner" (som zolpidem, som binder till samma receptor men har en annan kemisk konfiguration), och till och med anestetika som propofol och isofluran. Eftersom VLPO-inmatningarna till upphetsningssystemet använder samma receptor, verkar dessa läkemedel i låga doser huvudsakligen genom att potentiera VLPO, vilket ger ett sömnigt tillstånd. Djurstudier visar att VLPO-neuroner visar cFos-aktivering efter sedativa doser av dessa läkemedel, och att VLPO-lesioner producerar resistens mot deras lugnande effekter. Men vid höga doser som ger ett kirurgiskt anestesiplan, har dessa läkemedel mycket mer utbredda hämmande effekter, som inte beror på VLPO. Studier har visat att flera sedativa/hypnotiska läkemedel som verkar genom att potentiera GABA-A-receptorer, inklusive etanol, kloralhydrat, propofol och gasbedövningsmedel som isofluran , vid lugnande doser ökar aktiviteten hos VLPO-neuronerna hos möss. Detta fynd tyder på att dessa mediciner vid relativt låga doser av lugnande medel kan ha en gemensam verkningsmekanism, som inkluderar att förstärka avfyrningen av VLPO-neuroner. Höga doser som används vid kirurgisk anestesi minskar emellertid aktiviteten hos neuroner i hela nervsystemet.
externa länkar
Gallopin T, Luppi PH, Cauli B, Urade Y, Rossier J, Hayaishi O, Lambolez B, Fort P (2005). "Det endogena somnogenadenosinet exciterar en undergrupp av sömnbefrämjande neuroner via A2A-receptorer i den ventrolaterala preoptiska kärnan". Neurovetenskap . 134 (4): 1377–90. doi : 10.1016/j.neuroscience.2005.05.045 . PMID 16039802 . S2CID 27732204 .