The Role of Monoamines in the Hypothalamus for Temperature Regulation

Summary

Our views about the role of the three monoamines, noradrenaline, adrenaline and 5-hydroxytryptamine (5-HT) in temperature regulation of the hypothalamus is based on the finding that they occur in the hypothalamus as chemical transmitter substances of monoaminergic neurons which innervate the cells of the anterior hypothalamus. Therefore these cells are sensitive to the monoamines, i. e. they are monoaminoceptive, in the same way as the cells of sympathetic ganglia innervated by preganglionic cholinergie fibers, respond to acetylcholine, i. e. they are cholinoceptive.

To study the temperature responses of the monoamines when acting on the anterior hypothalamus they are either injected into or perfused through the cerebral ventricles or applied by microinfusion directly into the anterior hypothalamus. From the results obtained with these methods it became clear that the temperature responses to he monoamines differ in different species. And if these responses mimic the central transmitter functions of the amines in temperature regulation it would follow that in some species these functions are mediated by the catecholamines and by 5-HT, in others mainly by the catecholamines, and again in others by 5-HT alone and further, that the same monoamine may be used in one species as a central transmitter to raise, in another to lower body temperature.

Evidence for the release of the monoamines in the hypothalamus has so far been obtained for one amine, 5-HT, and in one species only, the cat. When the third cerebral ventricle of anaesthetized cats was perfused with artificial cerebrospinal fluid, 5-HT was detected in the effluent from the aqueduct, but in small amounts only. However, the amounts increased and temperature rose when either 5-hydroxytryptophan, the precursor of 5-HT, or tranylcypromine, an inhibitor of the monoamine oxidase was added to the perfusion fluid.

The fall of temperature in anaesthesia is attributed to an increased release of all three monoamines in the hypothalamus, with the hypothermic effect of the released catecholamines predominating. That the fall is due to an action of the anaesthetics on the hypothalamus was shown by the fact that temperature fell when an anaesthetic — chloralose was used for these experiments — was perfused through the ventral half of the third ventricle, the walls of which contain the hypothalamic nuclei. It was also shown that in anaesthesia the hypothalamus retains its sensitivity to the monoamines. Injeced into the cerebral ventricles during anaesthesia the catecholamines postponed and 5-HT accelerated the return of temperature. Further, it was shown that the fall in temperature did not occur when the destruction of 5-HT was prevented by inhibition of the monoamine oxidase. The intravenous injection of chloralose no longer lowered temperature when it was preceded by an intraperitoneal injection of the monoamine oxidase inhibitor tranylcypromine. In cats only 5-HT, not the catecholamines, appear to be a substrate for the monoamine oxidase of the brain. Finally, in species like rabbit and sheep, which lack an efficient hypothermic monoamine in the hypothalamus, anaesthesia can be produced by intravenous pentobarbitone sodium without an appreciable fall in temperature.

Zusammenfassung

Unsere Vorstellungen über die Rolle der drei Monoamine Noradrenalin, Adrenalin und 5-Hydroxytryptamin (5-HT) für die Temperaturregulierung im Hypothalamus basieren auf Befunden, nach denen die Monoamine im Hypothalamus vorkommen, und zwar als chemische Überträgerstoffe monoaminergischer Neurone, die die Zellen des vorderen Hypothalamus innervieren. Diese Zellen reagieren daher auf die Monoamine, d. h. sie sind monoaminoceptiv, ebenso wie die sympathischen Ganglienzellen, die von preganglionären, cholinergischen Nervenfasern innerviert werden, auf Azetylcholin reagieren und somit cholinoceptiv sind.

Wollen wir untersuchen, wie die Monoamine die Temperatur beeinflussen, wenn sie auf den vorderen Hypothalamus einwirken, so injiziert man sie entweder in die Hirnventrikel, oder die Ventrikel werden durchströmt und man setzt die Monoamine der Durchströmungsflüssigkeit zu, oder die Monoamine werden direkt durch Mikroinjektion in den vorderen Hypothalamus eingebracht. Mit diesen Methoden konnte gezeigt werden, daß die Monoamine die Körpertemperatur bei verschiedenen Tierarten verschiedenartig beeinflussen. Falls diese pharmakologischen Befunde die zentrale Überträgerfunktion der Monoamine in der Temperaturregulierung wiederspiegeln, würde das bedeuten, daß diese Funktionen bei einigen Tierarten von den Katecholaminen und vom 5-HT, bei anderen Tierarten hauptsächlich von den Katecholaminen, und bei wieder anderen Tierarten vom 5-HT alleine ausgeübt werden und weiter, daß ein und dasselbe Monoamin in seiner Eigenschaft als zentraler Überträgerstoff bei einer Tierart dazu dient, die Temperatur zu erhöhen, bei einer anderen Tierart sie zu senken.

Das Freiwerden der Monoamine im Hypothalamus ist bisher nur für ein Monoamin, für das 5-HT, und nur bei einer Tierart, bei der Katze, nachgewiesen worden. Durchströmt man in narkotisierten Katzen den dritten Hirnventrikel mit einer Salzlösung, die in ihrer Zusammensetzung der des Liquors entspricht, so enthält die aus dem Aquedukt abfließende Flüssigkeit 5-HT, aber nur in kleinen Mengen. Setzt man der Durchströmungsflüssigkeit aber entweder 5-Hydroxytryptophan, den Precursor von 5-HT, zu oder Tranylcypromin, einen Hemmstoff der Monoaminoxidase, so nimmt der 5-HT-Gehalt der abfließenden Flüssigkeit zu und die Körpertemperatur steigt an.

Die bekannte Temperatursenkung in der Narkose wird damit erklärt, daß es zu einem vermehrten Freiwerden aller drei Monoamine im Hypothalamus kommt, daß aber die temperatursenkende Wirkung der freigewordenen Katecholamine überwiegt. Als erstes wurde gezeigt, daß die Temperatursenkung wirklich auf einer Einwirkung der Narkotika auf den Hypothalamus beruht, denn wenn die ventrale Hälfte des dritten Ventrikels, dessen Wände die hypothalamischen Kerngebiete enthalten, mit einem Narkotikum, Chloralose, durchströmt wurde, kam es zu einem Temperaturabfall. Dann wurde gezeigt, daß die Ansprechbarkeit des Hypothalamus auf die Monoamine in der Narkose erhalten bleibt, denn wenn diese in der Narkose in die Ventrikel injiziert wurden, bewirkten die Katecholamine eine Verlängerung, das 5-HT eine Verkürzung in der Dauer des Temperaturabfalles. Weiter konnte gezeigt werden, daß die Temperatursenkung ausblieb, wenn die enzymatische Zerstörung von 5-HT durch Hemmung der Monoaminoxidase verhindert wurde. Das wurde dadurch erreicht, daß man der Katze, bevor sie mit Chloralose oder Nembutal narkotisiert wurde, den Hemmstoff Tranyl-cyproonl in Bei der Katze ist nur Substrat der Hirnmonoammininoxidase;intraperit die ea Katecjizierte. holamine sind es dagegen nic5-HTht. Schließlich wurde noch gezeigt, daß Kaninchen und Schafe, denen ein wirksames hypothermisches Monoamin im Hypothalamus fehlt, durch Nembutal narkotisiert werden können, ohne daß es zu einer Temperatursenkung kommt.