Hypothalamus

Hypotalamus spojuje nervový systém s endokrinním systémem prostřednictvím hypofýzy (hypofýzy). Hypotalamus (z řeckého ὑποθαλαμος = pod thalamem) se nachází pod thalamem, těsně nad mozkovým kmenem. Tato žláza zaujímá hlavní část ventrální oblasti diencefalonu. Vyskytuje se ve všech savčích mozcích. U lidí má velikost zhruba mandle.

Hypotalamus reguluje určité metabolické procesy a další aktivity autonomního nervového systému. Syntetizuje a vylučuje neurohormony, často nazývané hormony uvolňující hypotalamy, a ty zase stimulují nebo inhibují sekreci hypofýzních hormonů.

Hypotalamus kontroluje tělesnou teplotu, hlad, žízeň, únavu, hněv a cirkadiánní cykly.

Hypotalamus je velmi složitá oblast v mozku člověka a i malá jádra v hypotalamu jsou zapojena do mnoha různých funkcí. Paraventrikulární jádro například obsahuje neurony oxytocin a vazopresin (také nazývaný antidiuretický hormon), které se promítají do zadního hypofýzy, ale také obsahuje neurony, které regulují sekreci ACTH a TSH (které se promítají do předního hypofýzy), žaludeční reflexy, chování matky, krevní tlak, krmení, imunitní odpovědi a teplotu.

Hypotalamus koordinuje mnoho hormonálních a behaviorálních cirkadiánních rytmů, složité vzorce neuroendokrinních výstupů, složité homeostatické mechanismy a mnoho důležitých chování. Hypotalamus proto musí reagovat na mnoho různých signálů, z nichž některé jsou generovány externě a některé interně. Je tak bohatě propojen s mnoha částmi CNS, včetně retikulární formace mozkového kmene a autonomních zón, limbického předního mozku (zejména amygdaly, septa, diagonálního pásu Broca a čichových bulb a mozkové kůry).

Hypotalamus reaguje na:

Čichové podněty jsou důležité pro reprodukci a neuroendokrinní funkci u mnoha druhů. Například pokud je březí myš vystavena moči 'cizího' samce během kritického období po pohlavním styku, pak těhotenství selže (Bruceův efekt). Během pohlavního styku tak myší samice vytvoří přesnou 'čichovou paměť' svého partnera, která přetrvává několik dní. Feromonální podněty napomáhají synchronizaci říje u mnoha druhů; u žen může synchronizovaná menstruace vzniknout také z feromonálních podnětů, i když o roli feromonů u lidí někteří pochybují.

Peptidové hormony mají důležitý vliv na hypotalamus a k tomu se musí vyhnout hematoencefalické bariéře. Hypotalamus je částečně ohraničen specializovanými mozkovými oblastmi, které postrádají účinnou hematoencefalickou bariéru; kapilární endotel v těchto místech je fenestrován, aby umožnil volný průchod i velkých bílkovin a dalších molekul. Některá z těchto míst jsou místy neurosekrece – neurohypofýzy a střední eminence. Jiná jsou však místa, na kterých mozek odebírá vzorky složení krve. Dvě z těchto míst, subfornický orgán a OVLT (organum vasculosum of the lamina terminalis), jsou tzv. cirkumventrikulární orgány, kde jsou neurony v intimním kontaktu s krví i mozkomíšním mokem. Tyto struktury jsou hustě vaskularizovány a obsahují osmorecepční a sodík vnímavé neurony, které kontrolují pití, uvolňování vasopresinu, vylučování sodíku a chuť k jídlu sodíku. Obsahují také neurony s receptory pro angiotenzin, atriální natriuretický faktor, endotelin a relaxin, z nichž každý je důležitý při regulaci rovnováhy tekutin a elektrolytů. Neurony v OVLT a SFO projektují do supraoptického jádra a paraventrikulárního jádra a také do preoptických hypothalamických oblastí. Obvodové orgány mohou být také místem působení interleukinů, které vyvolávají horečku i sekreci ACTH prostřednictvím účinků na paraventrikulární neurony.

Není jasné, jak všechny peptidy, které ovlivňují hypotalamickou aktivitu, získávají potřebný přístup. V případě prolaktinu a leptinu je prokázáno aktivní vychytávání choroidu plexus z krve do mozkomíšního moku. Některé hormony hypofýzy mají negativní zpětnou vazbu na hypotalamickou sekreci; například růstový hormon se živí zpět na hypotalamu, ale jak vstupuje do mozku, není jasné. Existují také důkazy pro centrální působení prolaktinu a TSH.

Hypotalamus přijímá mnoho vstupů z mozkového kmene, zejména z jádra solitérního traktu, locus coeruleus a ventrolaterální meduly. Sekrece oxytocinu v reakci na sání nebo vagino-cervikální stimulaci je zprostředkována některými z těchto drah; sekrece vasopresinu v reakci na kardiovaskulární podněty vznikající z chemoreceptorů v karotickém sinu a aortálním oblouku a z nízkotlakých receptorů objemu síní je zprostředkována jinými. U potkanů způsobuje stimulace pochvy také sekreci prolaktinu, což má za následek pseudograviditu po neplodném páření. U králíků vyvolává soulož reflexní ovulaci. U ovcí může stimulace děložního čípku v přítomnosti vysokých hladin estrogenu vyvolat mateřské chování u panenské bahnice. Všechny tyto účinky jsou zprostředkovány hypothalamem a informace jsou přenášeny hlavně míšními drahami, které se předávají v mozkovém kmeni. Stimulace bradavek stimuluje uvolňování oxytocinu a prolaktinu a potlačuje uvolňování LH a FSH.

Kardiovaskulární podněty jsou přenášeny bloudivým nervem, ale bloudivý nerv také přenáší celou řadu viscerálních informací, včetně například signálů vznikajících z žaludeční distenze k potlačení krmení. Tato informace se opět dostává do hypothalamu prostřednictvím relé v mozkovém kmeni.

Hypotalamická jádra zahrnují následující:

Většina vláknových systémů hypothalamu funguje dvěma způsoby (obousměrně).

Hypothalamus ovlivňuje endokrinní systém a řídí emoční chování, jako je hněv a sexuální aktivita. Většina generovaných hypotalamických hormonů je distribuována do hypofyzárního portálního systému. Hypotalamus udržuje homeostázu, která zahrnuje regulaci krevního tlaku, srdeční frekvence a teploty.

Primární hypotalamické hormony jsou:

Extrémní laterální část ventromediálního jádra hypothalamu je zodpovědná za kontrolu příjmu potravy. Stimulace této oblasti způsobuje zvýšený příjem potravy. Bilaterální léze této oblasti způsobuje úplné zastavení příjmu potravy. Mediální části jádra mají kontrolní účinek na laterální část. Bilaterální léze mediální části ventromediálního jádra způsobuje hyperfagii a obezitu zvířete. Další léze laterální části ventromediálního jádra u stejného zvířete způsobuje úplné zastavení příjmu potravy.

V souvislosti s tímto nařízením existují různé hypotézy:

Několik hypothalamických jader je pohlavně dimorfních, tj. mezi muži a ženami jsou zřetelné rozdíly ve struktuře i funkci.

Některé rozdíly jsou patrné i v hrubé neuroanatomii: nejpozoruhodnější je pohlavně dimorfní jádro v oblasti preoptika, které je přítomno pouze u mužů. Nicméně většina rozdílů jsou drobné změny v konektivitě a chemické citlivosti jednotlivých skupin neuronů.

Význam těchto změn lze rozpoznat podle funkčních rozdílů mezi samci a samicemi. Například vzorec sekrece růstového hormonu je pohlavně dimorfní, a to je jeden z důvodů, proč jsou u mnoha druhů dospělí samci mnohem větší než samice.

Reakce na ovariální steroidy

Další nápadné funkční dimorfismy jsou v behaviorálních reakcích na ovariální steroidy u dospělých. Muži a ženy reagují na ovariální steroidy odlišně, částečně proto, že exprese estrogen-senzitivních neuronů v hypothalamu je sexuálně dimorfní, tj. estrogenové receptory jsou exprimovány v různých množinách neuronů.

Estrogen a progesteron mohou ovlivňovat expresi genů v určitých neuronech nebo vyvolávat změny potenciálu buněčné membrány a aktivaci kináz, což vede k různorodým negenomovým buněčným funkcím. Estrogen a progesteron se vážou na své koňatní nukleární hormonální receptory, které translokují do buněčného jádra a interagují s oblastmi DNA známými jako prvky hormonální odezvy (HREs) nebo se připoutají k vazebnému místu jiného transkripčního faktoru. Bylo prokázáno, že estrogenní receptor (ER) tímto způsobem transaktivuje další transkripční faktory, a to i přes absenci estrogenního prvku odezvy (ERE) v proximální promotorové oblasti genu. ERS a progesteronové receptory (PR) jsou obecně aktivátory genů se zvýšenou mRNA a následnou syntézou proteinů po expozici hormonům.

Mužský a ženský mozek se liší v distribuci estrogenových receptorů a tento rozdíl je nevratným důsledkem expozice neonatálních steroidů. Estrogenní receptory (a progesteronové receptory) se nacházejí hlavně v neuronech v předním a mediobazálním hypotalamu, zejména:

Gonadální steroidy v novorozeneckém životě potkanů

V novorozeneckém životě gonadální steroidy ovlivňují vývoj neuroendokrinního hypotalamu. Určují například schopnost žen vykazovat normální reprodukční cyklus a u mužů a žen vykazovat v dospělosti vhodné reprodukční chování.

U primátů je vývojový vliv androgenů méně zřetelný a následky jsou méně úplné. „Tomboyismus“ u dívek může odrážet účinky androgenů na mozek plodu, ale pohlaví odchovu během prvních 2-3 let je mnohými považováno za nejdůležitější determinant pohlavní identity, protože během této fáze bude mít estrogen nebo testosteron trvalé účinky buď na ženský, nebo mužský mozek, což ovlivní jak heterosexualitu, tak homosexualitu.

Paradoxem je, že maskulinizující účinky testosteronu jsou zprostředkovány estrogenem. Uvnitř mozku je testosteron aromatizován na (estradiol), což je hlavní aktivní hormon pro vývojové vlivy. Lidské varle vylučuje vysokou hladinu testosteronu přibližně od 8. týdne života plodu až do 5-6 měsíců po narození (podobný perinatální nárůst testosteronu je pozorován u mnoha druhů), což je proces, který se zdá být základem mužského fenotypu. Estrogen z mateřského oběhu je relativně neúčinný, částečně kvůli vysoké hladině cirkulujících proteinů vázajících steroidy v těhotenství.

Další vlivy na hypotalamický vývoj

Sexuální steroidy nejsou jedinými důležitými vlivy na hypotalamický vývoj; zejména předpubertální stres v raném věku určuje schopnost dospělého hypothalamu reagovat na akutní stresor. Na rozdíl od gonadálních steroidních receptorů jsou glukokortikoidní receptory velmi rozšířené v celém mozku; v paraventrikulárním jádru zprostředkovávají negativní zpětnovazební kontrolu syntézy a sekrece CRF, ale jinde není jejich role dobře pochopena.

Účinky stárnutí na hypotalamus

Studie na myších samicích ukázaly, že Supraoptické jádro (SON) i Paraventrikulární jádro (PVN) ztrácejí při normálním stárnutí přibližně jednu třetinu IGF-1R imunoreaktivních buněk. Staré kaloricky omezené (CR) myši také ztratily vyšší počet IGF-1R neimuneaktivních buněk při zachování podobného počtu IGF-1R imunoreaktivních buněk ve srovnání s Old-Al myšmi. Staré CR myši proto vykazují vyšší procento IGF-1R imunoreaktivních buněk odrážejících zvýšenou hypotalamickou citlivost na IGF-1 ve srovnání s normálně stárnoucími myšmi.

Pineal body · Habenula · Habenulární trigone · Habenulární commissure

Pretektální oblast · Habenulární jádra · Subcommissurální orgán

Stria medullaris thalamus · Thalamic reticular nucleus · Taenia thalami

spárované: AN · Ventrální (VA/VL, VP/VPM/VPL) · Laterální (LD, LP, Pulvinar) · Metathalamus (MG, LG)

midline: MD · Intralaminar (Centromedian) · Midline nuclear group · Interthalamic adhesion

Mammillothalamic fasciculus · Pallidothalamic tracts (Ansa lenticularis, Lenticular fasciculus, Thalamic fasciculus) · PCML (Medial lemniscus, Trigeminal lemniscus) · Spinothalamic tract · Lateral lemniscus · Dentatothalamic tract · Akustické záření · Optické záření · Subthalamic fasciculus · Anterior trigeminothalamic tract

Medián eminence/Tuber cinereum · Mammillary body · Infundibulum

Přední (parasympatické/tepelné ztráty) · Zadní (sympatické/tepelné konzervace)

zadní hypofýza: magnocelulární/paraventrikulární/supraoptická (oxytocin/vazopresin)

jiné: parvocelulární/Arcuate (dopamin/GHRH) · Preoptické (GnRH) · Suprachiasmatické (melatonin)

Laterální (hlad) · Ventromedial (sytost) · Dorsomedial (vztek)

afferent (SN → Medial forebrain bundle) · efferent (Mammillothalamic fasciculus → AN, Stria terminalis → Amygdala, Dorsal longitudinal fasciculus → SC)

Zadní je diencefalon, ale přední je žláznatá

Subthalamic nucleus · Zona incerta

Hypothalamic sulcus · Tela chorioidea třetí komory

Štítná žláza (parafolikulární buňka, epiteliální buňka štítné žlázy, šíje štítné žlázy, laloky štítné žlázy, pyramida štítné žlázy)příštítná žláza (oxyfilní buňka, hlavní buňka)

Zona glomerulosa · Zona fasciculata · Zona reticularis

Orgán Zuckerkandl · Aortální tělo · Karotida

Testy · Vaječníky · Corpus luteum

Pars nervosa · Median eminence · Infundibular stalk · Pituicyte · Herring bodies

Pars intermedia · Pars tuberalis · Pars distalis · Acidophils (Somatotropes, Lactotropes) · Basophils (Corticotropes, Gonadotropes, Thyrotropes)

Pinealocyte · Corpora arenacea

Alfa buňka · Beta buňka · Delta buňka · PP buňka · Epsilonová buňka