Гипоталамо-гипофизарная система: строение, функции, нарушения. Особенности регуляции гипоталамо-гипофизарной системы

Гипоталамус (структура головного мозга) является центром регуляции менструального цикла. С помощью рилизинг-гормонов гипоталамус управляет работой нижележащей железы – гипофиза. Гипофиз, в свою очередь, регулирует работу всех желез внутренней секреции – вырабатывает фолликулостимулирующий гормон (ФСГ), лютеинизирующий гормон (ЛГ), тиреотропный гормон (ТТГ). Под влиянием гормонов гипофиза (ФСГ, ЛГ и пролактина) осуществляются циклические изменения в яичниках: созревание яйцеклетки и овуляция. При большинстве гипоталамо-гипофизарных заболеваний у женщин развивается менструальная дисфункция вплоть до прекращения менструации.

Как работает гипоталамо-гипофизарная система: особенности регуляции, функции, процессы

Действие гипоталамо-гипофизарной системы возможно благодаря постоянной связи между этими органами. Вот особенности регуляции процессов и функции этой оси:

• Гипоталамус

Как структура нервной системы, постоянно получает огромное количество информации из всех частей тела. В ответ он может генерировать различные виды реакций — стимулировать другие области мозга или производить гормон, химическую частицу, способную переносить информацию. Вот еще какие процессы происходят в этой части мозга:

• Гипофиз

Важный посредник в гормональной активности гипоталамуса. Гормоны гипоталамуса достигают гипофиза двумя путями. Первый — это прямая передача гормонов по нервным волокнам. Так транспортируются вазопрессин и окситоцин. Будучи произведенными в гипоталамусе, они отправляются в задний гипофиз, откуда затем попадают в кровоток.

Второй способ — с теми гормонами гипоталамуса, которые контролируют работу гипофиза. К ним относятся различные подтипы освобождающих (возбуждающие гормоны) и статины (ингибирующие гормоны). Гипоталамические либерины и статины перемещаются из гипоталамуса в особую сеть крошечных кровеносных сосудов, по которым они попадают прямо в гипофиз. При контакте с клетками передней доли гипофиза они регулируют их активность и выработку гормонов гипофиза.

Хотя гипоталамус является первичной структурой гипоталамо-гипофизарной оси, связь может быть двусторонней. Гипофиз также имеет способность влиять на гипоталамус. Регулировка всей оси основана на так называемых положительных и отрицательных отзывов. Когда гормоны высвобождаются из гипофиза, их уровни в крови повышаются, а гипоталамо-гипофизарная система подавляется. С другой стороны, если данный гормон необходим, гипоталамус стимулирует гипофиз и увеличивает его секреторную активность. Правильное функционирование системы обратной связи — необходимое условие поддержания гомеостаза, то есть внутреннего баланса нашего тела.

Гипотоламо-гипофизная система

Оглавление

Введение

Головной мозг является главным отделом центральной нервной системы (ЦНС), выполняющим высшую регуляцию двигательных, висцеральных, эндокринных функций и психофизиологических процессов. Он состоит из:

• конечного мозга (кора больших полушарий, белое вещество, базальные ядра),
• промежуточного мозга,
• среднего мозга,
• заднего мозга (мост и мозжечок),
• продолговатого мозга

Часть этих структур (от трех до пяти) называют стволом мозга.

Физиологи выделяют в стволе мозга три отдела: продолговатый мозг, мост и средний мозг, совместная деятельность которых формирует основные стволовые функции (например, сложные цепные рефлексы, регуляцию мышечного тонуса и позы, влияние ретикулярной формации).

Промежуточный мозг (diencephalori) расположен между средним и конечным мозгом, вокруг III желудочка мозга. Он состоит из таламической области и гипоталамуса. Таламическая область включает:

• таламус,
• метаталамус (коленчатые тела),
• подушку и
• эпиталамус (эпифиз).

Строение гипоталамуса

Гипоталамус включает преоптическую область и область перекреста зрительных нервов, серый бугор и воронку, сосцевидные (мамиллярные) тела.

Ядра гипоталамуса. Микроскопически в гипоталамусе выделяют от 15 до 48 парных ядер, которые подразделяются на 3 — 5 групп.

Большинство авторов выделяют в гипоталамусе три основные группы ядер:

Важной физиологической особенностью гипоталамуса является высокая проницаемость его сосудов для различных веществ, в том числе и для крупных полипептидов. Это обусловливает большую чувствительность гипоталамуса к сдвигам во внутренней среде организма и способность реагировать на колебания концентрации гуморальных факторов. В гипоталамусе по сравнению с другими структурами головного мозга имеются самая мощная сеть капилляров (1100 — 2600 капилляров/мм2) и самый большой уровень локального кровотока.

Ядра гипоталамуса образуют многочисленные связи друг с другом, а также с выше- и нижележащими структурами ЦНС. Главные афферентные пути в гипоталамус идут от лимбической системы, коры больших полушарий, базальных ганглиев и ретикулярной формации ствола. Основные эфферентные пути гипоталамуса идут в ствол мозга — его ретикулярную формацию, моторные и вегетативные центры, в вегетативные центры спинного мозга, от мамиллярных тел к передним ядрам таламуса и далее, в лимбическую систему, от супраоптического и паравентрикуляр-ного ядер к нейрогипофизу, от вентромедиального и аркуатного ядер к аденогипофизу, а также эфферентные выходы к лобной коре и полосатому телу.

Гипоталамус являемся многофункциональной системой, обладающей широкими регулирующими и интегрирующими влияниями. Однако важнейшие функции гипоталамуса трудно соотнести с его отдельными ядрами. Как правило, отдельно взятое ядро имеет несколько функций, а отдельно взятая функция локализуется в нескольких ядрах. В связи с этим физиология гипоталамуса рассматривается обычно в аспекте функциональной специфики его различных областей и зон.

Гипоталамус как высший центр интеграции вегетативных функций.

Изучение физиологической роли гипоталамуса с начала XX в. и по настоящее время показало, что при раздражении или разрушении его структур, как правило, происходит изменение вегетативных функций организма. Многолетние исследования швейцарского физиолога В.Гесса доказали наличие в гипоталамусе двух функционально различных зон регуляции вегетативной сферы.

Стимуляция задней области гипоталамуса вызывала комплекс вегетативных реакций, характерный для симпатической нервной системы: увеличение частоты и силы сердечных сокращений, подъем АД, повышение температуры тела, расширение зрачков, гипергликемию, торможение перистальтики кишечника и др. Полученные данные свидетельствуют о роли заднего гипоталамуса в интеграции различных симпатических центров. Эта область была названа Гессом эрготропной системой мозга, обеспечивающей мобилизацию и расходование энергетических ресурсов организма при активной его деятельности.

Раздражение преоптической и передней областей гипоталамуса сопровождалось признаками активации парасимпатической нервной системы: урежением ритма сердца, снижением АД, сужением зрачков, увеличением перистальтики и секреции желудка, кишечника и др. Эта область гипоталамуса была обозначена Гессом как трофотропная система, обеспечивающая процессы отдыха, восстановления и накопления энергетических ресурсов организма. Однако в дальнейшем было показано, что эрготропная и трофотропная области перекрывают друг друга, и можно только говорить о преобладании их в заднем и переднем гипоталамусе соответственно. Приведенные данные свидетельствуют об интеграции вегетативных центров в пределах гипоталамуса.

Вместе с тем на уровне гипоталамуса происходит не только интеграция деятельности различных вегетативных центров, но и включение их как компонента в более сложные физиологические системы различных форм биологического поведения, направленного на выживание организма, поддержание гомеостаза и сохранение вида. Например, вазомоторные вегетативные реакции, обеспечивающие саморегуляцию АД, осуществляются сосудодвигатель-ным центром продолговатого мозга, тогда как вазомоторные реакции, связанные с терморегуляцией, эмоциями, агрессивно-оборонительным поведением, реализуются на уровне гипоталамуса и более высоких центров.

Гипоталамо-гипофизарная система.

Кроме вегетативного канала регуляции внутренней среды организма гипоталамус имеет мощный гуморальный путь реализации своих эффектов. В этом плане главную роль играет взаимосвязь гипоталамуса с гипофизом. Клетки многих ядер гипоталамуса обладают нейросекреторной функцией и могут превратить нервный импульс в эндокринный секреторный процесс. Можно выделить две главные эндокринные связи гипоталамуса с гипофизом: гипоталамо-аденогипофизарную и гипоталамо-нейрогипофизарную.

Гипоталамо-аденогипофизарная связь.

В 70-х годах XX в. было установлено, что гипоталамус осуществляет контроль над эндокринной функцией аденогипофиза с помощью пептидных гормонов, образуемых мелкоклеточными нейронами в ядрах передней (паравептрикулярное, супраоптическое, супрахиазматическое ядра) и средней (дорсомедиальное, вентромедиальное, аркуатное ядра) групп. В этих ядрах образуется два вида пептидов: одни стимулируют образование и выделение гормонов аденогипофиза и называются рилизинг-гормонами (или либеринами), другие тормозят образование гормонов аденогипофиза и называются статинами. Известны пять либеринов: гонадолиберин стимулирует секрецию лютеинизирующего и фолликулостимулирующего гормонов, кортиколиберин — секрецию АКТГ, тиролиберин — секрецию ТТГ и пролактина, соматолиберин — секрецию СТГ, мела-нолиберин — секрецию меланоцитостимулирующего гормона. Тормозят секрецию аденогипофизарных гормонов: соматостатин, пролактостатин и меланостатин.

Либерины и статины поступают путем аксонного транспорта в срединное возвышение гипоталамуса и выделяются в кровь первичной сети капилляров, образованной разветвлениями верхней гипофизарной артерии. Далее с током крови они поступают во вторичную сеть капилляров, расположенную в аденогипофизе, и действуют на его секреторные клетки. Через эту же капиллярную сеть гормоны аденогипофиза поступают в кровоток и достигают периферических эндокринных желез. Эта особенность кровообращения гипоталамо-гипофизарной области обозначается как гипофизарная портальная система.

Гипоталамо-нейрогипофизарная связь.

В начале 30-х годов XX в. было обнаружено, что крупноклеточные нейроны супраоптического и паравентрикулярного ядер гипоталамуса являются эндокринными нейронами, образующими два нонапептидных гормона: антидиуретический гормон (АДГ) и окситоцин. Эти гормоны посредством аксонного транспорта поступают и депонируются в окончаниях аксонов, образующих нейроваскулярные синапсы на капиллярах задней доли гипофиза. Потенциал действия эндокринного нейрона запускает механизм перехода гормонов в капиллярную кровь нейрогипофиза и далее в общий кровоток. Основными мишенями для действия АДГ являются дистальные канальцы и собирательные трубочки почек, в которых он увеличивает реабсорбцию воды (уменьшает диурез) и сокращение гладких миоцитов сосудов (происходит сужение сосудов). Поэтому АДГ называют также вазопрессином. Наряду с этим АДГ оказывает влияние на нейроны гипоталамуса, активируя центр жажды и питьевое поведение. Основным физиологическим эффектом окситоцина является усиление сократительной функции матки и гладкой мускулатуры протоков молочных желез (выделение молока).

Роль гипоталамуса в терморегуляции.

Организм человека, как и высших позвоночных, способен поддерживать постоянную температуру внутренней среды («ядра») тела, несмотря на изменение температуры внешней среды. Проведенные сто лет назад опыты с перерезкой ствола мозга показали, что главной структурой, ответственной за температурный гомеостаз, является гипоталамус.

В гипоталамусе выделено два центра: теплоотдачи и теплопродукции.

Центр теплоотдачи локализован в передней и преоптической зонах гипоталамуса и включает в себя паравентрикулярные, супраоптические и медиальные преоптические ядра. Раздражение этих структур вызывает увеличение теплоотдачи в результате расширения сосудов кожи и повышения температуры ее поверхности, увеличения отделения и испарения пота, появления тепловой одышки. Разрушение центра теплоотдачи приводит к неспособности организма выдерживать тепловую нагрузку.

Центр теплопродукции локализован в заднем гипоталамусе и включает в себя медиальные, латеральные и промежуточные мамиллярные ядра. Его раздражение вызывает повышение температуры тела в результате усиления окислительных процессов, тонуса мышц и появления мышечной дрожи, сужения сосудов кожи. Разрушение этих ядер приводит к потере способности поддерживать температуру тела при охлаждении организма.

Виды нейронов терморегуляторного центра гипоталамуса. С помощью точных электрофизиологических методик были выявлены нейроны, способные реагировать генерацией потенциалов действия на изменение температуры гипоталамуса — термочувствительные нейроны (термодетекторы). Пороговая величина изменения температуры для них может быть от 0,2 до 1,0 °С. Эти нейроны расположены в основном в центре теплоотдачи, где они составляют от 30 до 70 % нейронов. Значительно меньше их (около 10 %) в центре теплопродукции. Среди термодетекторов количество тепловых нейронов примерно в 3 раза больше, чем Холодовых. Другим видом нейронов терморегуляторного центра являются интегрирующие нейроны, основная функция которых состоит в суммации температурных сигналов от различных частей организма: терморецепторов гипоталамуса, среднего, продолговатого и спинного мозга, кожи, внутренних органов. Эти нейроны также расположены преимущественно в центре теплоотдачи. Переработанная в них информация о тепловом состоянии организма поступает на следующий вид нейронов — эфферентные терморегуляторные нейроны, которые расположены в основном в заднем гипоталамусе. Одни из них регулируют интенсивность механизмов теплопродукции, другие — механизмов теплоотдачи. Еще одна группа нейронов — тормозные интернейроны осуществляет реципрокные отношения между эфферентными нейронами теплоотдачи и теплопродукции. В центре терморегуляции есть также нейроны, воспринимающие нетемпературные стимулы: влияние экзогенных (бактериальных, вирусных) и эндогенных (интерлейкин 1, простагландин Е1, фактор некроза опухолей) пирогенов.

Роль гипоталамуса в регуляции поведения.

Наиболее сложным вариантом интегративной деятельности гипоталамуса является объединение отдельных жизненно важных функций в сложные комплексы, обеспечивающие различные формы биологически целесообразного поведения: пищевого, полового, питьевого, агрессивно-оборонительного и др., направленные на выживание индивидуума и вида. В основе этого поведения лежит возникновение в организме биологических потребностей, которые приводят к формированию в гипоталамических (а также лимбических и корковых) структурах мотивационного возбуждения, что выражается эмоционально окрашенным стремлением человека к удовлетворению соответствующей потребности. Удовлетворение потребности происходит через поведение. Однако в осуществлении даже биологических форм поведения гипоталамус обеспечивает только базовые механизмы.

Гипоталамо-гипофизарные гормоны в организме человека

Ось гипоталамус-гипофиз представляет собой «двухэтажную» систему со множеством взаимосвязей. Ни одна из его структур не сможет выполнять свою функцию самостоятельно. Гипоталамо-гипофизарная ось — мощный инструмент, регулирующий весь гормональный баланс нашего тела. Наиболее важные гормоны в организме человека, вырабатываемые гипоталамусом и гипофизом:

• Окситоцин, вазопрессин (ADH)
• Соматолиберин (GH-RH)
• Соматостатин (GH-IH)
• Кортиколиберин (CRH)
• Тиреолиберин (TRH)
• Гонадолиберин (GnRH)
• Пролактолиберин (PRH)
• Пролактостатин (PIH)

Как видите, гипоталамо-гипофизарная ось определяет функционирование всего организма через огромное количество гормонов. Наиболее важные функции гормонов по этой оси представлены ниже.

• Окситоцин

Окситоцин и вазопрессин — два гормона гипоталамуса, не влияющие на гипофиз. Роль гипофиза — только хранить их. Как только они получают соответствующий сигнал, они попадают в кровоток. Окситоцин — это гормон, который играет наиболее важную роль во время родов. Он способствует сокращению матки. Вторая задача окситоцина — облегчить лактацию. Сосание соска младенцем стимулирует выброс окситоцина в кровь матери, что приводит к секреции молока из грудных желез.

• Вазопрессин

Также известный как антидиуретический гормон (АДГ). Представляет собой гормон, регулирующий водный баланс организма. Как следует из названия, антидиуретический гормон снижает диурез. Вазопрессин высвобождается при обезвоживании, при сгущении крови или падении артериального давления. Воздействуя на почки, вазопрессин увеличивает плотность диуреза. Благодаря этому можно сэкономить воду и сохранить ее внутри тела.

• Соматолиберин

Это первый пример типичного гормона гипоталамо-гипофизарной системы. Вырабатываясь в гипоталамусе, соматолиберин достигает гипофиза и стимулирует его клетки к секреции соматропина гипофиза, также известного как гормон роста. Ось соматотропин-соматолиберин обеспечивает рост и развитие всех тканей тела, что, в свою очередь, определяет правильность процесса роста.

• Соматостатин

Является гормональным противником соматолиберина. Его действие на гипофиз приводит к снижению выброса гормона роста. В дополнение к своим функциям в гипоталамо-гипофизарной системе соматостатин также локально продуцируется в желудочно-кишечном тракте, где он ингибирует, например, высвобождение кишечных гормонов.

• Кортиколиберин

Известен как гормон высвобождения кортикотропина (АКТГ). Он является частью системы гипоталамус-гипофиз-надпочечники. Наиболее активен в стрессовых ситуациях. Воздействие АКТГ на кору надпочечников увеличивает выброс одного из важнейших «гормонов стресса» — кортизола. Ось кортиколиберин-кортикотропин-надпочечники также регулирует метаболический баланс всего организма.

• Тиреолиберин

Это гормон, который вызывает высвобождение тиреотропного гормона (ТТГ) из гипофиза. Уровень тиреотропина является одним из маркеров, указывающих на текущую функцию щитовидной железы, поэтому его часто измеряют у пациентов с заболеваниями этой железы. Тиротропин стимулирует развитие щитовидной железы и увеличивает секрецию ее гормонов. Это, в свою очередь, влияет на нашу частоту сердечных сокращений, работу желудочно-кишечного тракта, метаболизм питательных веществ и повседневную активность.

• Гонадолиберин

Роль гонадолиберина в гипоталамо-гипофизарной системе заключается в стимулировании выработки так называемого гонадотропина гипофиза. К нему относятся: фолликулостимулирующий гормон (ФСГ) и лютропин (ЛГ). Гонадолиберин является примером гормона, секретируемого в пульсирующем ритме, и частоту этого ритма определяет тип выделяемого гонадотропина. Низкая частота импульсов гонадолиберина вызывает секрецию ФСГ, а высокая — ЛГ (это происходит, например, у женщин непосредственно перед овуляцией). Гонадотропины гипофиза влияют на яичники женщин и яички мужчин, определяя правильное половое созревание и размножение.

• Пролактолиберин

Это гипоталамический гормон, который стимулирует клетки гипофиза вырабатывать пролактин. Пролактин — главный фактор, который подготавливает молочные железы к процессу лактации. Секреция пролактина гипофизом — хороший пример механизма отрицательной обратной связи в гипоталамо-гипофизарной оси. Во время лактации, когда уровень пролактина в организме самый высокий, выработка гонадотропина снова подавляется. Именно по этой причине у кормящих грудью женщин не наступает менструация после родов.

• Пролактостатин

Гормон, который ингибирует высвобождение пролактина, в основном не является типичным гипоталамическим статином. Его функцию выполняет нейромедиатор дофамин. Это усиленная дофаминергическая передача сигналов в гипоталамо-гипофизарной системе, которая снижает выработку пролактина.

Нарушения гипоталамо-гипофизарной системы: патологии повышенной концентрации гормонов

• Синдром неадекватной продукции вазопрессина

Примером чрезмерной активности гормонов гипоталамуса является именно синдром неадекватной продукции вазопрессина (SIADH). В результате слишком высокой концентрации этого вещества наблюдается повышенная задержка воды в организме и разжижение жидкостей организма. Синдром SIADH в основном вызывает неврологические симптомы, а в его запущенной форме может привести к отеку мозга.

• Гипертиреоз или гиперфункция надпочечников

Повышенный уровень гормонов гипоталамо-гипофизарной системы может привести к вторичной гиперфункции других эндокринных желез — гипертиреозу или гиперфункции надпочечников. Высокая концентрация АКТГ может вызвать так называемые АКТГ-зависимый синдром Кушинга. Вторичный гипертиреоз приводит к таким состояниям— учащение пульса, чрезмерное похудение, диарея. Возникает также чрезмерная психомоторная возбудимость.

• Гигантизм или акромегалия

Часто возникает на фоне данных нарушений. Причем бывает как у мужчин, так и у женщин.

• Бесплодие

Повышенная концентрация пролактина, то есть гиперпролактинемия, является одной из наиболее распространенных гормональных причин бесплодия. Пролактин подавляет секрецию гонадотропинов гипофиза, что, в частности, приводит к нарушениям овуляции.

• Аденомы гипофиза

Наиболее частой причиной повышенного уровня гормонов гипофиза являются аденомы гипофиза, которые выходят из-под контроля гипоталамо-гипофизарной системы и производят гормоны независимо от него. Их симптомы могут быть результатом повышения уровня одного гормона или перекрывающегося избытка нескольких типов гормонов. Повышение уровня периферических гормонов, таких как кортизол или гормоны щитовидной железы, всегда требует исключения дисфункции гипоталамо-гипофизарной системы, которая может быть причиной этих нарушений.

Диагностика гипоталамо-гипофизарной дисфункции

Для диагностики нарушений в гипоталамо-гипофизарной-яичниковой системе необходим весь спектр клинико-лабораторных, биохимических и гормональных исследований крови, рентгенологический снимок черепа (области турецкого седла, где находится гипофиз, с целью исключения пролактиномы). Информативным является измерение базальной температуры с построением графика. В период овуляции отмечается увеличение ректальной температуры в среднем на 1°С. При недостаточности лютеиновой фазы отмечается укорочение второй фазы цикла, разница температуры в обе фазы цикла составляет менее 0.6°С. Проводится ультразвуковое исследование роста фолликулов и толщины эндометрия в определенные дни менструального цикла. Проводится биопсия эндометрия за 2–3 дня до начала менструации, позволяющая определить морфологическое созревание эндометрия.

Информативным методом исследования гипофиза является компьютерная томография. Компьютерная томография области турецкого седла позволяет выявить изменения плотности гипофиза, дифференцировать микро- и макроаденомы, «пустое» седло и кисты от нормальной ткани гипофиза.

Для диагностики новообразований гипоталамо-гипофизарной области применяется магнитно-резонансная томография. Магнитно-резонансная томография позволяет различить стебель гипофиза, малейшие изменения структуры гипофиза, отдельные кисты, кистозную опухоль, кровоизлияния, кистозное перерождение гипофиза. Преимущество магнитно-резонансной томографии – в отсутствии рентгеновского облучения, что дает возможность многократно проводить обследование пациентки в динамике.

Нарушения гипоталамо-гипофизарной системы: пониженная концентрация гормонов

Заболеванием с механизмом, противоположным вышеописанным SIADH, является несахарный диабет. Причина этого заболевания — дефицит вазопрессина, вырабатываемого в гипоталамусе, вызванный дисфункцией гипоталамических клеток. Такие нарушения гипоталамо-гипофизарной системы встречаются очень часто.

• Снижение концентрации уровня вазопрессина делает потерю воды с мочой неконтролируемой.
• Количество выделяемой мочи значительно увеличивается, что приводит к симптомам обезвоживания и постоянному чувству жажды.

Дефицит гормонов гипофиза может вызвать симптомы вторичной недостаточности эндокринных желез:

• Щитовидной железы
• Надпочечников
• Гонад

Стоит знать: Снижение уровня гонадотропинов может вызвать бесплодие и сексуальную дисфункцию.

Дефицит тиреотропина приводит к вторичному гипотиреозу, который проявляется в виде хронической усталости, увеличения веса и запоров. Пониженный уровень гормона роста имеет серьезные последствия, особенно у детей, задерживая процесс роста. С другой стороны, дефицит пролактина может привести к нарушению лактации. Гипопитуитаризм редко проявляется дефицитом одного гормона. Гораздо чаще повреждение этой железы приводит к снижению выработки нескольких гормонов. Дисфункция гипофиза может иметь разные причины. К ним относятся:

• Травмы
• Новообразования, инфильтрирующие гипофиз
• Кровотечения
• Врожденные заболевания (например, гипоплазия, то есть недоразвитие гипофиза)

При диагностике гормонального дефицита всегда следует не забывать проверять функционирование гипоталамо-гипофизарной оси (измеряя уровни гормонов этой оси). Благодаря этому можно определить, является ли дефицит того или иного гормона результатом нарушения его периферической продукции или центрального нарушения гипоталамо-гипофизарной регуляции.