Upload
others
View
5
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
NeurofizjologiaWYKŁAD 13
Ośrodkowa regulacja funkcji
biologicznych kręgowców.
Rola podwzgórza.
Prof. dr hab. Krzysztof Turlejski
Uniwersytet Kardynała Stefana
Wyszyńskiego
Podwzgórze: układ integrujący wiele
funkcji biologicznych całego organizmu
Większość funkcji fizjologicznych pozostaje pod ścisłą, automatyczną kontrolą mózgu, której nie jesteśmy świadomi.
Najważniejszym integratorem większości tych funkcji jest podwzgórze i powiązana z nim przysadka mózgu. Zawiaduje ono homeostazą całego organizmu.
Są to struktury położone w dolnej części międzymózgowia, które jest drugą z kolei (od przodu licząc) częścią mózgu.
Poprzez podwzgórze wszelkiego rodzaju procesy psychiczne mogą wpływać na funkcjefizjologiczne i biochemiczne organizmu.
Podwzgórze
W rozwoju embrionalnym z drugiego pęcherzyka mózgowego powstaje śródmózgowie.
Z jego górnej części powstaje wzgórze (thalamus), którego jadra przekazują bodźce sensoryczne do kory.
Z dolnej części, a także z części podstawnej przodomózgowia powstają jądra podwzgórza (hypothalamus)
Podwzgórze i przysadka mózgu
Podwzgórze i przysadka mają złożoną budowę. U człowieka objętość
podwzgórza wynosi około 3 cm3 (cały mózg ma średnio 1100-1200 cm3).
C
z
ę
ś
ć
Część przednia przysadki
produkuje własne hormony
Część tylna przysadki uwalnia
dwa hormony podwzgórza
Funkcje podwzgórza
Podwzgórze zawiaduje:
- rytmem dobowym,
- gospodarką wodno-elektrolitową,
- gospodarką energetyczną,
- poczuciem głodu i sytości,
- termoregulacją (rejestruje zmiany temperatury
dopływającej krwi),
- reguluje czynności układu krążenia.
- reaguje na zmiany stężenia glukozy.
- zawiaduje całym układem hormonalnym związanym z płcią i rozmnażaniem.
Hormonalna oś podwzgórzowo-przysadkowo-nadnerczowa zawiaduje reakcją na stres.
Podwzgórze jest ściśle powiązane z układem emocjonalnym oraz autonomicznym.
Połączenia funkcjonalne
podwzgórza
Podwzgórze wchodzi w skład układu limbicznego, który generuje i reguluje emocje i popędy.
Podwzgórze jest ściśle powiązane z układem autonomicznym, zarówno współczulnym jak i przywspółczulnym.
Równie ściśle funkcje podwzgórza są powiązane z przysadką, wydzielającą do krwioobiegu hormony wpływające na homeostazę organizm.
Także neurony podwzgórza wydzielają wiele ważnych hormonów.
Przysadka mózgowa
Przysadka leży u podstawy międzymózgowia i łączy się z podwzgórzem za pośrednictwem lejka.
Jest gruczołem dokrewnym, złożonym z dwóch różnych części.
Przedni płat przysadki pochodzi od komórek endodermy które produkują wiele hormonów.
Tylny płat przysadki (część nerwowa) gromadzi i uwalnia neurohormony produkowane przez podwzgórze -wazopresynę i oksytocynę.
Hormony części guzowatej (przyśrodkowej)
podwzgórza regulują wydzielanie hormonów
przedniego płata przysadki: Kortykoliberyna - uwalnianie ACTH, odpowiedź na stres
Tyreoliberyna – uwalnianie hormonu tyreotropowego
Gonadoliberyna - uwalnianie gonadotropin
Somatoliberyna - uwalnianie hormonu wzrostu
Somatostatyna - blokuje wydzielanie hormonu wzrostu przez przysadkę mózgową oraz hamuje wydzielanie insulinyz trzustki.
Prolaktoliberyna - uwalnianie przysadki prolaktyny
Prolaktostatyna – dopamina, hamuje wydzielanie prolaktyny
Melanoliberyna – pobudza szyszynkę do produkcji melatoniny
Melanostatyna – hamuje wydzielanie melanotropiny
Liberyny pobudzają a statyny hamują
uwalnianie hormonów z przedniego płata przysadki.
Przedni płat przysadki
Przedni płat przysadki mózgowej i produkuje hormony tropowe (gonadotropowe, tyreotropowe i kortykotropowe) oddziałujące na inne gruczoły dokrewne (odpowiednio gonady, tarczycę, korę nadnerczy).
Przedni płat przysadki oprócz hormonów tropowych produkuje też jeden hormon docelowy - somatotropinę(hormon wzrostu), oddziałujący na wszystkie komórki ciała.
Część pośrednia przysadki wydziela intermedynę(melanotropinę) - hormon pobudzający wytwarzanie melaniny w skórze.
Wszystkie te hormony są uwalniane z przysadki pod wpływem odpowiednich hormonów podwzgórza.
Obwodowy (autonomiczny)
układ nerwowy Przysadka reguluje aktywność układu autonomicznego na drodze nerwowej i hormonalnej
Układ ten kontroluje reakcjeniezależne od naszej woli (np. wydzielanie soku żołądkowego).
Ośrodkowa część układuautonomicznego to podwzgórze, oraz niektóre jądra rdzenia przedłużonego i rdzenia kręgowego.
Obwodowa część dzieli się na współczulną (adrenergiczną) i przywspółczulną (cholinergiczną). Wszystkie narządy wewnętrzne są unerwione przez oba układy,działające antagonistycznie.
Istnieją ponadto sploty nerwowe wnarządach (jelito, macica).
Przednia część podwzgórza:
regulacja rytmu dobowego
Jądro nadskrzyżowaniowe leży tuż nad skrzyżowaniem
nerwów wzrokowych i dostaje projekcję z komórek zwojowych
siatkówki (melanopsynowych - symbol RHT). Razem z listkiem
ciała kolankowatego bocznego (IGL) tworzą ośrodkowy układ
generujący rytm dobowy i dostosowujący go do rytmu dnia i
nocy. Poprzez układ autonomiczny jądra te wpływają na
wydzielanie melatoniny z szyszynki.
Gonadotropiny – hormony płciowe
Gonadoliberyna z podwzgórza powoduje uwalnianie z przysadki gonadotropin.
Gonadotropiny są hormonami produkowanymi przez komórki przedniego płata przysadki, które sterują cyklem płciowym.
- hormon folikulotropowy (FSH) Pobudza produkcję estrogenów w gonadach. U kobiet pobudza dojrzewanie pęcherzyków Graafa, u mężczyzn pobudza spermatogenezę.
hormon luteinizujący (LH) U kobiet powoduje pęknięcie pęcherzyka Graafa w jajniku i wytworzenie ciałka żółtego. U mężczyzn powoduje rozrost komórek śródmiąższowych jąder, które produkują testosteron.
Niedobór gonadotropin prowadzi do niepłodności.
Determinacja płci
Determinacja płci następuje w okresie płodowym.
Dzieje się to pod wpływem genów, które występują tylko w chromosomie Y, a więc tylko u mężczyzn.
Początkowo budowa podwzgórza, gonad i narządów płciowych u obu płci jest typu żeńskiego.
Już w pierwszym trymestrze płody męskiezaczynają wydzielać bardzo duże ilości testosteronu, którego działanie ukierunkowuje budowę ciała w kierunku męskim.
Pewne jądra podwzgórza u mężczyzn są mniejsze niż u kobiet.
Zależne od płci różnice proporcji
palców dłoni
Dłoń mężczyzny Dłoń kobietyRóżnice długości palców wskazującego i serdecznego u mężczyzn są zależne
od poziomu testosteronu w okresie płodowym.
Testosteron, wygląd i zachowanie Poziom testosteronu u mężczyzn (i samców
zwierząt) koreluje z:
- poziomem agresji
- skłonnością do ryzyka
- potrzebą dominacji i terytorializmem
- wyraźniejszymi cechami morfologicznymi płci męskiej (muskulatura, u niektórych ssaków i ptaków ubarwienie)
- u ludzi z wyższymi wygranymi na giełdzie i prawdomównością
Dla kobiet najbardziej atrakcyjni są mężczyźni, którzy mają wysoki poziom testosteronu i interesują się małymi dziećmi.
Hormony tylnego płata przysadki
Wazopresyna i
oksytocyna
produkowane są
w podwzgórzu i
transportowane
wzdłuż aksonów
do tylnego płata
przysadki
Oksytocyna Oksytocyna jest hormonem syntezowanym w
podwzgórzu a wydzielanym z tylnego płata przysadki.
Jej obecność we krwi powoduje wydzielanie mleka z gruczołów mlecznych.
Jednocześnie wywołuje poczucie zadowolenia i przywiązania do potomstwa.
Oksytocyna jest też wydzielana u obu płci w czasie orgazmu, wzmagając poczucie przyjemności i wywołując poczucie wzajemnego przywiązania partnerów. W czasie porodu powoduje skurcze macicy.
U ludzi obecność oksytocyny w krwiobiegu zwiększa też zaufanie do innych ludzi.
Wazopresyna
Drugim hormonem syntezowanym w
podwzgórzu a wydzielanym z tylnego płata
przysadki jest wazopresyna.
Jej głównym działaniem fizjologicznym jest
podnoszenie ciśnienia krwi przez skurcz naczyń
i zmniejszanie filtracji w nerkach.
Ponadto, ma ona nie do końca jeszcze poznany
udział w reakcjach społecznych i partnerskich
(n.p. zwiększa zaufanie i wzajemne
przywiązanie).
Boczna część podwzgórza
„ośrodek przyjemności”
Boczno-przednia część podwzgórza nazywana była„ośrodkiem przyjemności”.
Połączenia bocznego podwzgórza z płatami czołowymi istrukturami pnia mózgu pobudzają wydzielanie dopaminy.
Ważną rolę w odczuwaniu przyjemności odgrywa jądropółleżące (n. accumbens), należące do jąder przodomózgowia, ale ściśle powiązane z jądrem bocznym podwzgórza.
Jeśli zwierzęciu umożliwić wykonanie czynności, po której pobudzana będzie elektrycznie ta część mózgu, to zwierzę będzie wykonywało tą czynność aż do zupełnego wycieńczenia. Samodrażnienie jest skrajną formą nałogu).
Wydzielanie dopaminy w jądrze półleżącym powoduje stan zadowolenia, euforii, a podczas stosunku seksualnego odczuwanie orgazmu. Także narkotyki działają na to jądro.
Jądro boczne podwzgórza:
związki układu nagrody
z gospodarką energetyczną
Cały układ nagrody jest pod silnym wpływem nie tylko projekcji dopaminergicznej, ale i hormonów tkanki tłuszczowej (leptyny i ghreliny), wpływających na ogólny poziom metabolizmu i sterujących uczuciem głodu: wywołujących go (ghrelina) lub tłumiących (leptyna).
Regulacja pobierania wody i pokarmu
W podwzgórzu istnieją receptory osmolarności osocza, których podrażnienie przez wysokie stężenie jonów wywołuje uczucie pragnienia.
Hormon nadnerczy aldosteron, wydzielany pod wpływem hormonów podwzgórza reguluje wydzielanie jonów sodu i potasu w nerkach.
Wpływ podwzgórza na obwodowy układ przywspółczulny (cholinergiczny) reguluje proces pocenia się, związany z termoregulacja.
Ośrodek przyjemności w bocznym podwzgórzu pobudza pobieranie smacznych pokarmów.
Poziom glukozy we krwi reguluje trzustka, wydzielając insulinę. Współdziała ona z systemem hormonów obwodowych (m. in. tkanki tłuszczowej).
Aktywacja pewnych jader bocznego podwzgórza przez ghrelinę generuje psychiczne poczucie głodu.
Regulacja temperatury ciała
W przedniej części podwzgórza znajduje się „termostat” organizmu.
Temperatura termoneutralna, to temperatura, przy której zwierzę lub nieubrany człowiek nie zużywa energii ani na ochładzanie się, ani na ogrzewanie.
Dla dorosłych ludzi zakres termoneutralny to najczęściej 24-28oC
Wcześniaki poniżej 1 kg nie mają termoregulacji i
w pełni zależą od temperatury otoczenia.
Dla noworodka zakres termoneutralny to 33-34oC.
Wiele zwierząt i ludzkie noworodki ma specjalny rodzaj tkanki tłuszczowej (brązowa – duża liczba mitochondriów), która gdy jest chłodno może generować dużą ilość energii, spalając tłuszcz.
Dzieci szybciej się przechładzają i szybciej przegrzewają niż dorośli.
Reakcja na temperaturę otoczenia Przy temperaturze
zewnętrznej 350C całe ciało ma temperaturę 370C.
Przy temperaturze zewnętrznej 190C tylko wewnętrzne części tułowia i głowy utrzymują taką temperaturę.
Zaciśnięcie tętniczek skórnych pod wpływem adrenaliny powoduje zmniejszony przepływ krwi i obniżenie temperatury kończyn, co zmniejsza straty ciepła.
Jeśli temperatura krwi w podwzgórzu spadnie poniżej 36oC, to pojawia się drżenie mięśni, którego nie można zahamować.
LUDZIE ADAPTUJĄ SIĘ DO PRZECIĘTNEJ
TEMPERATURY OTOCZENIA
Adaptacje ludzi do niskich
temperatur otoczenia Inuici (Eskimosi) mają o 30% wyższy poziom
metabolizmu, niż Europejczycy.
Aborygeni z Tasmanii mogli spać bez odzieży na śniegu, który się pod nimi nie topił.
W Kanadzie i Rosji ludzie regularnie kąpią się w przeręblach.
Brytyjczyk Lewis Gordon Pugh przepłynął lodowcowe jezioro w masywie Mount Everestu (wysokość 5300 m, temperatura 2oC) w spodenkach pływackich, okularach i czepku. Zajęło mu to około 23 minut. Poprzednio w 20 min. przepłynął kilometr w rejonie bieguna północnego.
Adaptacje ludzi do wysokich
temperatur otoczenia Ludzie z krajów tropikalnych mogą mieć podstawowy
poziom metabolizmu nawet o połowę niższy niż Europejczycy.
Po przyjeździe do krajów tropikalnych zaczynamy się silnie pocić. Po 2 tygodniach adaptacji pocimy się jeszcze więcej (nawet do 2-4 litrów na godzinę), ale ten pot zawiera bardzo mało soli i białek.
Pocenie się na twarzy ochładza krew żylną, która z okolic nasady nosa i powiek odpływa do układu żylnego u podstawy czaszki, ochładzając mózg.
Zwiększenie zdolności pocenia się umożliwiło pierwotnym myśliwym długotrwałą pogoń za zwierzyną.
Ważna rola behawioralnych mechanizmów regulacji temperatury.
Gorączka jest procesem czynnym
Każde zakażenie lub uszkodzenie ciała wywołuje standardową odpowiedź obronną organizmu, znaną jako stan gorączkowy (gorączka).
W początkowej fazie gorączki (kiedy następujewzrost temperatury ciała), następuje wzrostmetabolizmu i produkcji ciepła w organizmie przyjednoczesnym zahamowaniu jego utraty.
Nie należy mylić gorączki z biernym wzrostemtemperatury ciała, które może mieć miejsce z powodu ekspozycji organizmu na wzrosttemperatury otoczenia, w którym się organizm znajduje.
Ogólne objawy choroby Powszechnie wiadomo, że objawami
choroby są niechęć do wykonania nawet niewielkiego wysiłku i niechęć do jedzenia.
Przez długi czas panowało przekonanie, że takie zachowanie chorych jest patologią, że nie ma charakteru przystosowawczego, a wynika zosłabienia spowodowanego chorobą lubefektów ubocznych choroby, takich jak niezdolność dopobierania pokarmu i płynów.
Przekonanie to jest błędne.
Gorączka jest procesem czynnym
Gorączka nie jest rezultatem niezdolności
organizmu do regulacji temperatury ciała, ale
jest raczej jej regulacją na wyższym poziomie.
• Carl von Liebermeister (1833 –1901)
Stwierdzenie, że gorączka jest innym
sposobem regulacji temperatury ciała, opiera
się na obserwacji, iż powraca ona do poziomu
właściwego dla danego stadium gorączki,
pomimo schładzania czy ogrzewania
badanego organizmu.
Regulacja ta odbywa się w podwzgórzu.
ELEMENTY SKŁADOWE
„SICKNESS BEHAVIOR”
NISKI POZIOM AKTYWNOŚCI FIZYCZNEJ
REDUKCJA ZACHOWAŃ
EKSPLORACYJNYCH I SPOŁECZNYCH,
ZMNIEJSZONE POBIERANIE POKARMU,
OSŁABIONE LUB ZNIESIONE ZACHOWANIA
SEKSUALNE i MACIERZYŃSKIE,
POGORSZENIE UCZENIE SIĘ I
ZAPAMIĘTYWANIA,
GORĄCZKA.
Zmiana zachowań pokarmowych
Zmiana zachowania pokarmowego tonajlepiej poznana i opisana zmiana w obrębie syndromu „sickness behavior”.
Polega ona na zmniejszeniu łaknienia, a zatem ilości pobieranego pokarmu, często również pragnienia i ilości pobieranych płynów, oraz zaprzestaniu pobierania pewnych pokarmów, na przykład wysokobiałkowych.
Depresja zachowań pokarmowych występuje w większości jednostek chorobowych.
Zmiana zachowań pokarmowych
Powszechność występowania objawu„chorobowej depresji zachowań pokarmowych” u zwierząt i ludzi świadczy o wczesnym powstaniu i solnym ugruntowaniu tego syndromu w ewolucji.
Zmiana ta jest prawdopodobnie wynikiem rozwinięcia tzw. odporności alimentacyjnej, osiąganej za pomocą ograniczeniadostępności kluczowych dla bakterii i wirusów składników pokarmowych, szczególnie żelaza i aminokwasów, co limituje ich namnażanie.
Mechanizm zmian w
zachowaniach pokarmowych
Wszystkie poznane pirogeny egzogenne, np. LPS(lipopolisachardy błony komórkowej bakterii) czybiałka wirusa grypy silnie hamują zachowania pokarmowe.
Obecność pirogenów w organizmie sprawia, że komórki układu odpornościowego zaczynają produkować specjalne białka z grupy cytokin, interleukiny.
Interleukiny działają na zakończenia nerwu błędnego i na specjalne receptory w mózgu, co prowadzi do przestawienia mechanizmu homeostazy w podwzgórzu, gdzie ponadto następuje dalsza synteza interleukin, dodatkowo zmieniając system kontroli metabolizmu i redukując zapotrzebowanie na pokarm.
Zahamowanie zachowań
eksploracyjnych i społecznych.
Zahamowanie aktywności lokomotorycznej, eksploracji i zachowań społecznych jest jednymze strategicznych elementów „sicknessbehavior”. Często jest to określane jako „osowiałość”.
Zmiana trybu życia z aktywnego na spoczynkowy umożliwia koncentrację sił organizmu na walce z czynnikami chorobotwórczymi.
Wydłuża się czas spania z przewagą fazy snu wolnofalowego, co sprzyja przywróceniuhomeostazy ogólnoustrojowej.
Unikanie zachowań
eksploracyjnych i społecznych.
Takie same zmiany zachowania rozwijają
się po podaniu LPS lub innych czynników
prozapalnych w iniekcji, również po
szczepieniach.
W obu przypadkach za „depresję”
zachowań eksploracyjnych i społecznych
odpowiada wzmożona produkcja cytokin,
takich jak IL-1β czy TNF-α.
Redukcja zachowań seksualnych
Te same czynniki prozapalne, które wywołują wzmożenie aktywności układu odpornościowego, na przykład interleukiny, działając na podwzgórze powodują też redukcję gotowości seksualnej samic.
Depresja zachowań seksualnych (silniejsza u kobiet) istotnie zmniejsza częstotliwość kontaktów seksualnych.
Gorączka osłabia także instynkt macierzyński.
Redukcja zachowań seksualnych i macierzyńskich zmniejsza prawdopodobieństwo rozprzestrzeniania chorób.
Pogorszenie uczenia się i
zapamiętywania
Upośledzenie funkcji poznawczych jest ważnym aspektem zachowania w chorobie.
Wydłużeniu ulegają reakcje orientacyjne i obronne, toteż w przyrodzie chore zwierzę jest łatwiejszym celem ataków drapieżników lub konkurentów.
Chore osoby uczą się nawet prostych zadań po większej liczbie powtórzeń.
Zmiany te są prawdopodobnie wynikiem zaburzeń procesów konsolidacji pamięci w formacji hipokampa.
Hipokamp jest strukturą konsolidującą pamięć. Jest on bardzo wrażliwy na działanie wszelkich czynników patologicznych i stresu.
Gorączka nie zawsze jest zła
1. Gorączka i zachowania chorobowe są naturalną reakcją na czynniki chorobotwórcze.
2. Osłabianie gorączki najczęściej wydłuża chorobę i osłabia reakcję obronną organizmu. Należy natomiast obserwować, czy nie rozwija się poważna choroba
3. Chora osoba musi mieć ciepło i spokój, dużo spać.
4. Chory powinien jeść niewiele, należy też znacznie ograniczyć spożycie mięsa i innych pokarmów białkowych.
4. Chory powinien dużo pić.
Optymalne temperatury rozwoju
niektórych mikroorganizmów
Bakterie
Neisseria meningitis – 38.0o C
Treponema pallidum – 35.0o C
Mycobacterium leprae – 35.5o C
Grzyby
Cryptococcus neoformans –
36.0o C
Candida albicans - 35.0o C
Wirusy
Hepatovirus – 38.0o C
Rhinowirus ludzki – 34.5o C
Pasożyty
Toxoplasma gondi – 39.5o C
Leishmania - 37.6o C
Wiele patogenów źle się rozwija w temperaturze wyższej, niż
temperatura ciała.
Ale niektóre z nich preferują wysokie temperatury. Zatem, obniżenie
temperatury ciała może niekiedy podnieść skuteczność terapii.
Temperatura ciała i gorączka u
niektórych kręgowców
Gorączka występuje także u owadów i skorupiaków.
Gorączka – koszty i zalety Metaboliczny koszt gorączki jest stosunkowo wysoki: przy
podwyższeniu temperatury ciała o 1°C metabolizm zwiększa się o około 13%.
Jednak podniesienie temperatury ciała nasila mechanizmy obronne organizmu:
- zwiększa się tempo namnażania limfocytów i wytwarzaniaprzeciwciał – o około 10% na 1°C. Nasila się ich fagocytoza i pinocytoza.
- zostaje uruchomiona produkcja białek defensyn(wewnątrzkomórkowych „antybiotyków”) i nasila ich działanie.
- wzmaga się także produkcja krążącego we krwi interferonu, „antybiotyku” kręgowców o szerokim spektrum działania.
- nasila się przeciwwirusowe i przeciwnowotworowe działanie komórek NK.
- zmniejsza się wchłanianie żelaza z jelita i jego uwalnianie z wątroby, co limituje namnażanie się bakterii i innych patogenów.
- przyspieszona przemiana materii powoduje zwiększoną produkcję wolnych rodników, niszczących bakterie, lecz także własne tkanki.
Zatem osłabianie gorączki najczęściej wydłuża chorobę i osłabia reakcję obronną organizmu.
Gorączka - podsumowanie 1. Gorączka i zachowania chorobowe są
naturalną reakcją na czynniki chorobotwórcze.
2. Nie należy natychmiast obniżać temperatury ciała. Należy natomiastobserwować, czy nie rozwija się poważna choroba
3. Chora osoba musi mieć ciepło i spokój, dużo spać.
4. Chory powinien jeść niewiele, należy też znacznie ograniczyć spożycie mięsa i innych pokarmów białkowych.
4. Chory powinien dużo pić.