Hypothalamus - Neurohypophyse

Hypothalamus - Neurohypophyse
Unités d’enseignements
Tête et Cou
Année universitaire 2009-2010
Neuro-Physiologie
Pr. Denis CHEMLA
Physiologie
Université Paris Sud 11
Usage exclusif Paris Sud 11 - DCEM1
Plan
1- Hypothalamus : généralités
2- Hypothalamus-adénohypophyse
3- Hypothalamus-neurohypophyse
4- Régulations
5- Aspects cliniques
Système nerveux et système endocrinien
Maintien de l ’HOMEOSTASIE par 2 systèmes interagissant l ’un avec l ’autre:
Système endocrinien (hormonal) :
• Sécrétion d’hormones dans le sang
• Action lente, soutenue, le plus souvent agissant partout
Système nerveux :
• Influx nerveux
• Action rapide, mais brève, et le plus souvent locale
Le diencéphale
Formé de:
• Épithalamus
• Thalamus
• Hypothalamus
Épithalamus
• principale structure = épiphyse (ou
glande pinéale)
• Sécrète l ’hormone mélatonine
• Rôle dans la régulation du cycle
circadien
Thalamus
• Centre de relais : presque
toutes les informations
sensorielles y font relais
• « Tri » de l ’information
• Rôle dans les émotions
Hypothalamus (1)
1. Contrôle de tous les organes
végétatifs par le SNA (P et )
régulation de la pression artérielle
2. Rôle dans les émotions
3. Régulation de la température
4. Régulation de l'appétit
5. Régulation de la soif, compartiments liquidiens, osmoles
6. Horloge interne, rythme
veille/sommeil
7. Contrôle du système hormonal (par
le contrôle de l'hypophyse): stress, croissance, eau,
métabolisme, reproduction ...
Hypothalamus : généralités (2)
• < 1% de la masse de l’encéphale (~ 4 grammes)
• structure bilatérale : partie latérale et plancher du IIIème ventricule
• structure nerveuse du diencéphale ET glande endocrine
• certains neurones de l’hypothalamus
synthétisent des neurohormones
sécrètent ces neurohormones (neurosécrétion) qui sont
libérées directement dans le sang et non dans un espace synaptique
• survie de l’individu (homéostasie) et de l’espèce (reproduction)
• par ses liens avec l’hypophyse c’est le
« chef d’orchestre du concert endocrinien »
Hypothalamus : généralités (3)
• Anatomie: petit cône à pointe vers le bas limité
en haut par le sillon hypothalamique qui le sépare du thalamus
en bas et en avant
et en arrière
par le chiasma optique (+++)
par les corps mamillaires (et le tuber cinereum)
en dedans (médial) par le IIIème ventricule
en dehors (latéral) par la capsule interne
en avant par la lame terminale
en arrière par la calotte (tegumentum) du mésencéphale
• prolongé à sa base par la tige infundibulaire ou éminence médiane d ’ou
émerge la tige pituitaire (tige hypophysaire)
Hypothalamus : généralités (4)
• 3 régions dans le plan sagittal
antérieure (supraoptique)
moyenne (tubérale)
postérieure (mamillaire)
• 3 régions dans le plan coronal
hypothalamus périventriculaire
hypothalamus médian (noyaux neurosécréteurs magnocellulaires et parvocellulaires)
hypothalamus latéral (voies multisynaptiques ascendantes corticales et descendantes)
• l ’aire hypophysiotrope de l ’hypothalamus médian +++
moitié inférieure des régions préoptique et tubérale
différents noyaux : suprachiasmatique, supraoptique, paraventriculaire,
médian (dorsal et ventral) postérieur, aire thalamique latérale.
neurones neurosécréteurs magnocellulaires et parvocellulaires
Principales afférences et efférences (1)
1- Nature des stimuli
• Externes (stimuli sensoriels, sensitifs)
• Internes (stimuli nerveux, sanguins, locaux)
2- Afférences +++
• Noyau du faisceau solitaire : infos viscérales (PA, intestin)
• Système limbique et olfactif ---> émotions, odeurs, pensées ?
• Thalamus ---> douleur
• Substance réticulée activatrice ---> veille/sommeil
• Rétine et voies optiques ---> stimuli visuels
• Noyaux périventriculaires : pas de barrière hémato-méningée !
Sang +++ (T°, osmoles, hormones, immunité)
Principales afférences et efférences (2)
3- Efférences (homéostasie, comportements, ...)
• Contrôle de la glande pituitaire (hypophyse) (délai = heures, jours)
« l ’hypothalamus est le chef d ’orchestre du concert endocrinien »
• Autres connexions et fonctions
Centres autonomiques (SNA P), régulation thermique, prise de boisson,
alimentation, fureur, peur, sommeil et veille, comportement sexuel, mémoire
4- Neuromédiateurs, neuromodulateurs
• Afférences : noradrénaline, acétylcholine, sérotonine ---> Hypothalamus
• Efférences (QS)
---> éminence médiane (modulation des libérines)
---> adénohypophyse via le système porte (modulation des stimulines)
---> autres régions de l ’hypothalamus
• Sang ---> Hypothalamus
3 boucles de feed-back (QS)
Hypothalamus et SNA
1- Projections efférentes
• ---> Noyaux autonomiques du tronc cérébral (centres vitaux bulbaires - coeur,
pression artérielle, respiration - , vomissement, miction) et de la moelle
• dans le mésencéphale et le pont , occupent le faisceau longitudinal dorsal (de Schütz)
2- Effets de la stimulation (délai = secondes, minutes)
• aire hypothalamique antérieure --> P +
bradycardie, constriction de la pupille, péristaltisme ...
• aire hypothalamique postérieure -->  +
tachycardie, augmentation de la pression artérielle, dilatation pupille
• en clinique: deux systèmes à la fois opposés et complémentaires (Yin-Yang)
Rappels sur les effecteurs du SNA
1- Parasympathique (P)
• repos et digestion
• 2 neurones
• corps cellulaire neurone 1 : crânio-sacré
• neurone 1 long ; ganglion P près/sur les viscères
• synapse ganglionnaire à neuromédiateur Aétylcholine (R-Nicotinique)
• neurone 2 court; neuromédiateur Acétylcholine (R-Muscarinique M1 et M2)
2- Sympathique ()
• lutte et fuite
• 2 neurones
• corps cellulaire neurone 1 : thoraco-lombaire
• neurone 1 court ; ganglion  loin des viscères
• synapse ganglionnaire à neuromédiateur Acétylcholine (R-Nicotinique)
• neurone 2 long; neuromédiateur Noradrénaline (R- et R-1)
• médullosurrénale = gg   ---> hormone Adrénaline (R- R-1, R-2)
Thermorégulation, boisson, alimentation
1- Thermorégulation
• Thermostat hypothalamique (T° de consigne)
• Neurones thermosensibles (T° centrale et renforcement par neurones
thermosensibles de la peau)
• effecteur --> vasoconstriction détournant le flux sanguin de la peau
• pyrogènes endogènes, âge ...
2- Boisson
• zona incerta du noyau latéral
3-Alimentation
• influences socio-culturelles
• appestat
• centre de l ’alimentation (h. latéral)
• centre de la satiété (h. ventromédian)
• stimulations, lésions, modulation
• taux sanguins de sérotonine élevés (anorexiques) ou bas (boulimiques)
Emotions, veille/sommeil, sexe, mémoire
1- Fureur et peur
• amygdale +++
• noyaux latéral et ventro-médial aussi (comme l ’alimentation).2 exp :
stimulation ventro-médiale ---> maigres et anormalement sages
lésion ventro-médiale ---> obèses et agressifs
2- Veille/sommeil (QS)
• hypothalamus antérieur : noyau suprachiasmatique
• hypothalamus postérieur : noyau tubéro-mamillaire
• rôle de l ’histamine (veille)
3-Comportement sexuel
• sous-groupes de neurones avec R testostérone (M) et R oestrogènes (F)
4- Mémoire
• les corps mamillaires appartiennent au circuit de Papez (circuit limbique)
Hypothalamus et régulations intégrées
• Logique fonctionnelle
• Proximité de zones à effets complémentaires
• Energétique
Thermogénèse / appétit / effets métaboliques (thyroïde, masse corporelle ...) / SNA
• Balance hydrique
soif / SNA (coeur-artères-rein) / volume urinaire (HAD)
• Comportements
peur / sommeil-veille / glucocorticoïdes / SNA
• Reproduction
activité sexuelle / SNA / hormones sexuelles (testostérone, oestro-progestatifs)
• Croissance
lacatation / énergétique / liquides / SNA / comportements / facteurs de croissance
Système nerveux et système endocrinien
Maintien de l ’homéostasie par :
Système endocrinien (hormonal) :
• Sécrétion d’hormones dans le sang
• Action lente, mais soutenue
Système nerveux :
• Influx nerveux
• Action rapide, mais brève
Hormones et glandes endocrines
Hormone = Substance chimiques élaborée par une
cellule qui agit spécifiquement sur une
autre cellule.
Hormone locale : Sécrétée localement par des
cellules, elle agit sur les Ex. hormones
cellules voisines.
responsables de
l'inflammation
Hormone circulante: Sécrétée dans le sang par
des glandes endocrines.
Ex. adrénaline,
testostérone,
oestrogènes, etc.
Thyroïde et
parathyroïdes
Hypophyse
Glande surrénale
Pancréas
Ovaires
Testicules
La nature chimique des hormones
La plupart des hormones appartiennent à l'un de ces trois
groupes:
1. Les stéroïdes (corticoïdes, andro-oestro- et progesto-gènes ...)
2. Les dérivés d'acides aminés (A, NA, T3, T4, histamine ...)
3. Les protéines (insuline)
et les peptides (TRH, TSH, ADH, ocytocine, glucagon ...)
On distingue les hormones
• lipophiles (stéroïdes, T3-T4...)
• hydrophiles (dérivés d ’acides aminés, peptides, protéines)
Axe hypothalamo-hypophysaire
Hypophyse : généralités (1)
• glande pituitaire, hétérogène ( embryologique, anatomique et fonctionnel)
• impaire, médiane, à la base de l ’encéphale, logée dans une cavité de l ’os
sphénoïde : la selle turcique (+++)
• lobe antérieur = anté-hypophyse = tissu glandulaire (non nerveux)
adénohypophyse = lobe antérieur + partie associée de la tige pituitaire
circulation locale : 2 réseaux capillaires en série =
système porte hypothalamo-hypophysaire (SPHH)
H. hypothalamus (libérine) --> antéhypohyse (stimuline) --> périphérique
• lobe postérieur = post-hypophyse = tissu nerveux issu de l’hypothalamus
neurohypophyse = lobe postérieur + partie associée de la tige pituitaire
H. hypothalamus neurosécrétées au niveau posthypohyse dans la
circulation générale
Hypophyse : généralités (2)
1- lobe antérieur = anté-hypophyse = tissu glandulaire (non nerveux)
adénohypophyse = lobe antérieur + partie associée de la tige pituitaire
• ectoderme pharyngé (évagination de l ’épithélium buccal)
• ---> hormones peptidiques = stimulines (6 axes)
• ---> thyroïde, surrénales, testicules, ovaires, glandes lactogènes mammaires
• influencées par les libérines sécrétées par les neurones hypothalamiques
parvocellulaires des noyaux hypothalamiques
2- lobe postérieur = post-hypophyse = tissu nerveux issu de l’hypothalamus
neurohypophyse = lobe postérieur + partie associée de la tige pituitaire
• ectoderme diencéphalique à partir du plancher du IIIème ventricule
• axones et terminaisons des neurones magnocellulaires des noyaux
hypothalamiques
Hypothalamus (n. parvocellulaires) - adénohypophyse (1)
• 2 noyaux symétriques (hypothalamus médian) : corps cellulaires petits
• Les axones sécrètent à leur extrémité des hormones par « neurosécrétion »
• neuropeptides
• effets: le plus souvent stimulation (+) (releasing hormones RH ou libérines)
très rarement inhibitrices (-) (inhibiting hormones IH ou statines)
Hypothalamus (n. parvocellulaires) - adénohypophyse (2)
• circulation locale : 2 réseaux capillaires en série =
système porte hypothalamo-hypophysaire (SPHH)
1- capillaires dans l ’éminence médiane = réseau 1aire du SPHH (libérines)
2- communique par veine porte avec l’adénohypophyse
= réseau 2aire du SPHH (stimulines)
• cellules « ... tropes » de l ’adénohypophyse (thyréo-, somato-, gonado- etc ...)
car les stimulines ont un tropisme particulier pour une glande donnée.
Hypothalamus (neurones parvocellulaires) (3)
• Prix Nobel 1977 : neurohormones hypothalamiques parvocellulaires
• Roger Guillemin (France), Andrew Schally & Rosalin Yallow (USA)
• course puis réconciliation de RG et AS
• TRH puis les autres ...
• 20 ans, 5 millions de moutons, 50 tonnes d’hypothalamus
• Technologie +++
Radio Immuno Assay (RIA) grâce à RY associée au prix Nobel
a permis de doser des concentrations < picomole (10 -12 molaire)
Hypothalamus - adénohypophyse (4)
3 voies fonctionnelles en série
1- hypothalamus (n. parvocellulaires) ---> libérines (6 RH) et statines (3 IH)
---> circulation locale (SPHH 1 & 2) ---> cellule endocrine adénohypophyse
2- cellule endocrine adénohypophyse ---> stimulines (ou tropines) (7)
ACTH, TSH, FSH, LH, PRL, GH, MSH ---> circulation générale ---->
glandes endocrines (4) glande exocrine (1) ou cellules (2) cibles périphériques
3a- glandes cibles périphériques ---> hormones périphériques --->
circulation générale ---> tissus cibles effecteurs
3b- glande mammaire ---> lait
3c- mélanocytes ---> mélanine
* à part : lobe antérieur ---> -endorphines et  -LPH
Les 6 axes hypothalamo-antéhypophysaires (1)
1- Corticotrope ---> fasciculée de la corticosurrénale* --->
glucocorticoïdes : cortisol = hydrocortisone (et cortisone)
2- Thyréotrope ---> thryroïde ---> hormones thyroïdiennes T3, T4
3- Gonadotrope
homme ---> testicules ---> testostérone (tissu interstitiel, c. de Leydig)
et protéine de liaison (tubes séminifères c. de Sertoli)
femme ---> ovaires ---> oestradiol, progestérone
4- Somatotrope ---> foie et fibroblastes (GH), tissus cibles (GH et IGF)
5- Lactotrope ---> glandes mammaires ---> lait
6- Mélanotrope ? ---> mélanocytes ---> mélanine
* rappels : glomérulée ---> minéralocorticoïdes = aldostérone (et corticostérone)
réticulée ---> androgènes (et anabolisants)
Les 6 axes hypothalamo-antéhypophysaires (2)
Axe
H. HypothalamiqueH. Antéhypophysaire H. Périphérique
1- C
corticolibérine CRH
corticostimuline ACTH
2- T
thyréolibérine TRH
thyréostimuline TSH
3- G
gonadolibérine GnRH gonadostimulines FSH, LH
glucocorticoïdes
T3, T4
testostérone
oestrogènes
progestérone
Les 6 axes hypothalamo-antéhypophysaires (3)
Axe
4- S
H. Hypothalamique
somatolibérine GRH
H. Antéhypophysaire H. Périphérique
hormone de croissance GH
insulin like growth factor
(IGF= somatomédines)
somatostatine SRIH (-)
5- L
thyréolibérine TRH
prolactine PL
pas d’hormone (lait)
(par SPHH) prolactostatine PIH
= DA dopamine (-)
6- M ?
mélanolibérine MRH
mélanostatine MIH (-)
mélanostimuline MSH
pas d’hormone (mélanine)
Les 6 axes hypothalamo-antéhypophysaires (4)
Axe
H. Hypothalamique
H. Antéhypophysaire
H. Périphérique
1- C
corticolibérine CRH
corticostimuline ACTH
glucocorticoïdes
2- T
thyréolibérine TRH
thyréostimuline TSH
T3, T4
3- G
gonadolibérine GnRH
gonadostimulines FSH, LH
testostérone
oestrogènes, progestérone
4- S
somatolibérine GRH
somatostatine SRIH (-)
hormone de croissance GH
insulin like growth factor IGF
5- L
thyréolibérine TRH
(par SPHH) prolactostatine PIH = DA (-)
6- M ?
mélanolibérine MRH
mélanostatine MIH (-)
(= somatomédines)
prolactine PL
mélanostimuline MSH
pas d’hormone (lait)
pas d’hormone (mélanine)
Hypothalamus (n. magnocellulaires) - posthypophyse (neurohypophyse)
• Noyaux hypothamamiques magnocellulaires ---> ADH et ocytocine
deux nonapeptides de structure très proche
• 2 noyaux supra-optiques ----> HAD = AVP
connue sous deux noms différents !
hormone anti-diurétique (HAD) = arginine-vasopressine (AVP)
réabsorbe (économise) l ’eau au niveau du tubule rénal (antidiurèse)
vasoconstriction artérielle et hypertension (effet vasculaire pressif)
synthétisée par l’hypothalamus et libérée par la posthypophyse
• 2 noyaux paraventriculaires ---> ocytocine
accouchement
lactation
• libération (ADH ocyctocine) dans la circulation générale au niveau de la posthypophyse
The posterior pituitary
Hypothalamus
Neurosecretory
cells of the
hypothalamus
Hypothalamic
hormones
Posterior
pituitary
Hormone
ADH
Oxytocin
Target
Kidney
tubules
Mammary glands,
uterine muscles
Response
Aquaporins
activated;
H2O
reabsorbed
Eject milk
during nursing;
contraction
during labor
Vascularisation de l ’axe hypothalamo-hypophysaire
1- Système porte hypothalamo-antéhypophysaire
circulation locale : 2 réseaux capillaires en série =
• artère hypophysaire supérieure - veine porte :
capillaires dans l ’éminence médiane = réseau 1aire du SPHH
lieu de la neurosécrétion des libérines / statines
• veine porte - veine hypophysaire (en avant)
au niveau de l ’adénohypophyse = réseau 2aire du SPHH
lieu de la sécrétion des stimulines
2- Posthypophyse
réseau capillaire classique
artère hypophysaire inférieure - veine hypophysaire (en arrière)
lieu de la neurosécrétion d ’ADH et d ’ocyctocine
Rétrocontrôles
Rétrocontrôle (1)
1- Effet (rétro-action ou feed-back)
• inhibition
rétroaction négative (feed-back négatif)
système dit asservi
régulateur en constance
homéostasie (homéostat)
la grandeur de sortie (« output ») est réglée (grandeur de consigne)
malgré les variations des grandeurs d ’entrée (« input »)
grâce au feed-back négatif
• stimulation
rétroaction positive (feed-back positif)
système autocatalytique
régulateur en tendance (pour une période limitée)
à la longue: destruction ou blocage du système
Rétrocontrôle (2)
2- Circuits : trois types de boucles
• Hormone ---> Hypothalamus et/ou hypophyse
« long-loop feed-back »
• Hormone hypophysaire ---> Hypothalamus
« short-loop feed-back »
• Neurohormone hypothalamique ---> Hypothalamus
« ultra-short-loop feed-back »
Contrôle de la sécrétion hormonale par rétroaction biologique
Rétroaction négative (biofeedback):
Hypothalamus
inhibition
Ex. contrôle de la sécrétion de
testostérone
Gn-RH
Hypophyse
LH
Testicules
Rétroaction
Testostérone
FSH
Ex.
Sécrétion de
l'ocytocine lors de
l'accouchement
Stimulation
Rétroaction positive
Hypophyse
Ocytocine (OT)
Contractions de l'utérus
• GH
• TSH
• ACTH
• FSH et LH
• PRL
Adrenocorticotropic hormone
Corticotrophine ou hormone corticotrope
Stimule la glande corticosurrénale (cortex de
la surrénale) à sécréter ses hormones.
Sécrétion
contrôlée par la
sécrétion de
CRH (stimule)
par
l'hypothalamus.
Excès de cortisol ==>
• Effets anti-inflammatoires
• Dépression du système immunitaire
Excès pathologique de cortisone :
Lire p. 613
= maladie (ou syndrome) de Cushing
• Hyperglycémie (diabète stéroïde)
• Perte marquée de protéines musculaires et
osseuses
• Rétention d'eau et de sel (==> œdème)
La glande thyroïde
La glande thyroïde
Larynx
Trachée
Thyroïde
Thyroxine sécrétée par la
thyroïde; contient 4
atomes d'iode.
Sécrète:
• Thyroxine (ou T4)
• Triiodothyronine (ou T3)
• Calcitonine
Triiodothyronine surtout
formée à partir de
thyroxine dans les cellules
cibles; contient 3 atomes
d'iode.
Syndrome hypothyroïdien = myxoedème
= baisse des sécrétions de la thyroïde
• métabolisme basal lent
• sensation de froid
• constipation
• assèchement et épaississement de la peau
• œdème
• léthargie
Peut être causé par une carence en iode
==> goitre
Trouble hyperthyroïdien (maladie de Basedow)
= hypersécrétion de la thyroïde
• Accélération du métabolisme basal
• Pulsations cardiaques rapides et irrégulières
• Nervosité
• Perte de poids
• Exophtalmie (yeux exorbités)
• GH
Gonadotrophines
• TSH
• Hormone folliculostimulante (FSH)
• ACTH
• Hormone lutéinisante (LH)
• FSH et LH
• PRL
Stimulent le
fonctionnement des
gonades : ovaires et
testicules
Sécrétion contrôlée par
la sécrétion de GnRH
(stimule) et GnIH
(inhibe) par
l'hypothalamus.
Hyposécrétion de GH ==> nanisme hypophysaire
Hypersécrétion de GH ==> acromégalie et gigantisme
Acromégalie : élargissement des os,
surtout de la figure, des mains et des
pieds.
La GH produite par génie génétique
est utilisée illégalement depuis
quelques années par certains athlètes
L'hormone antidiurétique (ADH ou vasopressine)
ADH diminue la production d'urine par les reins
(anti-diurèse)
 sécrétion d'ADH
 production d'urine
 sécrétion d'ADH
 production d'urine
Diabète insipide
Carence en ADH (urines > 10 L/ j)
(urines sans goût sucré) Génétique, autoimmunne, lésionnelle
Lire Marieb, p. 603
Oligurie par baisse d ’ADH
(stress, alcool, tumeurs ...)
• GH
Prolactine
• TSH
Stimule la fabrication de lait par les seins.
• ACTH
• FSH et LH
• PRL
Sécrétion contrôlée par
la sécrétion de PRH
(stimule) et PIH (inhibe)
par l'hypothalamus.
"Grande tétée" au stade Charléty
AFP Publié le 14 octobre 2007
La GH produite par génie génétique
est utilisée illégalement depuis
quelques années par certains athlètes