Hypothalamus - Neurohypophyse

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1 Hypothalamus - Neurohypophyse Unités d enseignements Tête et Cou Année universitaire Neuro-Physiologie Pr. Denis CHEMLA Physiologie Université Paris Sud 11 Usage exclusif Paris Sud 11 - DCEM1

2 Plan 1- Hypothalamus : généralités 2- Hypothalamus-adénohypophyse 3- Hypothalamus-neurohypophyse 4- Régulations 5- Aspects cliniques

3 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

4 Le diencéphale Formé de: Épithalamus Thalamus Hypothalamus

5 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

6 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...

7 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»

8 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 par le chiasma optique (+++) et en arrière 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)

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10 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

11 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)

12 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)

13 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)

14 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)

15 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 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)

16 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)

17 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

18 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

19 Hormones et glandes endocrines Hormone = Substance chimiques élaborée par une cellule qui agit spécifiquement sur une autre cellule. Hormone locale : Hormone circulante: Sécrétée localement par des cellules, elle agit sur les cellules voisines. Sécrétée dans le sang par des glandes endocrines. Ex. adrénaline, testostérone, oestrogènes, etc. Ex. hormones responsables de l'inflammation

20 Thyroïde et parathyroïdes Hypophyse Glande surrénale Pancréas Ovaires Testicules

21 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)

22 Axe hypothalamo-hypophysaire

23 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

24 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

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29 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)

30 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.

31 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 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)

32 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

33 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)

34 Les 6 axes hypothalamo-antéhypophysaires (2) Axe H. HypothalamiqueH. 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

35 Les 6 axes hypothalamo-antéhypophysaires (3) Axe H. Hypothalamique H. Antéhypophysaire H. Périphérique 4- S somatolibérine GRH hormone de croissance GH insulin like growth factor somatostatine SRIH (-) (IGF= somatomédines) 5- L thyréolibérine TRH prolactine PL pas d hormone (lait) (par SPHH) prolactostatine PIH = DA dopamine (-) 6- M? mélanolibérine MRH mélanostimuline MSH pas d hormone (mélanine) mélanostatine MIH (-)

36 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 hormone de croissance GH insulin like growth factor IGF somatostatine SRIH (-) (= somatomédines) 5- L thyréolibérine TRH prolactine PL pas d hormone (lait) (par SPHH) prolactostatine PIH = DA (-) 6- M? mélanolibérine MRH mélanostimuline MSH pas d hormone (mélanine) mélanostatine MIH (-)

37 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

38 The posterior pituitary Hypothalamus Hypothalamic hormones Neurosecretory cells of the hypothalamus Posterior pituitary Hormone ADH Oxytocin Target Kidney tubules Mammary glands, uterine muscles Response Aquaporins activated; H 2 O reabsorbed Eject milk during nursing; contraction during labor

39 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

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41 Rétrocontrôles

42 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

43 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»

44 Contrôle de la sécrétion hormonale par rétroaction biologique Rétroaction négative (biofeedback): Ex. contrôle de la sécrétion de testostérone inhibition Hypothalamus Gn-RH Hypophyse LH FSH Testicules Rétroaction Testostérone

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46 Rétroaction positive Ex. Sécrétion de l'ocytocine lors de l'accouchement Stimulation Hypophyse Ocytocine (OT) Contractions de l'utérus

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48 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.

49 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)

50 La glande thyroïde La glande thyroïde Larynx Trachée Thyroïde Sécrète: Thyroxine (ou T4) Triiodothyronine (ou T3) Thyroxine sécrétée par la thyroïde; contient 4 atomes d'iode. Triiodothyronine surtout formée à partir de thyroxine dans les cellules cibles; contient 3 atomes d'iode. Calcitonine

51 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

52 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)

53 GH TSH ACTH FSH et LH PRL Gonadotrophines Hormone folliculostimulante (FSH) Hormone lutéinisante (LH) Stimulent le fonctionnement des gonades : ovaires et testicules Sécrétion contrôlée par la sécrétion de GnRH (stimule) et GnIH (inhibe) par l'hypothalamus.

54 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

55 L'hormone antidiurétique (ADH ou vasopressine) ADH diminue la production d'urine par les reins (anti-diurèse) sécrétion d'adh sécrétion d'adh production d'urine production d'urine Diabète insipide (urines sans goût sucré) Carence en ADH (urines > 10 L/ j) Génétique, autoimmunne, lésionnelle Lire Marieb, p. 603 Oligurie par baisse d ADH (stress, alcool, tumeurs...)

56 GH TSH ACTH FSH et LH PRL Prolactine Stimule la fabrication de lait par les seins. Sécrétion contrôlée par la sécrétion de PRH (stimule) et PIH (inhibe) par l'hypothalamus.

57 "Grande tétée" au stade Charléty AFP Publié le 14 octobre 2007

58 La GH produite par génie génétique est utilisée illégalement depuis quelques années par certains athlètes