Hypothalamus - Neurohypophyse

Unités d’enseignementsTête et Cou

Année universitaire 2009-2010Neuro-Physiologie

Pr. Denis CHEMLA

Physiologie

Université Paris Sud 11

Usage exclusif Paris Sud 11 Usage exclusif Paris Sud 11 -- DCEM1DCEM1

Plan

1- Hypothalamus : généralités

2- Hypothalamus-adénohypophyse

3- Hypothalamus-neurohypophyse

4- Régulations

5- Aspects cliniques

Système nerveux et système endocrinien

Système endocrinien (hormonal) :

Système nerveux :

Maintien de l ’HOMEOSTASIE par 2 systèmes interagissant l ’un avec l ’autre:

• Sécrétion d’hormones dans le sang

• Action lente, soutenue, le plus souvent agissant partout

• Influx nerveux

• Action rapide, mais brève, et le plus souvent locale

Le diencéphale

Formé de:

• Épithalamus

• Thalamus

• Hypothalamus

Épithalamus

• principale structure = épiphyse (ouglande pinéale)

• Sécrète l ’hormone mélatonine

• Rôle dans la régulation du cyclecircadien

Épithalamus

• principale structure = épiphyse (ouglande pinéale)

• Sécrète l ’hormone mélatonine

• Rôle dans la régulation du cyclecircadien

Thalamus

• Centre de relais : presquetoutes les informationssensorielles y font relais

• « Tri » de l ’information

• Rôle dans les émotions

Thalamus

• Centre de relais : presquetoutes les informationssensorielles y font relais

• « Tri » de l ’information

• Rôle dans les émotions

Hypothalamus (1)

1. Contrôle de tous les organesvégétatifs 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, rythmeveille/sommeil

7. Contrôle du système hormonal (parle 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 neurohormonessécrètent ces neurohormones (neurosécrétion) qui sontlibérées 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 thalamusen 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 ventriculeen dehors (latéral) par la capsule interneen 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 sagittalantérieure (supraoptique)moyenne (tubérale)postérieure (mamillaire)

• 3 régions dans le plan coronalhypothalamus périventriculairehypothalamus 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 tubéraledifférents 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)

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 fonctionsCentres 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)

Principales afférences et efférences (2)

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)

Hypothalamus et 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)

Rappels sur les effecteurs du SNA

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)

Thermorégulation, boisson, alimentation

1- Fureur et peur• amygdale +++• noyaux latéral et ventro-médial aussi (comme l ’alimentation).2 exp :

stimulation ventro-médiale ---> maigres et anormalement sageslésion 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)

Emotions, veille/sommeil, sexe, mémoire

• Logique fonctionnelle

• Proximité de zones à effets complémentaires

• EnergétiqueThermogénèse / appétit / effets métaboliques (thyroïde, masse corporelle ...) / SNA

• Balance hydriquesoif / SNA (coeur-artères-rein) / volume urinaire (HAD)

• Comportementspeur / sommeil-veille / glucocorticoïdes / SNA

• Reproductionactivité sexuelle / SNA / hormones sexuelles (testostérone, oestro-progestatifs)

• Croissancelacatation / énergétique / liquides / SNA / comportements / facteurs de croissance

Hypothalamus et régulations intégrées

Système nerveux et système endocrinien

Système endocrinien (hormonal) :

Système nerveux :

Maintien de l ’homéostasie par :

• Sécrétion d’hormones dans le sang

• Action lente, mais soutenue

• Influx nerveux

• Action rapide, mais brève

Hormones et glandes endocrines

Hormone = Substance chimiques élaborée par unecellule qui agit spécifiquement sur uneautre cellule.

Sécrétée localement par descellules, elle agit sur lescellules voisines.

Sécrétée dans le sang pardes glandes endocrines.

Hormone locale :

Hormone circulante:

Ex. hormonesresponsables del'inflammation

Ex. adrénaline,testostérone,oestrogènes, etc.

TesticulesOvaires

Hypophyse

Glande surrénale

Pancréas

Thyroïde et parathyroïdes

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

• 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 pituitairecirculation 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’hypothalamusneurohypophyse = lobe postérieur + partie associée de la tige pituitaireH. hypothalamus neurosécrétées au niveau posthypohyse dans la circulation générale

Hypophyse : généralités (1)

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’hypothalamusneurohypophyse = 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

Hypophyse : généralités (2)

• 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 (1)

• 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 (n. parvocellulaires) - adénohypophyse (2)

• 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 Nobela permis de doser des concentrations < picomole (10 -12 molaire)

Hypothalamus (neurones parvocellulaires) (3)

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 effecteurs3b- glande mammaire ---> lait 3c- mélanocytes ---> mélanine

* à part : lobe antérieur ---> -endorphines et -LPH

Hypothalamus - adénohypophyse (4)3 voies fonctionnelles en série

1- Corticotrope ---> fasciculée de la corticosurrénale* --->glucocorticoïdes : cortisol = hydrocortisone (et cortisone)

2- Thyréotrope ---> thryroïde ---> hormones thyroïdiennes T3, T4

3- Gonadotropehomme ---> 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 (1)

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 testostéroneoestrogènes progestérone

Les 6 axes hypothalamo-antéhypophysaires (2)

Axe H. Hypothalamique H. Antéhypophysaire H. Périphérique

4- S somatolibérine GRH 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 mélanostimuline MSH pas d’hormone (mélanine) mélanostatine MIH (-)

Les 6 axes hypothalamo-antéhypophysaires (3)

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 testostéroneoestrogènes, progestérone

4- S somatolibérine GRH hormone de croissance GH insulin like growth factor IGFsomatostatine 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 (-)

Les 6 axes hypothalamo-antéhypophysaires (4)

• Noyaux hypothamamiques magnocellulaires ---> ADH et ocytocinedeux nonapeptides de structure très proche

• 2 noyaux supra-optiques ----> HAD = AVPconnue 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 ---> ocytocineaccouchementlactation

• libération (ADH ocyctocine) dans la circulation générale au niveau de la posthypophyse

Hypothalamus (n. magnocellulaires) - posthypophyse (neurohypophyse)

Hypothalamus

Hypothalamichormones

Posteriorpituitary

Neurosecretorycells of thehypothalamus

Hormone ADH Oxytocin

Target Kidney Mammary glands,tubules uterine muscles

Response Eject milkduring nursing;

contractionduring labor

Aquaporinsactivated;

H2Oreabsorbed

The posterior pituitary

1- Système porte hypothalamo-antéhypophysairecirculation locale : 2 réseaux capillaires en série = • artère hypophysaire supérieure - veine porte :

capillaires dans l ’éminence médiane = réseau 1aire du SPHHlieu de la neurosécrétion des libérines / statines

• veine porte - veine hypophysaire (en avant) au niveau de l ’adénohypophyse = réseau 2aire du SPHHlieu de la sécrétion des stimulines

2- Posthypophyseréseau capillaire classiqueartère hypophysaire inférieure - veine hypophysaire (en arrière)lieu de la neurosécrétion d ’ADH et d ’ocyctocine

Vascularisation de l ’axe hypothalamo-hypophysaire

Rétrocontrôles

Rétrocontrôle (1)

1- Effet (rétro-action ou feed-back)• inhibition

rétroaction négative (feed-back négatif)système dit asservi régulateur en constancehoméostasie (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 autocatalytiquerégulateur 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):Rétroaction négative (biofeedback):

Ex. contrôle de la sécrétion detestostérone

Hypothalamus

Gn-RH

Hypophyse

FSHLH

Testicules

Testostérone

inhi

bitio

n

Rétroaction

Rétroaction positive

Stim

ulat

ionEx.

Sécrétion del'ocytocine lors del'accouchement

Contractions de l'utérus

Hypophyse

Ocytocine (OT)

• GH

• TSH

• ACTH

• FSH et LH

• PRL

Corticotrophine ou hormone corticotropeAdrenocorticotropic hormone

Stimule la glande corticosurrénale (cortex dela surrénale) à sécréter ses hormones.

Sécrétioncontrôlée par lasécrétion deCRH (stimule)parl'hypothalamus.

Excès de cortisol ==>

• Effets anti-inflammatoires

• Dépression du système immunitaire

Excès pathologique de cortisone :

= maladie (ou syndrome) de Cushing

Lire p. 613

• Hyperglycémie (diabète stéroïde)

• Perte marquée de protéines musculaires etosseuses

• Rétention d'eau et de sel (==> œdème)

La glande thyroïdeLa glande thyroïde

Larynx

Trachée

Thyroïde

Sécrète:

• Thyroxine (ou T4)

• Triiodothyronine (ou T3)

• Calcitonine

Thyroxine sécrétée par lathyroïde; contient 4atomes d'iode.

Triiodothyronine surtoutformée à partir dethyroxine dans les cellulescibles; contient 3 atomesd'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

• TSH

• ACTH

• FSH et LH

• PRL

Gonadotrophines

• Hormone folliculostimulante (FSH)

• Hormone lutéinisante (LH)

Stimulent lefonctionnement desgonades : ovaires ettesticules

Sécrétion contrôlée parla sécrétion de GnRH(stimule) et GnIH(inhibe) parl'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 génétiqueest 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(urines sans goût sucré)

Carence en ADH (urines > 10 L/ j)Génétique, autoimmunne, lésionnelle

Lire Marieb, p. 603Oligurie par baisse d ’ADH(stress, alcool, tumeurs ...)

• GH

• TSH

• ACTH

• FSH et LH

• PRL

Prolactine

Stimule la fabrication de lait par les seins.

Sécrétion contrôlée parla sécrétion de PRH(stimule) et PIH (inhibe)par l'hypothalamus.

"Grande tétée" au stade CharlétyAFP Publié le 14 octobre 2007

La GH produite par génie génétiqueest utilisée illégalement depuis

quelques années par certains athlètes