L’hypothalamus

Michel Simonneau 21 Avril 2009

michel.simonneau@inserm.fr

1. Anatomie fonctionnelle2. HT: contrôle direct3. HT: contrôle via l’adénohypophyse4. HT& thermorégulation5. HT & motivations : soif6. HT & motivations : faim7. HT & rythmes biologiques8. Plasticité

1. Anatomie fonctionnelle

Région préoptiqueGonadotrophique; dimorphisme sexuelRégulation PA, Fréquence cardiaque,

ThermosensibilitéNoyau supra-chiasmatique

Afférences rétine; Efferences pinéales;Rythmes circadiens

RPO

NSC

Quatre zones antéro-postérieures :

Chiasmatique

Antérieur

Moyen (tuber)

Postérieur (mamillaire)

Noyau antérieurThermorégulation (lésion : hyperthermie) Efférences parasympathiques

Noyau para-ventriculaireParvocellulaireSympathiqueMagnocellulaire

Noyau supra-optiqueMagnocellulaire

Vasopressine (ADH)Ocytocine

NS0

NPV

Ant

Noyau arquéParvocellulaire (Dopamine; PIF; beta-endorphines)

Noyau dorso-médianAfférences limbiquesFaim, comportements

Noyau ventro-médian Afférences : amygdaleCentre satiétéLésion : obésité & agressivité

NA

NDM

NVM

Corps mamillaireAfférence : fornixEfférence: faisceau mamillo-thalamique (système limbique)

Noyau HT postérieurFonctions autonomesPression artérielleThermorégulation (production de chaleur)

CM

NHP

Ht latéral

• FMT: faisceau Médian Télencéphale

• Centre de la faim; soif

• Lésion : induit anorexie

Concomitance de trois signes cliniques : ptosis, myosis et énophtalmie.Il est consécutif à une atteinte des fibres du système nerveux sympathique

(i.e. tumeur hypothalamique)

2. HT : contrôle direct

équilibre hydrique (ADH)

fonctions de reproduction (ocytocine)

Ocytocine

Lors de la parturition, l’ocytocineest libérée de l’hypophyse postérieure par stimulation du col utérin et par les contractions du myomètre

Reflexe de Ferguson

3. HT: contrôle via l’adénohypophyse

Cinq types d’adenocytessomatotropes 50%; gonadotropes 15%; Thyreotropes 10%; corticotropes 5%; lactotropes 5%

L GS

GRH GIH

GH

PIH

S

CRH ADH

ACTH

T

TRH GIH

GHPRL

GnRH

LH FSH

--+ + + + + -

• Corticoliberine (CRH) 41 AA Guillemin, Schally

• Thyroliberine (TRH) 3 AA

• Gonadoliberine (GnRH) 10 AA

• Somatocrinine (GRH) 44 AA

• Somatostatine (GIH)

• dopamine (PIH) (neurones tubero-infundibulairesTIDA)

Reflexe neuro-endocrine : la lactation

Electrophysiological recording of an oxytocin neurone in the paraventricular nucleus

showing the relation between neuronal firing and milk ejection.

Neurones GnRH (gonadolibérine) : Aire Préoptique médiane

modulation via neurones dopaminergiques du NArqué (EM);des neurones à beta-endorphine;des neurones GABA et des neurones du tronc et de la medulla

medulla

Cellules excitablespouvant générer des P.A. calciques en plateau

4. HT & thermorégulation

HT antérieur : lutte contre le chaud

HT postérieur : lutte contre le froid

Fonctionnement de la boucle de thermorégulation

1 : centre intégrateur commandant tous les effecteurs (hypothalamus)2 : centre intégrateur commandant une parties des effecteurs (Moelle épinière)

Firing rate activity of 3 types of preoptic neurons. Warm-sensitive neurons (W) increase their firing rates during increases in preoptic temperature (Tpo), and it is postulated that some of these neurons control heat loss responses that respond similarly to changes in Tpo. Warmsensitive neurons also synaptically inhibit cold-sensitive neurons (C), which increase their firing rates during decreases in Tpo. It has been postulated that some cold-sensitive neurons play a partial role in heat production and heat retention responses, which also increase during decreases in Tpo.Temperature-insensitive neurons (I) show little change in their firing rates during changes in Tpo, and these neurons may provide tonic synaptic input that is compared with synaptic input from warm-sensitive neurons. Warm-sensitive neurons are also affected by pyrogens and afferent synaptic input from skin and spinal thermoreceptors. 1, excitation; 2, inhibition.

5. HT Comportement de soif

• Soif osmotique (soif intracellulaire)Hypertonicité du milieu extérieurOsmorécepteurs Organes circumventriculairesDiabète insipide

• Soif volumique (soif extracellulaire)Réduction du volume circulatoireVolorécepteurs Noyau Tractus Solitaire (NTS)

THE TRAVELS AND

SURPRISING ADVENTURES OF

BARON MUNCHAUSEN (1785)

Contrôle de la soif :

Afférences nerveuses Osmorécepteurs (Organes circumventriculaires)Volorécepteurs (oreillettes)

Afférences hormonales (récepteurs de l’angiotensine II : paroi du 3ième ventricule)

Diabète insipideInaptitude du rein à concentrer l'urine. Il est du à une déficience en hormone antidiurétique, ou à une insensibilité des reins à cette hormone.

Chémorécepteurs du glomus carotidien

modification du niveau d’O2 sanguinCanaux K+, canaux Ca++, libération du neurotransmetteur(ACh; amines biogènes)

Osmorécepteurs Canaux cationiquesAu centre : situation normaleHypotonicité : gonflement de la cellule ; moins de canaux ouvertsHypertonicité : rétrécissement de la celluleOuverture des canaux cationiques ; dépolarisation

volorécepteurs Canaux cationiques liés au cytosquelette

6. HT & faim

Eveil spécifique du SNC qui, en réponse à des stimuli internes, dirige un comportement de recherche, de sélection et d’ingestion des aliments en assurant par cette direction, un équilibre du bilan d’énergie et de matière de l’organisme (Le Magnen)

6.1. centres & point de consigne6.2. noyaux impliqués

Morton et al., Nature 2006

Morton et al., Nature 2006

Morton et al., Nature 2006

Morton et al., Nature 2006

7. HT & rythmes biologiques

7.1. Information photopériodique Pinealocytes (récepteurs beta-1)

7.2. HT & sommeil H lateral : neurones orexinesNoyau tubéro-mamillaire

Identification des neurones induisant l’éveil :(vieilles données historiques : encéphalites léthargiques)Noyau Tubéromamillaire (histamine)Locus coeruleus (NA)Raphé (5HT)

Identification des neurones induisant le sommeil :Noyau Préoptique ventro-lateral : neurones GABAergiquesGallopin et al., Nature 2000

Effet excitateur des neurones orexines

Invalidation du gène orexine : souris (cataplexie/ Yanagisawa)Narcolepsie : 1/2000Doberman : mutation d’un des récepteurs des oréxines (Emmanuel Mignot, Stanford)

EEG recordings during the first hour of sleep.

The waking state with the eyes open is characterized by high-frequency (15–60 Hz), low-amplitude activity (~30 μV) activity. This pattern is called beta activity. Descent into stage I non-REM sleep is characterized by decreasing EEG frequency (4–8 Hz) and increasing amplitude (50–100 μV), called theta waves. Descent into stage II non-REM sleep is characterized by 10–15 Hz oscillations (50–150 μV) called spindles,which occur periodically and last for a few seconds. Stage III non-REM sleep is characterized by slower waves at 2–4 Hz (100–150 μV). Stage IV sleep is defined by slow waves (also called delta waves) at 0.5–2 Hz (100–200 μV). After reaching this level of deep sleep, the sequence reverses itself anda period of rapid eye movement sleep, or REM sleep, ensues. REM sleep is characterized by low-voltage, high-frequency activity similar to the EEG activity of individuals who are awake.

8. Plasticité synaptique

Notion de plan (blueprint)(Horvath; Yale)8:00 am : satiété majorité inhibition neurones NPY et excitation POMC8:00 pm : faim ; situation inverse

Nestler & Carlezon, 2006

Circuit de la récompense