L’ipotalamo

L’ipotalamo è il ganglio vegetativo più importante del corpo umano poiché ha una funzione di controllo su tutte le funzioni autonomiche. L’ipotalamo svolge anche un ruolo fondamentale nelle funzioni definite omeostatiche, ossia quelle funzioni che nell’organismo devono essere mantenute costanti nel tempo. Ci sono alcuni parametri biologici che vanno mantenuti costanti nel tempo per poter garantire la nostra sopravvivenza, uno su tutti la temperatura.

Ipotalamo cos’è

L’ipotalamo è un organo che pesa pochi grammi e risulta costituito da una componente periventricolare, da una componente intermedia e da una componente laterale.

Funzione dell’Ipotalamo

Il nucleo soprachiasmatico controlla i ritmi circadiani perché riceve afferenze dalla retina attraverso il fascio retino-ipotalamico: i fotocettori da cui parte il fascio retino-ipotalamico sono distinti da quelli che sono responsabili dei fenomeni della visione.

Ipotalamo Componenti

In senso medio-laterale, dal terzo ventricolo spostandosi lateralmente, c’è una componente periventricolare, una componente intermedia e una componente laterale:

1. componente periventricolare dell’ipotalamo: nella componente periventricolare non c’è una definizione nucleare specifica.
2. componente laterale dell’ipotalamo: anche in questa non ci sono nuclei ben definiti. Nella componente laterale  si ritrova un fascio, il fascio telencefalico mediale, e una serie di nuclei non ben raggruppati che sono i nuclei del tuber cinereum.
3. Componente intermedia dell’ipotalamo: la componente nucleare che è coinvolta in modo preponderante nel controllo dei fenomeni omeostatici è la componente intermedia.

Nella componente intermedia invece c’è una organizzazione nucleare ben definita in cui è possibile raggruppare i nuclei in un gruppo anteriore, un gruppo intermedio e un gruppo posteriore.

Gruppo anteriore dell’ipotalamo

All’interno del gruppo anteriore si distingue il nucleo preottico, il nucleo sopraottico, il nucleo soprachiasmatico e il nucleo paraventricolare.

Nuclei sopraottico e paraventricolare dell’ipotalamo

I nuclei sopraottico e paraventricolare sono quelli legati alla neuroipofisi, ossia sono quelli che producono ossitocina ed ormone antidiuretico in risposta a stimoli elettrici e che vengono rilasciati nella neuroipofisi attraverso un passaggio assoplasmatico.

Sono coinvolti nella sintesi degli ormoni che vengono trasportati a livello della neuro-ipofisi e che si distribuiscono come ormone antidiuretico ed ossitocina a livello sistemico. L’area preottica è coinvolta soprattutto nei meccanismi di controllo della temperatura.
Componente intermedia della componente intermedia: nucleo tuberale, nucleo infundibulare, nucleo ventromesiale e dorsomesiale.

Nucleo soprachiasmatico dell’ipotalamo

Il nucleo soprachiasmatico è invece al centro del controllo di quelli che sono i ritmi, ossia di tutte quelle funzioni che nell’organismo hanno un andamento che si confà e si organizza in base all’alternanza luce buio. Gli orologi biologici interni non hanno un andamento che è di 24 ore, infatti se si chiude in una grotta un soggetto, molte di quelle funzioni che riteniamo avere una ciclicità nelle 24 ore hanno invece una ciclicità più lunga di oltre 25 ore.
Ciò vuol dire che il nucleo soprachiasmatico dell’ipotalamo è in grado di far si che i cosiddetti “oscillatori schiavi”, cioè quelle strutture che controllano  le diverse funzioni biologiche che hanno un andamento circadiano si confacciano all’ alternanza luce buio e per fare questo ricevono informazioni dal fasco retino-ipotalamico circa il grado di luminosità esterno (ci  sono specifici fotorecettorei a livello della retina, che non sono i coni e i bastoncelli, che hanno la capacità di descrivere il grado di luminosità esterno).

Il nucleo soprachiasmatico controlla i ritmi circadiani perché riceve afferenze dalla retina attraverso il fascio retino-ipotalamico: i fotocettori da cui parte il fascio retino-ipotalamico sono distinti da quelli che sono responsabili dei fenomeni della visione.

Melatonina l’ormone prodotto dall’epifisi

L’ipotalamo a sua volta si connette all’epifisi, che è la ghiandola che produce l’ormone melatonina, la cui secrezione aumenta nelle fasi di buio.

Il nucleo infundibulare è anche detto nucleo arcuato.

Componente posteriore dell’ipotalamo

Nella componente posteriore si ritrovano i nuclei mammillari, distinti in un premammillare, sopramamillare, mammillare propriamente detto e il nucleo posteriore dell’ipotalamo.
L’ipotalamo riceve informazioni da tutta una serie di strutture che gli consentono di essere il centro regolatorio del sistema nervoso autonomo. Sherrington è stato il primo ad indicare l’ipotalmo come il ganglio vegetativo di ordine superiore che di fatto controlla tutta l’attività del sistema nervoso autonomo.
Oggi si sa che l’ipotalamo riceve informazioni anche dal sistema limbico e mette quindi in gioco meccanismi di tipo comportamentale. Le fibre che dal sistema limbico si portano all’ipotalamo sono: il fascio telencefalico mediale che connette la componente paraolfattoria del sistema limbico a tutto l’ipotalamo, la stria terminale che connette l’amigdala all’ipotalamo, più in particolare alla regione ventro-mediale, ed il fornice che connette l’ippocampo all’ipotalamo, più precisamente nella componente posteriore a livello dei nuclei mammillari.

Fibre che connettono l’ipotalamo con il tronco encefalico

Poi ci sono tutta una serie di fibre che connettono le strutture del sistema nervoso autonomo a livello tronco encefalico con l’ipotalamo e queste fibre sono rappresentate dal fascicolo noradrenergico ventrale e dal fascicolo noradrenergico dorsale. Il fascicolo noradrenergico ventrale parte dal nucleo del tratto solitario, in questo modo l’ipotalamo riceve informazioni dai visceri. Il fascicolo noradrenergico dorsale origina dal locus coeruleus e si porta a livello dell’ipotalamo posteriore. C’è ancora un fascio serotoninergico che origina dai nuclei del rafe del tronco  dell’encefalo e si distribuisce a diversi nuclei ipotalamici.

Ipotalamo anteriore

Poi c’è il fascio adrenergico che origina dai neuroni adrenergici del tronco dell’encefalo e si porta all’ipotalamo anteriore. Ci sono le fibre retino-ipotalamiche che partono da recettori a livello della retina in grado di stabilire il grado di luminosità esterno e arrivano al nucleo soprachismatico, questo fascio dall’ipotalamo, tramite proiezioni, arriva all’epifisi dove ci sarà il controllo della sintesi e del rilascio di melatonina. Vi sono fasci che connettono il talamo e i nuclei della base all’ipotalamo. Il fascicolo dorsale longitudinale di Shutz connette l’ipotalamo a diverse formazioni del tronco dell’encefalo e più in particolare alla sostanza reticolare, da cui partono i fasci reticolo spinali e di conseguenza in questo modo l’ipotalamo può controllare anche informazioni relative alle risposte motorie e modulare l’attività dei motoneuroni.

Per quanto riguarda i fasci efferenti si annoverano il tratto di Vich D’Azir , che è il tratto mammillo-talamico e mette in connessione i nuclei mammillari ai nuclei anteriori del talamo.
Poi c’è il tratto mammillo-tegmentale che connette l’ipotalamo al tegmento del mesencefalo. Poi ci sono i tratti che connettono l’ipotalamo all’ipofisi e più in particolare: il tratto tubero infundibulare che connette l’ipotalamo all’ipofisi anteriore e controlla i fattori di rilascio di questa, il tratto che connette l’ipotalamo all’ipofisi posteriore che di fatto rilascia ossitocina ed ormone antidiuretico.

Ipotalamo funzioni

Controllo temperatura corporea

Noi siamo animali omeotermi, ossia manteniamo la temperatura del nostro “core”, cioè della parte centrale del nostro corpo, più o meno costante anche se con piccole variazioni di ritmo circadiano, intorno a 37°C. La temperatura è un parametro biologico che subisce delle variazioni circadiane con un picco minimo che si registra nella seconda metà del periodo di sonno (intorno alle 4 del mattino) e un picco massimo che viene registrato intorno alla seconda metà del ciclo di veglia (intorno alle 4 del pomeriggio).

Controllo del peso corporeo

Un altro dei parametri controllati a lungo temine dall’ipotalamo è il peso corporeo. Queste funzioni sono garantite da tutta una serie di connessioni che l’ipotalamo, struttura di pochi grammi, contrae con strutture chiave del sistema nervoso che sono le strutture del sistema limbico, le strutture da cui originano e a arrivano le  afferenze autonomiche e altre connessioni che l’ipotalamo intrattiene con la ghiandola ipofisi, quella che nel suo complesso controlla il sistema endocrino dell’organismo.

L’ipotalamo raccoglie informazioni

In pratica l’ipotalamo si ritrova al centro di tutta una serie di informazioni che gli vengono da strutture che hanno a che  fare con la vita emotiva e di relazione, strutture che hanno a che fare con il controllo dei sistemi viscerali e con il sistema endocrino che di fatto svolge nell’organismo un programma di integrazione.

L’ipotalamo si trova al centro di tutta una serie di informazioni che fanno si che questa struttura sia in grado di controllare tutta una serie di funzioni che hanno lo scopo di gestire l’attività autonomica ma anche e soprattutto di regolare in senso omeostatico diversi parametri dell’organismo anche attraverso il controllo del sistema endocrino. L’ipotalamo contiene dei neuroni per i quali è stato coniato il termine di trasduttori neuro-ormonali, ciò significa che questi neuroni sono capaci di ricevere informazioni da strutture del sistema nervoso attraverso dei potenziali elettrici, quindi attraverso potenziali d’azione, e trasdurli in segnali di tipo endocrino: rilascio di sostanze endocrine in risposta a stimoli nervosi.

La neurosecrezione

Questa è la ragione per cui si parla di “neurosecrezione”. Dal punto di vista della capacità di trasformare in segnali elettrici in segnali ormonali i neuroni dell’ipotalamo possono essere distinti in due gruppi: i neuroni magnocellulari e i neuroni parvocellulari.

I neuroni magnocellulari

I neuroni magnocellulari sono quelli che fanno parte del nucleo sopraottico e paraventricolare, ossia gruppo anteriore dei neuroni ipotalamici. I neuroni magnocellulari del nucleo sopraottico e paraventricolare producono gli ormoni ossitocina e ormone antidiuretico, questi ormoni vengono poi trasportati insieme a delle neurofisine con un trasporto di tipo asso-plasmatico a livello della ipofisi posteriore da dove vengono rilasciati nel circolo sistemico.

I neuroni parvocellulari

A differenza dei fattori di controllo che sono prodotti dai neuroni parvocellulari che invece sono rilasciati non nel circolo sistemico ma nel circolo portale ipofisario. Il nucleo sopraottico e nucleo paraventricolare producono l’ormone antidiuretico e l’ormone ossitocina, questi vengono trasportati associati a neurofisine con un trasporto di tipo assoplasmatico a livello dell’ipofisi posteriore e dall’ipofisi posteriore vengono rilasciati nel circolo sistemico. L’ossitocina interviene nella contrazione dell’utero durante il parto, una volta che il tessuto uterino sia stato impregnato di estrogeni e l’ormone ossitocina facilita anche l’emissione del latte, quindi la contrazione delle cellule mioepiteliali nel corso dell’allattamento.
L’ormone antidiuretico è invece un ormone che serve essenzialmente a risparmiare acqua perché facilita l’espressione di acqua-porine a livello del dotto collettore a livello renale.
I neuroni parvocellulari sono neuroni neurosecretori che si trovano a livello della componente intermedia del nucleo intermedio dei neuroni ipotalamici, infatti costituiscono il nucleo infundibulare o arcuato, il nucleo dorsomediale ed il nucleo ventromediale.

Questi neuroni sono in grado di produrre dei fattori che controllano a loro volta il rilascio degli ormoni dell’ipofisi anteriore. Ci sono quindi fattori di rilascio o liberine  e fattori di inibizione o inibine per ciascuno degli ormoni che vengono prodotti a livello della adenoipofisi. L’adenoipofisi produce ormoni che sono detti glandotropi perché hanno come cellule bersaglio le strutture endocrine che sono distribuite nell’organismo, oppure ormoni non glandotropi che non hanno uno specifico organo bersaglio. Gli ormoni non glandotropi sono l’ormone somatotropo e la prolattina, tutti gli altri sono grossomodo glandotropi. I fattori di rilascio o di inibizione vengono rilasciati nel circolo portale ipofisario che li porta alle cellule della adenoipofisi.

Controllo del peso corporeo : a breve termine, a medio termine e a lungo termine

Uno dei parametri che l’ipotalamo controlla a lungo termine è il peso corporeo. Sostanzialmente il nostro peso, almeno per periodi abbastanza lunghi, si mantiene stabile,ciò avviene controllando la quota di cibo che ingeriamo e la quantità per singolo pasto di calorie che assumiamo. Si sa che esiste un controllo del peso corporeo che è operato nel breve termine, nel medio termine e nel lungo termine. Il ruolo dell’ipotalamo si manifesta nel controllo a lungo termine.
Il controllo a breve termine è quello che di fatto ci da lo stimolo della fame, in esso intervengono meccanismi che portano ad un calo periodico nel corso della giornata del livello di glicemia, e questi cali periodici sarebbero legati a dei picchi di insulinemia. In altri termini in un picco di insulina la glicemia si abbassa e se noi mangiamo si rialza, altrimenti devono intervenire dei meccanismi compensatori. L’ipoglicemia comunque è un segnale che induce l’organismo a rifornirsi in modo preventivo di cibo. Un altro elemento che si ritiene intervenga nel controllo a breve termine e che quindi sia un segnale di fatto ad assumere cibo è un aumento della temperatura corporea. E’ classico osservare che quando si ha fame si è irrequieti, e questo aumento nell’irrequietezza induce motilità spontanea.
Se abbiamo la possibilità di mangiare intervengono meccanismi  a medio termine che agiscono sulla quantità di cibo che noi ingeriamo in un pasto.

A questo controllo a medio termine appartiene un controllo di tipo meccanico legato alla distensione dello stomaco  ed un controllo di tipo ormonale che è legato ad alcuni ormoni gastrointestinali tra i quali la bombesina e la colecistochinina.

La colecistochinina ormone cck

La colecistochinina (anche detto ormone cck) è un ormone che agisce sia a livello locale favorendo la secrezione pancreatica ma è anche un mediatore centrale, più in particolare a livello ipotalamico dove induce il senso di sazietà. La connessione così stretta del controllo indotto da uno stesso ormone a livello intestinale e a livello centrale ha fatto parlare di un sistema cerebro-enterico: molti dei fattori attivi a livello del sistema digerente hanno una azione anche a livello del sistema nervoso centrale. Per cui esiste una sorta di nesso tra l’attività del sistema digerente e del sistema nervoso centrale.
Fino ad alcuni anni fa si riteneva che nell’ipotalamo ci fossero due centri deputati al controllo del peso corporeo a lungo termine e a breve termine. Si diceva che nell’ipotalamo controllano l’assunzione di cibo e il peso corporeo nel lungo termine: il centro della sazietà e il centro della fame. Nell’ipotalamo mediale si riteneva che fosse presente il centro della sazietà e nell’ipotalamo laterale il centro della fame. Se si stimolano il centro della fame e della sazietà si inducono questi  due stimoli, al mangiare e al rifiuto del cibo, nell’animale. Se si inibisce il centro della fame l’animale non mangia più e diventa cachessico se invece si lede il centro della sazietà l’animale mangia in modo vorace e quindi si ottiene  un quadro di obesità cosiddetta ipotalamica.

Questo in realtà non è vero perché si è visto che le lesioni indotte non erano sufficientemente precise e si andava a interferire con tutta una serie di meccanismi che potrebbero spiegare i risultati sperimentali: si andavano probabilmente a ledere delle vie motorie e in conseguenza di ciò l’animale si muoveva meno e cercava mano il cibo, oppure si andavano a ledere vie del gusto etc. Quindi sappiamo che l’ipotalamo entra nel controllo del peso corporeo ma questo controllo è mediato da una sostanza ormonale che è la leptina.

La leptina

La leptina è una sostanza che viene prodotta dal tessuto adiposo in modo proporzionale alla quantità di tessuto adiposo, per cui  l’aumento del deposito di grasso determina un aumento della leptina circolante e viceversa.

La leptina supera la barriera emato-encefalica e agisce a livello ipotalamico. Il gene per la produzione di leptina è il gene ob e alcuni ratti che hanno questo gene alterato sono topi obesi e sviluppano diabete di tipo II. Quindi la leptina ha il compito di favorire il dispendio energetico e di evitare l’accumulo di grasso. La leptina agisce su specifici recettori a livello ipotalamico che sono dei recettori obR. I ratti che non hanno i recettori obR diventano anch’essi obesi. Le azioni della leptina a livello ipotalamico sono mediate da altre due sostanze ormonali che sono il neuropeptide-gamma (o NPY) e l’ormone alfa-melanotropo. Il neuropeptide-gamma ha una azione trofotrofica ossia genera aumento del topo parasimpatico con aumento dell’assunzione di cibo  e diminuzione del consumo energetico (rest and digest). La leptina è in grado  di inibire la produzione ed il rilascio del neuropeptide-gamma a livello ipotalamico, mentre invece è in  grado di stimolare la funzione dell’ormone alfa-melanotropo.

L’ormone alfa-melanotropo: “fight or flight”

L’ormone alfa-melanotropo agisce riducendo l’assunzione di cibo, aumentando il dispendio energetico ed aumentando il tono simpatico (fight or flight), interagendo a livello ipotalamico su alcuni recettori che sono chiamati MC3 ed MC4. Si conosce una sostanza che è antagonista dei recettori MC3 ed MC4 che è la “proteina agoutti” e quindi ha azioni opposte a quelle dell’ormone alfa-melanotropo. Si è anche visto che i neuroni che determinano la produzione di neuropeptide-gamma sono in grado di sintetizzare una proteina simil-aogutti. In buona sostanza quando è favorita l’azione del neuropeptide-gamma, l’azione trofotrofica, si inibisce contemporaneamente anche l’azione dell’ormone alfa-melanotropo attraverso questa proteina simil-aogutti. Mentre invece la leptina fa pendere il bilancio verso l’azione del recettore alfa-melanotropo che agisce sul recettore MC3 ed MC4 con conseguenza finale di aumentare il tono simpatico.

I passaggi che dall’ormone alfa-melanotropo portano alla diminuzione dell’assunzione di cibo, all’aumento del dispendio energetico ed in ultima analisi all’aumento del tono simpatico non sono ancora ben conosciuti ma si suppone possano essere mediati dall’ormone che stimola la ghiandola tiroidea e dall’ormone che stimola la corticale del surrene. A livello periferico, nel muscolo scheletrico, l’ormone alfa-melanotropo è in grado di attivare alcune proteine che sono responsabili del disaccoppiamento della catena respiratoria, queste proteine sono ucp2 e ucp3 e servono ad evitare che dal passaggio degli elettroni nella catena respiratoria si generi ATP, per cui in pratica c’è il dispendio energetico sotto forma di calore.