L'ipotalamo e l'ipofisi, strettamente connessi dal punto di vista funzionale, costituiscono l'asse fondamentale che entra nella regolazione della secrezione della maggior parte degli ormoni.
Le connessioni tra ipotalamo e ipofisi sono di tipo anatomico e vascolare. La neuroipofisi completa il quadro d'insieme, che deriva dall'attività integrata tra neuroni ipotalamici e secrezione neuroipofisaria.
L'interazione tra ipotalamo e ipofisi rende conto delle influenze che l'attività del sistema nervoso centrale può svolgere sulla secrezione degli ormoni ipofisari e delle rispettive ghiandole bersaglio.
Pertanto, tutte le condizioni ambientali che vengono registrate dal sistema nervoso centrale possono far variare le secrezioni endocrine, contribuendo alle risposte integrate dell'organismo alle varie stimolazioni esterne.
Per esempio, le variazioni
della temperatura ambientale possono determinare un aumento della secrezione
degli ormoni tiroidei, attraverso meccanismi nervosi che vanno a integrarsi con
quelli di feedback fisiologici.
L'ipotalamo costituisce un centro integrativo essenziale per la sopravvivenza di un organismo e della specie. Ogni parte del sistema nervoso centrale comunica con l'ipotalamo ed è soggetta alla sua influenza. Inoltre, l'ipotalamo comunica con organi periferici attraverso segnali inviati per via ematica e risponde alle loro sollecitazioni afferenti. Localizzato tra il chiasma ottico, lo stelo infundibulare ed i corpi mamillari l'ipotalamo, si dispone dorsalmente a queste strutture.
La sua organizzazione anatomica e funzionale è stata variamente descritta: i risultati degli studi più recenti hanno definito tre zone strutturate longitudinalmente, che possono essere suddivise, a propria volta, in quattro livelli o gruppi nucleari disposti lungo l'asse rostro-caudale dell'ipotalamo.
Queste suddivisioni longitudinali
corrispondono alle classiche zone descritte in precedenti lavori che sono la
periventricolare, la mediale e la laterale.
La zona periventricolare è situata vicino al terzo ventricolo, la zona mediale
è
interposta traila prece-dente e la laterale, che - a differenza delle altre - è
costituita da neuroni diffusamente distribuiti e non organizzati in nuclei
specifici.
All'ipotalamo giungono informazioni che derivano dal sistema olfattivo
attraverso il tubercolo olfattivo, la corteccia piriforme e l'amigdala, che, a
propria volta, proietta all'ipotalamo attraverso il fascio amigdaloipotalamico,
la stria terminale e la via ventrale amigdaloidea. Queste proiezioni sono molto
importanti, soprattutto negli animali notturni che utilizzano l'olfatto come
modalità sensoriale primaria.
Un'altra funzione dell'ipotalamo riguarda l'organizzazione temporale delle
secrezioni ormonali e dei processi comportamentali: all'interno del nucleo
soprachiasmatico vi sono neuroni che costituiscono l'orologio biologico;
l'attività ritmica delle secrezioni ormonali, scandita da questi neuroni, è
importante per l'adattamento e la riproduzione dell'organismo. Essa è
sincronizzata al ciclo di luce e buio attraverso le proiezioni retinoipotalamiche.
La risposta di questo sistema di regolazione alle variazioni del periodo d'esposizione alla luce è responsabile della sindrome di insonnia (jet lag), che colpisce coloro che fanno lunghi viaggi aerei. All'ipotalamo arrivano anche informazioni originate dal nucleo del tratto solitario (NTS), il quale riceve afferenze dal nervo vago e da quello glossofaringeo. Il NTS coordina la funzione di molti organi periferici e invia informazioni ai nuclei mesencefalici, che sono integrati nel controllo dei processi fisiologici complessi. Il NTS proietta anche al nucleo ipotalamico paraventricolare (PVN) e all'area ipotalamica laterale. All'interno dell'ipotalamo si ritrovano l'organo vascolare della lamina terminale e l'eminenza mediana (EM); il lobo posteriore dell'ipofisi è formato dagli assoni di neuroni ipotalamici.
Altre due regioni, come l'area postrema e
l'organo sottofornicale, hanno connessioni con i nuclei ipotalamici, coinvolti
nella funzione omeostatica e neuroendocrina. Attraverso l'EM l'ipotalamo
esercita il controllo sugli organi periferici. I neuroni ipotalamici esercitano
questa regolazione mediante la liberazione di peptidi che raggiungono i vasi ed
entrano nella circolazione sistemica. Lo stelo infundibolare è essenziale per
questa regolazione: attraverso questo, assoni di neuroni ipotalamici raggiungono
la parte posteriore dell'ipofisi, mentre i vasi sanguigni infundibolari
raggiungono il lobo anteriore dell'ipofisi.
. L'EM è costituita da tre distinte zone: lo strato ependimale (più profondo), lo
strato interno e quello esterno. Le cellule ependimali formano il pavimento
del terzo ventricolo e presentano microvilli invece di ciglia.
Giunzioni strette tra queste cellule al polo ventricolare impediscono la diffusione di sostanze macromolecolari tra il liquido cerebrospinale e lo spazio extracellulare intorno alle cellule dell'EM. Lo strato ependimale contiene cellule specializzate, definite taniciti, che mandano prolungamenti agli altri strati dell'eminenza mediana. Giunzioni strette tra i taniciti ai margini laterali dell'EM impediscono la retrodiffusione dei fattori di liberazione verso l'ipotalamo mediobasale. Lo strato interno dell'EM è composto da assoni di passaggio dei neuroni magnicellulari che derivano dal nucleo sopraottico (SON) e nucleo ipotalamico paraventricolare (PVN). Lo strato esterno dell'EM rappresenta il punto di scambio dei fattori di liberazione ipotalamici con il sangue che perfonde il sistema portale ipotalamoipofisario.
L'ipotalamo contiene molti gruppi cellulari che sono definiti neuroendocrini. Essi hanno il fenotipo di neuroni e liberano peptidi o neurotrasmettitori in risposta a una stimolazione depolarizzante. Le cellule neuroendocrine differiscono dai neuroni classici in quanto i neurotrasmettitori o i peptidi vengono liberati nel sistema portale ipotalamoipofisario, localizzato nello stelo infundibolare che raggiunge l'adenoipofisi.
Si riconoscono almeno due tipi di neuroni ipotalamici: i magnicellulari e i parvicellulari, localizzati a livello del SON e del PVN (Figura). I neuroni magnicellulari liberano vasopressina ( ADH o adiuretina) e ossitocina (OXI) a livello della neuroipofisi. Una grande varietà di neuroni parvicellulari costituisce parte del PVN e del nucleo arcuato (Arc). Questi neuroni sono capaci di produrre peptidi come l'ormone stimolante la secrezione di corticotropina (corticotropin-releasing hormone, CRH) e l'ormone stimolante la secrezione di tireotropina (thyrotropin-releasing hormone, TRH).
I neuroni parvicellulari presenti nel nucleo arcuato
secernono peptidi come l'ormone stimolante la secrezione di ormone della crescita (growth
hormone-releasing hormone, GHRH) e l'ormone stimolante la secrezione di
gonadotropine (gonadotropin-releasing hormone, GnRH). Questi neuroni sono
anche capaci di produrre neurotrasmettitori come la dopamina, che viene liberata
nel sangue portale ipotalamoipofisario regolando l'attività dell'adenoipofisi.
Dunque, l'attività sinaptica dei neuroni di diverse regioni del sistema nervoso
centrale che proiettano a quelli ipotalamici viene integrata e l'informazione è
trasformata in un segnale umorale, che va a influenzare i processi di secrezione
endocrina .
L'EM, situata al centro del tubercolo cinereo, è composta da terminazioni nervose e può essere considerata come il sito funzionale di legame tra l'ipotalamo e l'ipofisi; rappresenta l'area dalla quale nascono i vasi portali ipofisari. Infatti, la sua irrorazione deriva dall'arteria ipofisaria superiore (AIS), che a propria volta deriva dall'arteria carotide interna. L'AIS si suddivide in molte diramazioni, che danno origine alle anse capillari. I capillari irrorano le zone interne ed esterne, formano anastomosi e si riversano nei sinusoidi, che danno inizio alle vene portali ipofisarie.
Queste ultime partecipano al sistema vascolare dell'ipofisi. Il flusso di sangue sembra essere diretto in maniera predominante dall'ipotalamo alla ghiandola ipofisaria. Il sistema portale ipofisario, che si costituisce in tal modo, aumenta in maniera notevole la superfìcie vascolare. I vasi, inoltre, sono fenestrati e permettono la diffusione dei peptidi verso le cellule dell'ipofisi anteriore, facilitando in questa maniera la funzione di regolazione dell'ipotalamo sull'adenoipofìsi.
L'ipofisi rappresenta la ghiandola endocrina che produce il maggior numero di ormoni dell'organismo. Localizzata nella sella turcica dello sfenoide, alla base del cranio, è separata dall'encefalo dal diaframma della sella (diaphragma sellai). Nell'uomo ha un peso di 0,5-1 g. Divisa in una parte anteriore (adenoipofisi) e una posteriore (neuroipofisi), è composta di cellule che hanno differente origine embrionale. L'adenoipofìsi deriva dalla tasca di Rathke, costituita da cellule epiteliali ectodermiche dello stomodeo, mentre la neuroipofisi è costituita dall'ectoderma del tubo neurale nel pavimento del diencefalo. La migrazione della tasca di Rathke dal primitivo stomodeo fino alla sella turcica può lasciare cellule embrionali lungo il percorso, che costituisce il canale craniofaringeo.
Si può rinvenire, allora, l'ipofisi faringea, racchiusa nella mucosa della parete dorsale della faringe, che rappresenta la parte intermedia, sviluppatasi nell'uomo durante la vita fetale e formata dalla parte posteriore della cavità originale dello stomodeo che si fonde con il lobo posteriore. Ben presto la sua attività si riduce, mentre ha grande importanza in altri vertebrati, nei quali vengono prodotti gli ormoni stimolanti i melanociti (melanocyte-stimulating hormone, MSH), alfa e beta.
L'adenoipofìsi è costituita da almeno cinque tipi cellulari: le cellule somatotrope, che secernono l'ormone della crescita (growth hormone, GH); le tireotrope, che producono tireotropina (ormone stimolante la tiroide, thyroid-stimulating hormone, TSH); le gonadotrope, che liberano l'ormone follicolo-stimolante (follicle-stimulating hormone, FSH) e l'ormone luteinizzante (luteinizing hormone, LH); le mammotrope, che producono prolattina (prolactin, PRL); le corticotrope, che secernono l'ormone adrenocorticotropo o stimolante il corticosurrene (adrenocorticotropic hormone, ACTH) e la beta-lipotropina (beta-lipotropic hormone, beta-LPH). I diversi tipi cellulari assumono differenti colorazioni in relazione all'ormone che producono: le somatotrope e le mammotrope sono acidofile; le tireotrope e le gonadotrope sono basofile, mentre le corticotrope sono cromofobe o basofile.
Gli ormoni prodotti dall'adenoipofisi stimolano in prevalenza altre ghiandole endocrine, come la tiroide, il corticosurrene, l'ovaio o il testicolo. Questi ormoni sono classicamente definiti tropine ipofisarie. GH e PRL, invece, non hanno un singolo organo bersaglio, ma agiscono su tutto l'organismo: GH influenza tutte le cellule dell'organismo umano, mentre PRL stimola la produzione del latte dalla ghiandola mammaria e ha altri effetti generali; pertanto, non sono tropine.
La secrezione degli ormoni adenoipofisari viene regolata da molteplici
meccanismi che costituiscono anse di regolazione. Hanno, però, un
ruolo centrale gli ormoni ipotalamici, stimolanti o inibenti, che influenzano la
secrezione delle cellule ipofisarie.
La neuroipofisi è costituita in maniera prevalente dagli assoni di neuroni che
hanno il loro corpo cellulare in SON e in PVN. I neuroni ipotalamici
sono di tipo magnicellulare, hanno lunghi assoni che si proiettano
dall'ipotalamo alla neuroipofisi, dove prendono sinapsi con i capillari che la
irrorano. Questi vasi derivano dalle branche terminali delle arterie ipofisarie
inferiori.