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1 Il diencefalo: Ipotalamo II anno - Canale B A. Vercelli Ipotalamo è il centro superiore del sistema vegetativo è un interfaccia tra il SNC e il sistema endocrino controlla: regolazione idrica e termica, assunzione del cibo, attività sessuale, azione ipertensiva, azione sul sonno, produzione di neuroormoni e regolazione della adenoipofisi, controllo dei cen tri del tronco (p er attività effettrici viscerali ed extrapiramidali) Funzioni ipotalamiche È il principale regolatore dell omeostasi corporea 1. Il controllo dell omeostasi comprendela fame, la sete, il desiderio sessuale, il ritmo sonno/veglia e altri aspetti come la temperatura corporea e il glucoso ematico. 2. Controllo endocrino mediantela regolazione del rilascio degli ormoni ipofisari. 3. Controlloautonomo attraverso le vie discendenti ai neuroni pregangliari simpatici e parasimpatici. 4. Funzione limbicaattraversoattraverso connessioni al sistema limbico che regola il comportamento emotivo. L ipofisi anteriore (ade noipofi si) si forma dal tetto della faringe nell embrione. L ipofisi posteriore si sviluppa dal pavime nto del 3 ventricolo che forma l infundi bul um e l ipofisi posteriore (neuroipofisi). Ipofi si anteriore non ha ne uroni o sinapsi, solo cellule che producono orm oni come quello della crescita, luteinizzante, follicolostimolante, tireostimolante, adrenocorticotropo. L infundi bul um contiene a sso ni da neuro ni ipotalamici che proiettano all ipofisi posteriore dove terminano vicino ai capillari. Essi contengono ossitocina e vasopre ssina. Capsula interna Talamo Laterale Anteriore Ipotalamo III ventricolo Epitalamo Capsula interna Subtalamo Metatalamo Ipotalamo circa 4 cm 3 limite anteriore: corpi mammillari posteriormente: te gm ento del mesencefalo superiormente solco ipotalamico lateralmente subtalamo, capsula interna e tratto ottico medialmente costituisce la parete laterale e il pavimento del III ventricolo dall avanti avanti all indietro: chiasmaottico, tuber cinereum (formazione convessa di sostanza grigia che si continua in basso con l infundibolo rilevandosi nella em inenza mediana), corpi mammillari (coppia di rilievi emisferici e lisci delle dimensioni di un pisello)

2 Punti di repere anatomico: Chia sma ottico Lamina terminalis Comme ssura anteriore Inf undibulum Eminenza me diana Ipofi si Corpi mammillari Solco ipotalamico L ipotalam o rappre senta solo lo 0.3% del peso del cervello. Ipotalamo: suddivisione in senso anteroposteriore: chiasma e tratti otti ci, tuber cinereum e ipofisi, corpi mammillari in senso mediolaterale: strato periventricolare (ependimocrinia), strato mediale (anteriore: nn. sopraottico e paraventricolare; posteriore: att. antiipertensiva), strato lateral e (appetito, sete, nausea ) Organizzazione dei nuclei ipotalamici L ipotalam o viene suddiviso in 4 regioni, da rostrale a caudale. 1. Area preottica: nucleo preottico mediale, nucleo preottico laterale 2. Regione anteriore (so praottica): nucleo ipot alamico anteriore, nucleo soprao ttico, nucleo paraventricolare, nucleo soprac hiasmatico 3. Regione media (tuberale): nucleo arcuato, nucleo ventrome diale, nucleo dorsomediale 4. Regione posteriore (mammillare): nuclei mammillari, nucleo ipotalamico posteriore L ipotalam o viene anche spesso suddivi so in 3 regioni da mediale a laterale. 1. Area periventricolare: nucleo periventricolare 2. Area ipotalamica mediale (include le 4 della diapositiva precedente) 3. Area ipotalamica laterale: nucleo preottico laterale e nucleo ipotalamico laterale Ipotalamo: nuclei preottici organo vascolare della lamina terminale n. preotti co mediano n. periventricolare preotti co n. periventricolare anteroventrale n. preotti co mediale area preottica lateral e

3 Ipotalamo: nuclei anteriori n. soprachiasmatico n. periventricolare anteriore n. ipotalamico anteriore n. paraventricolare zona subparaventricolare n. sopraottico area retrochiasmati ca area ipotalami ca laterale Ipotalamo: nuclei tuberali n. periventricolare intermedio n. arcuato n. ventromediale n. dorsomediale area ipotalami ca laterale n. premamillare ventrale Ipotalamo: nuclei mammillari n. periventricolare posteriore n. ipotalamico psoteriore n. premamillare dorsal e nuclei mammillari n. tuberomammillari area ipotalamica laterale Preparato che mette in evidenza i ventricoli laterali e, a destra, la capsula esterna e il nucleo lenticolare Encefalo dopo asportazione dei lobi temporali, del fornice e della porzione posteriore del corpo calloso

4 Sezione a livello dei nuclei ventrali posteriori del talamo Sezione coronale a livello del passagio tra mesencefalo e diencefalo (a destra commessura abenulare) Sezione istologica che mostra talamo, subtalamo e ipotalam o Rosso=fascio piramidale Verde=ped. cer. inf. Giallo=ped. cer. medio Rosa=ped. cer. sup. Blu=putamen Ipotalamo e talamo in sezione sagittale mediana SISTEMA LIMBICO Dopo asportazione del fornice, per evidenziare corpi mammillari, tratto mammillotalamico e fornice

5 Lobo dell insula Capsula interna Corona radiata Corona radiata e capsula interna Nuclei grigi telencefalici (gangli della base) Sezione coronale a livello dei nuclei anteriori del talamo Sezione coronale a livello del passaggio tra diencefalo e mesencefaloefalo

6 Controllo ipotalamico del sistema nervoso autonomo Proiezioni discendenti dall ipotalamo ai centri auto nomi: nuclei paraventricolari > via il fascicolo mediale del prosencefalo > tronco dorsolaterale e area del grigio periacqueduttale ai neuro ni pregangliari parasimpatici e simpatici Altri nuclei del tronco dan no origine a vie discendenti che controllano i centri autono mi: Nucleo solitario, nuclei noradrenergici (locus coeruleus), nuclei del rafe, formazione reticolare pontomidollare Le afferenze all ipotalamo che interessano la funzio ne auto noma derivano principalmente dall amigdalaamigdala e dalla corteccia limbica. Vie ipotalamiche limbiche Dall ippocampo ai corpi mammillari via fornice. Corpi mammillari al nucleo anteriore del talamo via tratto mammillotalamico. Il talamo anteriore proietta alla corteccia del cingolo. L amigdala ha connessioni reciproche con l ipotalamo attra verso due vie: Stria terminalis Via ventrale amigdalofuga Interconnessioni limbiche ipotalamic he spiega no perchè spe sso il comportament o emozionale è spesso accompagnatoo da attivazio ne autonom a: arrossamento qua ndo imbarazzati palmi sudati e bocca secca qua ndo ansiosi o spave ntati L attivazione di questa via po trebbe colpire altri sistemi come quando i depressi hanno no un sistema immunitario indebolito. Inoltre, complessi programmi motivazionali/emozionali sonoo spesso parte di funzio ni omeostatic he e riproduttive. FUNZIONE DI REGIONI SPECIFICHE DELL IPOTALAMO Il n. soprachia smatico regola i ritmi circadiani e l orologio biologico. Neuroni GABAergici nella parte ventrale dell area preottica laterale funzionano nel sonno o nonrem inibe ndo neuro ni a istamina nel nucleo tuberomammillare. L ipotalam o laterale è coinvolto nell appetito; eventuali lesioni produco no perdita dell appetito. Il nucleo ventrome diale conterrebbe un centro della sazietà che inibisce la fame; eventuali lesioni causano bulimia/obesità. L ipotalam o anteriore contiene osmocettori per l osmolarità del sang ue: quando è alta scatena la sete. La termoregolazione coinvolge diversi sistemi tra cui le ghiandole sudoripare, vaso dilatazione/vasocostrizione, muscoli scheletrici coinvolti nel tremare e nell ansimare, e sistemi endocrini che controllano il tasso metabolico. L Ipotalamo anteriore rileva l aumentata temp corporea e attiva i sistemi di dissipazione; sue lesioni causano ipertermia. L Ipotalamo posteriore conserva il calore; sue lesioni possono ca usare poichilotermia, dove la temp. corporea è simile a quella ambientale. Studi sug geriscono che l ipotala mo funzioni nel desiderio/orientame nto sessuale. La secrezione ormonale dell ipofisi anteriore è controllata da fattori ipotalamici di rilascio/inibitori provenienti da neuro ni nei nuclei arcuato, periventricolare, preottico mediale e paraventriculare che proiettano alla eminenza mediana. I fattori entrano nel siste ma portale ipofisario e viaggiano dall eminenza mediana all ipofi si anteriore. Hormones released from anterior pituitary cells enter circulation and trav to target cells

7 Funzioni endocrine dell ipofisi e de ll ipotalamo Ormoni dell ipofisi anteriore: ormone a drenocorticotropo, ormone della crescita, prolattina, ormone tireostimolante, ormone luteinizzante e ormone follicolostimolante. Il lobo intermedio è rudiment ale nell uomo: pro- opiomelanocortina e ormone melanostimolante Ormoni dell ipofisi posteriore: ossitocina, vaso pressi na (ormone antidi uretico) Si ritiene cheentrambeentrambe siano coinvolte in altre funzioni nervose come accoppiamento, comportamento materno e sessuale, e apprendiment o Nucleo paraventricolare Nucleo sopraottico e tratto otti co Ritmi circadiani orologi biologici con oscillazioni approssimativamente giornaliere (temperatura corporea, ciclo sonno/veglia ecc.) fascio retino-ipotalamicoipotalamico nucleo soprachiasmatico Nucleo soprachiasmatico settore ventrolaterale a VIP ch e riceve fibre dal rafe mesencefalico e dal CGL del talamo settore dorsomediale neuroni a vasopressina-argininaarginina (AVP) i suoi neuroni sono rilevatori di brillanza (rispondono all accensione accensione e allo spegnimento della luce)

8 Ciclo sonno/veglia Veglia: EEG desincronizzato (=onde di piccola ampiezza e frequenza di circa 10 Hz con scariche di attività irregolare) Sonno: EEG sincronizzato (=maggiore ampiezza e bassa frequenza) centro del sonno nell ipotalamo anteriore inibirebbe il sistema reticolare attivatore centro di veglia nell ipotalamo posteriore importante il locus coeruleuse e i nuclei del rafe a serotonina (fibre al soprachiasmatico) peptide ipotalamicodelta ipnoinducente CRH sopprimerebbe il sonno a onde lente (insonnia in condizioni di stress) prostaglandine D2 ed E2 agiscono sui centri ipotalamici del sonno Regolazione della pressione osmotica del plasma, della volemia e dell assunzione di acqua osmocettori ipotalamici nell ipotalamo anteriore (tra cui neuroni magnocellulari a vasopressina) nell organo vascolare della stria terminale e nel nucleo preotticomediano; rilevano piccoli aumenti (1%) e stimolano la liberazione di vasopressina nell ipofisi posteriore osmocettori periferici (vena porta) controllati dal vago l organo vascolare della stria terminale, l organo subfornicale e l area preottica mediale mancano della BEE: l angiotensina II passa liberamente nell ipotalamo anteriore e viene utilizzato come neurotrasmettitore un abbassamento della volemia o della pressione sanguigna del 5-10% stimola la liberazione della vasopressina e la sete mediante la stimolazione di recettori di volume nei grossi vasi e dei barocettori (via nervo vago e glosso faringeo che tramite vie monoaminergiche proiettano ai nuclei magnocellulari dell ipotalamo la vasopressina viene liberata anche in condizioni di nausea, dolore o stress (diabete insipido da trauma cerebrale) Regolazione del sistema cardiovascolare la stimolazione dell ipotalamo anteriore e del nucleo paraventricolare provoca diminuzione della p.a. e della frequenza cardiaca la stimolazione dell area ipotalami ca laterale ha effetti simili, ma solo sul circolo coronarico la stimolazione dell ipotalamo posteriore (per es empio dei nuclei tuberomammillari) ha effetto ipertensivo Regolazione della temperatura corporea nell ipotalamo centro termocettore centrale nell area preottica (risponde alla T del sangue che lo irrora) riceve anche afferenze dai termocettori periferici e afferenze limbiche (quelle centrali hanno la prevalenza) risponde a pirogeni batterici e tossici, e a citochine importanza delle prostaglandine centrali (su cui agisce l aspirina) la stimolazione dell ipotalamo anteriore comporta aumento della frequenza respiratoria, sudorazione e vasodilatazione attraverso la via del fascicolo prosencefalico mediale (afferenze al tronco encefalico): danni in questa regione provocano rialzo della T la stimolazione dell ipotalamo posteriore comporta vasocostrizione, piloerezione e brividi con aumento di produzione del calore (centro del brivido nell ipotalamo posteriore dorsomediale): l ipotalamo posteriore è però regolato da quello anteriore (unica sede in cui son presenti i termocettori) Regolazione dell assunzione del cibo e del metabolismo nel nucleo ventromediale recettori per il glucosio plasmaticoe altri metaboliti; riceve inoltre afferenze dal nucleo del tratto solitario e limbiche i nuclei ventromediali dei due lati costituirebbero il centro della sazietà (lesione = iperfagia) l ipotalamo laterale riceve afferenze olfattive e limbiche l ipotalamo laterale costituirebbe il centro dell alimentazione serotonina, CCK e CRF diminuiscono l assunzione del cibo noradrenalina e NPY la aumentano Comportamento sessuale e riproduzione l ipotalamo produce ossitocina e controlla la secrezione ipofisaria di gonadotropine e prolattina riflesso di Ferguson: pressione sul collo dell utero per via riflessa (via midollo spinale e tronco encefalico) provoca la stimolazione del sistema magnocellulare (e quindi stimolazione muscolatura liscia dell utero) simile il riflesso di eiezione del latte (attraverso nervi intercostali); può essere inibito dallo stress GnRH: basso nel bambino, aumenta nella pubertà (influenzato dalla massa corporea) la suzione inibisce la secrezione di dopamina da parte del nucleo arcuato: ne consegue un aumento della prolattina

9 Dimorfismo sessuale nucleo proprio della stria terminale, nucleo sessualmente dimorfico (SDN-POA) nell area preottica, nucleo interstiziale dell ipotalamo (INAH-3) recettori per ormoni sessuali (diversa sopravvivenza dei neuroni, effetto su sinapsi, spine dendritiche ecc) differenze tra maschio, femmina e omosessuali Ormoni sessuali e cervello Gliormoni sessuali come estrogenoe e testosterone influenzano il cervello degli animali. Un piccolo nucleo ne ll ipotalamoè più esteso nei maschi che nelle femmine. Nei giovani maschi privati del testosterone il nucleo si riduce alle dimensioni delle femmine. Nelle giovani donne che han ricevutotestosterone testosterone si allarga come nel maschio normale. I maschi privati del testosterone hanno comportamenti femminili. Femmine che han ricevuto testosterone hanno comportamenti maschili. La funzione di questo nucleoè sconosciuta, ma il fattoche la struttura cerebrale possa essere influenzata dagli ormoni sessuali supporta l ipotesi ipotesiche la preferenza sessuale possa avere una origine neurologica molto presto nella vita. Genere e sessualità 1-2% dei nati vivi hanno difetti nell allineamento tra genotipo, fenotipoe genere. Sono posti in una categoriachiamatachiamata intersessuale. La sessualità umana è un continuum. Le regioni sessualmente dimorfiche esistono nel CNS umano incluso l ipotalamo. Alcune evidenze suggerisconocheche gli omosessuali abbiano piccole differenze nelle strutture cerebrali rispetto agli eterosessuali. Organi circumventricolari ipofisi posteriore ed eminenza mediana/infundiboloinfundibolo organi periventricolarineuroem neuroem ali organo vascolare della lamina terminale tra chiasma ottico e commessura anteriore cellule ependimali piatte e con poche ciglia fibre afferenti dall organo subfornicale, dal locuscoeruleuscoeruleus e da altri nuclei ipotalamici(contengono GnRH, angotensina II, somatostatina e peptide natriuretico atriale) proietta ai nuclei preotticomediano e sopraottici coinvolto nella regolazione dei fluidi organo subfornicale sulla linea mediana a livello del foro interventricolare; contiene vasi fenestrati; riceve fibre ad angiotensina II dall ipotalamo laterale; promuove l assunzione di acqua e la secrezione di angiopressina CONNESSIONI DELL IPOTALAMO fascicolo telencefalico mediale (con i centri olfattivi, peptidergiche: VIP, enk, somatostatina) stria terminal e (coll ega amigdala e regione preottica; peptidergica) fornice (da cell. piramidali dell ippocampo): fib re peptidergi che fascicolo colo longitudinale dorsale (di Shutz) collega l ipotalamo con i nuclei del tronco è connesso con talamo e pallido (fas cicolo pallidoipotalami co) CONNESS IONI DEL CORPO MAMMILLARE afferenze dal fornice (peduncolo del corpo mammillare) tratto mammillotalamico (di Vi cq d Azyr) per il nucleo anteriore del talamo fascio mammillotegmentale: termina nel tegmento del mes encefalo