Hipotálamo

El hipotálamo (del griego antiguo ὑπό (hupó) 'debajo', y θάλαμος (thálamos) 'cámara') es una porción del cerebro que contiene varios núcleos pequeños con una variedad de funciones. Una de las funciones más importantes del hipotálamo es vincular el sistema nervioso con el sistema endocrino a través de la glándula pituitaria. El hipotálamo se encuentra debajo del tálamo y forma parte del sistema límbico. En la terminología de la neuroanatomía, forma la parte ventral del diencéfalo. Todos los cerebros de vertebrados contienen un hipotálamo. En los humanos, es del tamaño de una almendra.

El hipotálamo es responsable de la regulación de ciertos procesos metabólicos y otras actividades del sistema nervioso autónomo. Sintetiza y secreta ciertas neurohormonas, llamadas hormonas liberadoras u hormonas hipotalámicas, y estas a su vez estimulan o inhiben la secreción de hormonas de la hipófisis. El hipotálamo controla la temperatura corporal, el hambre, aspectos importantes de las conductas de crianza y apego, la sed, la fatiga, el sueño y los ritmos circadianos.

Estructura

El hipotálamo se divide en 3 regiones (supraóptica, tuberal, mamilar) en un plano parasagital, indicando ubicación anteroposterior; y 3 áreas (periventricular, medial, lateral) en el plano coronal, indicando ubicación medial-lateral. Los núcleos hipotalámicos se encuentran dentro de estas regiones y áreas específicas. Se encuentra en todos los sistemas nerviosos de los vertebrados. En los mamíferos, las células neurosecretoras magnocelulares del núcleo paraventricular y del núcleo supraóptico del hipotálamo producen hormonas neurohipofisarias, oxitocina y vasopresina. Estas hormonas se liberan en la sangre en la hipófisis posterior.Células neurosecretoras parvocelulares mucho más pequeñas, neuronas del núcleo paraventricular, liberan hormona liberadora de corticotropina y otras hormonas en el sistema portal hipofisario, donde estas hormonas se difunden a la hipófisis anterior.

Núcleos

Los núcleos hipotalámicos incluyen lo siguiente:

Ver también

• núcleo preóptico ventrolateral
• núcleo periventricular

• La sección transversal del hipotálamo del mono muestra dos de los principales núcleos hipotalámicos a cada lado del tercer ventrículo lleno de líquido.
• núcleos hipotalámicos
• Núcleos hipotalámicos en un lado del hipotálamo, mostrados en una reconstrucción tridimensional por computadora

Conexiones

El hipotálamo está altamente interconectado con otras partes del sistema nervioso central, en particular, el tronco encefálico y su formación reticular. Como parte del sistema límbico, tiene conexiones con otras estructuras límbicas, incluida la amígdala y el tabique, y también está conectado con áreas del sistema nervioso autónomo.

El hipotálamo recibe muchas entradas del tronco encefálico, las más notables del núcleo del tracto solitario, el locus coeruleus y la médula ventrolateral.

La mayoría de las fibras nerviosas dentro del hipotálamo discurren de dos formas (bidireccionales).

• Las proyecciones a las áreas caudales al hipotálamo pasan por el fascículo del prosencéfalo medial, el haz mamillotegmentario y el fascículo longitudinal dorsal.
• Las proyecciones a las áreas rostrales al hipotálamo son transportadas por el tracto mamillotalámico, el fórnix y la estría terminal.
• Las proyecciones a áreas del sistema motor simpático (segmentos espinales del asta lateral T1-L2/L3) son transportadas por el tracto hipotálamoespinal y activan la vía motora simpática.

Dimorfismo sexual

Varios núcleos hipotalámicos tienen dimorfismo sexual; es decir, existen claras diferencias tanto en la estructura como en la función entre hombres y mujeres. Algunas diferencias son evidentes incluso en la neuroanatomía macroscópica: la más notable es el núcleo sexualmente dimórfico dentro del área preóptica, en el que las diferencias son cambios sutiles en la conectividad y la sensibilidad química de conjuntos particulares de neuronas. La importancia de estos cambios se puede reconocer por las diferencias funcionales entre hombres y mujeres. Por ejemplo, los machos de la mayoría de las especies prefieren el olor y la apariencia de las hembras sobre los machos, lo que es fundamental para estimular el comportamiento sexual masculino. Si el núcleo sexualmente dimórfico está lesionado, esta preferencia por las hembras por parte de los machos disminuye. Además, el patrón de secreción de la hormona del crecimiento es sexualmente dimórfico;por eso, en muchas especies, los machos adultos tienen tamaños visiblemente distintos a los de las hembras.

Respuesta a los esteroides ováricos

Otros dimorfismos funcionales sorprendentes se encuentran en las respuestas conductuales a los esteroides ováricos del adulto. Hombres y mujeres responden a los esteroides ováricos de diferentes maneras, en parte porque la expresión de las neuronas sensibles a los estrógenos en el hipotálamo es sexualmente dimórfica; es decir, los receptores de estrógeno se expresan en diferentes conjuntos de neuronas.

El estrógeno y la progesterona pueden influir en la expresión génica en neuronas concretas o inducir cambios en el potencial de la membrana celular y la activación de la quinasa, lo que lleva a diversas funciones celulares no genómicas. El estrógeno y la progesterona se unen a sus receptores hormonales nucleares afines, que se trasladan al núcleo celular e interactúan con regiones de ADN conocidas como elementos de respuesta hormonal (HRE) o se unen al sitio de unión de otro factor de transcripción. Se ha demostrado que el receptor de estrógeno (ER) transactiva otros factores de transcripción de esta manera, a pesar de la ausencia de un elemento de respuesta al estrógeno (ERE) en la región promotora proximal del gen. En general, los ER y los receptores de progesterona (PR) son activadores de genes, con un aumento del ARNm y la subsiguiente síntesis de proteínas después de la exposición hormonal.

Los cerebros masculino y femenino difieren en la distribución de los receptores de estrógeno, y esta diferencia es una consecuencia irreversible de la exposición neonatal a los esteroides. Los receptores de estrógeno (y los receptores de progesterona) se encuentran principalmente en las neuronas del hipotálamo anterior y mediobasal, en particular:

• el área preóptica (donde se ubican las neuronas LHRH, que regulan las respuestas de dopamina y el comportamiento materno;
• el núcleo periventricular donde se ubican las neuronas de somatostatina, que regulan los niveles de estrés;
• el hipotálamo ventromedial que regula el hambre y la excitación sexual.

Desarrollo

En la vida neonatal, los esteroides gonadales influyen en el desarrollo del hipotálamo neuroendocrino. Por ejemplo, determinan la capacidad de las hembras para exhibir un ciclo reproductivo normal, y de machos y hembras para exhibir comportamientos reproductivos apropiados en la vida adulta.

• Si a una rata hembra se le inyecta testosterona una vez en los primeros días de vida postnatal (durante el "período crítico" de la influencia de los esteroides sexuales), el hipotálamo se masculiniza irreversiblemente; la rata adulta será incapaz de generar un aumento repentino de LH en respuesta al estrógeno (una característica de las hembras), pero será capaz de exhibir comportamientos sexuales masculinos (montando a una hembra sexualmente receptiva).
• Por el contrario, una rata macho castrada justo después del nacimiento será feminizada y el adulto mostrará un comportamiento sexual femenino en respuesta a los estrógenos (receptividad sexual, comportamiento de lordosis).

En los primates, la influencia de los andrógenos en el desarrollo es menos clara y las consecuencias se comprenden menos. Dentro del cerebro, la testosterona se aromatiza (a estradiol), que es la principal hormona activa para las influencias del desarrollo. El testículo humano secreta altos niveles de testosterona desde aproximadamente la semana 8 de vida fetal hasta 5 a 6 meses después del nacimiento (en muchas especies se observa un aumento perinatal similar de testosterona), un proceso que parece ser la base del fenotipo masculino. El estrógeno de la circulación materna es relativamente ineficaz, en parte debido a los altos niveles circulantes de proteínas fijadoras de esteroides durante el embarazo.

Los esteroides sexuales no son las únicas influencias importantes sobre el desarrollo hipotalámico; en particular, el estrés prepuberal en la vida temprana (de ratas) determina la capacidad del hipotálamo adulto para responder a un estresor agudo. A diferencia de los receptores de esteroides gonadales, los receptores de glucocorticoides están muy extendidos por todo el cerebro; en el núcleo paraventricular, median el control de retroalimentación negativa de la síntesis y secreción de CRF, pero en otros lugares su función no se comprende bien.

Función

Liberación de hormonas

El hipotálamo tiene una función neuroendocrina central, sobre todo por su control de la hipófisis anterior, que a su vez regula varias glándulas y órganos endocrinos. Las hormonas liberadoras (también llamadas factores de liberación) se producen en los núcleos hipotalámicos y luego se transportan a lo largo de los axones a la eminencia media o a la hipófisis posterior, donde se almacenan y liberan según sea necesario.Pituitaria anterior

En el eje hipotálamo-adenohipofisario, las hormonas liberadoras, también conocidas como hormonas hipofisiotrópicas o hipotalámicas, se liberan desde la eminencia media, una prolongación del hipotálamo, hacia el sistema portal hipofisario, que las lleva a la hipófisis anterior, donde ejercen sus funciones reguladoras. sobre la secreción de hormonas adenohipofisarias.Estas hormonas hipofisiotrópicas son estimuladas por células neurosecretoras parvocelulares ubicadas en el área periventricular del hipotálamo. Después de su liberación en los capilares del tercer ventrículo, las hormonas hipofisiotrópicas viajan a través de lo que se conoce como circulación portal hipotálamo-pituitaria. Una vez que llegan a su destino en la hipófisis anterior, estas hormonas se unen a receptores específicos ubicados en la superficie de las células hipofisarias. Dependiendo de qué células se activen a través de esta unión, la pituitaria comenzará a secretar o dejará de secretar hormonas en el resto del torrente sanguíneo.

Otras hormonas secretadas por la eminencia mediana incluyen vasopresina, oxitocina y neurotensina.pituitaria posterior

En el eje hipotálamo-neurohipofisario, las hormonas neurohipofisarias se liberan desde la hipófisis posterior, que en realidad es una prolongación del hipotálamo, hacia la circulación.

También se sabe que las hormonas del eje hipotálamo-pituitario-suprarrenal (HPA) están relacionadas con ciertas enfermedades de la piel y la homeostasis de la piel. Existe evidencia que relaciona la hiperactividad de las hormonas HPA con enfermedades de la piel y tumores de la piel relacionados con el estrés.

Estímulo

El hipotálamo coordina muchos ritmos circadianos hormonales y conductuales, patrones complejos de salidas neuroendocrinas, mecanismos homeostáticos complejos y comportamientos importantes. Por lo tanto, el hipotálamo debe responder a muchas señales diferentes, algunas de las cuales se generan externamente y otras internamente. La señalización de ondas delta que surge en el tálamo o en la corteza influye en la secreción de hormonas liberadoras; La GHRH y la prolactina se estimulan mientras que la TRH se inhibe.

El hipotálamo responde a:

• Luz: duración del día y fotoperíodo para regular los ritmos circadianos y estacionales
• Estímulos olfativos, incluidas las feromonas
• Esteroides, incluidos los esteroides gonadales y los corticosteroides
• Información de transmisión neuronal que surge en particular del corazón, el sistema nervioso entérico (del tracto gastrointestinal) y el tracto reproductivo.
• Entradas autonómicas
• Estímulos transmitidos por la sangre, que incluyen leptina, grelina, angiotensina, insulina, hormonas pituitarias, citocinas, concentraciones plasmáticas de glucosa y osmolaridad, etc.
• Estrés
• Microorganismos invasores aumentando la temperatura corporal, reajustando el termostato del cuerpo hacia arriba.

Estímulos olfativos

Los estímulos olfativos son importantes para la reproducción sexual y la función neuroendocrina en muchas especies. Por ejemplo, si un ratón preñado se expone a la orina de un macho "extraño" durante un período crítico después del coito, entonces el embarazo falla (el efecto Bruce). Así, durante el coito, un ratón hembra forma un "recuerdo olfativo" preciso de su pareja que persiste durante varios días. Las señales de feromonas ayudan a sincronizar el celo en muchas especies; en las mujeres, la menstruación sincronizada también puede surgir de señales de feromonas, aunque se discute el papel de las feromonas en los humanos.

Estímulos transmitidos por la sangre

Las hormonas peptídicas ejercen influencias importantes sobre el hipotálamo y, para hacerlo, deben atravesar la barrera hematoencefálica. El hipotálamo está delimitado en parte por regiones cerebrales especializadas que carecen de una barrera hematoencefálica eficaz; el endotelio capilar en estos sitios está fenestrado para permitir el paso libre incluso de proteínas grandes y otras moléculas. Algunos de estos sitios son los sitios de neurosecreción: la neurohipófisis y la eminencia media. Sin embargo, otros son sitios en los que el cerebro toma muestras de la composición de la sangre. Dos de estos sitios, el SFO (órgano subfornical) y el OVLT (organum vasculosum of the lamina terminalis) son los llamados órganos circunventriculares, donde las neuronas están en contacto íntimo tanto con la sangre como con el LCR. Estas estructuras están densamente vascularizadas, y contienen neuronas osmorreceptoras y receptoras de sodio que controlan el consumo de alcohol, la liberación de vasopresina, la excreción de sodio y el apetito por el sodio. También contienen neuronas con receptores para angiotensina, factor natriurético auricular, endotelina y relaxina, cada uno de los cuales es importante en la regulación del equilibrio de líquidos y electrolitos. Las neuronas en el OVLT y SFO se proyectan al núcleo supraóptico y al núcleo paraventricular, y también a las áreas hipotalámicas preópticas. Los órganos circunventriculares también pueden ser el sitio de acción de las interleucinas para provocar fiebre y secreción de ACTH, a través de efectos sobre las neuronas paraventriculares. cada uno de los cuales es importante en la regulación del equilibrio de líquidos y electrolitos. Las neuronas en el OVLT y SFO se proyectan al núcleo supraóptico y al núcleo paraventricular, y también a las áreas hipotalámicas preópticas. Los órganos circunventriculares también pueden ser el sitio de acción de las interleucinas para provocar fiebre y secreción de ACTH, a través de efectos sobre las neuronas paraventriculares. cada uno de los cuales es importante en la regulación del equilibrio de líquidos y electrolitos. Las neuronas en el OVLT y SFO se proyectan al núcleo supraóptico y al núcleo paraventricular, y también a las áreas hipotalámicas preópticas. Los órganos circunventriculares también pueden ser el sitio de acción de las interleucinas para provocar fiebre y secreción de ACTH, a través de efectos sobre las neuronas paraventriculares.

No está claro cómo todos los péptidos que influyen en la actividad hipotalámica obtienen el acceso necesario. En el caso de la prolactina y la leptina, existe evidencia de captación activa en el plexo coroideo de la sangre al líquido cefalorraquídeo (LCR). Algunas hormonas hipofisarias tienen una influencia de retroalimentación negativa sobre la secreción hipotalámica; por ejemplo, la hormona del crecimiento retroalimenta al hipotálamo, pero no está claro cómo ingresa al cerebro. También hay evidencia de acciones centrales de la prolactina.

Los hallazgos han sugerido que la hormona tiroidea (T4) es absorbida por las células gliales hipotalámicas en el núcleo infundibular/eminencia media, y que aquí se convierte en T3 por la desyodasa tipo 2 (D2). Posteriormente, la T3 se transporta a las neuronas productoras de la hormona liberadora de tirotropina (TRH) en el núcleo paraventricular. Se han encontrado receptores de hormonas tiroideas en estas neuronas, lo que indica que, de hecho, son sensibles a los estímulos T3. Además, estas neuronas expresaron MCT8, un transportador de hormonas tiroideas, lo que respalda la teoría de que T3 se transporta hacia ellas. Entonces, la T3 podría unirse al receptor de la hormona tiroidea en estas neuronas y afectar la producción de la hormona liberadora de tirotropina, regulando así la producción de hormona tiroidea.

El hipotálamo funciona como un tipo de termostato para el cuerpo. Establece una temperatura corporal deseada y estimula la producción y retención de calor para elevar la temperatura de la sangre a un nivel más alto o la sudoración y la vasodilatación para enfriar la sangre a una temperatura más baja. Todas las fiebres resultan de un ajuste elevado en el hipotálamo; las temperaturas corporales elevadas debido a cualquier otra causa se clasifican como hipertermia. En raras ocasiones, el daño directo al hipotálamo, como el de un derrame cerebral, causará fiebre; esto a veces se llama fiebre hipotalámica. Sin embargo, es más común que dicho daño provoque temperaturas corporales anormalmente bajas.

Esteroides

El hipotálamo contiene neuronas que reaccionan fuertemente a los esteroides y glucocorticoides (las hormonas esteroides de la glándula suprarrenal, liberadas en respuesta a la ACTH). También contiene neuronas sensibles a la glucosa especializadas (en el núcleo arqueado y el hipotálamo ventromedial), que son importantes para el apetito. El área preóptica contiene neuronas termosensibles; estos son importantes para la secreción de TRH.

Neural

La secreción de oxitocina en respuesta a la succión oa la estimulación vagino-cervical está mediada por algunas de estas vías; la secreción de vasopresina en respuesta a los estímulos cardiovasculares que surgen de los quimiorreceptores en el cuerpo carotídeo y el cayado aórtico, y de los receptores de volumen auricular de baja presión, está mediada por otros. En la rata, la estimulación de la vagina también provoca la secreción de prolactina, y esto da como resultado un pseudoembarazo después de un apareamiento infértil. En la coneja, el coito provoca la ovulación refleja. En las ovejas, la estimulación cervical en presencia de altos niveles de estrógeno puede inducir el comportamiento maternal en una oveja virgen. Todos estos efectos están mediados por el hipotálamo, y la información se transporta principalmente por vías espinales que retransmiten en el tronco encefálico.

Los estímulos cardiovasculares son transportados por el nervio vago. El nervio vago también transmite una variedad de información visceral, incluidas, por ejemplo, señales que surgen de la distensión o el vaciado gástrico, para suprimir o promover la alimentación, al señalar la liberación de leptina o gastrina, respectivamente. Una vez más, esta información llega al hipotálamo a través de relés en el tronco encefálico.

Además, la función hipotalámica responde y está regulada por los niveles de los tres neurotransmisores monoamínicos clásicos, noradrenalina, dopamina y serotonina (5-hidroxitriptamina), en aquellos tractos de los que recibe inervación. Por ejemplo, las entradas noradrenérgicas que surgen del locus coeruleus tienen efectos reguladores importantes sobre los niveles de la hormona liberadora de corticotropina (CRH).

Control de la ingesta de alimentos.

La parte lateral extrema del núcleo ventromedial del hipotálamo es responsable del control de la ingesta de alimentos. La estimulación de esta zona provoca un aumento de la ingesta de alimentos. La lesión bilateral de esta área provoca el cese completo de la ingesta de alimentos. Las partes mediales del núcleo tienen un efecto de control sobre la parte lateral. La lesión bilateral de la parte medial del núcleo ventromedial provoca hiperfagia y obesidad del animal. La lesión adicional de la parte lateral del núcleo ventromedial en el mismo animal produce el cese completo de la ingesta de alimentos.

Existen diferentes hipótesis relacionadas con esta regulación:

1. Hipótesis lipoestática: esta hipótesis sostiene que el tejido adiposo produce una señal humoral proporcional a la cantidad de grasa y actúa sobre el hipotálamo para disminuir la ingesta de alimentos y aumentar la producción de energía. Ha sido evidente que una hormona, la leptina, actúa sobre el hipotálamo para disminuir la ingesta de alimentos y aumentar la producción de energía.
2. Hipótesis del péptido intestinal: hormonas gastrointestinales como Grp, glucagón, CCK y otras afirman inhibir la ingesta de alimentos. Los alimentos que ingresan al tracto gastrointestinal desencadenan la liberación de estas hormonas, que actúan sobre el cerebro para producir saciedad. El cerebro contiene receptores CCK-A y CCK-B.
3. Hipótesis glucostática: la actividad del centro de saciedad en los núcleos ventromediales probablemente se rige por la utilización de glucosa en las neuronas. Se ha postulado que cuando su utilización de glucosa es baja y, en consecuencia, cuando la diferencia de glucosa en sangre arteriovenosa entre ellos es baja, la actividad entre las neuronas disminuye. En estas condiciones, la actividad del centro de alimentación no se controla y el individuo siente hambre. La ingesta de alimentos aumenta rápidamente con la administración intraventricular de 2-desoxiglucosa, por lo que disminuye la utilización de glucosa en las células.
4. Hipótesis termostática: según esta hipótesis, una disminución de la temperatura corporal por debajo de un punto de referencia dado estimula el apetito, mientras que un aumento por encima del punto de referencia inhibe el apetito.

Procesamiento del miedo

La zona media del hipotálamo es parte de un circuito que controla los comportamientos motivados, como los comportamientos defensivos. Los análisis del etiquetado de Fos mostraron que una serie de núcleos en la "columna de control del comportamiento" es importante para regular la expresión de los comportamientos defensivos innatos y condicionados.Comportamiento defensivo antidepredador

La exposición a un depredador (como un gato) provoca comportamientos defensivos en los roedores de laboratorio, incluso cuando el animal nunca ha estado expuesto a un gato. En el hipotálamo, esta exposición provoca un aumento de células marcadas con Fos en el núcleo hipotalámico anterior, la parte dorsomedial del núcleo ventromedial y la parte ventrolateral del núcleo premamilar (PMDvl). El núcleo premamilar tiene un papel importante en la expresión de comportamientos defensivos hacia un depredador, ya que las lesiones en este núcleo anulan los comportamientos defensivos, como la congelación y la huida. El PMD no modula el comportamiento defensivo en otras situaciones, ya que las lesiones de este núcleo tuvieron efectos mínimos en las puntuaciones de congelamiento post-shock.El PMD tiene conexiones importantes con la sustancia gris periacueductal dorsal, una estructura importante en la expresión del miedo. Además, los animales muestran comportamientos de evaluación de riesgos para el medio ambiente previamente asociados con el gato. El análisis de células marcadas con Fos mostró que PMDvl es la estructura más activada en el hipotálamo, y la inactivación con muscimol antes de la exposición al contexto suprime el comportamiento defensivo. Por lo tanto, el hipotálamo, principalmente el PMDvl, tiene un papel importante en la expresión de comportamientos defensivos innatos y condicionados ante un depredador.Derrota social

Asimismo, el hipotálamo tiene un papel en la derrota social: los núcleos de la zona media también se movilizan durante un encuentro con un congénere agresivo. El animal derrotado tiene un aumento en los niveles de Fos en estructuras sexualmente dimórficas, como el núcleo preóptico medial, la parte ventrolateral del núcleo ventromedial y el núcleo premamilar ventral. Tales estructuras son importantes en otros comportamientos sociales, como los comportamientos sexuales y agresivos. Además, también se moviliza el núcleo premamilar, la parte dorsomedial pero no la ventrolateral. Las lesiones en este núcleo suprimen el comportamiento defensivo pasivo, como la congelación y la postura "sobre la espalda".

Imágenes Adicionales

• 
• Vista media sagital diseccionada izquierda del cerebro humano
• Ubicación del hipotálamo