Ipotalamo

Ipotalamo

L'ipotalamo è la porzione del diencefalo localizzata sotto il talamo e corrispondente al pavimento e alla parte inferiore delle pareti del terzo ventricolo. Ne fanno parte: il chiasma ottico, il tuber cinereum, i due corpi mammillari e il peduncolo che mette in relazione l'ipotalamo con l'ipofisi. Rappresenta la sede della regolazione delle principali funzioni vegetative e di vari fenomeni della vita istintiva (v. vol. 1°, II, cap. 4: Testa, Encefalo).

Funzione

L'ipotalamo è caratterizzato dalla presenza di cellule specializzate neurosecretorie, riunite in vari nuclei che controllano funzioni diverse, suddivisi in tre gruppi: gruppo anteriore, comprendente i nuclei sopraottico e paraventricolare; gruppo medio o del tuber cinereum, che ha una porzione centrale detta eminenza mediana; gruppo posteriore, comprendente il nucleo ipotalamico posteriore, detto anche sostanza reticolare dell'ipotalamo. È attraversato da una fitta rete di vasi sanguigni ed è collegato da fasci di fibre nervose alla corteccia cerebrale, al talamo, al corpo striato, ai centri autonomi del tronco encefalico e del midollo spinale. In generale, nell'ipotalamo si distinguono due aree funzionali: una anteriore, ad azione prevalentemente parasimpatica e impegnata nel mantenimento dell'omeostasi interna; una posteriore, ad azione simpatica, che fornisce sostegno autonomo ed endocrino alle attività fisiche e mentali di adattamento dell'organismo a cambiamenti interni ed esterni. Per le sue attività di controllo sul sistema neurovegetativo l'ipotalamo è stato definito 'cervello viscerale'. Tra le sue varie funzioni rientrano un controllo generale sul metabolismo, effetti sul battito cardiaco, sulla pressione sanguigna, sulla dilatazione delle pupille, sulla sudorazione, sulla peristalsi intestinale, sulla temperatura corporea e sul sonno. L'ipotalamo regola le attività del sistema nervoso e di quello endocrino attraverso tre diversi meccanismi: 1) modulazione della secrezione delle altre ghiandole endocrine attraverso il rilascio di fattori che inducono o inibiscono la secrezione ormonale; 2) controllo diretto sulla midollare del surrene tramite centri autonomi deputati; 3) stretta connessione con l'ipofisi. Le cellule secernenti dell'ipotalamo riversano i loro prodotti in una rete di capillari che si riuniscono in un insieme di vene, le quali, a loro volta, si dividono nuovamente in capillari nell'ipofisi anteriore (l'intero complesso vascolare viene definito sistema portale ipofisario); in questo modo gli ormoni ipotalamici possono influenzare l'ipofisi anche a concentrazioni molto basse. A livello della neuroipofisi, la connessione è ancora più diretta: alcuni assoni escono infatti dall'ipotalamo per penetrare nell'ipofisi posteriore; alla loro estremità vengono secreti l'ormone antidiuretico (ADH, Antidiuretic hormone) e l'ossitocina. La vicinanza dell'ipofisi all'ipotalamo è fondamentale per le sue funzioni; è stato verificato sperimentalmente che lo spostamento della ghiandola in un'altra area corporea fa diminuire o annulla completamente la secrezione ormonale. L'ipotalamo riceve afferenze da tutto il sistema nervoso, e quindi reagisce a tutti i tipi di stimoli ambientali; altre afferenze provengono dal sistema limbico e segnalano lo stato emozionale dell'individuo; inoltre è influenzato dalle variazioni della concentrazione nel sangue di sostanze quali gli elettroliti, l'acqua e gli ormoni. Le reazioni agli stimoli ambientali possono essere distinte in tre tipi: 1) reazioni rapide attraverso il sistema nervoso centrale o la neuroipofisi; 2) risposte ritardate dipendenti dall'ipofisi anteriore; 3) risposte di imprinting, cioè modificazioni permanenti del comportamento, indotte da stimoli percepiti in un determinato stadio dello sviluppo. In particolare, l'ipotalamo è coinvolto nella risposta a tutte le situazioni di stress con modalità simili, mediante quella che viene definita 'sindrome generale di adattamento', caratterizzata da tre fasi: di allarme, di resistenza e di esaurimento. La prima fase, di risposta immediata, è contraddistinta dalla secrezione di adrenalina con risveglio dell'attenzione, aumento del flusso sanguigno ai muscoli scheletrici e alla cute e diminuzione del flusso stesso verso i reni e gli organi digestivi, riduzione della produzione di urina, incremento della pressione sanguigna e delle frequenze respiratoria e cardiaca, mobilizzazione delle riserve energetiche; nello stesso tempo, i neuroni dell'ipotalamo che si allungano nella neuroipofisi rilasciano l'ADH. Se lo stress permane si ha una fase di resistenza, caratterizzata dalla mobilizzazione delle riserve lipidiche e proteiche, indotta dalla secrezione dei fattori ipotalamici di rilascio degli ormoni della crescita e adrenocorticotropo, e dall'aumento dei valori ematici del glucosio. La fase di resistenza può durare per giorni, settimane, o mesi, ma alla fine si ha una fase di esaurimento con l'incapacità dell'organismo di mantenere più a lungo l'omeostasi; se non si interviene rapidamente, si può giungere alla morte dell'individuo. I fattori liberatori (Releasing hormones, o liberine) che agiscono sull'ipofisi sono: i fattori di rilascio dell'ormone della crescita, dell'adrenocorticotropina, della tireotropina, dell'ormone follicolo-stimolante, dell'ormone luteinizzante, della prolattina, dell'ormone stimolante i melanociti. I fattori inibitori (Release inhibiting hormones) sono: i fattori inibitori dell'ormone della crescita (somatostatina), della prolattina, dell'ormone stimolante i melanociti. La secrezione dei fattori di rilascio ipotalamici è regolata da un meccanismo di feedback, per il quale il controllo è legato alle concentrazioni degli ormoni provenienti dalle varie ghiandole endocrine (v. ormoni). La secrezione dei fattori di rilascio o di inibizione delle attività ipofisarie può essere anche indotta da agenti ambientali, come le variazioni della durata del giorno o della temperatura ecc. Consideriamo, per es., i fattori che nel tritone cristato inducono e inibiscono il rilascio della prolattina, rispettivamente il PRH (Prolactin releasing hormone) e il PIH (Prolactin inhibiting hormone): nella stagione calda viene prodotto il PIH e la diminuizione della prolattina induce gli animali a trasferirsi sulla terraferma, dove in estate-autunno si compie la spermatogenesi, mentre all'inizio della stagione fredda viene prodotto il PRH, aumenta la produzione di prolattina e gli animali tornano a vivere in acqua, dove vengono liberati gli spermatozoi e avviene la riproduzione. È molto interessante anche il sistema di controllo dell'ipotalamo sulla secrezione dell'ormone della crescita da parte dell'ipofisi. Il fattore che stimola la secrezione dell'ormone (GHRH, Growth hormone releasing hormone) è prodotto dalla stessa area dell'ipotalamo che è sensibile all'ipoglicemia e che induce il senso di fame in seguito a ipoglicemia. Si pensa quindi che gli stessi segnali che modificano i comportamenti di assunzione del cibo modifichino anche la produzione di GH (Growth hormone). Allo stesso modo segnali ipotalamici di stress, emozione ecc. possono alterare la secrezione dell'ormone, e in effetti si è osservato che le catecolammine, la serotonina e la dopamina, secrete da neuroni diversi nell'ipotalamo, influenzano la secrezione di GH. Il controllo della secrezione di GH sembra basato più sul fattore di rilascio ipotalamico che sulla somatostatina. Tuttavia, la somatostatina è prodotta anche dalle cellule δ delle isole di Langerhans nel pancreas, dove ha funzione inibitoria sulla secrezione di insulina e glucagone, e si può quindi ipotizzare che abbia un ampio spettro di azione nel controllo di vari sistemi ormonali. Per quanto riguarda la regolazione termica, se la temperatura esterna diminuisce, la parte posteriore dell'ipotalamo reagisce inducendo costrizione dei vasi sanguigni, o, in casi più gravi, anche movimenti dei muscoli (brividi) e ossidazione delle riserve energetiche; al contrario, se la temperatura aumenta, l'ipotalamo induce sudorazione e vasodilatazione, cioè reazioni che possono mantenere la temperatura corporea. L'ipotalamo influenza anche il sistema immunitario: lesioni della sua parte anteriore causano una riduzione dell'ipersensibilità immediata e ritardata, mentre lesioni della parte posteriore inibiscono la produzione di anticorpi e di plasmacellule. L'ipotalamo, inoltre, attraverso l'ipofisi determina la ciclicità delle funzioni genitali femminili, che nei maschi è già annullata negli ultimi stadi della vita embrionale dalla presenza di testosterone nel sangue. Quindi, ancora prima della nascita, l'ipotalamo è differenziato in modo diverso nei due sessi. L'ossitocina, che come si è detto è uno degli ormoni prodotti dallo stesso ipotalamo, nelle donne stimola le cellule lisce dell'utero e le cellule contrattili mioepiteliali che circondano le cellule secretrici delle ghiandole mammarie. Le cellule uterine diventano sensibili all'effetto dell'ossitocina verso la fine della gravidanza, cosicché questo ormone riveste un ruolo importante nel normale svolgimento del parto. Successivamente esso stimola la contrazione delle cellule contrattili della mammella: il bambino succhiando fornisce uno stimolo che viene trasmesso dalle fibre nervose all'ipotalamo; nello stesso tempo le cellule contrattili spremono il latte dalle tasche secretorie in grandi camere di raccolta. L'ipotalamo ha quindi un ruolo chiave nel riflesso di liberazione del latte dalle mammelle. Dal momento che esso riceve segnali dalla maggior parte delle aree cerebrali, questi segnali possono inibire o stimolare il flusso del latte: per es., lo stress e l'ansia possono impedire la liberazione del latte, mentre in alcuni casi l'ascolto del pianto di un bambino può essere sufficiente a indurne la fuoriuscita. Non è stata finora dimostrata un'azione chiara dell'ossitocina nei maschi umani, tuttavia in altri Mammiferi essa sembrerebbe stimolare sia emozioni affettive sia attrazioni sessuali, probabilmente agendo attraverso il sistema nervoso centrale.

Filogenesi

Nei Pesci, tra il recesso infundibolare e quello posteriore è situato un sacco vascoloso, nel quale sono presenti particolari cellule, dette cellule coronate del Dammerman, con attività recettoriali; dal sacco partono anche nervi specifici e l'ipotalamo è raggiunto da fibre bulbari, acustico-laterali e gustatorie. Negli Anfibi, l'ipotalamo è ridotto e mancano le parti laterali; una situazione simile è osservabile nei Rettili, nei quali sono presenti solo dei recessi e non dei veri corpi mammillari. Nei Rettili e negli Uccelli sono in genere molto estese le regioni sopra- e postottiche. Nei Mammiferi è particolarmente sviluppato, nella regione infundibolare, il tuber cinereum, che è seguito dall'infundibolo, alla cui estremità si trova la neuroipofisi. Inoltre la regione del recesso posteriore dà origine ai corpi mammillari, importanti centri olfattivi. Ciò evolutivamente si pone in relazione con l'importanza che l'olfatto ha avuto per il sistema limbico dei Vertebrati inferiori, nei quali guida molti comportamenti istintivi. Nei Vertebrati inferiori l'ipotalamo controlla anche l'assunzione di atteggiamenti di difesa e le reazioni di fuga, nonché molti aspetti del corteggiamento sessuale. Negli animali più evoluti, invece, diventa un centro dei fenomeni istintivi ed emotivi. Alcuni fattori che vengono secreti dall'ipotalamo, per es. la somatostatina, sono prodotti anche da alcuni Protozoi ciliati (Tetrahymena) e persino da alcuni ceppi di Escherichia coli; sembra possibile, pertanto, ipotizzarne delle funzioni molto precoci nella storia evolutiva, già in organismi monocellulari. La maggior parte dei fattori ipotalamici isolati da varie specie di Vertebrati si è dimostrata in grado di agire allo stesso modo su animali di specie diverse.

Ontogenesi

In tutti gli embrioni dei Vertebrati il pavimento del diencefalo presenta una depressione a forma di imbuto, denominata infundibolo. Una parte della parete di quest'ultimo darà origine, insieme ad altre strutture, all'ipofisi, mentre le pareti del diencefalo poste lateralmente e posteriormente all'infundibolo si differenziano per formare l'ipotalamo. Il controllo omeostatico da parte dell'ipotalamo e dell'ipofisi perde efficienza con l'invecchiamento. In particolare, l'aumento dell'ormone adrenocorticotropo (ACTH, Adrenocorticotropic hormone) e dei livelli di corticosteroidi contribuisce, con altri fattori, al declino con l'età del sistema immunitario.

Patologia

L'ipotalamo può essere sede di tumori, di difetti di sviluppo embriologico e può essere coinvolto nei traumi cranici, nel colpo di calore, negli stati tossici, nell'alcolismo e in alcune patologie infettive. In genere la sua lesione determina il cointeressamento del diencefalo e dell'ipofisi. È pertanto eccezionale osservare sindromi ipotalamiche pure. Tra i sintomi di sofferenza ipotalamica si segnalano: i disturbi del ricambio idrico, sotto forma di sete intollerabile con esagerata assunzione di liquidi (polidipsia) e contemporaneo aumento della secrezione urinaria (poliuria: da 5-10 fino a 40 l al giorno); l'ipertermia non accompagnata da variazioni del polso e del respiro in un quadro di relativo benessere; l'alterazione delle singole funzioni dell'ipofisi (di solito nel senso della carenza, ma in quello di eccesso nel caso della prolattina) e quindi delle ghiandole bersaglio (ipogonadismo, nella maggior parte dei casi).

Bibliografia

u. d'ancona, Trattato di zoologia, Torino, UTET, 1973_3.

p. felig, j.d. baxter, l.a. frohman, Endocrinology and metabolism, New York, McGraw-Hill, 1995₃.

f. martini, Fondamenti di anatomia e fisiologia, Napoli, EdiSES, 1994.

a. pinchera et al., Endocrinologia e metabolismo, Milano, Ambrosiana, 1991.

a.s. romer, t.s. parson, The vertebrate body, Philadelphia, Saunders, 1986₆ (trad. it. Anatomia comparata dei Vertebrati, Napoli, SES, 19872).

j.d. wilson, d.w. foster, William's textbook of endocrinology, Philadelphia, Saunders, 1992₈.