Podwzgórze jest obszarem mózgu odpowiedzialnym za utrzymanie równowagi energetyczne.
Wpływa na łaknienie, termoregulację oraz odpowiada za odbieranie i przetwarzanie sygnałów nerwowych, endokrynnych i metabolicznych.
Integruje te sygnały i włącza odpowiednie drogi efektorowe.
Anatomicznym podłożem układu regulującego łaknienie są neurony zlokalizowane w jądrach podwzgórza.
Najważniejsze z nich to jądro łukowate, jądro przykomorowe, jądro brzuszno-przyśrodkowe, grzbietowo przyśrodkowe, obszar bocznego podwzgórza oraz jądro nadskrzyżowaniowe będące częścią zegara biologicznego
Istnieją dwa ośrodki podwzgórza regulujące przyjmowanie pokarmu:
ośrodek sytości w jadrze brzuszno-przyśrodkowym podwzgórza stymulowany
ośrodek łaknienia w jadrze bocznym podwzgórza.
Zaobserwowano zależność powyższych ośrodków z ośrodkiem pragnienia i termoregulacji.
Wzrost temperatury ciała w wyniku pobudzenia ośrodka termoregulacji w przedniej części podwzgórza hamuje łaknienie, jednocześnie stymuluj pragnienie.
Zimno pobudza boczne partie podwzgórza, a tym samym ośrodek głodu, jednocześnie hamując ośrodek sytości i pragnienia.
Regulacja przyjmowania pokarmu może opierać się na 2 mechanizmach: kontroli długoterminowej oraz krótkoterminowej.
Kontrola krótkoterminowa wiąże się z rozciąganiem ścian żołądka przez pokarm.
Ważną rolę odgrywają tutaj walory smakowe i zapachowe pokarmu,
Historycznie istniały trzy teorie regulacji przyjmowania pokarmu
Pierwsza - regulacją lipostatyczna.
W warunkach fizjologicznych, wzrost masa ciała prowadzi do wzrostu stężenia wolnych kwasów tłuszczowych (FFA, free fatty acids) we krwi, a tym samym ograniczać przyjmowanie pokarmów na skutek opóźnienia uczucia głodu.
Obecnie w tej regulacji główną role przypisujemy leptynie
Druga - kontrola glukostatyczna, której celem jest zapobieganie spadkowi stężenia glukozy we krwi.
Glukoza to najważniejszy substrat energetyczny dla komórek mózgowych oraz krwinek, dlatego też utrzymanie odpowiedniego stężenia tego monocukru jest tak ważne dla organizmu.
Kiedy następuje spadek stężenia glukozy we krwi, zostają pobudzone glukoreceptory ośrodkowe, co wywołuje uczucie głodu.
Następuje również uwalnianie zapasów glukozy z wątroby i mobilizacja kwasów tłuszczowych, co ogranicza zużycie glukozy przez czynniki neurohormonalne.
Kiedy stężenie glukozy wzrasta we krwi, podnosi się ciśnienie osmotyczne krwi oraz jest wydzielana insulina.
Wydzielanie glukagonu zostaje zahamowane.
Dochodzi wówczas do aktywacji ośrodka sytości z równoczesnym zahamowaniem ośrodka głodu.
Trzecia - termostatyczna
Rysunek 1 Elementy krótko i długoterminowej kontroli przyjmowania pokarmu. Stawiarska-Pięta i In. Ann. Acad. Med. Siles. 2007, 61, 1
Rysunek 2 Czynniki pobudzające i hamujące przyjmowanie pokarmu. Stawiarska-Pięta i In. Ann. Acad. Med. Siles. 2007, 61, 1
Ważny obszar mózgu, odpowiedzialny za kontrolę homeostazy energetycznej - jądro łukowate (ARC), w którym zlokalizowane są dwie grupy neuronów AGRP/NPY i POMC/CART zależnych.
Białko AGRP (agouti-related protein) i NPY (neuropeptyd Y) stymulują przyjmowanie posiłków i zmniejszają wydatkowanie energii w warunkach głodu.
Pochodna POMC (proopiomelanokortyny) - hormon stymulujący melanocyty (MSH) i peptyd CART (cocaine-and amphetamine-regulated transcript) hamują przyjmowanie posiłków i zwiększają wydatkowanie energii w czasie jej nadmiaru.
Insulina i leptyna, wydzielane proporcjonalnie do zasobów energetycznych organizmu, hamują aktywność neuronów AGRP/NPY i stymulują neurony POMC/CART.
Wydzielana w żołądku ghrelina stymuluje przyjmowanie posiłków przez pobudzenie neuronów AGRP/NPY z jednoczesnym hamowaniem neuronów POMC/CART.
Rysunek 3 Jądro łukowate mózgu zawiera dwa rodzaje neuronów: AgRP/NPY oraz POMC/CART o przeciwstawnym działaniu.
Hormonalna aktywacja neuronów AgRP/NY powoduje wzrost naszego apetytu, z kolei aktywacja neuronów POMC/CART hamuje apetyt i ogranicza metabolizm organizmu
Neuropeptyd Y (NPY, Y neuropeptide) to neuroprzekaźnik syntetyzowany w jądrze łukowatym podwzgórza. Neuropeptyd Y ma działanie antagonistyczne w stosunku do leptyny.
Pobudza on spożycie pokarmu, wywołując uczucie głodu oraz zwiększa gromadzenie zasobów tkanki tłuszczowej, powoduje łaknienie na węglowodany oraz ogranicza wydatek energetyczny.
Grelina to endogenny hormon peptydowy.
Okolice jej występowania są liczne: od jądra łukowatego podwzgórza, przez błonę śluzową przewodu pokarmowego, po nerki.
Produkują ją również czynne hormonalnie guzy przysadki i układu pokarmowego.
Przyczynia się ona do zwiększenia łaknienia i zmniejszenia utylizacji tłuszczu, a tym samym do przyrostu masy ciała.
Nasila wydzielanie GH oraz zwiększa apetyt. Grelina wzmaga wydzielanie gastryny i soków żołądkowych.
Wykazano, że dieta wysokotłuszczowa zmniejsza sekrecję greliny, natomiast dieta ubogobiałkowa je zwiększa.
Leptyna. Hormon ten syntetyzowany jest głównie przez dojrzałe komórki tłuszczowe, a jego produkcja zależy od zawartości tłuszczu w adipocytach.
Jego największe stężenie występuje w nocy.
Wpływa na podwzgórze, hamując pobór pokarmu oraz zwiększając energię wykorzystywaną na proces termogenezy.
Obestatyna to niedawno odkryty hormon, wywodzący się z tego samego genu co grelina, ale o przeciwstawnym działaniu niż ona.
GLP-1 (glukagonopodobny peptyd 1) jest wydzielany przez komórki błony śluzowej jelita cienkiego i komórki a wysp trzustkowych.
Wpływa on stymulująco na zmniejszenie objętości przyjmowanych posiłków.
Insulinę wydzielają komórki B wysp trzustkowych proporcjonalnie do poboru energii i stopnia otyłości.
Hormon ten ma możliwość przechodzenia przez barierę krew-mózg, a receptory dla insuliny można znaleźć w podwzgórzu.
Hamuje ona syntezę i wydzielanie NPY oraz stymuluje powstawanie i sekrecję leptyny w tkance tłuszczowej.
Cholecystokinina (CCK), peptyd uwalniający gastrynę — GRP (gastrin-releasing peptide), oraz insulina pobudzają ośrodek sytości,
peptydy opioidowe, pochodne preproenkefaliny A i B. pobudzają ośrodek głodu,
Znajdujące się w przełyku, żołądku i jelitach mechanoreceptory (zakończeń czuciowych nerwu błędnego) oddziaływają na ośrodek sytości.
Ich działanie może być modyfikowane przez substancję P (SP), leptynę, cholecystokininę (CCK) i serotoninę.
Receptory ghreliny wykryto w neuronach nerwu błędnego
Ich pobudzenie powoduje hamowanie impulsów we włóknach aferentnych tych neuronów, powodując zwiekszenie łaknienia.
We włóknach doprowadzających nerwu błędnego stwierdzono obecność receptorów dla cholecystokininy (CCK), leptyny, wydzielanego przez błonę śluzową jelita czczego peptydu YY, a także obecność mechanoreceptorów.
Ich pobudzenie wpływa na ośrodek sytości w podwzgórzu, powodując zmniejszenie łaknienia
Zaburzenia łaknienia na poziomie podwzgórza
Nadmierny apetyt, będący najczęstszą przyczyną rozwoju otyłości, może być wynikiem:
uszkodzenia mechanizmów tłumiących łaknienie;
zaburzeń wydzielania leptyny (hipo- i hiperleptynemii);
zaburzeń interakcji między NPY a leptyną;
leptynooporności;
zaburzenia w transporcie neurotransmiterów do ośrodkowego układu nerwowego .
Uszkodzenia ośrodków podwzgórza poprzez urazy, nowotwory czy zapalenia prowadzą do znacznych zmian w równowadze energetycznej.
Obustronne uszkodzenie bocznych części podwzgórza powoduje zahamowanie spożycia pokarmów oraz apatię.
Odwrotny efekt obserwuje się przy uszkodzeniu jąder brzuszno-przyśrodkowych podwzgórza dokonanego w badaniach doświadczalnych na szczurach.
Rozwija się wtedy hiperfagia i agresja, natomiast wśród zaburzeń hormonalnych obserwuje się wzrost stężenia insuliny we krwi oraz zmniejszenie wydzielania glukagonu.
Zaobserwowano także, że uszkodzenia jąder podwzgórza zawierających ośrodek sytości powodują przerost wysp trzustkowych, hiperchlorhydrię, spadek napięcia układu współczulnego, nadreaktywność układu przywspółczulnego, hipertriglicerydemię, zmniejszenie intensywności lipolizy oraz wzrost magazynowania zasobów tłuszczowych.
Uszkodzenie jądra brzuszno-przyśrodkowego wywołuje otyłość nawet bez przekarmiania.
Zmiany te ograniczają zużycie energii na termogenezę, a także zmniejsza się uwalnianie wolnych kwasów tłuszczowych pod wpływem wysiłku fizycznego.
Spowodowany hiperfagią przyrost masy ciała ulega stabilizacji w pewnym momencie, a organizm przystosowuje się do nowego stanu energetyczneg.
Podobne efekty do obserwowanych po uszkodzenia jądra brzuszno-przyśrodkowego podwzgórza daje uszkodzenie jądra przykomorowego podwzgórza.
Zarówno u myszy, jak i u człowieka mutacje w genie kodującym leptynę oraz innych genach związanych z tym systemem regulacji powodują przejadanie się i otyłość
Stres
Termin „stres" -wprowadzony w latach trzydziestych naszego wieku przez kanadyjskiego uczonego H. Sely'ego.
jest nim określany zespół nerwowych i humoralnych reakcji organizmu na nieobojętne biologicznie bodźce nazwane stresorami,
reakcje te pozwalają na reorganizację i przystosowanie rozmaitych funkcji życiowych do działania stresorów, są więc istotnym składnikiem procesów homeostazy wewnątrzustrojowej,
stres może zostać wywołany czynnikami zarówno fizycznymi, takimi jak nagłe zmiany temperatury, urazy mechaniczne, infekcje bakteryjne lub zatrucia, jak również czynnikami psychicznymi.
Stres ułatwia wykształcenie nowych zachowań adaptacyjnych, udoskonalenie dawnych, przyczyniając się do rozwoju jednostki.
Stres krótkotrwały i długotrwały
Tak bywa w przypadku stresu krótkotrwałego, zwanego eustresem.
Długo utrzymujący się stres (distres) jest reakcją dezadaptacyjną, prowadzącą do zaburzeń funkcjonowania organizmu.
Ujawnieniu może ulec predyspozycja genetyczna do wystąpienia zaburzeń psychicznych czy schorzeń somatycznych.
Anatomiczne i fizjologiczne podstawy stresu
Wyróżnia się nastepujące mechanizmy stresu, kierowane przez nadrzędne ośrodki znajdujące się w centralnym układzie nerwowym:
jądra podwzgórza (głównie uwalnianie kortykoliberyny -Corticotropic Releasing Hormone - CRH, również wazopresyny ADH),
noradrenergiczne neurony miejsca sinawego (locus caeruleus),
dopaminergiczne neurony śródmózgowia
istota szara okołowodociągowa.
Ulegają one aktywacji w sytuacji stresowej.
W przypadku zakłócenia środowiska wewnętrznego najczęściej odbywa się to poprzez interleukiny,
w przypadku czynników psychicznych (np. strach) poprzez układ limbiczny (głównie hipokamp), który aktywowany jest przez korę mózgu (głównie przedczołową).
W inicjowaniu, buforowaniu i zakończeniu reakcji stresowej najważniejsza rola przypada tzw. osi podwzgórzowo-przysadkowo-nadnerczowej.
Uwalniany z jądra przykomorowego podwzgórza hormon kortykotropowy (CRH) jest transportowany naczyniami krwionośnymi do przedniego płata przysadki mózgowej.
Tam wpływa na syntezę propiomelanokortyny (POMC), prohormonu przysadkowego hormonu adrenokortykotropowego (ACTH), będącego także prekursorem beta-endorfiny, peptydu o znaczącej roli w mechanizmach związanych z bólem.
Większość stresorów znacznie zwiększa aktywność wszystkich tkanek gruczołowych osi podwzgórzowo-przysadkowo-nadnerczowej.
Impulsy nerwowe za pośrednictwem podwzgórza i nerwowego układu wegetatywnego pobudzają komórki rdzenia nadnerczy do wydzielania katecholamin.
Większość stresorów aktywuje również czynność OUN.
Czynniki stresogenne wywołują zespół reakcji obronnych, wśród których Selye wyróżnił :
początkową fazę reakcji alarmowych, przejawiających się w formie ogólnej mobilizacji organizmu;
drugą fazę nazwaną zespołem adaptacji której następuje:
wzrost przemian katabolicznych,
wzrost procesów transportu wewnątrzustrojowego,
reakcje przeciwzapalne,
zmiany naczyniowe,
stan ogólnego pobudzenia mięśniowego i nerwowego.
Rysunek 4 Główne neurohormonalne reakcje w odpowiedzi na stres
Oprócz glikokortykosteroidów i amin katecholowych, w przebiegu stresu zwiększa się uwalnianie somatotropiny, prolaktyny oraz hormonów tarczycy.
W znacznych ilościach uwalniana jest też do krwi wazopresyna z części nerwowej przysadki (tylko w czasie stresu wywołanego oziębieniem ustroju uwalnianie wazopresyny jest obniżone).
W czasie stresu może uwalniać się również oksytocyna.
Stres - mechanizm analgezji
W warunkach stresu obniża się podatność na ból.
Mechanizm analgezji uwarunkowanej stresem zależy głównie od endorfin oraz wazopresyny.
Analgezja nie występuje u zwierząt, którym usunięto przysadkę (bogate źródło endorfin), a także po stosowaniu deksametazonu (hamującego uwalnianie CRH, a więc pośrednio uwalnianie ACTH oraz peptydów opioidowych z proopiomelanokortyny - POMC).
W mechanizmie analgezji uwarunkowanej stresem duże znaczenie ma wazopresyna, która:
jest mediatorem hamowania na zakończeniach wazopresynergicznych w istocie galaretowatej rogów grzbietowych rdzenia kręgowego (gdzie kończą się włókna aferentne C obwodowej drogi czucia bólu);
synergicznie z CRH działa na uwalnianie ACTH oraz substancji opioidowych pochodzących z POMC.
Analgezja uwarunkowana stresem zależy w pewnej mierze od przenoszenia adrenergicznego, dopaminergicznego i serotoninergicznego w ośrodkowym układzie nerwowym.
Stres- działanie przeciwzapalne i modyfikacja odpowiedzi immunologicznej
W czasie stresu hamowany jest odczyn zapalny oraz odpowiedzi immunologiczne.
Glikokortykosteroidy zmieniają czynność leukocytów i obniżają tworzenie cytokin (głównie interleukin IL-1 i IL-6, a także czynnika martwicy nowotworów [TNF], eikozanoidów i czynnika aktywującego płytki [PAF]).
Przeciwnie, wymienione mediatory immunologiczne pobudzają czynność osi LHPA na każdym jej poziomie, szczególnie zaś zwiększają wydzielanie CRH i ACTH (mają tu znaczenie wszystkie wymienione cytokiny).
Stres - wpływ na łaknienie
W warunkach stresu często występują zaburzenia łaknienia: zarówno wzmożenie (częściej w warunkach stresu przewlekłego; zdarza się wzmożone łaknienie prowadzące nawet do otyłości), jak i obniżenie (częściej towarzyszy ostrym odczynom stresowym).
CRH hamuje przyjmowanie pokarmu.
Neuropeptyd Y (NPY), najsilniejszy ze znanych czynników pobudzających ośrodek łaknienia, zwiększa wydzielanie CRH (hamującego łaknienie).
W warunkach stresu często występują, u ludzi i zwierząt, nadżerki i owrzodzenia błony śluzowej żołądka. Przyczyny tego są następujące:
zwiększone stężenie kortyzolu we krwi zahamowuje regenerację komórek nabłonka błony śluzowej żołądka oraz zwiększa zawartość kwasu solnego w soku żołądkowym;
w warunkach stresu zmienia się czynność neuronów podwzgórza, w tym neuronów kontrolujących czynność przewodu pokarmowego.
Drażnienie neuronów przedniego podwzgórza zwiększa czynność ruchową oraz wydzielniczą żołądka i jelit.
Przewlekłe ich drażnienie powoduje powstawanie nadżerek i wrzodów na błonie śluzowej żołądka (tu znaczenie patogenetyczne ma skurcz zwieraczy przedwłośniczkowych w naczyniach błony śluzowej, tj. niedokrwienie tej błony).
Również uszkodzenie przedniego podwzgórza bywa przyczyną wybroczyn i nadżerek krwotocznych na błonie śluzowej żołądka.
W warunkach przewlekłego stresu mogą rozwinąć się mechanizmy ochronne błony śluzowej żołądka.
Układ limbiczny
Istotny dla procesu zapamiętywania oraz motywacji danego osobnika, a także dla procesu decyzyjnego.
Bierze również udział w koordynacji czynności układu somatycznego i autonomicznego.
W jego skład wchodzą różne struktury, zwykle wymienia się:
Zwany jest też rąbkowym lub brzeżnym.
W ten sposób określa się pewne struktury przodomózgowia (głównie kresomózgowia) odgrywające podstawową rolę w koordynacji czynności układu somatycznego i autonomicznego oraz w powstawaniu stanów emocjonalnych.
Pojęcie "stany emocjonalne" obejmuje : percepcję - świadomość wrażeń, a także ich przyczyny; efekt - w postaci samopoczucia; wreszcie wolę - czyli napęd do podjęcia działania.
Emocjom towarzyszą takie zjawiska, jak wzrost ciśnienia tętniczego krwi, przyspieszenie czynności serca, pocenie się, ślinienie itp.
Układ brzeżny został przez fizjologów określony "mózgiem trzewnym".
Struktury korowe młodsze są ściśle związane z reakcjami emocjonalnymi oraz ze związaną z tymi reakcjami aktywacją układu autonomicznego - na pojęcie emocji składają się czynniki zarówno psychiczne (percepcja, afekt, wola), jak i fizyczne (wzrost ciśnienia tętniczego krwi, przyśpieszenie czynności serca, pocenie się itd.).
Upatruje się rolę struktur korowych młodszych jako koordynatora czynności układu nerwowego somatycznego z autonomicznym. W zakręcie obręczy, hipokampie, przegrodzie kresomózgowia i ciele migdałowatym znajduje się hipotetyczny "ośrodek nagrody".
Z kolei struktury podkorowe sterują pierwotnymi reakcjami popędowymi (reakcje agresji i obrony, pobieranie pokarmu i wody, reakcje seksualne). W podwzgórzu, niektórych jądrach wzgórza oraz nakrywce śródmózgowia znajduje się ośrodek "kary".
Układ limbiczny kieruje także zachowaniem motywacyjnym. Pełni rolę w procesie tzw. "pamięci świeżej" (hipokamp - znaczne zmiany degeneracyjne w chorobie Alzheimera) oraz procesach uczenia się.
Reguluje tzw. "rytmami biologicznymi", analizuje bodźce środowiska zewnętrznego pod kątem ich znaczenia emocjonalnego.
Prawdopodobnie wraz z układem siatkowatym uczestniczy w procesie snu i czuwania.
Jest nadrzędnym selekcjonerem w zakresie reakcji obronnych, agresji, a także czynności pobierania pokarmu (usunięcie obustronne ciał migdałowatych powoduje złagodnienie zwierząt doświadczalnych, polifagię = wszystkożerność, wzmożenie pobudliwości seksualnej).
Wreszcie układ limbiczny zawiera nadrzędne ośrodki układu autonomicznego sterujące wydzielaniem hormonów i gospodarką wodno-mineralną (głównie przez wpływ na podwzgórze).
Czynność układu limbicznego
zachowania pokarmowe,
funkcje seksualne,
stany emocjonalne jak strach, gniew oraz motywacja,
układ kary (mediatory - Ach i 5HT) i nagrody (NA)
Główne połączenia
Sklepienie łączy hipokamp z ciałami suteczkowymi, które są z kolei połączone z jądrami przednimi wzgórza drogą suteczkowo-wzgórzową.
Jądra przednie wzgórza wysyłają swoje projekcje do kory zakrętu obręczy.
Kora zakrętu obręczy łączy się z hipokampem, zamykając złożony zamknięty krąg, nazywany kręgiem Papeza
Rysunek 5 Krąg Papeza i Nauty
Układ kary i nagrody
Układ limbiczny odpowiada. za stan przyjemności lub nieprzyjemności
W nim znajdują się układ nagrody i układ kary.
Układ nagrody to ściśle określony układ ośrodków i szlaków neuronalnych, których pobudzenie przez odpowiednie neuroprzekaźniki (dopamina) wywołuje reakcje wskazujące na subiektywne przyjemne odczuwanie tej stymulacji (czyli dążenie do ponowienia bodźca).
Układ nagrody to: ciało migdałowate, przegroda, kora węchowa, jądra podstawy, jądra śródmózgowia i nakrywki.
Struktura zwana jądrem przegrody jest częścią dopaminowego układu limbicznego, łączy pierwotne ośrodki nagrody i przyjemności z wyższą korą mózgową, która dokonuje interpretacji i wyzwala odczuwane emocje.
Układ nagrody ściśle wiąże się z uzależnieniami.
Układ nagrody
Neurony dopaminoergiczne
U LUDZI POWODUJE:
Uczucie spokoju i relaksu
Układ kary
Neurony cholinergiczne
Tylna część podwzgórza
Węchomózgowie
U LUDZI POWODUJE:
Reakcje unikania
Spis ilustracji
2
1