Podwzgórze (łac. hypothalamus) to niewielka struktura mózgu położona w międzymózgowiu. Jest elementem części podkorowej mózgowia i układu komorowego. Bierze udział w modulacji wielu procesów fizjologicznych zachodzących w organizmie. Jego działanie pozostaje w ścisłym związku z czynnością przysadki mózgowej. Najważniejszą i zasadniczą funkcją podwzgórza jest zapewnienie wewnętrznej homeostazy organizmu. Odbywa się to przez regulację aktywności psychosomatycznej oraz modulowanie czynności gruczołów dokrewnych i układu autonomicznego. Komórki podwzgórza uwalniają neurohormony, które wpływają na funkcjonowanie ośrodkowego układu nerwowego (OUN) i na narządy wewnątrzwydzielnicze. Zaburzenia w obrębie podwzgórza prowadzą do dysfunkcji autonomicznych, endokrynnych i behawioralnych.
1. Historia odkrycia podwzgórza
Historia odkrycia podwzgórza sięga starożytności. Było ono jedną z pierwszych wyodrębnionych struktur anatomicznych mózgu. Jednak jego dokładne funkcje zostały opisane dopiero w XX wieku. W 1928 roku Ernest Scharrer, nazywany pionierem neuroendokrynologii, zaobserwował mikroskopowe specyficzne zmiany w jądrach podwzgórza, które wskazywały na aktywność wydzielniczą jego komórek. Zjawisko to nazwał neurosekrecją. [1,2]
W kolejnych latach Ernest Scharrer kontynuował badania wraz ze swoją żoną, Bertą Scharrer. Opisali oni proces neurosekrecji u zwierząt i ludzi. Kamieniem milowym w badaniach nad podwzgórzem było wykazanie, że neurosekrecja w jądrach nadwzrokowych i przykomorowych tej struktury mózgu wiąże się z syntezą wazopresyny i oksytocyny. Ich teorię potwierdziły przeprowadzone w 1949 roku eksperymenty niemieckiego histologa Wolfganga Bargmanna. [1,2]
W tym samym roku brytyjski fizjolog Geoffrey Harris udowodnił, że podwzgórze wpływa na czynność przedniego płata przysadki za pośrednictwem czynników humoralnych i że dzieje się to za sprawą połączeń naczyniowych. Połączenia te nazwał przysadkowym układem wrotnym. Zapoczątkował tym samym liczne badania nad wspomnianymi czynnikami hormonalnymi uwalnianymi z podwzgórza i nad określeniem ich struktury. [1,2]
2. Budowa podwzgórza
Podwzgórze leży w brzusznej części międzymózgowia, pomiędzy kresomózgowiem a brzuszną częścią śródmózgowia. Umiejscowione jest w sąsiedztwie bocznej i brzusznej ściany III komory mózgu. U człowieka waży 4-5 g i stanowi 1/300 masy całego mózgu. Zbudowane jest głównie z istoty szarej. Podwzgórze składa się z czterech części:
- przedniej, zwanej częścią gruczołową lub wzrokową
- tylnej, nazywanej częścią sutkowatą
- bocznej
- środkowej, zwanej częścią guzową [3,4,16]
Przednia część podwzgórza łączy się z polem wzrokowym w obrębie skrzyżowania nerwów wzrokowych. Unerwiona jest przez włókna przywspółczulne. Stymulacja tej okolicy podwzgórza prowadzi do zwolnienia czynności serca, skurczu pęcherza moczowego i wzmożenia perystaltyki jelit. [3,4,16]
Tylna część podwzgórza jest otoczona parzystymi półkolistymi wyniosłościami zwanymi ciałami suteczkowatymi. Brzusznie podwzgórze graniczy z przysadką mózgową, a grzbietowo – ze wzgórzem. Podwzgórze oddzielone jest od wzgórza bruzdą podwzgórzową. Obszary te unerwione są głównie przez włókna układu współczulnego. Ich stymulacja powoduje przyspieszenie czynności serca, wzrost ciśnienia tętniczego krwi i rozszerzenie źrenic. [3,4,16]
Neurony podwzgórza tworzą skupiska zwane jądrami. W części przedniej wyróżnia się:
- jądra nadskrzyżowaniowe
- jądra pola przedwzrokowego przyśrodkowego i brzuszno-bocznego
- jądra przykomorowe
- jądra nadwzrokowe
- płciowodwupostaciowe [3,4]
W części tylnej podwzgórza, a konkretnie w ciele suteczkowatym, znajduje się grupa tylna jąder podwzgórza, zwana także grupą jąder suteczkowych. Należą do nich:
- jądro suteczkowe przyśrodkowe
- jądro suteczkowe boczne
- jądro wtrącone ciała suteczkowatego
- jądro przedsuteczkowe
- jądra pola tylnego [3,4,16]
W części bocznej leżą jądra boczne. Natomiast w części środkowej wyróżnia się:
- jądro łukowate
- jądro grzbietowo-przyśrodkowe
- jądro brzuszno-przyśrodkowe
- jądro guzowo-suteczkowate [3,4]
Podwzgórze unaczynione jest przez naczynia koła tętniczego Willisa. Do naczyń tych należą: tętnica przednia mózgu, tętnica szyjna wewnętrzna, tętnica łącząca tylna oraz – w mniejszym stopniu – tętnica tylna mózgu. Najgęstsze łożysko kapilar znajduje się w obrębie jądra nadwzrokowego. Zmiany składu chemicznego krwii są bodźcem dla receptorów ośrodków podwzgórza, do których należą termoreceptory, glukoreceptory i hormonoreceptory. Ich aktywacja powoduje dostosowanie się organizmu do zmieniających się warunków otoczenia. [16,17]
3. Jądra podwzgórza
3.1. Jądra nadskrzyżowaniowe
Jądra nadskrzyżowaniowe podwzgórza (ang. suprachiasmatic nucleus, SCN) położone są nad skrzyżowaniem wzrokowym symetrycznie po obu stronach III komory mózgu. Przybierają postać parzyście rozłożonych skupisk neuronów w kształcie walców. [4]
Jądra nadskrzyżowaniowe synchronizują pracę całego organizmu. Ich główną funkcją jest kontrola zegara biologicznego, m.in. rytmu okołodobowego. Do głównych synchronizatorów rytmu okołodobowego należy światło. Jądro nadskrzyżowaniowe odbiera informację o porze dnia dzięki światłoczułym komórkom zwojowym na siatkówce oka. Informacja o bodźcu świetlnym przekazywana jest przez szlak siatkówkowo-podwzgórzowy (ang. retinohypothalamic tract, RHT). Impulsy z jądra nadskrzyżowaniowego, poprzez jądro przykomorowe, docierają do szyszynki. Pod ich wpływem po zmroku szyszynka produkuje melatoninę, natomiast nad ranem hamuje jej wydzielanie. Badania na szczurach wykazały, że całkowite uszkodzenie tego obszaru prowadzi do zaniku rytmu dobowego. Połączenia jąder nadskrzyżowaniowych z siatkówką oka oraz szyszynką umożliwiają synchronizację endogennych rytmów biologicznych. Należą do nich m.in. aktywność kory nadnerczy i przysadki mózgowej. [4-6]
Jądra nadskrzyżowaniowe odpowiadają również za funkcje innych obszarów podwzgórza. Biorą udział w termoregulacji, kontroli wydzielania wewnętrznego i powstawania zachowań związanych ze zdobywaniem pokarmu i wody. Ponadto tworzą połączenia ze strukturami układu limbicznego – hipokampem oraz ciałem migdałowatym. W efekcie uczestniczą w tworzeniu pamięci. [6]
Jądra nadskrzyżowaniowe są również stymulowane za pośrednictwem jądra szwu w obecności bodźców serotoninergicznych. W SCN występuje najwyższe stężenie serotoniny w mózgu. Wzrost poziomu tego neuroprzekaźnika prowadzi do aktywacji komórek jądra nadskrzyżowaniowego i zwiększenia pobudliwości układu nerwowego. [5]
3.2. Jądra pola przedwzrokowego przyśrodkowego i brzuszno-bocznego
Jądra pola przedwzrokowego przyśrodkowego (ang. median preoptic area, MnPO) i brzuszno-bocznego (ang. ventrolateral preoptic nucleus, VLPO) odpowiedzialne są za przejście organizmu w stan snu. Aktywność komórek MnPO i VLPO zależna jest od stężenia adenozyny w mózgu. Ta z kolei jest produktem rozpadu substancji wysokoenergetycznych. Poziom adenozyny wzrasta m.in. w trakcie dużej aktywności psychofizycznej. Adenozyna, pobudzając receptory A1, hamuje funkcje komórek histaminergicznych. Równocześnie dochodzi do wygaszania czynności jądra miejsca sinawego, jąder szwu, komórek nakrywki bocznej, jądra oreksynergicznego oraz neuronów jądra Meynerta. Nadmiar wytworzonej adenozyny powoduje aktywację neuronów MnPO i VLPO, a w efekcie odczucie zmęczenia i większą potrzebę snu. Sytuacja ta pojawia się zwłaszcza w sytuacjach silnego stresu czy fizycznego przeciążenia organizmu. [10]
Neurony MnPO i VLPO wykazują największą aktywność podczas faz snu NREM i REM. Jądro przyśrodkowe wykazuje największą aktywność tuż przed fazą NREM i zawiaduje jej inicjacją. Natomiast pobudzenie komórek jądra brzuszno-bocznego jest niezbędne do jej podtrzymywania. [10]
3.3. Jądra przykomorowe
Jądra przykomorowe podwzgórza (ang. paraventricular nuclei of the hypothalamus, PVN) położone są w pobliżu III komory mózgu. Są odpowiedzialne za pracę autonomicznego układu nerwowego (AUN) i nazywane autonomicznymi jądrami przedruchowymi. Stanowią najwyższe piętro osi podwzgórze-przysadka-nadnercza (ang. hypothalamic-pituitary-adrenal axis, HPA). Tworzą połączenia z układem limbicznym i innymi jądrami podwzgórza, m.in. jądrami zawierającymi komórki neuroendokrynne. Komórki neuroendokrynne wydzielają kortykoliberynę (ang. corticotropin-releasing hormone, CRH), tyreoliberynę (ang. thyrotropin-releasing hormone, TRH), oksytocynę, arginino-wazopresynę, nesfatynę-1 i feniksynę. [7,8]
Jedną z podstawowych funkcji jąder przykomorowych jest regulacja ilości przyjmowanego pokarmu. Aktywacja PVN prowadzi do spadku łaknienia. Jądra przykomorowe kontrolują także tempo wydzielania wazopresyny przez tylny płat przysadki mózgowej. Uszkodzenie tego obszaru powoduje wzrost ilości spożywanego pokarmu. Badania na szczurach wykazały, że po uszkodzeniu tylnego płata przysadki zjadały one dużo większe porcje niż szczury zdrowe. Traciły przy tym wrażliwość na fizjologiczne objawy sytości. Aktywność PVN jest hamowana przez neuropeptyd Y. [7,8]
Jądra przykomorowe biorą także udział w procesach czuciowych, pamięciowych i patofizjologii lęku. Część komórek jąder przykomorowych ma połączenia z jądrem pośrednio-bocznym rdzenia kręgowego (ang. intermediolateral nucleus) tworząc zakończenia synaptyczne na neuronach przedzwojowych układu współczulnego. Aktywność podwzgórzowych ne