5. Complexe hypothalamo-hypophysaire





L'hypothalamus intervient pour intégrer les réponses motrices viscérales et somatiques, en fonction des besoins du corps (1). La vie a ses contraintes. Chez les mammifères, cela se manifeste entre autres par une faible variation de la température du corps et de la composition du sang (1). L'hypothalamus contrôle ces niveaux en fonction des fluctuations de l'environnement de l'individu (1). Ce processus de régulation s'appelle l'homéostasie, correspondant au maintien de conditions internes constantes, pour des conditions externes variables (1). L'hypothalamus intervient ainsi par exemple dans la régulation de la température corporelle, la régulation du volume sanguin, de sa pression, de sa salinité, de son acidité, du niveau d'oxygène et des concentrations de glucose (1).
    Exemple de la thermorégulation: dans de nombreuses cellules du corps, les réactions biochimiques sont précisément programmées pour survenir à 37°C (1). Une variation supérieure à quelques degrés de plus ou de moins peut ainsi avoir des conséquences dramatiques (1). Dans l'hypothalamus, des cellules sensibles à la température détectent les variations de la température du cerveau et orchestrent les réponses appropriées (1). Par exemple, si le corps est exposé sans protection au froid, l'hypothalamus donne des ordres qui se traduisent par des frissons (pour générer de la chaleur dans les muscles), un aspect de chair de poule sur la peau (réminiscence du temps où nos lointains ancêtres poilus pouvaient dresser une fourrure sur la peau) et la couleur bleue de la peau (le sang se retire de la périphérie glacée pour maintenir le chaleur de l'intérieur du corps en limitant les déperditions de chaleur avec l'extérieur) (1). A l'inverse, lors d'un excès d'exercice dans un environnement chaud, l'hypothalamus active des mécanismes de déperdition de chaleur qui font rougir le visage (le sang est amené à la périphérique pour que la chaleur irradie à l'extérieur) et active la transpiration (pour rafraîchir la peau par l'évaporation) (1).

Structure et connexions de l'hypothalamus

L'hypothalamus est situé sous le thalamus, le long des parois du 3e ventricule. Il est relié par la tige pituitaire à l'hypophyse, logée dans un berceau osseux situé à la base du crâne, au dessus de la voûte représentant le palais de la bouche (1). L'hypothalamus peut être divisé en trois parties: latérale, médiane et périventriculaire (1).

Les parties médianes et latérales forment un réseau extensif de connexions avec le tronc cérébral et le télencéphale, et exercent un contrôle sur certains types de comportement, comme le comportement alimentaire (1). La partie périventriculaire reçoit majoritairement des informations des deux autres régions ainsi que des afférences du tronc cérébral et télencéphale (1).

La région périventriculaire est appelée ainsi parce que, à l'exception d'une fine bande de neurones déplacés latéralement par le tractus optique (et dénommée noyau supra-optique), les cellules de cette région sont disposés le long des parois du 3e ventricule (1). Cette zone est composée d'un mélange complexe de neurones exerçant différentes fonctions (1). Un premier groupe de neurone forme le noyau suprachiasmatique (NSC), situé juste au-dessus du chiasma optique (1). Les cellules de ce noyau sont directement innervées par la rétine, et jouent un rôle dans la synchronisation des rythmes circadiens jour-nuit (1). Un deuxième groupe de cellules contrôle le système nerveux végétatif, et régule les effets de l'innervation sympathique et parasympathique des organes viscéraux. Dans le 3e groupe, les axones des neurones sécréteurs descendent vers la tige pituitaire.

Relations hypothalamo-hypophysaires

L'hypophyse est formée de deux lobes, antérieur et postérieur, contrôlés chacun de façon différente à partir de l'hypothalamus.

Contrôle hypothalamique du lobe postérieur de l'hypophyse

Les plus grosses cellules neurosécértrices de l'hypothalamus, les neurones neurosécrétoires magnocellulaires, voient leurs axones s'étendre autour du chiasma optique et descendre vers la tige pituitaire jusqu'au lobe postérieur de l'hypophyse (1). Les neurones neurosécrétoires magnocellulaires libèrent deux neurohormones dans la circulation sanguine: l'ocytocine et la vasopressine (1). Ces deux substances sont des peptides formés d'un enchaînement de neuf acides ainés (1). 
  • L'ocytocine, libérée au moment de la naissance, provoque la contraction de l'utérus et facilite la délivrance de l'enfant (1). Elle stimule aussi la montée du lait venant des glandes mammaires (1).  La succion du mamelon par le bébé qui tête déclenche un réflexe complexe stimulant la libération d'ocytocine, mais la vue ou le cri d'un bébé (même si ce n'est pas le sien) peuvent aussi déclencher une montée de lait incontrôlable chez la mère (1). Dans chaque cas, un stimulus sensoriel -somatique, visuel, auditif - atteint le cortex cérébral par le trajet normal et le cortex stimule en retour l'hypothalamus pour déclencher la libération d'ocytocine (1). Dans certaines conditions, le cortex peut aussi supprimer les fonctions hypothalamiques, par exemple dans les cas où l'anxiété empêche la montée de lait (1).
  • La vasopressine, appelée aussi hormone antidiurétique (ADH), contrôle le volume du sang et la concentration en sels (1). Si l'organisme manque d'eau, le volume du sang diminue, et la concentration en sels dans le sang augmente. Ces deux modifications sont détectées, respectivement par des récepteurs de pression sanguine situés dans le système cardiovasculaire, et par des cellules de l'hypothalamus sensibles à la concentration en sels du sang (1). Les neurones sécrétant de la vasopressine reçoivent l'information concernant ces changements et répondent en libérant de la vasopressine qui agit directement sur les reins, et conduit à une rétention d'eau et une réduction de la production d'urine (1). Quand le volume sanguin et la pression artérielle diminuent, une communication à double sens s'établit entre le cerveau et les reins (1). Ceux-ci sécrètent dans le sang une enzyme, la rénine (1). L'élévation du taux de rénine déclenche une série de réactions chimiques dans le sang: l'angiotensinogène, une grosse protéine libérée par le foie, est transformée par la rénine en angiotensine I, qui est métabolisée à son tour pour donner une autre hormone peptidique, l'angiotensine II (1). L'angiotensine II agit directement sur le rein et les vaisseaux sanguins et fait remonter le pression artérielle. L'angiotensine II est également détectée par l'organe subfornical, une partie du cerveau qui n'est pas protégée par la barrière hémato-encéphalique (1). Les cellules de cet organe se projettent dans l'hypothalamus où, parmi d'autres fonctions, elles ont pour rôle d'activer les cellules neurosécrétrices contenant la vasopressine (1). L'organe subfornical active également d'autres cellules siégeant dans la partie latérale de l'hypothalamus, qui déclenche une soif irrésistible (1). Dans cet exemple, l'hypothalamus maintient donc l'homéostasie bien au delà du contrôle des organes viscéraux puisqu'il va influencer certains comportments de l'individu (ici incitation à boire).
Contrôle hypothalamique du lobe antérieur de l'hypophyse

Contrairement au lobe postérieur qui représente objectivement une partie du cerveau, le lobe antérieur constitue une véritable glande (1). Les cellules du lobe antérieur produisent et sécrètent toute une série d'hormones contrôlant les sécrétions d'autres glandes de l'organisme (c'est ce qui constitue le système endocrinien). Les hormones hypophysaires agissent sur les gonades, la glande thyroïde, les glandes surrénales et les glandes mammaires (1). Si l'hypophyse joue un rôle central, elle est cependant placée sous le contrôle de l'hypothalamus et celui-ci peut être considéré comme la "glande principale" du système endocrinien (1).
Le lobe antérieur est contrôlé par les cellules de la région périventriculaire de l'hypothalamus, les neurones neurosécrétoires parvocellulaires (1). Ces neurones ne se projettent pas jusque dans le lobe antérieure mais ils atteignent leurs cibles par une sécrétion qui s'effectue directement dans la circulation sanguine (1). Ils libèrent des hormones hypophysiotropes dans un réseau de capillaires sanguins spécifiques, situé au niveau du plancher du 3e ventricule (1). Ces minuscules vaisseaux sanguins descendent le long de la tige pituitaire et se ramifient dans le lobe antérieur (1). Ce réseau de vaisseaux sanguins porte le nom de système porte hypothalamo-hypophysaire (1). Les hormones hypophysiotropes libérées par les neurones hypothalamiques dans le système porte circulent dans le sang jusque dans le lobe antérieur, où elles se fixent à des récepteurs spécifiques localisés à la surface des cellules de l'hypophyse (1). L'activation de ces récepteurs conduit les cellules à déclencher ou à inhiber la sécrétion d'hormones dans la circulation générale (1).

Le contrôle des glandes surrénales illustre le fonctionnement de ce système (1). Situées juste au-dessus des reins, les glandes surrénales sont formées de deux parties: une sorte de coquille, la corticosurrénale, et le centre, la médullosurrénale. La corticosurrénale sécrète une hormone stéroïdienne, le cortisol, qui a pour effet de mobiliser les résèrves d'énergie dans le corps, de réduire l'action du système immunitaire, et qui nous conditionne en général pour faire face à toutes les situations de stress, depuis le stress physiologique (une hémorragie importante ou une émotion positive) au stress psychologique (1). Les neurones neurosécrétoires parvocellulaires de la région périventriculaire de l'hypothalamus, libèrent un peptide, la corticotropin-releasing hormone (CRH) (encore appelé corticolibérine ou corticotropin-releasing factor, CRF), dans le réseau des capillaires. La CRH parcourt la faible distance la séparant de la tige pituitaire où, en 15 secondes environ, elle stimule la sécrétion de l'hormone adrénocorticotrope (adrenocorticotropic hormone, ACTH). L'ACTH passe dans la circulation sanguine et atteint la corticosurrénale où, en quelques minutes, elle stimule la libération de cortisol (1). Il existe une sorte d'autorégulation du niveau de cortisol dans le sang (1). Le cortisol est un stéroïde, appartenant à une catégorie de substances biochimiques en rapport avec le cholestérol. Le cortisol est donc une molécule lipophile qui se dissout aisément dans la membrane des lipides et traverse donc la barrière hématoencéphalique (1). Dans l'hypothalamus, le cortisol agit sur des récepteurs spécifiques, ce qui conduit à inhiber la sécrétion de CRH et, de ce fait, limite l'élévation du niveau de cortisol dans le sang (1). Par ailleurs, les neurones contenant des récepteurs du cortisol sont disséminés dans une grande partie du cerveau et pas seulement dans l'hypothalamus. Dans ces autres régions du SNC, le cortisol a des effets importants sur l'activité neuronale (1).

Hormones de l'hypophyse antérieure (1)

Hormones Cible Effets
 Hormone lutéotrope (LH)  Gonades  Ovariens, maturation du sperme
 Hormone folliculostimulante (FSH)  Gonades  Ovulation, spermatogénèse
 Thyréostimuline (TSH)  Thyroïde  Sécrétion de la thyrotoxine (favorise le métabolisme)
Hormone adrénocorticotrope (ACTH)  Cortex surrénalien  Sécrétion de cortisol (mobilise les réserves d'énergie, inhibe le système immunitaire, autres effets)
 Hormone de croissance  Toutes les cellules  Stimulation de la synthèse des protéines
 Prolactine  Glandes mammaires  Sécrétion de lait, croissance

Stress et cerveau

Le stress de caractère physiologique est créé par le cerveau, en réponse à des stimuli réels ou imaginaires. Les nombreuses réponses physiologiques associées au stress contribuent à protéger le corps et le cerveau, des dangers qui sont à l'origine du stress (1). Le stress provoque la sécrétion de cortisol, une hormone stéroïdienne, à partir de la glande corticosurrénale. Le cortisol circule dans le sang jusqu'au cerveau et se fixe aux récepteurs présents dans le cytoplasme de nombreux neurones (1). L'activation de ces récepteurs se communique au noyau de la cellule, stimule la transcription génique, et enfin la synthèse des protéines (1). L'une des conséquences de l'action du cortisol est qu'un plus grand flux d'ions Ca2+ passe dans les neurones, à travers les canaux dépendants du potentiel. Ceci pourrait provenir d'une modification directe de ces canaux, ou bien résulter, indirectement, de changments du métabolisme énergétique de la cellule (1).

Le stress chronique et inévitable pourrait, via une surcharge de calcium, s'accompagner d'excitotoxicité et de dommages neuronaux, plus ou moins proches de l'effet du vieillissement cérébral (1).

Références

  1. Neurosciences, à la découverte du cerveau. Bear, Connors & Paradiso. Ed. Pradel