El hipotálamo ( pl.: hypothalami ; del griego antiguo ὑπό ( hupó ) 'debajo' y θάλαμος ( thálamos ) 'cámara') es una pequeña parte del cerebro de los vertebrados que contiene una serie de núcleos con una variedad de funciones. Una de las funciones más importantes es conectar el sistema nervioso con el sistema endocrino a través de la glándula pituitaria . El hipotálamo está ubicado debajo del tálamo y es parte del sistema límbico . [1] Forma la parte basal del diencéfalo . Todos los cerebros de los vertebrados contienen un hipotálamo. [2] En los humanos, tiene aproximadamente el tamaño de una almendra . [3]
El hipotálamo tiene la función de regular 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 glándula pituitaria. El hipotálamo controla la temperatura corporal , el hambre , aspectos importantes de las conductas de crianza y apego materno , la sed , [4] la fatiga , el sueño , los ritmos circadianos , y es importante en ciertas conductas sociales, como las conductas sexuales y agresivas. [5] [6]
El hipotálamo se divide en cuatro regiones (preóptica, supraóptica, tuberal, mamilar) en un plano parasagital, indicando ubicación anteroposterior; y tres zonas (periventricular, intermedia, lateral) en el plano coronal, indicando ubicación medial-lateral. [7] Los núcleos hipotalámicos se encuentran dentro de estas regiones y zonas específicas. [8] Se encuentra en todos los sistemas nerviosos de los vertebrados. En los mamíferos, las células neurosecretoras magnocelulares en el núcleo paraventricular y el núcleo supraóptico del hipotálamo producen hormonas neurohipofisarias , oxitocina y vasopresina . [9] Estas hormonas se liberan en la sangre en la hipófisis posterior . [10] Las células neurosecretoras parvocelulares mucho más pequeñas , las neuronas del núcleo paraventricular, liberan la hormona liberadora de corticotropina y otras hormonas en el sistema portal hipofisario , donde estas hormonas se difunden a la hipófisis anterior . [ cita requerida ]
Los núcleos hipotalámicos incluyen los siguientes: [11] [12]
![Núcleos hipotalámicos en un lado del hipotálamo, mostrados en una reconstrucción computacional en 3D[18]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/04/3D-Hypothalamus.JPG/1280px-3D-Hypothalamus.JPG)
El hipotálamo está muy interconectado con otras partes del sistema nervioso central , en particular con el tronco encefálico y su formación reticular . Como parte del sistema límbico , tiene conexiones con otras estructuras límbicas, como 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 provienen del núcleo del tracto solitario , el locus coeruleus y el bulbo raquídeo ventrolateral .
La mayoría de las fibras nerviosas dentro del hipotálamo discurren en dos direcciones (bidireccionales).
Varios núcleos hipotalámicos son sexualmente dimórficos ; es decir, hay claras diferencias tanto en la estructura como en la función entre machos y hembras. [19] Algunas diferencias son evidentes incluso en la neuroanatomía macroscópica: la más notable es el núcleo sexualmente dimórfico dentro del área preóptica , [19] 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 machos y hembras. 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; [20] esta es la razón por la que en muchas especies, los machos adultos tienen tamaños visiblemente distintos de las hembras.
Otros dimorfismos funcionales llamativos se dan en las respuestas conductuales a los esteroides ováricos de los adultos. Los machos y las hembras 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 estrógenos se expresan en diferentes conjuntos de neuronas. [ cita requerida ]
El estrógeno y la progesterona pueden influir en la expresión génica en neuronas particulares o inducir cambios en el potencial de membrana celular y la activación de quinasas , lo que conduce a diversas funciones celulares no genómicas. El estrógeno y la progesterona se unen a sus receptores hormonales nucleares afines , que se translocan 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 a estrógeno (ERE) en la región promotora proximal del gen. En general, los ER y los receptores de progesterona (PR) son activadores genéticos, con un aumento del ARNm y la posterior síntesis de proteínas después de la exposición a la hormona. [ cita requerida ]
Los cerebros masculinos y femeninos difieren en la distribución de los receptores de estrógeno, y esta diferencia es una consecuencia irreversible de la exposición neonatal a esteroides. [ cita requerida ] Los receptores de estrógeno (y los receptores de progesterona) se encuentran principalmente en las neuronas del hipotálamo anterior y mediobasal, en particular:
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 los machos y las hembras para mostrar conductas reproductivas adecuadas en la vida adulta.
En los primates, la influencia de los andrógenos en el desarrollo es menos clara y sus consecuencias son menos conocidas. Dentro del cerebro, la testosterona se aromatiza (a estradiol ), que es la principal hormona activa que influye en el desarrollo. El testículo humano secreta altos niveles de testosterona desde aproximadamente la semana 8 de vida fetal hasta los 5-6 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 que se unen a los esteroides durante el embarazo. [23]
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. [24] 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 papel no se entiende bien.
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 liberadores) se producen en los núcleos hipotalámicos y luego se transportan a lo largo de los axones hasta la eminencia media o la hipófisis posterior , donde se almacenan y se liberan según sea necesario. [25]
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 transporta hasta la hipófisis anterior, donde ejercen sus funciones reguladoras sobre la secreción de hormonas adenohipofisarias. [26] 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-hipofisaria. 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 hipófisis comenzará a secretar hormonas al resto del torrente sanguíneo o dejará de hacerlo. [27]
Otras hormonas secretadas por la eminencia media incluyen vasopresina , oxitocina y neurotensina . [29] [30] [31] [32]
En el eje hipotálamo-hipófisis-suprarrenal, 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-hipofisario-adrenal (HPA) están relacionadas con ciertas enfermedades de la piel y la homeostasis cutánea. Hay evidencia que vincula la hiperactividad de las hormonas HPA con enfermedades de la piel relacionadas con el estrés y tumores cutáneos. [33]
El hipotálamo coordina muchos ritmos circadianos hormonales y conductuales, patrones complejos de señales 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:
Los estímulos olfativos son importantes para la reproducción sexual y la función neuroendocrina en muchas especies. Por ejemplo, si una ratona preñada se expone a la orina de un macho "extraño" durante un período crítico después del coito, el embarazo fracasa (el efecto Bruce ). Así, durante el coito, una ratona hembra forma una "memoria olfativa" precisa de su pareja que persiste durante varios días. Las señales feromonales ayudan a la sincronización del estro en muchas especies; en las mujeres, la menstruación sincronizada también puede surgir de señales feromonales, aunque el papel de las feromonas en los seres humanos es discutido.
Las hormonas peptídicas tienen influencias importantes sobre el hipotálamo y para ello 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 de la lámina terminalis ) son los llamados órganos circunventriculares , donde las neuronas están en íntimo contacto tanto con la sangre como con el LCR . Estas estructuras están densamente vascularizadas y contienen neuronas osmorreceptoras y receptoras de sodio que controlan la bebida , la liberación de vasopresina , la excreción de sodio y el apetito de sodio. También contienen neuronas con receptores para la angiotensina , el factor natriurético auricular , la endotelina y la relaxina , cada uno de los cuales es importante en la regulación del equilibrio de líquidos y electrolitos. Las neuronas en el OVLT y el 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 tanto la fiebre como la secreción de ACTH, a través de efectos sobre las neuronas paraventriculares. [ cita requerida ]
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 , hay evidencia de captación activa en el plexo coroideo desde la sangre hacia el 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 . [ cita requerida ]
Los hallazgos han sugerido que la hormona tiroidea (T4) es captada por las células gliales hipotalámicas en el núcleo infundibular / eminencia media , y que aquí es convertida en T3 por la desyodasa tipo 2 (D2). Posteriormente, la T3 es transportada a las neuronas productoras de hormona liberadora de tirotropina ( TRH ) en el núcleo paraventricular . Se han encontrado receptores de hormona tiroidea en estas neuronas , lo que indica que de hecho son sensibles a los estímulos de T3. Además, estas neuronas expresaron MCT8 , un transportador de hormona tiroidea , lo que respalda la teoría de que la T3 se transporta a ellas. La T3 podría entonces unirse al receptor de hormona tiroidea en estas neuronas y afectar la producción de hormona liberadora de tirotropina, regulando así la producción de hormona tiroidea. [35]
El hipotálamo funciona como una especie de termostato para el cuerpo. [36] 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 son resultado de un nivel elevado en el hipotálamo; las temperaturas corporales elevadas debido a cualquier otra causa se clasifican como hipertermia . [36] En raras ocasiones, el daño directo al hipotálamo, como por un accidente cerebrovascular , causará fiebre; esto a veces se llama fiebre hipotalámica . Sin embargo, es más común que dicho daño cause temperaturas corporales anormalmente bajas. [36]
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 especializadas sensibles a la glucosa (en el núcleo arqueado y el hipotálamo ventromedial ), que son importantes para el apetito . El área preóptica contiene neuronas termosensibles; estas son importantes para la secreción de TRH .
La secreción de oxitocina en respuesta a la succión o estimulación vaginocervical está mediada por algunas de estas vías; la secreción de vasopresina en respuesta a estímulos cardiovasculares que surgen de quimiorreceptores en el cuerpo carotídeo y el arco aórtico , y de receptores de volumen auricular de baja presión , está mediada por otras. En la rata, la estimulación de la vagina también causa secreción de prolactina , y esto resulta en pseudo-preñez después de un apareamiento infértil. En el conejo, el coito provoca ovulación refleja . En la oveja, la estimulación cervical en presencia de altos niveles de estrógeno puede inducir comportamiento maternal en una oveja virgen. Todos estos efectos están mediados por el hipotálamo, y la información es transportada principalmente por vías espinales que retransmiten en el tronco encefálico. La estimulación de los pezones estimula la liberación de oxitocina y prolactina y suprime la liberación de LH y FSH .
Los estímulos cardiovasculares son transportados por el nervio vago . El vago también transmite una variedad de información visceral, incluyendo, por ejemplo, señales que surgen de la distensión o el vaciamiento gástrico, para suprimir o promover la alimentación, mediante la señalización de la liberación de leptina o gastrina , respectivamente. Nuevamente, esta información llega al hipotálamo a través de relés en el tronco encefálico.
Además, la función hipotalámica responde a los niveles de los tres neurotransmisores monoamínicos clásicos ( noradrenalina , dopamina y serotonina [5-hidroxitriptamina]) en los tractos de los que recibe inervación y está regulada por ellos. Por ejemplo, los estímulos noradrenérgicos que surgen del locus coeruleus tienen importantes efectos reguladores sobre los niveles de la hormona liberadora de corticotropina (CRH).
La parte extrema lateral del núcleo ventromedial del hipotálamo es responsable del control de la ingesta de alimentos . La estimulación de esta área 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 controlador sobre la parte lateral. La lesión bilateral de la parte medial del núcleo ventromedial causa hiperfagia y obesidad en el animal. Una lesión posterior 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: [38]
La zona medial del hipotálamo forma parte de un circuito que controla las conductas motivadas, como las conductas defensivas. [39] Los análisis del marcado con Fos mostraron que una serie de núcleos en la "columna de control conductual" es importante para regular la expresión de conductas defensivas innatas y condicionadas. [40]
La exposición a un depredador (como un gato) provoca conductas defensivas en roedores de laboratorio, incluso cuando el animal nunca ha estado expuesto a un gato. [41] 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 en la parte ventrolateral del núcleo premamilar (PMDvl). [42] El núcleo premamilar tiene un papel importante en la expresión de conductas defensivas hacia un depredador, ya que las lesiones en este núcleo eliminan conductas defensivas, como la congelación y la huida. [42] [43] El PMD no modula la conducta defensiva en otras situaciones, ya que las lesiones de este núcleo tuvieron efectos mínimos en las puntuaciones de congelación posteriores al choque. [43] El PMD tiene conexiones importantes con la sustancia gris periacueductal dorsal , una estructura importante en la expresión del miedo. [44] [45] Además, los animales muestran conductas de evaluación de riesgos para el entorno previamente asociado con el gato. El análisis de células marcadas con Fos mostró que el PMDvl es la estructura más activada en el hipotálamo, y la inactivación con muscimol antes de la exposición al contexto elimina el comportamiento defensivo. [42] Por lo tanto, el hipotálamo, principalmente el PMDvl, tiene un papel importante en la expresión de comportamientos defensivos innatos y condicionados ante un depredador.
Asimismo, el hipotálamo tiene un papel en la derrota social : los núcleos en la zona medial también se movilizan durante un encuentro con un congénere agresivo. El animal derrotado tiene un aumento en los niveles de Fos en las estructuras sexualmente dimórficas, como el núcleo preóptico medial, la parte ventrolateral del núcleo ventromedial y el núcleo premamilar ventral. [6] Estas estructuras son importantes en otras conductas sociales, como las conductas sexuales y agresivas. Además, el núcleo premamilar también se moviliza, la parte dorsomedial pero no la parte ventrolateral. [6] Las lesiones en este núcleo eliminan la conducta defensiva pasiva, como la inmovilización y la postura "sobre la espalda". [6]
Investigaciones recientes han puesto en duda que el papel del hipotálamo lateral se limite únicamente a iniciar y detener conductas innatas y han sostenido que aprende sobre las señales relacionadas con los alimentos. En concreto, que se opone al aprendizaje de información que es neutral o distante de los alimentos. Según este punto de vista, el hipotálamo lateral es "un árbitro único del aprendizaje capaz de cambiar la conducta hacia o lejos de eventos importantes". [46]
Dentro del cerebro, la histamina es sintetizada exclusivamente por neuronas con sus cuerpos celulares en el núcleo tuberomamilar (NTM) que se encuentra dentro del hipotálamo posterior. Hay aproximadamente 64000 neuronas histaminérgicas por lado en los humanos. Estas células se proyectan por todo el cerebro y la médula espinal. Las áreas que reciben proyecciones especialmente densas incluyen la corteza cerebral, el hipocampo, el neoestriado, el núcleo accumbens, la amígdala y el hipotálamo. ... Si bien la función mejor caracterizada del sistema de la histamina en el cerebro es la regulación del sueño y la excitación, la histamina también está involucrada en el aprendizaje y la memoria ... También parece que la histamina está involucrada en la regulación de la alimentación y el equilibrio energético.
