فیزیولوژی پزشکی گانونگ؛ تنظیم هیپوتالاموسی اعمال هورمونی

---

---

---

---

---

CHAPTER 17
Hypothalamic Regulation of Hormonal Functions

فصل ۱۷
تنظیم هیپوتالاموس عملکردهای هورمونی

INTRODUCTION

The hypothalamus regulates complex autonomic mechanisms that maintain the chemical constancy of the internal environment, and regulates metabolic endocrine processes to control body temperature and satiety. It synthesizes and secretes hypothalamic hormones, and these in turn stimulate or inhibit the secretion of pituitary hormones. The hypothalamus also functions with the limbic system as a unit that regulates emotional and instinctual behavior.

مقدمه

هیپوتالاموس مکانیسم های پیچیده اتونومیک را تنظیم می کند که ثبات شیمیایی محیط داخلی را حفظ می کند و فرآیندهای غدد درون ریز متابولیک را برای کنترل دمای بدن و سیری تنظیم می کند. هورمون های هیپوتالاموس را سنتز و ترشح می کند و این هورمون ها به نوبه خود باعث تحریک یا مهار ترشح هورمون های هیپوفیز می شوند. هیپوتالاموس همچنین با سیستم لیمبیک به عنوان واحدی که رفتار عاطفی و غریزی را تنظیم می کند، کار می کند.

HYPOTHALAMUS: ANATOMIC CONSIDERATIONS

The hypothalamus (Figure 17-1) is located in the lower part of the brain above the pituitary gland (Chapter 16, Figure 16-3) and releases hormones directly into the hypophysial portal system, which carries them directly to the pituitary gland. The hypothalamus is the portion of the anterior end of the diencephalon that lies below the hypothalamic sulcus and in front of the interpeduncular nuclei. It is divided into a variety of nuclei and nuclear areas.

هیپوتالاموس: ملاحظات آناتومیک

هیپوتالاموس (شکل ۱۷-۱) در قسمت تحتانی مغز بالای غده هیپوفیز قرار دارد (فصل ۱۶، شکل ۱۶-۳) و هورمون ها را مستقیماً در سیستم پورتال هیپوفیزیال آزاد می کند که آنها را مستقیماً به غده هیپوفیز می برد. هیپوتالاموس قسمتی از انتهای قدامی دیانسفالون است که در زیر شیار هیپوتالاموس و جلوی هسته‌های بین‌پایه‌ای قرار دارد. به انواع هسته ها و مناطق هسته ای تقسیم می شود.

FIGURE 17-1 Human hypothalamus, with a superimposed diagrammatic representation of the portal hypophysial vessels.

شکل ۱۷-۱ هیپوتالاموس انسان، با یک نمایش نموداری روی هم از عروق هیپوفیزیال پورتال.

AFFERENT & EFFERENT CONNECTIONS OF THE HYPOTHALAMUS

The principal afferent and efferent neural pathways to and from the hypothalamus are mostly unmyelinated. Many connect the hypothalamus to the limbic system. Important connections also exist between the hypothalamus and nuclei in the midbrain tegmentum, pons, and hindbrain.

اتصالات آوران و آوران هیپوتالاموس

مسیرهای عصبی اصلی آوران و وابران به و از هیپوتالاموس عمدتاً بدون میلین هستند. بسیاری از هیپوتالاموس را به سیستم لیمبیک متصل می کنند. همچنین ارتباطات مهمی بین هیپوتالاموس و هسته‌های تیگمانتوم مغز میانی، پونز و مغز عقبی وجود دارد.

Norepinephrine-secreting neurons with their cell bodies in the hindbrain end in many different parts of the hypothalamus (see Figure 7-2). Paraventricular neurons that secrete oxytocin and vasopressin project in turn to the hindbrain and the spinal cord. Neurons that secrete epinephrine have their cell bodies in the hindbrain and end in the ventral hypothalamus.

نورون های ترشح کننده نوراپی نفرین با بدن سلولی خود در مغز عقب به بسیاری از قسمت های مختلف هیپوتالاموس ختم می شوند (شکل ۷-۲ را ببینید). نورون های پارابطنی که اکسی توسین و وازوپرسین ترشح می کنند به نوبه خود به سمت مغز عقب و نخاع حرکت می کنند. سلول های عصبی که اپی نفرین ترشح می کنند در مغز عقبی قرار دارند و به هیپوتالاموس شکمی ختم می شوند.

An intrahypothalamic system is composed of dopamine-secreting neurons that have their cell bodies in the arcuate nucleus and end on or near the capillaries that form the portal vessels in the median eminence. Serotonin-secreting neurons project to the hypothalamus from the raphe nuclei.

یک سیستم داخل هیپوتالاموسی از نورون های ترشح کننده دوپامین تشکیل شده است که بدنه سلولی خود را در هسته کمانی قرار می دهند و در یا نزدیک مویرگ هایی که رگ های پورتال را در برجستگی میانی تشکیل می دهند، ختم می شوند. نورون های ترشح کننده سروتونین از هسته های رافه به هیپوتالاموس می روند.

RELATION TO THE PITUITARY GLAND

There are neural connections between the hypothalamus and the posterior lobe of the pituitary gland and vascular connections between the hypothalamus and the anterior lobe. Embryologically, the posterior pituitary arises as an evagination of the floor of the third ventricle. It is made up in large part of the endings of axons that arise from cell bodies in the supraoptic and paraventricular nuclei and pass to the posterior pituitary (Figure 17-2) via the hypothalamohypophysial tract. Most of the supraoptic fibers end in the posterior lobe itself, whereas some of the paraventricular fibers end in the median eminence. The anterior and intermediate lobes of the pituitary arise in the embryo from the rathke pouch, an evagination from the roof of the pharynx (see Figure 18-1). Sympathetic nerve fibers reach the anterior lobe from its capsule, and parasympathetic fibers reach it from the petrosal nerves, but few if any nerve fibers pass to it from the hypothalamus. However, the portal hypophysial vessels form a direct vascular link between the hypothalamus and the anterior pituitary. Arterial twigs from the carotid arteries and circle of willis form a network of fenestrated capillaries called the primary plexus on the ventral surface of the hypothalamus (Figure 17-1). Capillary loops also penetrate the median eminence. The capillaries drain into the sinusoidal portal hypophysial vessels that carry blood down the pituitary stalk to the capillaries of the anterior pituitary. This system begins and ends in capillaries without going through the heart and is therefore a true portal system. In birds and some mammals, including humans, there is no other anterior hypophysial arterial supply other than capsular vessels and anastomotic connections from the capillaries of the posterior pituitary. The median eminence is generally defined as the portion of the ventral hypothalamus from which the portal vessels arise. This region is outside the blood-brain barrier (see Chapter 33).

ارتباط با غده هیپوفیز

اتصالات عصبی بین هیپوتالاموس و لوب خلفی غده هیپوفیز و اتصالات عروقی بین هیپوتالاموس و لوب قدامی وجود دارد. از نظر جنین شناسی، هیپوفیز خلفی به صورت تخلیه از کف بطن سوم ایجاد می شود. در بخش بزرگی از انتهای آکسون‌ها که از اجسام سلولی در هسته‌های فوقاپتیک و پارا بطنی به وجود می‌آیند و از طریق دستگاه هیپوتالاموهیپوفیزیال به هیپوفیز خلفی (شکل ۱۷-۲) می‌رسند، تشکیل شده است. بیشتر فیبرهای سوپراپتیک به خود لوب خلفی ختم می‌شوند، در حالی که برخی از رشته‌های پارا بطنی به برجستگی میانی ختم می‌شوند. لوب‌های قدامی و میانی هیپوفیز در جنین از کیسه‌ی رَتکه بیرون می‌آیند، که از سقف حلق خارج می‌شود (شکل ۱۸-۱ را ببینید). رشته‌های عصبی سمپاتیک از کپسول آن به لوب قدامی و رشته‌های پاراسمپاتیک از اعصاب پتروسال به آن می‌رسند، اما تعداد کمی از رشته‌های عصبی از هیپوتالاموس به آن می‌رسند. با این حال، عروق هیپوفیزیال پورتال یک پیوند عروقی مستقیم بین هیپوتالاموس و هیپوفیز قدامی تشکیل می دهند. شاخه های شریانی از شریان های کاروتید و دایره ی ویلیس شبکه ای از مویرگ های سوراخ دار به نام شبکه اولیه را در سطح شکمی هیپوتالاموس تشکیل می دهند (شکل ۱۷-۱). حلقه های مویرگی نیز در برجستگی میانی نفوذ می کنند. مویرگ ها به رگ های هیپوفیزیال پورتال سینوسی تخلیه می شوند که خون را از ساقه هیپوفیز به سمت مویرگ های هیپوفیز قدامی می برند. این سیستم بدون عبور از قلب در مویرگ ها شروع و به پایان می رسد و بنابراین یک سیستم پورتال واقعی است. در پرندگان و برخی از پستانداران، از جمله انسان، هیچ منبع شریانی هیپوفیزیال قدامی به جز عروق کپسولی و اتصالات آناستوموز از مویرگ های هیپوفیز خلفی وجود ندارد. برجستگی میانی به طور کلی به عنوان بخشی از هیپوتالاموس شکمی که عروق پورتال از آن خارج می شوند، تعریف می شود. این ناحیه خارج از سد خونی مغزی است (به فصل ۳۳ مراجعه کنید).

FIGURE 17-2 Secretion of hypothalamic hormones. The hormones of the posterior lobe (PL) are released into the general circulation from the endings of supraoptic and paraventricular neurons, whereas hypophysiotropic hormones are secreted into the portal hypophysial circulation from the endings of arcuate and other hypothalamic neurons. AL, anterior lobe; MB, mamillary bodies; OC, optic chiasm.

شکل ۱۷-۲ ترشح هورمون های هیپوتالاموس. هورمون‌های لوب خلفی (PL) از انتهای نورون‌های فوقاپتیک و پارا بطنی به گردش خون عمومی آزاد می‌شوند، در حالی که هورمون‌های هیپوفیزیوتروپیک از انتهای نورون‌های کمانی و دیگر هیپوتالاموس به گردش خون هیپوفیزیال پورتال ترشح می‌شوند. AL، لوب قدامی؛ MB، اجسام پستانی؛ OC، کیاسم بینایی.

HYPOTHALAMIC FUNCTION

The major functions of the hypothalamus are summarized in Table 17-1. Some are fairly clear-cut visceral reflexes, and others include complex behavioral and emotional reactions; however, all involve a specific response to a specific stimulus. It is important to keep this in mind in considering hypothalamic function.

عملکرد هیپوتالاموس

وظایف اصلی هیپوتالاموس در جدول ۱۷-۱ خلاصه شده است. برخی از آنها رفلکس های احشایی نسبتاً واضح هستند و برخی دیگر شامل واکنش های رفتاری و عاطفی پیچیده هستند. با این حال، همه شامل یک پاسخ خاص به یک محرک خاص هستند. در نظر گرفتن عملکرد هیپوتالاموس مهم است که این را در نظر داشته باشید.

TABLE 17-1 Summary of principal hypothalamic regulatory mechanisms.

جدول ۱۷-۱ خلاصه مکانیسم های اصلی تنظیمی هیپوتالاموس.

RELATION TO AUTONOMIC FUNCTION

Many years ago, Sherrington called the hypothalamus “the head ganglion of the autonomic system.” Stimulation of the hypothalamus produces autonomic responses, but the hypothalamus does not seem to be concerned with the regulation of visceral function per se. Rather, the autonomic responses triggered in the hypothalamus are part of more complex phenomena such as eating, and emotions such as rage. For example, stimulation of various parts of the hypothalamus, especially the lateral areas, produces diffuse sympathetic discharge and increased adrenal medullary secretion the mass sympathetic discharge seen in animals exposed to stress (the flight or fight reaction; see Chapter 13).

ارتباط با عملکرد خودکار

سال‌ها پیش، شرینگتون هیپوتالاموس را «گانگلیون سر سیستم خودمختار» نامید. تحریک هیپوتالاموس پاسخ های خودمختار ایجاد می کند، اما به نظر نمی رسد هیپوتالاموس به خودی خود به تنظیم عملکرد احشایی اهمیت دهد. در عوض، پاسخ‌های خودکاری که در هیپوتالاموس ایجاد می‌شوند، بخشی از پدیده‌های پیچیده‌تر مانند غذا خوردن و احساساتی مانند خشم هستند. به عنوان مثال، تحریک قسمت‌های مختلف هیپوتالاموس، به‌ویژه نواحی جانبی، ترشح سمپاتیک منتشر و ترشح مدولاری آدرنال را افزایش می‌دهد، ترشحات سمپاتیک انبوهی که در حیوانات در معرض استرس مشاهده می‌شود (واکنش پرواز یا مبارزه؛ به فصل ۱۳ مراجعه کنید).

It has been claimed that separate hypothalamic areas control epinephrine and norepinephrine secretion. Differential secretion of one or the other of these adrenal medullary catecholamines does occur in certain situations (see Chapter 20), but the selective increases are small.

ادعا شده است که نواحی جداگانه هیپوتالاموس ترشح اپی نفرین و نوراپی نفرین را کنترل می کنند. ترشح افتراقی یکی یا دیگری از این کاتکول آمین های مدولاری آدرنال در شرایط خاصی اتفاق می افتد (به فصل ۲۰ مراجعه کنید)، اما افزایش انتخابی اندک است.

Body weight depends on the balance between caloric intake and utilization of calories. Obesity results when the former exceeds the latter. The hypothalamus and related parts of the brain play a key role in the regulation of food intake. Obesity is considered in detail in Chapter 26, and the relation of obesity to diabetes mellitus is discussed in Chapter 24.

وزن بدن به تعادل بین کالری دریافتی و استفاده از کالری بستگی دارد. چاقی زمانی ایجاد می شود که اولی از دومی بیشتر شود. هیپوتالاموس و بخش‌های مرتبط مغز نقش کلیدی در تنظیم غذای دریافتی دارند. چاقی در فصل ۲۶ به تفصیل در نظر گرفته شده است و ارتباط چاقی با دیابت در فصل ۲۴ مورد بحث قرار گرفته است.

Hypothalamic regulation of sleep and circadian rhythms are discussed in Chapter 14.

تنظیم هیپوتالاموس خواب و ریتم های شبانه روزی در فصل ۱۴ مورد بحث قرار گرفته است.

THIRST

Another appetitive mechanism under hypothalamic control is thirst. Drinking is regulated by plasma osmolality and extracellular fluid (ECF) volume in much the same fashion as vasopressin secretion (see Chapter 38). Water intake is increased by increased effective osmotic pressure of the plasma (Figure 17-3), by decreases in ECF volume, and by psychological and other factors. Osmolality acts via osmoreceptors, receptors that sense the osmolality of the body fluids. These osmoreceptors are located in the anterior hypothalamus.

تشنگی

یکی دیگر از مکانیسم های اشتها آور تحت کنترل هیپوتالاموس تشنگی است. نوشیدن توسط اسمولالیته پلاسما و حجم مایع خارج سلولی (ECF) به همان شیوه ترشح وازوپرسین تنظیم می شود (به فصل ۳۸ مراجعه کنید). مصرف آب با افزایش فشار اسمزی موثر پلاسما (شکل ۱۷-۳)، با کاهش حجم ECF و عوامل روانی و سایر عوامل افزایش می یابد. اسمولالیته از طریق گیرنده های اسموری عمل می کند، گیرنده هایی که اسمولالیته مایعات بدن را حس می کنند. این گیرنده های اسمزی در هیپوتالاموس قدامی قرار دارند.

FIGURE 17–۳ Relation of plasma osmolality to thirst in healthy adult humans during infusion of hypertonic saline. The intensity of thirst is measured on a special analog scale. (Reproduced with permission from Thompson CJ et al: The osmotic thresholds for thirst and vasopressin release are similar in healthy humans. Clin Sci Lond 1986; Dec; 71(6): 651-656.)

شکل ۱۷-۳ رابطه اسمولالیته پلاسما با تشنگی در انسان بالغ سالم در طول تزریق سالین هیپرتونیک. شدت تشنگی در مقیاس آنالوگ مخصوص اندازه گیری می شود. (بازتولید شده با اجازه از تامپسون CJ و همکاران: آستانه اسمزی برای تشنگی و ترشح وازوپرسین در انسان های سالم مشابه است. Clin Sci Lond 1986؛ دسامبر؛ ۷۱(۶): ۶۵۱-۶۵۶.)

Decreases in ECF volume also stimulate thirst by a pathway independent of that mediating thirst in response to increased plasma osmolality (Figure 17-4). Thus, hemorrhage causes increased drinking even if there is no change in the osmolality of the plasma. The effect of ECF volume depletion on thirst is mediated in part via the renin-angiotensin system (see Chapter 38). Renin secretion is increased by hypovolemia and results in an increase in circulating angiotensin II. The angiotensin II acts on the subfornical organ, a specialized receptor area in the diencephalon (see Figure 33-7), to stimulate the neural areas concerned with thirst. Some evidence suggests that it acts on the organum vasculosum of the lamina terminalis (OVLT) as well. These areas are highly permeable and are two of the circumventricular organs located outside the blood- brain barrier (see Chapter 33). However, drugs that block the action of angiotensin II do not completely block the thirst response to hypovolemia, and it appears that the baroreceptors in the heart and blood vessels are also involved.

کاهش حجم ECF همچنین تشنگی را از طریق مسیری مستقل از آن تشنگی واسطه در پاسخ به افزایش اسمولالیته پلاسما تحریک می کند (شکل ۱۷-۴). بنابراین، خونریزی باعث افزایش نوشیدن می شود حتی اگر تغییری در اسمولالیته پلاسما ایجاد نشود. اثر کاهش حجم ECF بر تشنگی تا حدی از طریق سیستم رنین-آنژیوتانسین انجام می شود (به فصل ۳۸ مراجعه کنید). ترشح رنین با هیپوولمی افزایش می یابد و منجر به افزایش آنژیوتانسین II در گردش می شود. آنژیوتانسین II بر روی اندام ساب فورنیکال، یک ناحیه گیرنده تخصصی در دیانسفالون (به شکل ۳۳-۷ مراجعه کنید)، برای تحریک نواحی عصبی مرتبط با تشنگی عمل می کند. برخی شواهد نشان می‌دهد که روی اندام عروقی لایه انتهایی (OVLT) نیز اثر می‌گذارد. این نواحی بسیار نفوذپذیر هستند و دو اندام دور بطنی هستند که خارج از سد خونی مغزی قرار دارند (به فصل ۳۳ مراجعه کنید). با این حال، داروهایی که عملکرد آنژیوتانسین II را مسدود می کنند، پاسخ تشنگی به هیپوولمی را به طور کامل مسدود نمی کنند و به نظر می رسد که گیرنده های فشار در قلب و عروق خونی نیز درگیر هستند.

FIGURE 17-4 Diagrammatic representation of the way in which changes in plasma osmolality and changes in ECF volume affect thirst by separate pathways. ECF, extracellular fluid.

شکل ۱۷-۴ نمایش نموداری روشی که در آن تغییرات اسمولالیته پلاسما و تغییرات در حجم ECF بر تشنگی توسط مسیرهای جداگانه تأثیر می گذارد. ECF، مایع خارج سلولی.

The intake of liquids is increased during eating (prandial drinking). The increase has been called a learned or habit response, but it has not been investigated in detail. One factor is an increase in plasma osmolality that occurs as food is absorbed. Another may be an action of one or more gastrointestinal hormones on the hypothalamus.

مصرف مایعات در هنگام غذا خوردن (نوشیدن غذا) افزایش می یابد. این افزایش واکنش آموخته شده یا عادت نامیده می شود، اما به طور دقیق بررسی نشده است. یکی از عوامل افزایش اسمولالیته پلاسما است که با جذب غذا اتفاق می افتد. دیگری ممکن است اثر یک یا چند هورمون گوارشی بر روی هیپوتالاموس باشد.

When the sensation of thirst is obtunded, either by direct damage to the diencephalon or by depressed or altered states of consciousness, patients stop drinking adequate amounts of fluid. Dehydration results if appropriate measures are not instituted to maintain water balance. If the protein intake is high, the products of protein metabolism cause an osmotic diuresis (see Chapter 38), and the amounts of water required to maintain hydration are large. Most cases of hypernatremia are actually due to simple dehydration in patients with psychoses or hypothalamic disease who do not or cannot increase their water intake when their thirst mechanism is stimulated. Lesions of the anterior communicating artery can also obtund thirst because branches of this artery supply the hypothalamic areas concerned with thirst.

هنگامی که احساس تشنگی، یا در اثر آسیب مستقیم به دی انسفالون یا در اثر افسردگی یا تغییر حالت های هوشیاری، از بین می رود، بیماران نوشیدن مقادیر کافی مایعات را متوقف می کنند. اگر اقدامات مناسب برای حفظ تعادل آب انجام نشود، کم آبی نتیجه می گیرد. اگر مصرف پروتئین زیاد باشد، محصولات متابولیسم پروتئین باعث دیورز اسمزی می شود (به فصل ۳۸ مراجعه کنید)، و مقادیر آب مورد نیاز برای حفظ هیدراتاسیون زیاد است. بیشتر موارد هیپرناترمی در واقع به دلیل کم آبی ساده در بیماران مبتلا به سایکوز یا بیماری هیپوتالاموس است که وقتی مکانیسم تشنگی آنها تحریک می شود، مصرف آب خود را افزایش نمی دهند یا نمی توانند افزایش دهند. ضایعات شریان ارتباطی قدامی نیز می تواند تشنگی را از بین ببرد زیرا شاخه های این شریان مناطق هیپوتالاموس مربوط به تشنگی را تامین می کنند.

OTHER FACTORS REGULATING WATER INTAKE

A number of other well-established factors contribute to the regulation of water intake. Psychological and social factors are important. Dryness of the pharyngeal mucous membrane causes a sensation of thirst. Patients in whom fluid intake must be restricted sometimes get appreciable relief of thirst by sucking ice chips or a wet cloth.

سایر عوامل تنظیم کننده مصرف آب

تعدادی دیگر از عوامل به خوبی تثبیت شده در تنظیم مصرف آب نقش دارند. عوامل روانی و اجتماعی مهم هستند. خشکی غشای مخاطی حلق باعث احساس تشنگی می شود. بیمارانی که مصرف مایعات در آنها باید محدود شود، گاهی اوقات با مکیدن تکه های یخ یا پارچه خیس تشنگی قابل توجهی را تسکین می دهند.

Dehydrated dogs, cats, camels, and some other animals rapidly drink just enough water to make up their water deficit. They stop drinking before the water is absorbed (while their plasma is still hypertonic), so some kind of pharyngeal gastrointestinal “metering” must be involved. Some evidence suggests that humans have a similar metering ability, though it is not well developed.

سگ‌ها، گربه‌ها، شترها و برخی دیگر از حیوانات کم‌آب به سرعت به اندازه کافی آب می‌نوشند تا کمبود آب خود را جبران کنند. آنها قبل از جذب آب نوشیدن را متوقف می کنند (در حالی که پلاسمای آنها هنوز هیپرتونیک است)، بنابراین باید نوعی “منتاژ” گوارشی حلق درگیر شود. برخی از شواهد نشان می‌دهد که انسان‌ها توانایی اندازه‌گیری مشابهی دارند، اگرچه به خوبی توسعه نیافته‌اند.

CONTROL OF POSTERIOR PITUITARY SECRETION

VASOPRESSIN & OXYTOCIN

In most mammals, the hormones secreted by the posterior pituitary gland are arginine vasopressin (AVP) and oxytocin. In hippopotami and most pigs, arginine in the vasopressin molecule is replaced by lysine to form lysine vasopressin. The posterior pituitaries of some species of pigs and marsupials contain a mixture of arginine and lysine vasopressin. The posterior lobe hormones are nanopeptides with a disulfide ring at one end (Figure 17-5).

کنترل ترشح هیپوفیز خلفی

VASOPRESSIN & اکسی توسین

در بیشتر پستانداران، هورمون هایی که از غده هیپوفیز خلفی ترشح می شوند، آرژنین وازوپرسین (AVP) و اکسی توسین هستند. در اسب آبی و بیشتر خوک ها، آرژنین در مولکول وازوپرسین با لیزین جایگزین می شود و لیزین وازوپرسین را تشکیل می دهد. هیپوفیز خلفی برخی از گونه های خوک و کیسه دار حاوی مخلوطی از آرژنین و لیزین وازوپرسین است. هورمون‌های لوب خلفی نانوپپتیدهایی هستند که یک حلقه دی سولفید در یک انتها دارند (شکل ۱۷-۵).

FIGURE 17-5 Arginine vasopressin and oxytocin.

شکل ۱۷-۵ آرژنین وازوپرسین و اکسی توسین.

BIOSYNTHESIS, INTRANEURONAL TRANSPORT, & SECRETION

The hormones of the posterior pituitary gland are synthesized in the cell bodies of the magnocellular neurons in the supraoptic and paraventricular nuclei and transported down the axons of these neurons to their endings in the posterior lobe, where they are secreted in response to electrical activity in the endings. Some of the neurons make oxytocin and others make vasopressin, and oxytocin- containing and vasopressin-containing cells are found in both nuclei.

بیوسنتز، حمل و نقل درون عصبی و ترشح

هورمون های غده هیپوفیز خلفی در بدنه سلولی نورون های مغناطیسی در هسته های فوق اپتیک و پارا بطنی سنتز می شوند و از آکسون های این نورون ها به انتهای آنها در لوب خلفی منتقل می شوند، جایی که در پاسخ به فعالیت الکتریکی در انتهای آن ترشح می شوند. برخی از نورون ها اکسی توسین و برخی دیگر وازوپرسین می سازند و سلول های حاوی اکسی توسین و وازوپرسین در هر دو هسته یافت می شوند.

Oxytocin and vasopressin are typical neural hormones, that is, hormones secreted into the circulation by nerve cells. This type of neural regulation is compared with other types in Figure 17-6. The term neurosecretion was originally coined to describe the secretion of hormones by neurons, but the term is somewhat misleading because it appears that all neurons secrete chemical messengers (see Chapter 7).

اکسی توسین و وازوپرسین هورمون های عصبی معمولی هستند، یعنی هورمون هایی که توسط سلول های عصبی به گردش خون ترشح می شوند. این نوع تنظیم عصبی با انواع دیگر در شکل ۱۷-۶ مقایسه شده است. اصطلاح ترشح عصبی در ابتدا برای توصیف ترشح هورمون ها توسط نورون ها ابداع شد، اما این اصطلاح تا حدودی گمراه کننده است زیرا به نظر می رسد که همه نورون ها پیام رسان های شیمیایی ترشح می کنند (به فصل ۷ مراجعه کنید).

FIGURE 17-6 Neural control mechanisms. In the two situations on the left, neurotransmitters act at nerve endings on muscle; in the two in the middle, neurotransmitters regulate the secretion of endocrine glands; and in the two on the right, neurons secrete hormones into the hypophysial portal or general circulation. ACTH, adrenocorticotropic hormone; FSH, follicle-stimulating hormone; GH, growth hormone; LH, luteinizing hormone; TSH, thyroid- stimulating hormone.

شکل ۱۷-۶ مکانیسم های کنترل عصبی. در دو موقعیت سمت چپ، انتقال دهنده های عصبی در انتهای عصب روی ماهیچه عمل می کنند. در دو قسمت وسط، انتقال دهنده های عصبی ترشح غدد درون ریز را تنظیم می کنند. و در دو سمت راست، نورون ها هورمون ها را به پورتال هیپوفیزیال یا گردش خون عمومی ترشح می کنند. ACTH، هورمون آدرنوکورتیکوتروپیک؛ FSH، هورمون محرک فولیکول؛ GH، هورمون رشد؛ LH، هورمون لوتئینه کننده؛ TSH، هورمون محرک تیروئید.

Like other peptide hormones, the posterior lobe hormones are synthesized as part of larger precursor molecules. Vasopressin and oxytocin each have a characteristic neurophysin associated with them in the granules in the neurons that secrete them-neurophysin I in the case of oxytocin and neurophysin II in the case of vasopressin. The neurophysins were originally thought to be binding polypeptides, but it now appears that they are simply parts of the precursor molecules. The precursor for AVP, prepropressophysin, contains a 19-amino- acid residue leader sequence followed by AVP, neurophysin II, and a glycopeptide (Figure 17-7). Prepro-oxyphysin, the precursor for oxytocin, is a similar but smaller molecule that lacks the glycopeptide.

مانند سایر هورمون های پپتیدی، هورمون های لوب خلفی به عنوان بخشی از مولکول های پیش ساز بزرگتر سنتز می شوند. وازوپرسین و اکسی توسین هر کدام دارای یک نوروفیزین مشخصه هستند که در گرانول‌های موجود در نورون‌ها که آنها را ترشح می‌کنند، نوروفیزین I در مورد اکسی توسین و نوروفیزین II در مورد وازوپرسین وجود دارد. در ابتدا تصور می شد که نوروفیزین ها پلی پپتیدهای اتصال دهنده هستند، اما اکنون به نظر می رسد که آنها صرفاً بخشی از مولکول های پیش ساز هستند. پیش ساز AVP، پری پروپرسوفیزین، حاوی یک توالی رهبر باقی مانده اسید آمینه است که به دنبال آن AVP، نوروفیزین II، و یک گلیکوپپتید (شکل ۱۷-۷). Prepro-oxyphysin، پیش ساز اکسی توسین، یک مولکول مشابه اما کوچکتر است که فاقد گلیکوپپتید است.

FIGURE 17-7 Structure of bovine prepropressophysin (left) and prepro- oxyphysin (right). Gly in the 10 position of both peptides is necessary for amidation of the Gly residue in position 9. aa, amino acid residues. (Reproduced with permission from Richter D: Molecular events in expression of vasopressin and oxytocin and their cognate receptors. Am J Physiol 1988; Aug; 255(2 Pt 2):F207-F219.)

شکل ۱۷-۷ ساختار پری پروپرسوفیزین گاوی (سمت چپ) و پری پرواکسی فیزین (راست). Gly در موقعیت ۱۰ هر دو پپتید برای آمیداسیون باقیمانده Gly در موقعیت ۹. aa، باقی مانده اسید آمینه ضروری است. (بازتولید شده با اجازه از Richter D: رویدادهای مولکولی در بیان وازوپرسین و اکسی توسین و گیرنده های همزاد آنها. Am J Physiol 1988؛ Aug؛ ۲۵۵ (۲ Pt 2): F207-F219.)

The precursor molecules are synthesized in the ribosomes of the cell bodies of the neurons. They have their leader sequences removed in the endoplasmic reticulum, are packaged into secretory granules in the Golgi apparatus, and are transported down the axons by axoplasmic flow to the endings in the posterior pituitary. The secretory granules, called Herring bodies, are easy to stain in tissue sections, and they have been extensively studied. Cleavage of the precursor molecules occurs as they are being transported, and the storage granules in the endings contain free vasopressin or oxytocin and the corresponding neurophysin. In the case of vasopressin, the glycopeptide is also present. All these products are secreted, but the functions of the components other than the established posterior pituitary hormones are unknown. Physiologic control of vasopressin secretion is described in detail in Chapter 38.

مولکول های پیش ساز در ریبوزوم های بدن سلولی نورون ها سنتز می شوند. آنها توالی های رهبر خود را در شبکه آندوپلاسمی حذف می کنند، در گرانول های ترشحی در دستگاه گلژی بسته بندی می شوند و با جریان آکسوپلاسمی به انتهای آکسون ها به انتهای هیپوفیز خلفی منتقل می شوند. دانه های ترشحی که اجسام شاه ماهی نامیده می شوند، به راحتی در بخش های بافتی رنگ آمیزی می شوند و به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته اند. جدا شدن مولکول های پیش ساز در حین انتقال رخ می دهد و گرانول های ذخیره شده در انتهای آن حاوی وازوپرسین آزاد یا اکسی توسین و نوروفیزین مربوطه هستند. در مورد وازوپرسین، گلیکوپپتید نیز وجود دارد. همه این محصولات ترشح می شوند، اما عملکرد اجزای دیگر غیر از هورمون های هیپوفیز خلفی ناشناخته است. کنترل فیزیولوژیک ترشح وازوپرسین به تفصیل در فصل ۳۸ توضیح داده شده است.

ELECTRICAL ACTIVITY OF MAGNOCELLULAR NEURONS

The oxytocin-secreting and vasopressin-secreting neurons also generate and conduct action potentials, and action potentials reaching their endings trigger the release of hormones by Ca2+-dependent exocytosis. At least in anesthetized rats,these neurons are silent at rest or discharge at low, irregular rates (0.1-3 spikes/s). However, their response to stimulation varies (Figure 17-8). Stimulation of the nipples causes a synchronous, high-frequency discharge of the oxytocin neurons after an appreciable latency. This discharge causes release of a pulse of oxytocin and consequent milk ejection in postpartum females. On the other hand, stimulation of vasopressin-secreting neurons by a stimulus such as an increase in blood osmolality during dehydration, or loss of blood volume due to hemorrhage, causes an initial steady increase in firing rate followed by a prolonged pattern of phasic discharge in which periods of high-frequency discharge alternate with periods of electrical quiescence (phasic bursting). These phasic bursts are generally not synchronous in different vasopressin- secreting neurons. They are well-suited to maintain a prolonged increase in the output of vasopressin, as opposed to the synchronous, relatively short, high- frequency discharge of oxytocin-secreting neurons in response to stimulation of the nipples.

فعالیت الکتریکی نورون های سلولی مغناطیسی

نورون های ترشح کننده اکسی توسین و ترشح کننده وازوپرسین نیز پتانسیل های عمل را تولید و هدایت می کنند و پتانسیل های عمل با رسیدن به انتهای خود باعث آزاد شدن هورمون ها توسط اگزوسیتوز وابسته به Ca2+ می شوند. حداقل در موش‌های بیهوش، این نورون‌ها در حالت استراحت ساکت هستند یا با سرعت‌های پایین و نامنظم تخلیه می‌شوند (۰.۱-۳ spike/s). با این حال، پاسخ آنها به تحریک متفاوت است (شکل ۱۷-۸). تحریک نوک سینه ها باعث تخلیه همزمان و با فرکانس بالا نورون های اکسی توسین پس از یک تاخیر قابل ملاحظه می شود. این ترشح باعث آزاد شدن نبض اکسی توسین و در نتیجه خروج شیر در زنان پس از زایمان می شود. از سوی دیگر، تحریک نورون های ترشح کننده وازوپرسین توسط یک محرک مانند افزایش اسمولالیته خون در طول کم آبی، یا از دست دادن حجم خون به دلیل خونریزی، باعث افزایش ثابت اولیه در سرعت شلیک و به دنبال آن یک الگوی طولانی تخلیه فازی می شود که در آن دوره های تخلیه با فرکانس بالا (تخلیه متناوب تخلیه الکتریکی متناوب با پریودهای پریود) ایجاد می شود. این انفجارهای فازیک معمولاً در نورون های مختلف ترشح کننده وازوپرسین همزمان نیستند. آنها به خوبی برای حفظ افزایش طولانی مدت در برون ده وازوپرسین مناسب هستند، برخلاف تخلیه همزمان، نسبتا کوتاه و با فرکانس بالا نورون های ترشح کننده اکسی توسین در پاسخ به تحریک نوک سینه ها.

FIGURE 17-8 Responses of magnocellular neurons to stimulation. The tracings show individual extracellularly recorded action potentials, discharge rates, and intramammary duct pressure. A) Response of an oxytocin-secreting neuron. HFD, high-frequency discharge; ME, milk ejection. Stimulation of nipples started before the onset of recording. B) Responses of a vasopressin- secreting neuron, showing no change in the slow firing rate in response to stimulation of nipples and a prompt increase in the firing rate when 5 mL of blood was drawn, followed by typical phasic discharge. (Modified with permission from Wakerly JB: Hypothalamic neurosecretory function: Insights from electrophysiological studies of the magno-cellular nuclei. IBRO News 1985; 4:15.)

شکل ۱۷-۸ پاسخ نورون های مغناطیسی سلولی به تحریک. ردیابی ها پتانسیل عمل ثبت شده خارج سلولی، نرخ تخلیه و فشار مجرای داخل پستانی را نشان می دهد. الف) پاسخ یک نورون ترشح کننده اکسی توسین. HFD، تخلیه با فرکانس بالا؛ من، تخلیه شیر. تحریک نوک سینه ها قبل از شروع ضبط شروع شد. ب) پاسخ های یک نورون ترشح کننده وازوپرسین که هیچ تغییری در سرعت شلیک آهسته در پاسخ به تحریک نوک سینه ها نشان نمی دهد و افزایش سریع سرعت شلیک زمانی که ۵ میلی لیتر خون گرفته می شود و به دنبال آن ترشحات فازیک معمولی است. (با اجازه Wakerly JB اصلاح شده است: عملکرد ترشح عصبی هیپوتالاموس: بینش های حاصل از مطالعات الکتروفیزیولوژیک هسته های سلولی مغناطیسی. IBRO News 1985؛ ۴:۱۵.)

VASOPRESSIN & OXYTOCIN IN OTHER LOCATIONS

Vasopressin-secreting neurons are found in the suprachiasmatic nuclei, and vasopressin and oxytocin are also found in the endings of neurons that project from the paraventricular nuclei to the brainstem and spinal cord. These neurons appear to be involved in cardiovascular control. In addition, vasopressin and oxytocin are synthesized in the gonads and the adrenal cortex, and oxytocin is present in the thymus. The functions of the peptides in these organs are unsettled.

VASOPRESSIN & اکسی توسین در مکان های دیگر

نورون های ترشح کننده وازوپرسین در هسته های سوپراکیاسماتیک و وازوپرسین و اکسی توسین نیز در انتهای نورون هایی یافت می شوند که از هسته های پارا بطنی به سمت ساقه مغز و نخاع پیش می روند. به نظر می رسد این نورون ها در کنترل قلب و عروق نقش دارند. علاوه بر این، وازوپرسین و اکسی توسین در غدد جنسی و قشر آدرنال سنتز می شوند و اکسی توسین در تیموس وجود دارد. عملکرد پپتیدها در این اندام ها ثابت نیست.

Vasopressin Receptors

There are at least three kinds of vasopressin receptors: V1A, V1B, and V2. All are G-protein-coupled. The V1A and V1B receptors act through phosphatidylinositol hydrolysis to increase intracellular Ca2+ concentrations. The V2 receptors act through G, to increase cyclic adenosine monophosphate levels.

گیرنده های وازوپرسین

حداقل سه نوع گیرنده وازوپرسین وجود دارد: V1A، V1B، و V2. همه آنها با پروتئین G همراه هستند. گیرنده های V1A و V1B از طریق هیدرولیز فسفاتیدیلینوزیتول برای افزایش غلظت Ca2+ داخل سلولی عمل می کنند. گیرنده های V2 از طریق G عمل می کنند تا سطح آدنوزین مونوفسفات حلقوی را افزایش دهند.

Effects of Vasopressin

Because one of its principal physiologic effects is the retention of water by the kidney, vasopressin is often called the antidiuretic hormone (ADH). It increases the permeability of the collecting ducts of the kidney so that water enters the hypertonic interstitium of the renal pyramids (see Chapter 37). The urine becomes concentrated and its volume decreases. The overall effect is therefore retention of water in excess of solute; consequently, the effective osmotic pressure of the body fluids is decreased. In the absence of vasopressin, the urine is hypotonic to plasma, urine volume is increased, and there is a net water loss. Consequently, the osmolality of the body fluid rises.

اثرات وازوپرسین

از آنجا که یکی از اثرات فیزیولوژیکی اصلی آن احتباس آب توسط کلیه است، وازوپرسین اغلب هورمون ضد ادرار (ADH) نامیده می شود. نفوذپذیری مجاری جمع کننده کلیه را افزایش می دهد به طوری که آب وارد بینابینی هیپرتونیک اهرام کلیه می شود (به فصل ۳۷ مراجعه کنید). ادرار غلیظ می شود و حجم آن کاهش می یابد. بنابراین اثر کلی احتباس آب بیش از حد املاح است. در نتیجه فشار اسمزی موثر مایعات بدن کاهش می یابد. در غیاب وازوپرسین، ادرار نسبت به پلاسما هیپوتونیک می شود، حجم ادرار افزایش می یابد و خالص آب از دست می رود. در نتیجه، اسمولالیته مایع بدن افزایش می یابد.

Effects of Oxytocin

In humans, oxytocin acts primarily on the breasts and uterus, though it appears to be involved in luteolysis as well (see Chapter 22). A G-protein-coupled oxytocin receptor has been identified in human myometrium, and a similar or identical receptor is found in mammary tissue and the ovary. It triggers increases in intracellular Ca2+ levels.

اثرات اکسی توسین

در انسان، اکسی توسین عمدتاً روی سینه‌ها و رحم تأثیر می‌گذارد، اگرچه به نظر می‌رسد که در لوتئولیز نیز نقش دارد (به فصل ۲۲ مراجعه کنید). یک گیرنده اکسی توسین جفت شده با پروتئین G در میومتر انسان شناسایی شده است و یک گیرنده مشابه یا یکسان در بافت پستان و تخمدان یافت می شود. باعث افزایش سطح Ca2+ داخل سلولی می شود.

The Milk Ejection Reflex

Oxytocin causes contraction of the myoepithelial cells that line the ducts of the breast. This squeezes the milk out of the alveoli of the lactating breast into the large ducts (sinuses) and thence out of the nipple (milk ejection). Many hormones acting in concert are responsible for breast growth and the secretion of milk into the ducts (see Chapter 22), but milk ejection in most species requires oxytocin.

رفلکس دفع شیر

اکسی توسین باعث انقباض سلول های میواپیتلیال می شود که مجاری سینه را پوشانده اند. این امر شیر را از آلوئول‌های پستان شیرده به مجاری بزرگ (سینوس‌ها) و سپس از نوک پستان خارج می‌کند (خروج شیر). بسیاری از هورمون هایی که به طور هماهنگ عمل می کنند مسئول رشد سینه و ترشح شیر در مجاری هستند (به فصل ۲۲ مراجعه کنید)، اما خروج شیر در بیشتر گونه ها به اکسی توسین نیاز دارد.

Milk ejection is normally initiated by a neuroendocrine reflex. The receptors involved are touch receptors, which are plentiful in the breast-especially around the nipple. Impulses generated in these receptors are relayed from the somatic touch pathways to the supraoptic and paraventricular nuclei. Discharge of the oxytocin-containing neurons causes secretion of oxytocin from the posterior pituitary (Figure 17-8). The suckling of an infant at the breast stimulates the touch receptors, the nuclei are stimulated, oxytocin is released, and the milk is expressed into the sinuses, ready to flow into the mouth of the waiting infant. In lactating women, genital stimulation and emotional stimuli also produce oxytocin secretion, sometimes causing milk to spurt from the breasts.

تخلیه شیر معمولاً توسط یک رفلکس عصبی غدد درون ریز آغاز می شود. گیرنده های درگیر گیرنده های لمسی هستند که در سینه به خصوص در اطراف نوک پستان به وفور وجود دارند. تکانه های تولید شده در این گیرنده ها از مسیرهای لمسی جسمی به هسته های فوق اپتیک و پارا بطنی منتقل می شوند. تخلیه نورون های حاوی اکسی توسین باعث ترشح اکسی توسین از هیپوفیز خلفی می شود (شکل ۱۷-۸). مکیدن شیرخوار در سینه، گیرنده های لمسی را تحریک می کند، هسته ها تحریک می شوند، اکسی توسین آزاد می شود و شیر به داخل سینوس ها ریخته می شود و آماده جریان یافتن به دهان نوزاد منتظر است. در زنان شیرده، تحریکات تناسلی و محرک‌های عاطفی نیز ترشح اکسی‌توسین را تولید می‌کنند که گاهی باعث جهش شیر از سینه‌ها می‌شود.

Other Actions of Oxytocin

Oxytocin causes contraction of the smooth muscle of the uterus. The sensitivity of the uterine musculature to oxytocin is enhanced by estrogen and inhibited by progesterone. The inhibitory effect of progesterone is due to a direct action of the steroid on uterine oxytocin receptors. In late pregnancy, the uterus becomes very sensitive to oxytocin coincident with a marked increase in the number of oxytocin receptors and oxytocin receptor mRNA (see Chapter 22). Oxytocin secretion is then increased during labor. After dilation of the cervix, descent of the fetus down the birth canal initiates impulses in the afferent nerves that are relayed to the supraoptic and paraventricular nuclei, causing secretion of sufficient oxytocin to enhance labor (Figure 22–۲۲). The amount of oxytocin in plasma is normal at the onset of labor. It is possible that the marked increase in oxytocin receptors at this time allows normal oxytocin levels to initiate contractions, setting up a positive feedback. However, the amount of oxytocin in the uterus is also increased, and locally produced oxytocin may also play a role.

سایر اقدامات اکسی توسین

اکسی توسین باعث انقباض ماهیچه صاف رحم می شود. حساسیت ماهیچه های رحم به اکسی توسین توسط استروژن افزایش یافته و توسط پروژسترون مهار می شود. اثر مهاری پروژسترون به دلیل اثر مستقیم استروئید بر روی گیرنده های اکسی توسین رحم است. در اواخر بارداری، رحم به اکسی توسین بسیار حساس می شود که همزمان با افزایش قابل توجه تعداد گیرنده های اکسی توسین و mRNA گیرنده اکسی توسین (به فصل ۲۲ مراجعه کنید). سپس ترشح اکسی توسین در طول زایمان افزایش می یابد. پس از گشاد شدن دهانه رحم، نزول جنین به پایین کانال زایمان، تکانه‌هایی را در اعصاب آوران آغاز می‌کند که به هسته‌های فوقاپتیک و پارا بطنی منتقل می‌شوند و باعث ترشح اکسی توسین کافی برای افزایش زایمان می‌شوند (شکل ۲۲-۲۲). مقدار اکسی توسین در پلاسما در شروع زایمان طبیعی است. این امکان وجود دارد که افزایش قابل توجه گیرنده های اکسی توسین در این زمان به سطوح طبیعی اکسی توسین اجازه دهد تا انقباضات را شروع کند و بازخورد مثبتی ایجاد کند. با این حال، مقدار اکسی توسین در رحم نیز افزایش می یابد و اکسی توسین تولید شده در محل نیز ممکن است نقش داشته باشد.

Oxytocin may also act on the nonpregnant uterus to facilitate sperm transport. The passage of sperm up the female genital tract to the uterine tubes, where fertilization normally takes place, depends not only on the motile powers of the sperm but also, at least in some species, on uterine contractions. The genital stimulation involved in coitus releases oxytocin, but whether oxytocin initiates the rather specialized uterine contractions that transport the sperm is as yet unproven. The secretion of oxytocin is also increased by stressful stimuli and, like that of vasopressin, is inhibited by alcohol.

اکسی توسین همچنین ممکن است بر روی رحم غیر باردار برای تسهیل انتقال اسپرم تأثیر بگذارد. عبور اسپرم از دستگاه تناسلی زن به لوله های رحمی، جایی که لقاح به طور معمول انجام می شود، نه تنها به قدرت حرکتی اسپرم بلکه حداقل در برخی گونه ها به انقباضات رحم نیز بستگی دارد. تحریک دستگاه تناسلی درگیر در رابطه جنسی، اکسی توسین را آزاد می کند، اما اینکه آیا اکسی توسین باعث شروع انقباضات نسبتاً تخصصی رحمی که اسپرم را منتقل می کند، هنوز ثابت نشده است. ترشح اکسی توسین نیز توسط محرک های استرس زا افزایش می یابد و مانند وازوپرسین توسط الکل مهار می شود.

Circulating oxytocin increases at the time of ejaculation in males, and it is possible that this causes increased contraction of the smooth muscle of the vas deferens, propelling sperm toward the urethra.

اکسی توسین در گردش در مردان در زمان انزال افزایش می یابد و ممکن است این امر باعث افزایش انقباض ماهیچه صاف مجرای دفران شود و اسپرم را به سمت مجرای ادرار پیش ببرد.

CONTROL OF ANTERIOR PITUITARY SECRETION

ANTERIOR PITUITARY HORMONES

The anterior pituitary secretes six hormones: adrenocorticotropic hormone (corticotropin, ACTH), thyroid-stimulating hormone (thyrotropin, TSH), growth hormone, follicle-stimulating hormone (FSH), luteinizing hormone (LH), and prolactin (PRL). An additional polypeptide, B-lipotropin (B-LPH), is secreted with ACTH, but its physiologic role is unknown. The actions of the anterior pituitary hormones are summarized in Figure 17-9. The hormones are discussed in detail in subsequent chapters. The hypothalamus plays an important stimulatory role in regulating the secretion of ACTH, ß-LPH, TSH, growth hormone, FSH, and LH. It also regulates prolactin secretion, but its effect is predominantly inhibitory rather than stimulatory.

کنترل ترشح هیپوفیتاری قدامی

هورمون های هیپوفیتاری قدامی

هیپوفیز قدامی شش هورمون ترشح می کند: هورمون آدرنوکورتیکوتروپیک (کورتیکوتروپین، ACTH)، هورمون محرک تیروئید (تیروتروپین، TSH)، هورمون رشد، هورمون محرک فولیکول (FSH)، هورمون لوتئینه کننده (LH) و پرولاکتین (PRL). یک پلی پپتید اضافی، B-lipotropin (B-LPH)، با ACTH ترشح می شود، اما نقش فیزیولوژیکی آن ناشناخته است. اعمال هورمون های هیپوفیز قدامی در شکل ۱۷-۹ خلاصه شده است. هورمون ها در فصل های بعدی به تفصیل مورد بحث قرار می گیرند. هیپوتالاموس نقش محرک مهمی در تنظیم ترشح ACTH، ß-LPH، TSH، هورمون رشد، FSH و LH دارد. همچنین ترشح پرولاکتین را تنظیم می کند، اما اثر آن عمدتاً مهاری است تا تحریک کننده.

FIGURE 17-9 Anterior pituitary hormones. In women, FSH and LH act in sequence on the ovary to produce growth of the ovarian follicle, ovulation, and formation and maintenance of the corpus luteum. Prolactin stimulates lactation. In men, FSH and LH control the functions of the testes. ACTH, adrenocorticotropic hormone; ẞ-LPH, ẞ-lipotropin; FSH, follicle-stimulating hormone; LH, luteinizing hormone; TSH, thyroid-stimulating hormone.

شکل ۱۷-۹ هورمون های هیپوفیز قدامی. در زنان، FSH و LH به ترتیب روی تخمدان عمل می کنند تا باعث رشد فولیکول تخمدان، تخمک گذاری و تشکیل و نگهداری جسم زرد شوند. پرولاکتین باعث تحریک شیردهی می شود. در مردان، FSH و LH عملکرد بیضه ها را کنترل می کنند. ACTH، هورمون آدرنوکورتیکوتروپیک؛ ẞ-LPH، ẞ-لیپوتروپین؛ FSH، هورمون محرک فولیکول؛ LH، هورمون لوتئینه کننده؛ TSH، هورمون محرک تیروئید.

NATURE OF HYPOTHALAMIC CONTROL

Anterior pituitary secretion is controlled by chemical agents carried in the portal hypophysial vessels from the hypothalamus to the pituitary. These substances used to be called releasing and inhibiting factors, but now they are commonly called hypophysiotropic hormones. The latter term seems appropriate since they are secreted into the bloodstream and act at a distance from their site of origin. Small amounts escape into the general circulation, but they are at their highest concentration in portal hypophysial blood.

ماهیت کنترل هیپوتالامیک

ترشح قدامی هیپوفیز توسط عوامل شیمیایی که در عروق هیپوفیزیال پورتال از هیپوتالاموس به هیپوفیز حمل می شود، کنترل می شود. این مواد قبلاً به عنوان عوامل آزاد کننده و بازدارنده نامیده می شدند، اما امروزه معمولاً آنها را هورمون های هیپوفیزیوتروپ می نامند. اصطلاح دوم مناسب به نظر می رسد زیرا آنها در جریان خون ترشح می شوند و در فاصله ای از محل مبدا خود عمل می کنند. مقادیر کمی به گردش خون عمومی فرار می کنند، اما در خون هیپوفیزیال پورتال در بالاترین غلظت خود هستند.

HYPOPHYSIOTROPIC HORMONES

There are six established hypothalamic releasing and inhibiting hormones (Figure 17-10): corticotropin-releasing hormone (CRH); thyrotropin-releasing hormone (TRH); growth hormone-releasing hormone (GRH); growth hormone-inhibiting hormone (GIH, now generally called somatostatin); luteinizing hormone-releasing hormone (LHRH, now generally known as gonadotropin-releasing hormone [GnRH]); and prolactin-inhibiting hormone (PIH). In addition, hypothalamic extracts contain prolactin-releasing activity, and a prolactin-releasing hormone (PRH) has been postulated to exist. TRH, VIP, and several other polypeptides found in the hypothalamus stimulate prolactin secretion, but it is uncertain whether one or more of these peptides is the physiologic PRH. Recently, an orphan receptor was isolated from the anterior pituitary, and the search for its ligand led to the isolation of a 31-amino-acid polypeptide from the human hypothalamus. This polypeptide stimulated prolactin secretion by an action on the anterior pituitary receptor, but additional research is needed to determine whether it is the physiologic PRH. GnRH stimulates the secretion of FSH as well as that of LH, and it seems unlikely that a separate FSH-releasing hormone exists.

هورمون های هیپوفیزیوتروپیک

شش هورمون آزاد کننده و بازدارنده هیپوتالاموس وجود دارد (شکل ۱۷-۱۰): هورمون آزاد کننده کورتیکوتروپین (CRH). هورمون آزاد کننده تیروتروپین (TRH)؛ هورمون آزاد کننده هورمون رشد (GRH)؛ هورمون بازدارنده هورمون رشد (GIH که امروزه به طور کلی سوماتوستاتین نامیده می شود). هورمون آزاد کننده هورمون لوتئینیزه کننده (LHRH که اکنون به طور کلی به عنوان هورمون آزاد کننده گنادوتروپین [GnRH] شناخته می شود). و هورمون مهارکننده پرولاکتین (PIH). علاوه بر این، عصاره های هیپوتالاموسی حاوی فعالیت آزاد کننده پرولاکتین هستند و یک هورمون آزاد کننده پرولاکتین (PRH) وجود دارد. TRH، VIP، و چندین پلی پپتید دیگر که در هیپوتالاموس یافت می شوند، ترشح پرولاکتین را تحریک می کنند، اما مشخص نیست که آیا یک یا چند مورد از این پپتیدها PRH فیزیولوژیک هستند یا خیر. اخیراً یک گیرنده یتیم از هیپوفیز قدامی جدا شد و جستجو برای لیگاند آن منجر به جداسازی پلی پپتید ۳۱ آمینو اسیدی از هیپوتالاموس انسان شد. این پلی پپتید با اثری بر گیرنده هیپوفیز قدامی ترشح پرولاکتین را تحریک می کند، اما تحقیقات بیشتری برای تعیین اینکه آیا PRH فیزیولوژیک است یا خیر، مورد نیاز است. GnRH ترشح FSH و همچنین LH را تحریک می کند و بعید به نظر می رسد که یک هورمون آزاد کننده FSH جداگانه وجود داشته باشد.

FIGURE 17-10 Effects of hypophysiotropic hormones on the secretion of anterior pituitary hormones. ACTH, adrenocorticotropic hormone; ß-LPH, ß- lipotropin; CRH, corticotropin-releasing hormone; FSH, follicle-stimulating hormone; GIH, growth hormone-inhibiting hormone; GnRH, gonadotropin- releasing hormone; GRH, growth hormone-releasing hormone; LH, luteinizing hormone; PIH, prolactin-inhibiting hormone; PRH, prolactin-releasing hormone; TRH, thyrotropin-releasing hormone; TSH, thyroid-stimulating hormone.

شکل ۱۷-۱۰ اثرات هورمون های هیپوفیزیوتروپیک بر ترشح هورمون های هیپوفیز قدامی. ACTH، هورمون آدرنوکورتیکوتروپیک؛ ß-LPH، ß- لیپوتروپین؛ CRH، هورمون آزاد کننده کورتیکوتروپین؛ FSH، هورمون محرک فولیکول؛ GIH، هورمون بازدارنده هورمون رشد؛ GnRH، هورمون آزاد کننده گنادوتروپین؛ GRH، هورمون آزاد کننده هورمون رشد؛ LH، هورمون لوتئینه کننده؛ PIH، هورمون مهارکننده پرولاکتین؛ PRH، هورمون آزاد کننده پرولاکتین؛ TRH، هورمون آزاد کننده تیروتروپین؛ TSH، هورمون محرک تیروئید.

The structures of the genes and preprohormones for TRH, GnRH, somatostatin, CRH, and GRH are known. PreproTRH contains six copies of TRH. Several other preprohormones may contain other hormonally active peptides in addition to the hypophysiotropic hormones.

ساختار ژن ها و پیش هورمون های TRH، GnRH، سوماتوستاتین، CRH و GRH شناخته شده است. PreproTRH شامل شش نسخه از TRH است. چندین پیش پروهورمون دیگر ممکن است علاوه بر هورمون های هیپوفیزیوتروپیک، پپتیدهای فعال هورمونی دیگری نیز داشته باشند.

The area from which the hypothalamic releasing and inhibiting hormones are secreted is the median eminence of the hypothalamus. This region contains few nerve cell bodies, but many nerve endings are in close proximity to the capillary loops from which the portal vessels originate.

ناحیه ای که از آن هورمون های آزاد کننده و بازدارنده هیپوتالاموس ترشح می شود، برجستگی متوسط ​​هیپوتالاموس است. این ناحیه دارای تعداد کمی از سلول های عصبی است، اما بسیاری از پایانه های عصبی در مجاورت حلقه های مویرگی قرار دارند که رگ های پورتال از آن منشا می گیرند.

The locations of the cell bodies of the neurons that project to the external layer of the median eminence and secrete the hypophysiotropic hormones are shown in Figure 17-11, which also shows the location of the neurons secreting oxytocin and vasopressin. The GnRH-secreting neurons are primarily in the medial preoptic area, the somatostatin-secreting neurons are in the periventricular nuclei, the TRH-secreting and CRH-secreting neurons are in the medial parts of the paraventricular nuclei, and the GRH-secreting (and dopamine-secreting) neurons are in the arcuate nuclei.

مکان‌های بدن سلول‌های نورون‌هایی که به لایه خارجی برجستگی میانی پیش می‌روند و هورمون‌های هیپوفیزیوتروپ را ترشح می‌کنند در شکل ۱۱-۱۷ نشان داده شده‌اند که همچنین محل نورون‌های ترشح کننده اکسی توسین و وازوپرسین را نشان می‌دهد. نورون‌های ترشح‌کننده GnRH عمدتاً در ناحیه پیش‌اپتیک داخلی، نورون‌های ترشح‌کننده سوماتوستاتین در هسته‌های اطراف بطن، نورون‌های ترشح‌کننده TRH و ترشح‌کننده CRH در بخش‌های داخلی هسته‌های پارا بطنی، و هسته‌های ترشح‌کننده GRH (و هسته‌های عصبی دوپامین) هستند.

FIGURE 17-11 Location of cell bodies of hypophysiotropic hormone- secreting neurons projected on a ventral view of the hypothalamus and pituitary of the rat. AL, anterior lobe; ARC, arcuate nucleus; BA, basilar artery; CRH, corticotropin-releasing hormone; DA, dopamine; GRH, growth hormone-releasing hormone; GnRH, gonodotropin-releasing hormone; IC, internal carotid artery; IL, intermediate lobe; MC, middle cerebral artery; ME, median eminence; PC, posterior cerebral artery; Peri, periventricular nucleus; PL, posterior lobe; PV, paraventricular nucleus; SO, supraoptic nucleus; TRH, thyroid-releasing hormone. The names of the hormones are enclosed in boxes.(Used with permission of LW Swanson and ET Cunningham Jr.)

شکل ۱۷-۱۱ محل بدن سلولی نورون های ترشح کننده هورمون هیپوفیزیوتروپ که بر روی نمای شکمی هیپوتالاموس و هیپوفیز موش صحرایی قرار دارند. AL، لوب قدامی؛ ARC، هسته کمانی. BA، شریان بازیلار; CRH، هورمون آزاد کننده کورتیکوتروپین؛ DA، دوپامین؛ GRH، هورمون آزاد کننده هورمون رشد؛ GnRH، هورمون آزاد کننده گنودوتروپین؛ IC، شریان کاروتید داخلی؛ IL، لوب میانی؛ MC، شریان مغزی میانی؛ ME، برجستگی میانه؛ PC، شریان مغزی خلفی؛ پری، هسته دور بطنی؛ PL، لوب خلفی؛ PV، هسته paraventricular; SO، هسته فوقاپتیک. TRH، هورمون آزاد کننده تیروئید. نام هورمون ها در جعبه ها قرار داده شده است. (با اجازه LW Swanson و ET Cunningham Jr. استفاده می شود)

Most, if not all, of the hypophysiotropic hormones affect the secretion of more than one anterior pituitary hormone (Figure 17-10). The FSH-stimulating activity of GnRH has been mentioned previously. TRH stimulates the secretion of prolactin as well as TSH. Somatostatin inhibits the secretion of TSH as well as growth hormone. It does not normally inhibit the secretion of the other anterior pituitary hormones, but it inhibits the abnormally elevated secretion of ACTH in patients with Nelson syndrome. CRH stimulates the secretion of ACTH and B-LPH.

بیشتر، اگر نه همه، هورمون های هیپوفیزیوتروپ بر ترشح بیش از یک هورمون هیپوفیز قدامی تأثیر می گذارد (شکل ۱۷-۱۰). فعالیت تحریک کننده FSH GnRH قبلا ذکر شده است. TRH ترشح پرولاکتین و همچنین TSH را تحریک می کند. سوماتواستاتین ترشح TSH و همچنین هورمون رشد را مهار می کند. به طور معمول ترشح سایر هورمون های هیپوفیز قدامی را مهار نمی کند، اما ترشح غیرطبیعی ACTH را در بیماران مبتلا به سندرم نلسون مهار می کند. CRH ترشح ACTH و B-LPH را تحریک می کند.

Hypophysiotropic hormones function as neurotransmitters in other parts of the brain, the retina, and the autonomic nervous system (see Chapter 7). In addition, somatostatin is found in the pancreatic islets (see Chapter 24), GRH is secreted by pancreatic tumors, and somatostatin and TRH are found in the gastrointestinal tract (see Chapter 25).

هورمون های هیپوفیزیوتروپیک به عنوان انتقال دهنده های عصبی در سایر قسمت های مغز، شبکیه چشم و سیستم عصبی خودمختار عمل می کنند (به فصل ۷ مراجعه کنید). علاوه بر این، سوماتوستاتین در جزایر پانکراس یافت می شود (به فصل ۲۴ مراجعه کنید)، GRH توسط تومورهای پانکراس ترشح می شود، و سوماتوستاتین و TRH در دستگاه گوارش یافت می شوند (به فصل ۲۵ مراجعه کنید).

Receptors for most of the hypophysiotropic hormones are coupled to G- proteins. There are two human CRH receptors: hCRH-RI and hCRH-RII. The physiologic role of hCRH-RII is unsettled, though it is found in many parts of the brain. In addition, a CRH-binding protein in the peripheral circulation inactivates CRH. It is also found in the cytoplasm of corticotropes in the anterior pituitary, and in this location it might play a role in receptor internalization. However, the exact physiologic role of this protein is unknown. Other hypophysiotropic hormones do not have known binding proteins.

گیرنده های اکثر هورمون های هیپوفیزیوتروپ با پروتئین های G جفت می شوند. دو گیرنده CRH انسانی وجود دارد: hCRH-RI و hCRH-RII. نقش فیزیولوژیکی hCRH-RII مشخص نیست، اگرچه در بسیاری از قسمت های مغز یافت می شود. علاوه بر این، یک پروتئین متصل به CRH در گردش خون محیطی CRH را غیرفعال می کند. همچنین در سیتوپلاسم کورتیکوتروپ ها در هیپوفیز قدامی یافت می شود و در این مکان ممکن است در درونی شدن گیرنده نقش داشته باشد. با این حال، نقش فیزیولوژیکی دقیق این پروتئین ناشناخته است. سایر هورمون های هیپوفیزیوتروپ پروتئین های اتصال شناخته شده ای ندارند.

SIGNIFICANCE & CLINICAL IMPLICATIONS

Research delineating the multiple neuroendocrine regulatory functions of the hypothalamus is important because it helps explain how endocrine secretion is matched to the demands of a changing environment. The nervous system receives information about changes in the internal and external environment from the sense organs. It brings about adjustments to these changes through effector mechanisms that include not only somatic movement but also changes in the rate at which hormones are secreted.

اهمیت و پیامدهای بالینی

تحقیقاتی که به تشریح عملکردهای تنظیمی نورواندوکرین متعدد هیپوتالاموس می پردازد، مهم است زیرا به توضیح چگونگی تطبیق ترشح غدد درون ریز با نیازهای یک محیط در حال تغییر کمک می کند. سیستم عصبی اطلاعات مربوط به تغییرات محیط داخلی و خارجی را از اندام های حسی دریافت می کند. این تغییرات را از طریق مکانیسم‌های مؤثری انجام می‌دهد که شامل نه تنها حرکت جسمانی، بلکه تغییرات در سرعت ترشح هورمون‌ها نیز می‌شود.

The manifestations of hypothalamic disease are neurologic defects, endocrine changes, and metabolic abnormalities such as hyperphagia and hyperthermia. The relative frequencies of the signs and symptoms of hypothalamic disease in one large series of cases are shown in Table 17-2. The possibility of hypothalamic pathology should be kept in mind in evaluating all patients with pituitary dysfunction, especially those with isolated deficiencies of single pituitary tropic hormones.

تظاهرات بیماری هیپوتالاموس نقص عصبی، تغییرات غدد درون ریز و ناهنجاری های متابولیک مانند هیپرفاژی و هیپرترمی است. فراوانی نسبی علائم و نشانه های بیماری هیپوتالاموس در یک سری بزرگ از موارد در جدول ۱۷-۲ نشان داده شده است. احتمال پاتولوژی هیپوتالاموس را باید در ارزیابی همه بیماران مبتلا به اختلال عملکرد هیپوفیز در نظر داشت، به ویژه بیمارانی که کمبودهای جداگانه هورمون های استوایی هیپوفیز دارند.

TABLE 17-2 Symptoms and signs in 60 patients with hypothalamic disease.
Data from Bauer HG: Endocrine and other clinical manifestations of hypothalamic disease. J Clin Endocrinol 1954;14:13. See also Kahana L, et al: Endocrine manifestations of intracranial extrasellar lesions. J Clin Endocrinol 1962;22:304.

جدول ۱۷-۲ علائم و نشانه ها در ۶۰ بیمار مبتلا به بیماری هیپوتالاموس.
داده های Bauer HG: غدد درون ریز و سایر تظاهرات بالینی بیماری هیپوتالاموس. جی کلین اندوکرینول ۱۹۵۴؛ ۱۴:۱۳. همچنین نگاه کنید به Kahana L، و همکاران: تظاهرات غدد درون ریز ضایعات خارج از فروش داخل جمجمه. جی کلین اندوکرینول ۱۹۶۲؛ ۲۲:۳۰۴.

A condition of considerable interest in this context is Kallmann syndrome, the combination of hypogonadism due to low levels of circulating gonadotropins (hypogonadotropic hypogonadism) with partial or complete loss of the sense of smell (hyposmia or anosmia). Embryologically, GnRH neurons develop in the nose and migrate up the olfactory nerves and then through the brain to the hypothalamus. If this migration is prevented by congenital abnormalities in the olfactory pathways, the GnRH neurons do not reach the hypothalamus and pubertal maturation of the gonads does not occur. The syndrome is most common in men, and the cause in many cases is mutation of the KALIGI gene, a gene on the X chromosome that codes for an adhesion molecule necessary for the normal development of the olfactory nerve. However, the condition also occurs in women and can be due to other genetic abnormalities.

یک وضعیت قابل توجه در این زمینه، سندرم کالمن است، ترکیبی از هیپوگنادیسم به دلیل سطوح پایین گنادوتروپین های در گردش (هیپوگنادیسم هیپوگنادوتروپیک) با از دست دادن جزئی یا کامل حس بویایی (هیپوسمی یا آنوسمی). از نظر جنینی، نورون های GnRH در بینی رشد می کنند و به سمت اعصاب بویایی و سپس از طریق مغز به هیپوتالاموس مهاجرت می کنند. اگر با ناهنجاری‌های مادرزادی در مسیرهای بویایی از این مهاجرت جلوگیری شود، نورون‌های GnRH به هیپوتالاموس نمی‌رسند و بلوغ غدد جنسی رخ نمی‌دهد. این سندرم در مردان شایع‌تر است و علت آن در بسیاری از موارد جهش ژن KALIGI است، ژنی در کروموزوم X که مولکول چسبندگی لازم برای رشد طبیعی عصب بویایی را کد می‌کند. با این حال، این بیماری در زنان نیز رخ می دهد و می تواند به دلیل سایر ناهنجاری های ژنتیکی باشد.

TEMPERATURE REGULATION

In the body, heat is produced by muscular exercise, assimilation of food, and all the vital processes that contribute to the basal metabolic rate. It is lost from the body by radiation, conduction, and vaporization of water in the respiratory passages and on the skin. Small amounts of heat are also removed in the urine and feces. The balance between heat production and heat loss determines the body temperature. Because the speed of chemical reactions varies with temperature and because the enzyme systems of the body have narrow temperature ranges in which their function is optimal, normal body function depends on a relatively constant body temperature.

تنظیم دما

در بدن، گرما با تمرینات عضلانی، جذب غذا و تمام فرآیندهای حیاتی که به میزان متابولیسم پایه کمک می کنند، تولید می شود. در اثر تشعشع، هدایت و تبخیر آب در مجاری تنفسی و روی پوست از بدن از بین می رود. مقدار کمی گرما نیز از ادرار و مدفوع خارج می شود. تعادل بین تولید گرما و از دست دادن گرما دمای بدن را تعیین می کند. از آنجایی که سرعت واکنش های شیمیایی با دما تغییر می کند و سیستم های آنزیمی بدن دارای محدوده دمایی باریکی هستند که عملکرد آنها بهینه است، عملکرد طبیعی بدن به دمای نسبتاً ثابت بدن بستگی دارد.

Invertebrates generally cannot adjust their body temperatures and so are at the mercy of the environment. Vertebrates have evolved mechanisms for maintaining body temperature by adjusting heat production and heat loss. In reptiles, amphibians, and fish, the adjusting mechanisms are relatively rudimentary, and these species are called “cold-blooded” (poikilothermic) because their body temperature fluctuates over a considerable range. In birds and mammals, the “warm-blooded” (homeothermic) animals, a group of reflex responses that are primarily integrated in the hypothalamus operate to maintain body temperature within a narrow range in spite of wide fluctuations in environmental temperature. The hibernating mammals are a partial exception. While awake they are homeothermic, but during hibernation their body temperature falls.

بی مهرگان به طور کلی نمی توانند دمای بدن خود را تنظیم کنند و به همین دلیل تحت تأثیر محیط قرار می گیرند. مهره داران مکانیسم هایی را برای حفظ دمای بدن با تنظیم تولید گرما و اتلاف گرما تکامل داده اند. در خزندگان، دوزیستان و ماهی‌ها، مکانیسم‌های تنظیم نسبتا ابتدایی هستند و این گونه‌ها را «خونسرد» (poikilothermic) می‌نامند، زیرا دمای بدن آنها در محدوده قابل‌توجهی در نوسان است. در پرندگان و پستانداران، حیوانات «خونگرم» (هموترمیک)، گروهی از پاسخ‌های بازتابی که عمدتاً در هیپوتالاموس ادغام می‌شوند، برای حفظ دمای بدن در محدوده‌ای باریک، علی‌رغم نوسانات گسترده در دمای محیط، عمل می‌کنند. پستانداران در خواب زمستانی یک استثنا هستند. وقتی بیدار هستند گرمازا هستند، اما در طول خواب زمستانی دمای بدن آنها کاهش می یابد.

NORMAL BODY TEMPERATURE

In homeothermic animals, the actual temperature at which the body is maintained varies from species to species and, to a lesser degree, from individual to individual. In humans, the traditional normal value for the oral temperature is 37°C (98.6°F), but in one large series of normal young adults, the morning oral temperature averaged 36.7°C, with a standard deviation of 0.2°C. Therefore, 95% of all young adults would be expected to have a morning oral temperature of 36.3-37.1°C (97.3-98.8°F; mean ± ۱.۹۶ standard deviations). Various parts of the body are at different temperatures, and the magnitude of the temperature difference between the parts varies with the environmental temperature. The extremities are generally cooler than the rest of the body. The temperature of the scrotum is carefully regulated at 32°C. The rectal temperature is representative of the temperature at the core of the body and varies least with changes in environmental temperature. The oral temperature is normally 0.5°C lower than the rectal temperature, but it is affected by many factors, including ingestion of hot or cold fluids, gum chewing, smoking, and mouth breathing.

دمای معمولی بدن

در حیوانات هومیوترمیک، دمای واقعی که در آن بدن نگهداری می شود از گونه ای به گونه دیگر و تا حدی از فردی به فرد دیگر متفاوت است. در انسان، مقدار نرمال سنتی دمای دهان ۳۷ درجه سانتیگراد (۹۸.۶ درجه فارنهایت) است، اما در یک سری بزرگ از بزرگسالان جوان عادی، دمای دهان صبحگاهی به طور متوسط ​​۳۶.۷ درجه سانتیگراد با انحراف استاندارد ۰.۲ درجه سانتیگراد است. بنابراین، انتظار می رود ۹۵ درصد از تمام بزرگسالان جوان دمای دهانی صبحگاهی خود را ۳۶.۳-۳۷.۱ درجه سانتیگراد (۹۷.۳-۹۸.۸ درجه فارنهایت؛ میانگین انحراف استاندارد ۱.۹۶ ±) داشته باشند. قسمت‌های مختلف بدن در دماهای متفاوتی قرار دارند و میزان اختلاف دمای بین قسمت‌ها با دمای محیط متفاوت است. اندام‌ها معمولاً خنک‌تر از بقیه بدن هستند. دمای کیسه بیضه به دقت در ۳۲ درجه سانتیگراد تنظیم می شود. دمای مقعدی نماینده دمای هسته بدن است و با تغییرات دمای محیط کمترین تغییر را دارد. دمای دهان معمولاً ۰.۵ درجه سانتیگراد کمتر از دمای مقعدی است، اما تحت تأثیر عوامل بسیاری از جمله مصرف مایعات سرد یا گرم، جویدن آدامس، سیگار کشیدن و تنفس دهانی قرار دارد.

The normal human core temperature undergoes a regular circadian fluctuation of 0.5-0.7°C. In individuals who sleep at night and are awake during the day (even when hospitalized at bed rest), it is lowest at about 6:00 AM and highest in the evenings (Figure 17-12). It is lowest during sleep, is slightly higher in the awake but relaxed state, and rises with activity. In women, an additional monthly cycle of temperature variation is characterized by a rise in basal temperature at the time of ovulation (Figure 22–۱۴). Temperature regulation is less precise in young children and they may normally have a temperature that is 0.5°C or so above the established norm for adults.

دمای طبیعی هسته انسان تحت یک نوسانات شبانه روزی منظم ۰.۵-۰.۷ درجه سانتیگراد است. در افرادی که شب ها می خوابند و در طول روز بیدار هستند (حتی زمانی که در بستر استراحت بستری هستند)، در حدود ساعت ۶ صبح کمترین میزان و در عصرها بالاترین میزان است (شکل ۱۲-۱۷). در هنگام خواب کمترین مقدار است، در حالت بیداری اما در حالت آرام کمی بیشتر است و با فعالیت افزایش می یابد. در زنان، یک چرخه ماهانه اضافی از تغییرات دما با افزایش دمای پایه در زمان تخمک گذاری مشخص می شود (شکل ۲۲-۱۴). تنظیم دما در کودکان خردسال کمتر دقیق است و معمولا دمای آنها ۰.۵ درجه سانتیگراد یا بیشتر از حد معمول برای بزرگسالان است.

FIGURE 17-12 Typical temperature chart of a hospitalized patient who does not have a febrile disease. Note the slight rise in temperature, due to excitement and apprehension, at the time of admission to the hospital, and the regular circadian temperature cycle.

شکل ۱۷-۱۲ نمودار دمای معمولی یک بیمار بستری در بیمارستان که بیماری تب دار ندارد. به افزایش جزئی دما، به دلیل هیجان و دلهره، در زمان پذیرش در بیمارستان و چرخه منظم دمای شبانه روزی توجه کنید.

During exercise, the heat produced by muscular contraction accumulates in the body and the rectal temperature normally rises as high as 40°C (104°F). This rise is due in part to the inability of the heat-dissipating mechanisms to handle the greatly increased amount of heat produced, but evidence suggests that during exercise in addition there is an elevation of the body temperature at which the heat-dissipating mechanisms are activated. Body temperature also rises slightly during emotional excitement, probably owing to unconscious tensing of the muscles. It is chronically elevated by as much as 0.5°C when the metabolic rate is high, as in hyperthyroidism, and lowered when the metabolic rate is low, as in hypothyroidism (Figure 17–۱۲). Some apparently normal adults chronically have a temperature above the normal range (constitutional hyperthermia).

در طول ورزش، گرمای تولید شده توسط انقباض عضلانی در بدن جمع می‌شود و دمای مقعدی معمولاً تا ۴۰ درجه سانتی‌گراد (۱۰۴ درجه فارنهایت) افزایش می‌یابد. این افزایش تا حدی به دلیل ناتوانی مکانیسم‌های دفع گرما در کنترل مقدار بسیار افزایش گرمای تولید شده است، اما شواهد نشان می‌دهد که در حین ورزش علاوه بر این، دمای بدن افزایش می‌یابد که در آن مکانیسم‌های دفع گرما فعال می‌شوند. دمای بدن نیز در هنگام هیجانات عاطفی کمی افزایش می یابد که احتمالاً به دلیل کشش ناخودآگاه عضلات است. هنگامی که میزان متابولیک بالا است، مانند پرکاری تیروئید، به طور مزمن تا ۰.۵ درجه سانتیگراد افزایش می یابد، و زمانی که میزان متابولیک پایین است، مانند کم کاری تیروئید، کاهش می یابد (شکل ۱۷-۱۲). برخی از بزرگسالان به ظاهر طبیعی به طور مزمن دمایی بالاتر از محدوده طبیعی دارند (هیپرترمی اساسی).

HEAT PRODUCTION

A variety of basic chemical reactions contribute to body heat production at all times. Ingestion of food increases heat production, but the major source of heat is the contraction of skeletal muscle (Table 17-3). Heat production can be varied by endocrine mechanisms in the absence of food intake or muscular exertion. Epinephrine and norepinephrine produce a rapid but short-lived increase in heat production; thyroid hormones produce a slowly developing but prolonged increase. Furthermore, sympathetic discharge decreases during fasting and is increased by feeding.

تولید گرما

انواع واکنش های شیمیایی اساسی به تولید گرمای بدن در هر زمان کمک می کند. مصرف غذا باعث افزایش تولید گرما می شود، اما منبع اصلی گرما انقباض ماهیچه های اسکلتی است (جدول ۱۷-۳). تولید گرما می تواند توسط مکانیسم های غدد درون ریز در غیاب مصرف غذا یا فعالیت عضلانی متفاوت باشد. اپی نفرین و نوراپی نفرین باعث افزایش سریع اما کوتاه مدت در تولید گرما می شوند. هورمون های تیروئید افزایش آهسته اما طولانی مدت ایجاد می کنند. علاوه بر این، ترشحات سمپاتیک در طول روزه داری کاهش می یابد و با تغذیه افزایش می یابد.

TABLE 17-3 Body heat production and heat loss.

جدول ۱۷-۳ تولید گرمای بدن و از دست دادن حرارت.

A source of considerable heat, particularly in infants, is brown adipose tissue (BAT). This fat has a high rate of metabolism (cells contain mitochondria), and its thermogenic function has been likened to that of an electric blanket. Cold- induced BAT activity is associated with enhanced thermogenesis and energy expenditure in humans, leading to beneficial effects on glucose metabolism and fat mass.

یک منبع گرمای قابل توجه، به ویژه در نوزادان، بافت چربی قهوه ای (BAT) است. این چربی دارای سرعت متابولیسم بالایی است (سلول ها حاوی میتوکندری هستند) و عملکرد گرمازایی آن به عملکرد یک پتوی الکتریکی تشبیه شده است. فعالیت BAT ناشی از سرما با افزایش ترموژنز و مصرف انرژی در انسان همراه است که منجر به اثرات مفیدی بر متابولیسم گلوکز و توده چربی می شود.

HEAT LOSS

The processes by which heat is lost from the body when the environmental  temperature is below body temperature are listed in Table 17-3. Conduction is heat exchange between objects or substances at different temperatures that are in contact with one another. A basic characteristic of matter is that its molecules are in motion, with the amount of motion proportional to the temperature. These molecules collide with the molecules in cooler objects, transferring thermal energy to them. The amount of heat transferred is proportional to the temperature difference between the objects in contact (thermal gradient). Conduction is aided by convection, the movement of molecules away from the area of contact. Thus, for example, an object in contact with air at a different temperature changes the specific gravity of the air, and because warm air rises and cool air falls, a new supply of air is brought into contact with the object. Of course, convection is greatly aided if the object moves about in the medium or the medium moves past the object, for example, if a subject swims through water or a fan blows air through a room. Radiation is the transfer of heat by infrared electromagnetic radiation from one object to another at a different temperature with which it is not in contact. When an individual is in a cold environment, heat is lost by conduction to the surrounding air and by radiation to cool objects in the vicinity. Conversely, of course, heat is transferred to an individual and the heat load is increased by these processes when the environmental temperature is above body temperature. Note that because of radiation, an individual can feel chilly in a room with cold walls even though the room is relatively warm. On a cold but sunny day, the heat of the sun reflected off bright objects exerts an appreciable warming effect. It is the heat reflected from the snow, for example, that in part makes it possible to ski in fairly light clothes even though the air temperature is below freezing.

اتلاف حرارت

فرآیندهایی که طی آن گرما از بدن زمانی که دمای محیط کمتر از دمای بدن است از دست می‌رود، در جدول ۱۷-۳ فهرست شده‌اند. رسانایی تبادل حرارت بین اجسام یا مواد در دماهای مختلف است که با یکدیگر در تماس هستند. یکی از ویژگی های اصلی ماده این است که مولکول های آن در حال حرکت هستند و مقدار حرکت آن متناسب با دما است. این مولکول ها با مولکول های موجود در اجسام سردتر برخورد می کنند و انرژی حرارتی را به آنها منتقل می کنند. مقدار گرمای منتقل شده متناسب با اختلاف دمای بین اجسام در تماس است (شیب حرارتی). رسانایی توسط همرفت، حرکت مولکول ها از ناحیه تماس کمک می کند. بنابراین، برای مثال، جسمی در تماس با هوا در دمای متفاوت، وزن مخصوص هوا را تغییر می‌دهد و چون هوای گرم بالا می‌آید و هوای خنک پایین می‌آید، منبع جدیدی از هوا با جسم تماس پیدا می‌کند. البته اگر جسم در محیط حرکت کند یا محیط از کنار جسم عبور کند، به همرفت کمک زیادی می کند، به عنوان مثال، اگر یک سوژه در آب شنا کند یا یک پنکه هوا را در یک اتاق می دمد. تابش عبارت است از انتقال گرما توسط تابش الکترومغناطیسی مادون قرمز از یک جسم به جسم دیگر در دمای متفاوتی که با آن در تماس نیست. هنگامی که یک فرد در یک محیط سرد است، گرما از طریق هدایت به هوای اطراف و تابش برای خنک کردن اجسام در مجاورت از دست می‌رود. البته برعکس، گرما به فرد منتقل می شود و زمانی که دمای محیط بالاتر از دمای بدن باشد، بار گرمایی توسط این فرآیندها افزایش می یابد. توجه داشته باشید که به دلیل تشعشعات، فرد می تواند در اتاقی با دیوارهای سرد احساس سرما کند، حتی اگر اتاق نسبتاً گرم باشد. در یک روز سرد اما آفتابی، گرمای خورشید که از اجسام روشن منعکس می‌شود، اثر گرمایی قابل‌توجهی دارد. برای مثال، گرمای منعکس شده از برف است که تا حدودی امکان اسکی کردن با لباس های نسبتاً سبک را فراهم می کند، حتی اگر دمای هوا زیر صفر است.

Because conduction occurs from the surface of one object to the surface of another, the temperature of the skin determines to a large extent the degree to which body heat is lost or gained. The amount of heat reaching the skin from the deep tissues can be varied by changing the blood flow to the skin. When the cutaneous vessels are dilated, warm blood wells into the skin, whereas in the maximally vasoconstricted state, heat is held centrally in the body. The rate at which heat is transferred from the deep tissues to the skin is called the tissue conductance. Further, birds have a layer of feathers next to the skin, and most mammals have a significant layer of hair or fur. Heat is conducted from the skin to the air trapped in this layer and from the trapped air to the exterior. When the thickness of the trapped layer is increased by fluffing the feathers or erection of the hairs (horripilation), heat transfer across the layer is reduced and heat losses (or, in a hot environment, heat gains) are decreased. “Goose pimples” are the result of horripilation in humans; they are the visible manifestation of cold-induced contraction of the piloerector muscles attached to the rather meager hair supply. Humans usually supplement this layer of hair with one or more layers of clothes. Heat is conducted from the skin to the layer of air trapped by the clothes, from the inside of the clothes to the outside, and from the outside of the clothes to the exterior. The magnitude of the heat transfer across the clothing, a function of its texture and thickness, is the most important determinant of how warm or cool the clothes feel, but other factors, especially the size of the trapped layer of warm air, are also important. Dark clothes absorb radiated heat and light-colored clothes reflect it back to the exterior.

از آنجایی که رسانش از سطح یک جسم به سطح جسم دیگر رخ می دهد، دمای پوست تا حد زیادی میزان از دست دادن یا به دست آوردن گرمای بدن را تعیین می کند. میزان گرمایی که از بافت های عمیق به پوست می رسد را می توان با تغییر جریان خون به پوست تغییر داد. هنگامی که رگ های پوستی گشاد می شوند، خون گرم به داخل پوست می رود، در حالی که در حالت حداکثر انقباض عروق، گرما در مرکز بدن نگه داشته می شود. سرعت انتقال گرما از بافت های عمیق به پوست رسانایی بافت نامیده می شود. علاوه بر این، پرندگان دارای یک لایه پر در کنار پوست هستند و بیشتر پستانداران دارای لایه قابل توجهی از مو یا خز هستند. گرما از پوست به هوای محبوس شده در این لایه و از هوای محبوس شده به بیرون هدایت می شود. هنگامی که ضخامت لایه محبوس شده با کرک کردن پرها یا برافراشتن موها افزایش می یابد، انتقال حرارت در سراسر لایه کاهش می یابد و تلفات گرما (یا در یک محیط گرم، افزایش گرما) کاهش می یابد. “جوش غاز” نتیجه وحشت در انسان است; آنها تظاهرات قابل مشاهده انقباض ناشی از سرما در عضلات پیلوئرکتور متصل به منبع نسبتاً ناچیز مو هستند. انسان ها معمولا این لایه مو را با یک یا چند لایه لباس تکمیل می کنند. گرما از پوست به لایه هوای محبوس شده توسط لباس، از داخل لباس به بیرون و از بیرون لباس به بیرون هدایت می شود. بزرگی انتقال گرما در سراسر لباس، تابعی از بافت و ضخامت آن، مهمترین عامل تعیین کننده گرما یا خنک بودن لباس است، اما عوامل دیگر، به ویژه اندازه لایه محبوس شده هوای گرم، نیز مهم هستند. لباس های تیره گرمای تابشی را جذب می کنند و لباس های رنگ روشن آن را به بیرون منعکس می کنند.

The other major process transferring heat from the body in humans and other animals that sweat is vaporization of water on the skin and mucous membranes of the mouth and respiratory passages. Vaporization of 1 g of water removes about 0.6 kcal of heat. A certain amount of water is vaporized at all times. This insensible water loss amounts to 50 mL/h in humans. When sweat secretion is increased, the degree to which the sweat vaporizes depends on the humidity of the environment. It is common knowledge that one feels hotter on a humid day. This is due in part to the decreased vaporization of sweat, but even under conditions in which vaporization of sweat is complete, an individual in a humid environment feels warmer than an individual in a dry environment. The reason for this difference is unknown, but it seems related to the fact that in the humid environment sweat spreads over a greater area of skin before it evaporates. During muscular exertion in a hot environment, sweat secretion reaches values as high as 1600 mL/h, and in a dry atmosphere, most of this sweat is vaporized. Heat loss by vaporization of water therefore varies from 30 to over 900 kcal/h.

یکی دیگر از فرآیندهای اصلی انتقال گرما از بدن در انسان و سایر حیوانات که عرق می کنند تبخیر آب روی پوست و غشاهای مخاطی دهان و مجاری تنفسی است. تبخیر ۱ گرم آب حدود ۰.۶ کیلو کالری گرما را از بین می برد. مقدار معینی آب همیشه تبخیر می شود. این اتلاف نامحسوس آب در انسان به ۵۰ میلی لیتر در ساعت می رسد. هنگامی که ترشح عرق افزایش می یابد، میزان تبخیر عرق به رطوبت محیط بستگی دارد. این امر رایج است که در روزهای مرطوب احساس گرمای بیشتری می کند. این تا حدی به دلیل کاهش تبخیر عرق است، اما حتی در شرایطی که تبخیر عرق کامل می‌شود، فرد در یک محیط مرطوب نسبت به فردی که در یک محیط خشک است، گرم‌تر احساس می‌کند. دلیل این تفاوت ناشناخته است، اما به نظر می رسد مربوط به این واقعیت است که در محیط مرطوب، عرق قبل از تبخیر در سطح بیشتری از پوست پخش می شود. در حین فعالیت عضلانی در محیط گرم، ترشح عرق به ۱۶۰۰ میلی لیتر در ساعت می رسد و در فضای خشک، بیشتر این عرق تبخیر می شود. بنابراین اتلاف حرارت با تبخیر آب از ۳۰ تا بیش از ۹۰۰ کیلو کالری در ساعت متغیر است.

Some mammals lose heat by panting. This rapid, shallow breathing greatly increases the amount of water vaporization in the mouth and respiratory passages and therefore the amount of heat lost. Because the breathing is shallow, it produces relatively little change in the composition of alveolar air (see Chapter 34).

برخی از پستانداران با نفس نفس زدن گرما را از دست می دهند. این تنفس سریع و کم عمق میزان تبخیر آب در دهان و مجاری تنفسی و در نتیجه میزان گرمای از دست رفته را به شدت افزایش می دهد. از آنجایی که تنفس کم عمق است، تغییر نسبتا کمی در ترکیب هوای آلوئولی ایجاد می کند (به فصل ۳۴ مراجعه کنید).

The relative contribution of each of the processes that transfer heat away from the body (Table 17-3) varies with the environmental temperature. At 21°C, vaporization is a minor component in humans at rest. As the environmental temperature approaches body temperature, radiation losses decline and vaporization losses increase.

سهم نسبی هر یک از فرآیندهایی که گرما را از بدن خارج می کنند (جدول ۱۷-۳) با دمای محیط متفاوت است. در دمای ۲۱ درجه سانتیگراد، تبخیر جزء جزئی در انسان در حالت استراحت است. با نزدیک شدن دمای محیط به دمای بدن، تلفات تشعشع کاهش می یابد و تلفات تبخیر افزایش می یابد.

TEMPERATURE-REGULATING MECHANISMS

The reflex and semireflex thermoregulatory responses in humans are listed inTable 17-4. They include autonomic, somatic, endocrine, and behavioral changes. One group of responses increases heat loss and decreases heat production; the other decreases heat loss and increases heat production. In general, exposure to heat stimulates the former group of responses and inhibits the latter, whereas exposure to cold does the opposite.

مکانیسم های تنظیم کننده دما

پاسخ های تنظیم کننده حرارت رفلکس و نیمه رفلکس در انسان در جدول ۱۷-۴ ذکر شده است. آنها شامل تغییرات اتونوم، جسمی، غدد درون ریز و رفتاری هستند. یک گروه از پاسخ ها باعث افزایش اتلاف گرما و کاهش تولید گرما می شود. دیگری باعث کاهش اتلاف حرارت و افزایش تولید گرما می شود. به طور کلی، قرار گرفتن در معرض گرما، گروه اول از پاسخ ها را تحریک می کند و دومی را مهار می کند، در حالی که قرار گرفتن در معرض سرما برعکس است.

TABLE 17-4 Temperature-regulating mechanisms.

جدول ۱۷-۴ مکانیسم های تنظیم دما.

Curling up “in a ball” is a common reaction to cold in animals and has a counterpart in the position some people assume on climbing into a cold bed. Curling up decreases the body surface exposed to the environment. Shivering is an involuntary response of the skeletal muscles, but cold also causes a semiconscious general increase in motor activity. Examples include foot stamping and dancing up and down on a cold day. Increased catecholamine secretion is an important endocrine response to cold. Mice unable to make norepinephrine and epinephrine because their dopamine ẞ-hydroxylase gene is knocked out do not tolerate cold; they have deficient vasoconstriction and are unable to increase thermogenesis in BAT through UCP 1. TSH secretion is increased by cold and decreased by heat in laboratory animals, but the change in TSH secretion produced by cold in adult humans is small and of questionable significance. It is common knowledge that activity is decreased in hot weather- the “it’s too hot to move” reaction.

حلقه زدن “در یک توپ” یک واکنش متداول به سرما در حیوانات است و مشابهی در موقعیتی دارد که برخی افراد هنگام بالا رفتن از تخت سرد در نظر می گیرند. حلقه کردن سطح بدن در معرض محیط را کاهش می دهد. لرز پاسخ غیرارادی ماهیچه های اسکلتی است، اما سرما همچنین باعث افزایش عمومی نیمه آگاهانه در فعالیت حرکتی می شود. به عنوان مثال می توان به کوبیدن پا و رقصیدن بالا و پایین در یک روز سرد اشاره کرد. افزایش ترشح کاتکول آمین یک پاسخ مهم غدد درون ریز به سرما است. موش هایی که قادر به ساخت نوراپی نفرین و اپی نفرین نیستند، زیرا ژن دوپامین ẞ-هیدروکسیلاز آنها حذف شده است، سرما را تحمل نمی کنند. آنها انقباض عروق ناقصی دارند و قادر به افزایش گرمازایی در BAT از طریق UCP 1 نیستند. ترشح TSH در حیوانات آزمایشگاهی با سرما افزایش و با گرما کاهش می‌یابد، اما تغییر در ترشح TSH که توسط سرما در انسان‌های بالغ ایجاد می‌شود کوچک و قابل تردید است. این دانش عمومی است که فعالیت در هوای گرم کاهش می یابد – واکنش “برای حرکت خیلی گرم است”.

Thermoregulatory adjustments involve local responses as well as more general reflex responses. When cutaneous blood vessels are cooled they become more sensitive to catecholamines and the arterioles and venules constrict. This local effect of cold directs blood away from the skin. Another heat-conserving mechanism that is important in animals living in cold water is heat transfer from arterial to venous blood in the limbs. The deep veins (venae comitantes) run alongside the arteries supplying the limbs and heat is transferred from the warm arterial blood going to the limbs to the cold venous blood coming from the extremities (countercurrent exchange; see Chapter 37). This limits the ability to maintain heat in the tips of the extremities but conserves body heat.

تنظیمات حرارتی شامل پاسخ های موضعی و همچنین پاسخ های رفلکس عمومی تر است. هنگامی که رگ های خونی پوست سرد می شوند، نسبت به کاتکول آمین ها حساس تر می شوند و شریان ها و ونول ها منقبض می شوند. این اثر موضعی سرما خون را از پوست دور می کند. یکی دیگر از مکانیسم های حفظ گرما که در حیواناتی که در آب سرد زندگی می کنند مهم است، انتقال حرارت از خون شریانی به خون وریدی در اندام ها است. وریدهای عمقی (وریدهای comitantes) در امتداد شریان‌هایی هستند که اندام‌ها را تامین می‌کنند و گرما از خون شریانی گرم که به اندام‌ها می‌رود به خون وریدی سردی که از اندام‌ها می‌آید منتقل می‌شود (تبادل جریان مخالف؛ به فصل ۳۷ مراجعه کنید). این توانایی حفظ گرما در نوک اندام ها را محدود می کند اما گرمای بدن را حفظ می کند.

The reflex responses activated by cold are controlled from the posterior hypothalamus. Those activated by warmth are controlled primarily from the anterior hypothalamus, although some thermoregulation against heat still occurs after decerebration at the level of the rostral midbrain. Stimulation of the anterior hypothalamus causes cutaneous vasodilation and sweating, and lesions in this region cause hyperthermia, with rectal temperatures sometimes reaching 43°C (109.4°F). Posterior hypothalamic stimulation causes shivering, and the body temperature of animals with posterior hypothalamic lesions falls toward that of the environment.

پاسخ های رفلکس فعال شده توسط سرما از هیپوتالاموس خلفی کنترل می شود. آنهایی که با گرما فعال می شوند عمدتاً از هیپوتالاموس قدامی کنترل می شوند، اگرچه مقداری تنظیم حرارتی در برابر گرما هنوز پس از کاهش مغز در سطح مغز میانی منقاری رخ می دهد. تحریک هیپوتالاموس قدامی باعث اتساع عروق پوستی و تعریق می شود و ضایعات در این ناحیه باعث هایپرترمی می شوند و دمای مقعدی گاهی به ۴۳ درجه سانتی گراد (۱۰۹.۴ درجه فارنهایت) می رسد. تحریک هیپوتالاموس خلفی باعث لرز می شود و دمای بدن حیوانات دارای ضایعات هیپوتالاموس خلفی به سمت دمای محیط کاهش می یابد.

AFFERENTS

The hypothalamus is said to integrate body temperature information from sensory receptors (primarily cold receptors) in the skin, deep tissues, spinal cord, extrahypothalamic portions of the brain, and the hypothalamus itself. Each of these five inputs contributes about 20% of the information that is integrated. There are threshold core temperatures for each of the main temperature- regulating responses and when the threshold is reached the response begins. The threshold is 37°C for sweating and vasodilation, 36.8°C for vasoconstriction, 36°C for nonshivering thermogenesis, and 35.5°C for shivering.

آوران

گفته می شود که هیپوتالاموس اطلاعات دمای بدن را از گیرنده های حسی (عمدتاً گیرنده های سرما) در پوست، بافت های عمیق، نخاع، بخش های خارج هیپوتالاموس مغز و خود هیپوتالاموس ادغام می کند. هر یک از این پنج ورودی حدود ۲۰ درصد از اطلاعات یکپارچه شده را تشکیل می دهند. دمای هسته آستانه برای هر یک از پاسخ های اصلی تنظیم کننده دما وجود دارد و زمانی که آستانه به آستانه رسید، پاسخ شروع می شود. آستانه ۳۷ درجه سانتیگراد برای تعریق و اتساع عروق، ۳۶.۸ درجه سانتیگراد برای انقباض عروق، ۳۶ درجه سانتیگراد برای گرمازایی بدون لرز و ۳۵.۵ درجه سانتیگراد برای لرز است.

FEVER

Fever is perhaps the oldest and most universally known hallmark of disease. It occurs not only in mammals but also in birds, reptiles, amphibia, and fish. When it occurs in homeothermic animals, the thermoregulatory mechanisms behave as if they were adjusted to maintain body temperature at a higher than normal level, that is, “as if the thermostat had been reset” to a new point above 37°C. The temperature receptors then signal that the actual temperature is below the new set point, and the temperature-raising mechanisms are activated. This usually produces chilly sensations due to cutaneous vasoconstriction and occasionally enough shivering to produce a shaking chill. However, the nature of the response depends on the ambient temperature. The temperature rise in experimental animals injected with a pyrogen is due mostly to increased heat production if they are in a cold environment and mostly to decreased heat loss if they are in a warm environment.

تب

شاید تب قدیمی ترین و شناخته شده ترین نشانه بیماری باشد. نه تنها در پستانداران بلکه در پرندگان، خزندگان، دوزیستان و ماهی ها نیز دیده می شود. هنگامی که در حیوانات هومیوترمیک رخ می دهد، مکانیسم های تنظیم حرارت به گونه ای رفتار می کنند که گویی برای حفظ دمای بدن در سطح بالاتر از حد طبیعی تنظیم شده اند، یعنی “گویی ترموستات” به نقطه جدیدی بالاتر از ۳۷ درجه سانتیگراد تنظیم شده است. سپس گیرنده های دما سیگنال می دهند که دمای واقعی کمتر از نقطه تنظیم جدید است و مکانیسم های افزایش دما فعال می شوند. این معمولاً به دلیل انقباض عروق پوستی احساس سرما ایجاد می کند و گاهی اوقات به اندازه کافی لرز ایجاد می کند که لرزش لرزان ایجاد کند. با این حال، ماهیت پاسخ به دمای محیط بستگی دارد. افزایش دما در حیوانات آزمایشی که با یک پیروژن تزریق می‌شوند، بیشتر به دلیل افزایش تولید گرما در صورتی است که در محیط سرد هستند و عمدتاً به دلیل کاهش اتلاف گرما در صورت قرار گرفتن در محیط گرم است.

The pathogenesis of fever is summarized in Figure 17-13. Toxins from bacteria, such as endotoxin, act on monocytes, macrophages, and Kupffer cells to produce cytokines that act as endogenous pyrogens (EPs). There is good evidence that IL-1ẞ, IL-6, IFN-ẞ, IFN-y, and TNF-a (see Chapter 3) can act independently to produce fever. These circulating cytokines are polypeptides and it is unlikely that they penetrate the brain. Instead, evidence suggests that they act on the OVLT, one of the circumventricular organs (see Chapter 33). This in turn activates the preoptic area of the hypothalamus. Cytokines are also produced by cells in the central nervous system (CNS) when these are stimulated by infection, and these may act directly on the thermoregulatory centers.

پاتوژنز تب در شکل ۱۷-۱۳ خلاصه شده است. سموم ناشی از باکتری‌ها، مانند اندوتوکسین، روی مونوسیت‌ها، ماکروفاژها و سلول‌های کوپفر عمل می‌کنند و سیتوکین‌هایی تولید می‌کنند که به عنوان پیروژن درون‌زا (EPs) عمل می‌کنند. شواهد خوبی وجود دارد که IL-1ẞ، IL-6، IFN-ẞ، IFN-y و TNF-a (به فصل ۳ مراجعه کنید) می توانند به طور مستقل برای ایجاد تب عمل کنند. این سیتوکین های در گردش پلی پپتید هستند و بعید است که به مغز نفوذ کنند. در عوض، شواهد نشان می دهد که آنها بر روی OVLT، یکی از اندام های دور بطنی عمل می کنند (به فصل ۳۳ مراجعه کنید). این به نوبه خود ناحیه پریاپتیک هیپوتالاموس را فعال می کند. سیتوکین‌ها همچنین توسط سلول‌های سیستم عصبی مرکزی (CNS) هنگامی که توسط عفونت تحریک می‌شوند تولید می‌شوند و ممکن است مستقیماً بر روی مراکز تنظیم حرارت اثر کنند.

FIGURE 17-13 Pathogenesis of fever.

شکل ۱۷-۱۳ پاتوژنز تب.

The fever produced by cytokines is probably due to local release of prostaglandins in the hypothalamus. Intrahypothalamic injection of prostaglandins produces fever. In addition, the antipyretic effect of aspirin is exerted directly on the hypothalamus, and aspirin inhibits prostaglandin synthesis. PGE2 is one of the prostaglandins that causes fever. It acts on four subtypes of prostaglandin receptors-EP1, EP2, EP3, and EP4-and knockout of the EP3 receptor impairs the febrile response to PGE2, IL-1ẞ, and endotoxin, or bacterial lipopolysaccharide (LPS).

تب تولید شده توسط سیتوکین ها احتمالاً به دلیل انتشار موضعی پروستاگلاندین ها در هیپوتالاموس است. تزریق داخل هیپوتالاموس پروستاگلاندین باعث ایجاد تب می شود. علاوه بر این، اثر ضد تب آسپرین مستقیماً روی هیپوتالاموس اعمال می شود و آسپرین از سنتز پروستاگلاندین جلوگیری می کند. PGE2 یکی از پروستاگلاندین هایی است که باعث تب می شود. این بر روی چهار زیرگروه گیرنده پروستاگلاندین EP1، EP2، EP3 و EP4 عمل می کند و حذف گیرنده EP3 پاسخ تب به PGE2، IL-1ẞ و اندوتوکسین یا لیپوپلی ساکارید باکتریایی (LPS) را مختل می کند.

The benefit of fever to the organism is uncertain. A beneficial effect is assumed because fever has evolved and persisted as a response to infections and other diseases. Many microorganisms grow best within a relatively narrow temperature range and a rise in temperature inhibits their growth. In addition, antibody production is increased when body temperature is elevated. Before the advent of antibiotics, fevers were artificially induced for the treatment of neurosyphilis and proved to be beneficial. Hyperthermia also benefits individuals infected with anthrax; pneumococcal pneumonia; leprosy; and various fungal, rickettsial, and viral diseases. Hyperthermia also slows the growth of some tumors. However, very high temperatures are harmful. A rectal temperature over 41°C (106°F) for prolonged periods results in some permanent brain damage. When the temperature is over 43°C, heat stroke develops and death is common.

فایده تب برای ارگانیسم نامشخص است. یک اثر مفید فرض می شود زیرا تب به عنوان پاسخی به عفونت ها و سایر بیماری ها تکامل یافته و ادامه یافته است. بسیاری از میکروارگانیسم ها در یک محدوده دمایی نسبتاً باریک به بهترین وجه رشد می کنند و افزایش دما از رشد آنها جلوگیری می کند. علاوه بر این، تولید آنتی بادی با افزایش دمای بدن افزایش می یابد. قبل از ظهور آنتی‌بیوتیک‌ها، تب به‌طور مصنوعی برای درمان نوروسیفلیس ایجاد می‌شد و مفید بودن آن ثابت شد. هایپرترمی همچنین برای افراد مبتلا به سیاه زخم مفید است. پنومونی پنوموکوکی؛ جذام; و انواع بیماری های قارچی، ریکتزیال و ویروسی. هایپرترمی همچنین رشد برخی از تومورها را کند می کند. با این حال، دمای بسیار بالا مضر است. دمای رکتال بیش از ۴۱ درجه سانتیگراد (۱۰۶ درجه فارنهایت) برای دوره های طولانی منجر به آسیب دائمی مغز می شود. هنگامی که دما بیش از ۴۳ درجه سانتیگراد است، گرمازدگی ایجاد می شود و مرگ شایع است.

In malignant hyperthermia, various mutations of the gene coding for the ryanodine receptor (see Chapter 5) lead to excess Ca2+ release during muscle contraction triggered by stress. This in turn leads to contractures of the muscles, increased muscle metabolism, and a great increase in heat production in muscle. The increased heat production causes a marked rise in body temperature that is fatal if not treated.

در هیپرترمی بدخیم، جهش های مختلف ژن کد کننده گیرنده رایانودین (به فصل ۵ مراجعه کنید) منجر به آزادسازی بیش از حد Ca2+ در طول انقباض عضلانی ناشی از استرس می شود. این به نوبه خود منجر به انقباض ماهیچه ها، افزایش متابولیسم ماهیچه ها و افزایش تولید گرما در عضله می شود. افزایش تولید گرما باعث افزایش قابل توجه دمای بدن می شود که اگر درمان نشود کشنده است.

Periodic fevers also occur in humans with mutations in the gene for pyrin, a protein found in neutrophils; the gene for mevalonate kinase, an enzyme involved in cholesterol synthesis; and the gene for the type 1 TNF receptor, which is involved in inflammatory responses. However, how any of these three mutant gene products cause fever is unknown.

تب های دوره ای نیز در انسان با جهش در ژن پیرین، پروتئینی که در نوتروفیل ها یافت می شود، رخ می دهد. ژن موالونات کیناز، آنزیمی که در سنتز کلسترول نقش دارد. و ژن گیرنده TNF نوع ۱ که در پاسخ های التهابی نقش دارد. با این حال، چگونه هر یک از این سه محصول ژن جهش یافته باعث تب می شوند، ناشناخته است.

HYPOTHERMIA

In hibernating mammals, body temperature drops to low levels without causing any demonstrable ill effects on subsequent arousal. This observation led to experiments on induced hypothermia. When the skin or the blood is cooled enough to lower the body temperature in nonhibernating animals or in humans, metabolic and physiologic processes slow down. Respiration and heart rate are very slow, blood pressure is low, and consciousness is lost. At rectal temperatures of about 28°C, the ability to spontaneously return the temperature to normal is lost, but the individual continues to survive and, if rewarmed with external heat, returns to a normal state. If care is taken to prevent the formation of ice crystals in the tissues, the body temperature of experimental animals can be lowered to subfreezing levels without producing any detectable damage after subsequent rewarming.

هیپوترمی

در پستانداران در خواب زمستانی، دمای بدن به سطوح پایین کاهش می یابد، بدون اینکه اثرات بد قابل اثباتی در برانگیختگی بعدی ایجاد کند. این مشاهدات منجر به آزمایشاتی در مورد هیپوترمی القایی شد. هنگامی که پوست یا خون به اندازه کافی سرد می شود تا دمای بدن در حیوانات بدون خواب زمستانی یا در انسان کاهش یابد، فرآیندهای متابولیک و فیزیولوژیک کند می شود. تنفس و ضربان قلب بسیار کند است، فشار خون پایین است و هوشیاری از بین می رود. در دمای مقعدی حدود ۲۸ درجه سانتی گراد، توانایی بازگشت خود به خود دما به حالت عادی از بین می رود، اما فرد به زنده ماندن خود ادامه می دهد و اگر با گرمای خارجی دوباره گرم شود، به حالت عادی باز می گردد. اگر برای جلوگیری از تشکیل کریستال‌های یخ در بافت‌ها دقت شود، می‌توان دمای بدن حیوانات آزمایشی را تا سطح زیر انجماد کاهش داد، بدون اینکه هیچ آسیب قابل تشخیصی پس از گرم کردن مجدد بعدی ایجاد شود.

Humans tolerate body temperatures of 21-24°C (70-75°F) without permanent ill effects, and induced hypothermia has been used in surgery. On the other hand, accidental hypothermia due to prolonged exposure to cold air or cold water is a serious condition and requires careful monitoring and prompt rewarming.

انسان دمای بدن ۲۱-۲۴ درجه سانتیگراد (۷۰-۷۵ درجه فارنهایت) را بدون عوارض دائمی تحمل می کند و هیپوترمی القایی در جراحی استفاده شده است. از سوی دیگر، هیپوترمی تصادفی به دلیل قرار گرفتن طولانی مدت در هوای سرد یا آب سرد یک بیماری جدی است و نیاز به نظارت دقیق و گرم کردن مجدد دارد.

CHAPTER SUMMARY

■ Neural connections run between the hypothalamus and the posterior lobe of the pituitary gland, and vascular connections between the hypothalamus and the anterior lobe of the pituitary.

خلاصه فصل

■ اتصالات عصبی بین هیپوتالاموس و لوب خلفی غده هیپوفیز و اتصالات عروقی بین هیپوتالاموس و لوب قدامی هیپوفیز وجود دارد.

■ In most mammals, the hormones secreted by the posterior pituitary gland are vasopressin and oxytocin. Vasopressin increases the permeability of the collecting ducts of the kidney to water, thus concentrating the urine. Oxytocin acts on the breasts (lactation) and the uterus (contraction).

■ در اکثر پستانداران، هورمون های ترشح شده از غده هیپوفیز خلفی وازوپرسین و اکسی توسین هستند. وازوپرسین نفوذپذیری مجاری جمع کننده کلیه را به آب افزایش می دهد و در نتیجه ادرار را متمرکز می کند. اکسی توسین روی سینه ها (شیردهی) و رحم (انقباض) اثر می گذارد.

■ The anterior pituitary secretes six hormones: adrenocorticotropic hormone (corticotropin, ACTH), thyroid-stimulating hormone (thyrotropin, TSH), growth hormone, follicle-stimulating hormone (FSH), luteinizing hormone (LH), and prolactin (PRL).

■ هیپوفیز قدامی شش هورمون ترشح می کند: هورمون آدرنوکورتیکوتروپیک (کورتیکوتروپین، ACTH)، هورمون محرک تیروئید (تیروتروپین، TSH)، هورمون رشد، هورمون محرک فولیکول (FSH)، هورمون لوتئینه کننده (LH) و پرولاکتین (PRL).

■ Other complex autonomic mechanisms that maintain the chemical constancy and temperature of the internal environment, such as thirst and temperature regulation, are integrated in the hypothalamus.

■ دیگر مکانیسم های پیچیده خودمختار که ثبات شیمیایی و دمای محیط داخلی را حفظ می کنند، مانند تشنگی و تنظیم دما، در هیپوتالاموس یکپارچه شده اند.

MULTIPLE-CHOICE QUESTIONS

For all questions, select the single best answer unless otherwise directed.

۱. Thirst is stimulated by
A. increases in plasma osmolality and volume.
B. an increase in plasma osmolality and a decrease in plasma volume.
C. a decrease in plasma osmolality and an increase in plasma volume.
D. decreases in plasma osmolality and volume.
E. injection of vasopressin into the hypothalamus.

سوالات چند گزینه ای

برای همه سؤالات، بهترین پاسخ را انتخاب کنید، مگر اینکه دستور دیگری داده شود.

۱. تشنگی توسط
الف. در اسمولالیته و حجم پلاسما افزایش می یابد.
ب. افزایش اسمولالیته پلاسما و کاهش حجم پلاسما.
ج. کاهش اسمولالیته پلاسما و افزایش حجم پلاسما.
د. در اسمولالیته و حجم پلاسما کاهش می یابد.
ی. تزریق وازوپرسین به هیپوتالاموس.

۲. When an individual is naked in a room in which the air temperature is 21°C (69.8°F) and the humidity 80%, the greatest amount of heat is lost from the body by
A. elevated metabolism.
B. respiration.
C. urination.
D. vaporization of sweat.
E. radiation and conduction.

۲. وقتی فردی در اتاقی که دمای هوا ۲۱ درجه سانتیگراد (۶۹.۸ درجه فارنهایت) و رطوبت ۸۰ درصد است برهنه است، بیشترین مقدار گرما از بدن خارج می شود.
الف. متابولیسم بالا.
ب. تنفس.
ج. ادرار کردن
د. تبخیر عرق.
ی. تشعشع و هدایت.

In questions 3-8, select A if the item is associated with (a), B if the item is associated with (b), C if the item is associated with both (a) and (b), and D if the item is associated with neither (a) nor (b).
(a) V1A vasopressin receptors
(b) V2 vasopressin receptors

در سؤالات ۳-۸، اگر مورد با (الف) همراه است، B، اگر مورد با (ب) مرتبط است، C را اگر مورد با هر دو (الف) و (ب) مرتبط است، D را اگر مورد با (الف) و (ب) مرتبط است، D را انتخاب کنید.
(الف) گیرنده های وازوپرسین V1A
(ب) گیرنده های وازوپرسین V2

۳. Activation of Gs
4. Vasoconstriction
5. Increase in intracellular inositol triphosphate
6. Movement of aquaporin
7. Proteinuria
8. Milk ejection

۳. فعال سازی Gs
4. انقباض عروق
5. افزایش اینوزیتول تری فسفات داخل سلولی
6. حرکت آکواپورین
7. پروتئینوری
8. دفع شیر

---

---

پیش گفتار

بسیاری از مکانیسم‌های پیچیده خودمختار که ثبات شیمیایی و دمای محیط داخلی را حفظ می‌کنند در هیپوتالاموس یکپارچه شده اند. هیپوتالاموس همچنین با سیستم لیمبیک به عنوان واحدی که رفتار عاطفی و غریزی را تنظیم می‌کند، کار می‌کند.

هیپوتالاموس: ملاحظات آناتومیک

هیپوتالاموس (شکل ۱۷-۱) بخشی از انتهای قدامی‌دیانسفالون است که در زیر شیار هیپوتالاموس و جلوی هسته‌های بین‌پایه‌ای قرار دارد. به انواع هسته‌ها و مناطق هسته ای تقسیم می‌شود.

شکل ۱۷-۱ هیپوتالاموس انسان، با یک نمایش نموداری روی هم از عروق هیپوفیزیال پورتال.

اتصالات آوران و وابران هیپوتالاموس

مسیرهای عصبی اصلی آوران و وابران به و از هیپوتالاموس عمدتاً بدون میلین هستند. بسیاری از هیپوتالاموس را به سیستم لیمبیک متصل می‌کنند. همچنین ارتباطات مهمی‌بین هیپوتالاموس و هسته‌های تیگمانتوم مغز میانی، پونز و مغز عقبی وجود دارد.

نورون‌های ترشح کننده نوراپی نفرین با بدن سلولی خود در مغز عقب به بسیاری از قسمت‌های مختلف هیپوتالاموس ختم می‌شوند (شکل ۷-۲ را ببینید). نورون‌های پارابطنی که اکسی توسین و وازوپرسین ترشح می‌کنند به نوبه خود به سمت مغز عقب و نخاع حرکت می‌کنند. سلول‌های عصبی که اپی نفرین ترشح می‌کنند در مغز عقبی قرار دارند و به هیپوتالاموس شکمی‌ختم می‌شوند.

یک سیستم داخل هیپوتالاموسی از نورون‌های ترشح کننده دوپامین تشکیل شده است که بدنه سلولی خود را در هسته کمانی قرار می‌دهند و به مویرگ‌هایی که رگ‌های پورتال را در برجستگی میانی تشکیل می‌دهند یا نزدیک آن ختم می‌شوند. نورون‌های ترشح کننده سروتونین از هسته‌های رافه به هیپوتالاموس می‌روند.

ارتباط با غده هیپوفیز

اتصالات عصبی بین هیپوتالاموس و لوب خلفی غده هیپوفیز و اتصالات عروقی بین هیپوتالاموس و لوب قدامی‌وجود دارد. از نظر جنین شناسی، هیپوفیز خلفی به صورت تخلیه از کف بطن سوم ایجاد می‌شود. در بخش بزرگی از انتهای آکسون‌ها که از اجسام سلولی در هسته‌های فوقاپتیک و پارا بطنی به وجود می‌آیند و از طریق دستگاه هیپوتالاموهیپوفیزیال به هیپوفیز خلفی (شکل ۱۷-۲) می‌رسند، تشکیل شده است. بیشتر فیبرهای سوپراپتیک به خود لوب خلفی ختم می‌شوند، در حالی که برخی از رشته‌های پارا بطنی به برجستگی میانی ختم می‌شوند. لوب‌های قدامی‌و میانی هیپوفیز در جنین از کیسه Rathke بوجود می‌آیند، که از سقف حلق خارج می‌شود (شکل ۱۸-۱ را ببینید). رشته‌های عصبی سمپاتیک از کپسول آن به لوب قدامی‌و رشته‌های پاراسمپاتیک از اعصاب پتروسال به آن می‌رسند، اما تعداد کمی‌از رشته‌های عصبی از هیپوتالاموس به آن می‌رسند. با این حال، عروق هیپوفیزیال پورتال یک پیوند عروقی مستقیم بین هیپوتالاموس و هیپوفیز قدامی‌تشکیل می‌دهند. شاخه‌های شریانی از شریان‌های کاروتید و دایره ویلیس شبکه‌ای از مویرگ‌های سوراخ‌دار به نام شبکه اولیه را در سطح شکمی‌هیپوتالاموس تشکیل می‌دهند (شکل ۱۷-۱). حلقه‌های مویرگی نیز در برجستگی میانی نفوذ می‌کنند. مویرگ‌ها به رگ‌های هیپوفیزیال پورتال سینوسی تخلیه می‌شوند که خون را از ساقه هیپوفیز به سمت مویرگ‌های هیپوفیز قدامی‌می‌برند. این سیستم بدون عبور از قلب در مویرگ‌ها شروع و به پایان می‌رسد و بنابراین یک سیستم پورتال واقعی است. در پرندگان و برخی از پستانداران، از جمله انسان، هیچ منبع شریانی هیپوفیزیال قدامی‌به جز عروق کپسولی و اتصالات آناستوموز از مویرگ‌های هیپوفیز خلفی وجود ندارد. برجستگی میانی به طور کلی به عنوان بخشی از هیپوتالاموس شکمی‌که عروق پورتال از آن خارج می‌شوند، تعریف می‌شود. این ناحیه خارج از سد خونی مغزی است (به فصل ۳۳ مراجعه کنید).

شکل ۱۷-۲ ترشح هورمون‌های هیپوتالاموس. هورمون‌های لوب خلفی (PL) از انتهای نورون‌های فوقاپتیک و پارا بطنی به گردش خون عمومی‌آزاد می‌شوند، در حالی که هورمون‌های هیپوفیزیوتروپیک از انتهای نورون‌های کمانی و دیگر هیپوتالاموس به گردش خون هیپوفیزیال پورتال ترشح می‌شوند. AL، لوب قدامی؛ MB، اجسام پستانی؛ OC، کیاسم بینایی.

عملکرد هیپوتالاموس

عملکردهای اصلی هیپوتالاموس در جدول ۱۷-۱ خلاصه شده است. برخی از آنها رفلکس‌های احشایی نسبتاً واضح هستند و برخی دیگر شامل واکنش‌های رفتاری و عاطفی پیچیده هستند. با این حال، همه شامل یک پاسخ خاص به یک محرک خاص هستند. در نظر گرفتن عملکرد هیپوتالاموس مهم است که این را در نظر داشته باشید.

جدول ۱۷-۱. خلاصه ای از مکانیسم‌های اصلی تنظیمی‌هیپوتالاموس

ارتباط با عملکرد خودکار

سال‌ها پیش، شرینگتون هیپوتالاموس را «گانگلیون سر سیستم خودمختار» نامید. تحریک هیپوتالاموس پاسخ‌های خودمختار ایجاد می‌کند، اما به نظر نمی‌رسد هیپوتالاموس به خودی خود به تنظیم عملکرد احشایی مربوط باشد. در عوض، پاسخ‌های خودکاری که در هیپوتالاموس ایجاد می‌شوند، بخشی از پدیده‌های پیچیده‌تر مانند غذا خوردن و احساساتی مانند خشم هستند. برای مثال، تحریک قسمت‌های مختلف هیپوتالاموس، به‌ویژه نواحی جانبی، ترشح سمپاتیک منتشر و ترشح مدولاری آدرنال را افزایش می‌دهد – ترشحات سمپاتیک انبوهی که در حیوانات در معرض استرس مشاهده می‌شود (واکنش پرواز یا مبارزه؛ به فصل ۱۳ مراجعه کنید).

ادعا شده است که نواحی جداگانه هیپوتالاموس ترشح اپی نفرین و نوراپی نفرین را کنترل می‌کنند. ترشح افتراقی یکی یا دیگری از این کاتکول آمین‌های مدولاری آدرنال در شرایط خاصی رخ می‌دهد (به فصل ۲۰ مراجعه کنید)، اما افزایش انتخابی اندک است.

وزن بدن به تعادل بین کالری دریافتی و استفاده از کالری بستگی دارد. چاقی زمانی ایجاد می‌شود که اولی از دومی‌بیشتر شود. هیپوتالاموس و بخش‌های مرتبط مغز نقش کلیدی در تنظیم غذای دریافتی دارند. چاقی در فصل ۲۶ به تفصیل در نظر گرفته شده است و ارتباط چاقی با دیابت در فصل ۲۴ مورد بحث قرار گرفته است.

تنظیم هیپوتالاموس خواب و ریتم‌های شبانه روزی در فصل ۱۴ مورد بحث قرار گرفته است.

تشنگی

یکی دیگر از مکانیسم‌های اشتها آور تحت کنترل هیپوتالاموس تشنگی است. نوشیدن توسط اسمولالیته پلاسما و حجم مایع خارج سلولی (ECF) به همان شیوه ترشح وازوپرسین تنظیم می‌شود (به فصل ۳۸ مراجعه کنید). مصرف آب با افزایش فشار اسمزی موثر پلاسما (شکل ۱۷-۳)، با کاهش حجم ECF و عوامل روانی و سایر عوامل افزایش می‌یابد. اسمولالیته از طریق گیرنده‌های اسموری عمل می‌کند، گیرنده‌هایی که اسمولالیته مایعات بدن را حس می‌کنند. این گیرنده‌های اسمزی در هیپوتالاموس قدامی‌قرار دارند.

شکل ۱۷-۳ رابطه اسمولالیته پلاسما با تشنگی در انسان بالغ سالم در طول تزریق سالین هیپرتونیک. شدت تشنگی در مقیاس آنالوگ مخصوص اندازه گیری می‌شود. (با اجازه تامپسون سی‌جی و همکارانش بازتولید شده است: آستانه اسمزی برای تشنگی و ترشح وازوپرسین در انسان‌های سالم مشابه است. Clin Sci Lond 1986؛ ۷۱:۶۵۱.)

کاهش حجم ECF همچنین تشنگی را از طریق مسیری مستقل از آن تشنگی واسطه در پاسخ به افزایش اسمولالیته پلاسما تحریک می‌کند (شکل ۱۷-۴). بنابراین، خونریزی باعث افزایش نوشیدن می‌شود حتی اگر تغییری در اسمولالیته پلاسما ایجاد نشود. اثر کاهش حجم ECF بر تشنگی تا حدودی از طریق سیستم رنین – آنژیوتانسین انجام می‌شود (به فصل ۳۸ مراجعه کنید). ترشح رنین با هیپوولمی‌افزایش می‌یابد و منجر به افزایش آنژیوتانسین II در گردش می‌شود. آنژیوتانسین II بر روی اندام ساب فورنیکال، یک ناحیه گیرنده تخصصی در دیانسفالون (به شکل ۳۳-۷ مراجعه کنید)، برای تحریک نواحی عصبی مرتبط با تشنگی عمل می‌کند. برخی شواهد نشان می‌دهد که روی اندام عروقی لایه انتهایی (OVLT) نیز اثر می‌گذارد. این نواحی بسیار نفوذپذیر هستند و دو اندام دور بطنی هستند که خارج از سد خونی مغزی قرار دارند (به فصل ۳۳ مراجعه کنید). با این حال، داروهایی که عملکرد آنژیوتانسین II را مسدود می‌کنند، پاسخ تشنگی به هیپوولمی‌را به طور کامل مسدود نمی‌کنند و به نظر می‌رسد که گیرنده‌های فشار در قلب و عروق خونی نیز درگیر هستند.

شکل ۱۷-۴ نمایش نموداری از روشی که در آن تغییرات اسمولالیته پلاسما و تغییرات در حجم ECF بر تشنگی توسط مسیرهای جداگانه تأثیر می‌گذارد.

مصرف مایعات در هنگام غذا خوردن (نوشیدن غذا) افزایش می‌یابد. این افزایش واکنش آموخته شده یا عادت نامیده می‌شود، اما به طور دقیق مورد بررسی قرار نگرفته است. یکی از عوامل افزایش اسمولالیته پلاسما است که با جذب غذا اتفاق می‌افتد. دیگری ممکن است اثر یک یا چند هورمون گوارشی بر روی هیپوتالاموس باشد.

هنگامی‌که احساس تشنگی، یا در اثر آسیب مستقیم به دی انسفالون یا در اثر افسردگی یا تغییر حالت‌های هوشیاری، از بین می‌رود، بیماران نوشیدن مقادیر کافی مایعات را متوقف می‌کنند. اگر اقدامات مناسب برای حفظ تعادل آب انجام نشود، کم آبی نتیجه می‌گیرد. اگر مصرف پروتئین زیاد باشد، محصولات متابولیسم پروتئین باعث دیورز اسمزی می‌شود (به فصل ۳۸ مراجعه کنید)، و مقادیر آب مورد نیاز برای حفظ هیدراتاسیون زیاد است. بیشتر موارد هیپرناترمی‌در واقع به دلیل کم آبی ساده در بیماران مبتلا به سایکوز یا بیماری هیپوتالاموس است که وقتی مکانیسم تشنگی آنها تحریک می‌شود، مصرف آب خود را افزایش نمی‌دهند یا نمی‌توانند افزایش دهند. ضایعات شریان ارتباطی قدامی‌نیز می‌تواند تشنگی را از بین ببرد زیرا شاخه‌های این شریان مناطق هیپوتالاموس مربوط به تشنگی را تامین می‌کنند.

سایر عوامل تنظیم کننده مصرف آب

تعدادی دیگر از عوامل به خوبی تثبیت شده در تنظیم مصرف آب نقش دارند. عوامل روانی و اجتماعی مهم هستند. خشکی غشای مخاطی حلق باعث احساس تشنگی می‌شود. بیمارانی که مصرف مایعات در آنها باید محدود شود، گاهی اوقات با مکیدن تکه‌های یخ یا پارچه خیس تشنگی قابل توجهی را تسکین می‌دهند.

سگ‌ها، گربه‌ها، شترها و برخی دیگر از حیوانات کم‌آب به سرعت به اندازه کافی آب می‌نوشند تا کمبود آب خود را جبران کنند. آنها قبل از جذب آب، نوشیدن را متوقف می‌کنند (در حالی که پلاسمای آنها هنوز هیپرتونیک است)، بنابراین باید نوعی “سنجش” گوارشی حلق درگیر شود. برخی از شواهد نشان می‌دهد که انسان‌ها توانایی اندازه‌گیری مشابهی دارند، اگرچه به خوبی توسعه نیافته‌اند.

کنترل ترشح هیپوفیز خلفی

VASOPRESSIN & OXYTOCIN

در بیشتر پستانداران، هورمون‌هایی که از غده هیپوفیز خلفی ترشح می‌شوند، آرژنین وازوپرسین (AVP) و اکسی توسین هستند. در اسب آبی و بیشتر خوک‌ها، آرژنین در مولکول وازوپرسین با لیزین جایگزین می‌شود و لیزین وازوپرسین را تشکیل می‌دهد. هیپوفیز خلفی برخی از گونه‌های خوک و کیسه دار حاوی مخلوطی از آرژنین و لیزین وازوپرسین است. هورمون‌های لوب خلفی نانوپپتیدهایی هستند که یک حلقه دی سولفید در یک انتها دارند (شکل ۱۷-۵).

شکل ۱۷-۵ آرژنین وازوپرسین و اکسی توسین.

بیوسنتز، حمل و نقل درون عصبی و ترشح

هورمون‌های غده هیپوفیز خلفی در بدن سلول‌های نورون‌های مغناطیسی در هسته‌های فوق اپتیک و پارا بطنی سنتز می‌شوند و از آکسون‌های این نورون‌ها به انتهای آن‌ها در لوب خلفی منتقل می‌شوند، جایی که در پاسخ به فعالیت الکتریکی در لوب خلفی ترشح می‌شوند. پایان‌ها برخی از نورون‌ها اکسی توسین و برخی دیگر وازوپرسین می‌سازند و سلول‌های حاوی اکسی توسین و وازوپرسین در هر دو هسته یافت می‌شوند.

اکسی توسین و وازوپرسین هورمون‌های عصبی معمولی هستند، یعنی هورمون‌هایی که توسط سلول‌های عصبی به گردش خون ترشح می‌شوند. این نوع تنظیم عصبی با انواع دیگر در شکل ۱۷-۶ مقایسه شده است. اصطلاح ترشح عصبی در ابتدا برای توصیف ترشح هورمون‌ها توسط نورون‌ها ابداع شد، اما این اصطلاح تا حدودی گمراه کننده است زیرا به نظر می‌رسد که همه نورون‌ها پیام رسان‌های شیمیایی ترشح می‌کنند (به فصل ۷ مراجعه کنید).

شکل ۱۷-۶ مکانیسم‌های کنترل عصبی. در دو موقعیت سمت چپ، انتقال دهنده‌های عصبی در انتهای عصب روی ماهیچه عمل می‌کنند. در دو قسمت وسط، انتقال دهنده‌های عصبی ترشح غدد درون ریز را تنظیم می‌کنند. و در دو سمت راست، نورون‌ها هورمون‌ها را به پورتال هیپوفیزیال یا گردش خون عمومی‌ترشح می‌کنند.

مانند سایر هورمون‌های پپتیدی، هورمون‌های لوب خلفی به عنوان بخشی از مولکول‌های پیش ساز بزرگتر سنتز می‌شوند. وازوپرسین و اکسی توسین هر کدام دارای نوروفیزین مشخصی هستند که در گرانول‌های موجود در نورون‌هایی که آنها را ترشح می‌کنند مرتبط است – نوروفیزین I در مورد اکسی توسین و نوروفیزین II در مورد وازوپرسین. در ابتدا تصور می‌شد که نوروفیزین‌ها پلی پپتیدهای اتصال دهنده هستند، اما اکنون به نظر می‌رسد که آنها صرفاً بخشی از مولکول‌های پیش ساز هستند. پیش ساز AVP، پری پروپرسوفیزین، حاوی یک توالی رهبر باقیمانده اسید آمینه است که به دنبال آن AVP، نوروفیزین II و یک گلیکوپپتید قرار دارد (شکل ۱۷-۷). Prepro-oxyphysin، پیش ساز اکسی توسین، یک مولکول مشابه اما کوچکتر است که فاقد گلیکوپپتید است.

شکل ۱۷-۷ ساختار پری پروپرسوفیزین گاوی (سمت چپ) و پری پرواکسیفیزین (راست). Gly در موقعیت ۱۰ هر دو پپتید برای آمیداسیون باقیمانده Gly در موقعیت ۹. aa، باقی مانده اسید آمینه ضروری است. (بازتولید شده با اجازه Richter D: رویدادهای مولکولی در بیان وازوپرسین و اکسی توسین و گیرنده‌های همزاد آنها. Am J Physiol 1988; 255: F207.)

مولکول‌های پیش ساز در ریبوزوم‌های بدن سلولی نورون‌ها سنتز می‌شوند. آنها توالی‌های رهبر خود را در شبکه آندوپلاسمی‌حذف می‌کنند، در گرانول‌های ترشحی در دستگاه گلژی بسته بندی می‌شوند و با جریان آکسوپلاسمی‌به انتهای آکسون‌ها به انتهای هیپوفیز خلفی منتقل می‌شوند. دانه‌های ترشحی که اجسام شاه ماهی نامیده می‌شوند، به راحتی در بخش‌های بافتی رنگ آمیزی می‌شوند و به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته اند. جدا شدن مولکول‌های پیش ساز در حین انتقال رخ می‌دهد و گرانول‌های ذخیره شده در انتهای آن حاوی وازوپرسین آزاد یا اکسی توسین و نوروفیزین مربوطه هستند. در مورد وازوپرسین، گلیکوپپتید نیز وجود دارد. همه این محصولات ترشح می‌شوند، اما عملکرد اجزای دیگر غیر از هورمون‌های هیپوفیز خلفی ناشناخته است. کنترل فیزیولوژیکی ترشح وازوپرسین به تفصیل در فصل ۳۸ توضیح داده شده است.

فعالیت الکتریکی نورون‌های سلولی مغناطیسی

نورون‌های ترشح کننده اکسی توسین و ترشح کننده وازوپرسین نیز پتانسیل‌های عمل را تولید و هدایت می‌کنند و پتانسیل‌های عمل با رسیدن به انتهای خود باعث آزاد شدن هورمون‌ها توسط اگزوسیتوز وابسته به Ca2+ می‌شوند. حداقل در موش‌های بی‌هوش، این نورون‌ها در حالت استراحت ساکت هستند یا با سرعت‌های پایین و نامنظم تخلیه می‌شوند (۰.۱-۳ اسپک در ثانیه). با این حال، پاسخ آنها به تحریک متفاوت است (شکل ۱۷-۸). تحریک نوک سینه‌ها باعث تخلیه همزمان و با فرکانس بالا نورون‌های اکسی توسین پس از یک تاخیر قابل ملاحظه می‌شود. این ترشح باعث آزاد شدن نبض اکسی توسین و در نتیجه خروج شیر در زنان پس از زایمان می‌شود. از سوی دیگر، تحریک نورون‌های ترشح‌کننده وازوپرسین توسط محرک‌هایی مانند افزایش اسمولالیته خون در حین کم‌آبی یا از دست دادن حجم خون به دلیل خونریزی، باعث افزایش ثابت اولیه در سرعت شلیک و به دنبال آن یک الگوی طولانی ترشح فازی می‌شود. که دوره‌های تخلیه فرکانس بالا با دوره‌های سکون الکتریکی (ترکیدن فازی) متناوب می‌شوند. این انفجارهای فازیک معمولاً در نورون‌های مختلف ترشح کننده وازوپرسین همزمان نیستند. آنها به خوبی برای حفظ افزایش طولانی مدت در برون ده وازوپرسین مناسب هستند، برخلاف تخلیه همزمان، نسبتا کوتاه و با فرکانس بالا نورون‌های ترشح کننده اکسی توسین در پاسخ به تحریک نوک سینه‌ها.

شکل ۱۷-۸ پاسخ نورون‌های مغناطیسی سلولی به تحریک. ردیابی‌ها پتانسیل عمل ثبت شده خارج سلولی، نرخ تخلیه و فشار مجرای داخل پستانی را نشان می‌دهد. الف) پاسخ یک نورون ترشح کننده اکسی توسین. HFD، تخلیه با فرکانس بالا؛ من، تخلیه شیر. تحریک نوک سینه‌ها قبل از شروع ضبط شروع شد. ب) پاسخ‌های یک نورون ترشح کننده وازوپرسین که هیچ تغییری در سرعت شلیک آهسته در پاسخ به تحریک نوک سینه‌ها نشان نمی‌دهد و افزایش سریع سرعت شلیک زمانی که ۵ میلی لیتر خون گرفته می‌شود و به دنبال آن ترشحات فازیک معمولی است. (اصلاح شده از Wakerly JB: عملکرد ترشحی عصبی هیپوتالاموس: بینش‌های حاصل از مطالعات الکتروفیزیولوژیک هسته‌های ماگنو سلولی. IBRO News 1985؛ ۴:۱۵.)

VASOPRESSIN & OXYTOCIN در مکان‌های دیگر

نورون‌های ترشح کننده وازوپرسین در هسته‌های سوپراکیاسماتیک و وازوپرسین و اکسی توسین نیز در انتهای نورون‌هایی یافت می‌شوند که از هسته‌های پارا بطنی به سمت ساقه مغز و نخاع پیش می‌روند. به نظر می‌رسد این نورون‌ها در کنترل قلب و عروق نقش دارند. علاوه بر این، وازوپرسین و اکسی توسین در غدد جنسی و قشر آدرنال سنتز می‌شوند و اکسی توسین در تیموس وجود دارد. عملکرد پپتیدها در این اندام‌ها ثابت نیست.

گیرنده‌های وازوپرسین

حداقل سه نوع گیرنده وازوپرسین وجود دارد: V1A، V1B، و V2. همه با پروتئین G همراه هستند. گیرنده‌های V1A و V1B از طریق هیدرولیز فسفاتیدیلینوزیتول برای افزایش غلظت Ca2+ داخل سلولی عمل می‌کنند. گیرنده‌های V2 از طریق Gs برای افزایش سطح cAMP عمل می‌کنند.

اثرات وازوپرسین

از آنجا که یکی از اثرات فیزیولوژیکی اصلی آن احتباس آب توسط کلیه است، وازوپرسین اغلب هورمون ضد ادرار (ADH) نامیده می‌شود. نفوذپذیری مجاری جمع کننده کلیه را افزایش می‌دهد به طوری که آب وارد بینابینی هیپرتونیک اهرام کلیه می‌شود (به فصل ۳۷ مراجعه کنید). ادرار غلیظ می‌شود و حجم آن کاهش می‌یابد. بنابراین اثر کلی احتباس آب بیش از حد املاح است. در نتیجه فشار اسمزی موثر مایعات بدن کاهش می‌یابد. در غیاب وازوپرسین، ادرار نسبت به پلاسما هیپوتونیک می‌شود، حجم ادرار افزایش می‌یابد و خالص آب از دست می‌رود. در نتیجه، اسمولالیته مایع بدن افزایش می‌یابد.

اثرات اکسی توسین

در انسان، اکسی توسین عمدتاً روی سینه‌ها و رحم تأثیر می‌گذارد، اگرچه به نظر می‌رسد که در لوتئولیز نیز نقش دارد (به فصل ۲۲ مراجعه کنید). یک گیرنده اکسی توسین جفت شده با پروتئین G در میومتر انسان شناسایی شده است و یک گیرنده مشابه یا یکسان در بافت پستانی و تخمدان یافت می‌شود. باعث افزایش سطح Ca2+ داخل سلولی می‌شود.

رفلکس خروج شیر

اکسی توسین باعث انقباض سلول‌های میواپیتلیال می‌شود که مجاری سینه را پوشانده اند. این امر شیر را از آلوئول‌های پستان شیرده به مجاری بزرگ (سینوس‌ها) و سپس از نوک پستان خارج می‌کند (خروج شیر). بسیاری از هورمون‌هایی که به طور هماهنگ عمل می‌کنند مسئول رشد سینه و ترشح شیر در مجاری هستند (به فصل ۲۲ مراجعه کنید)، اما خروج شیر در بیشتر گونه‌ها به اکسی توسین نیاز دارد.

تخلیه شیر معمولاً توسط یک رفلکس عصبی غدد درون ریز آغاز می‌شود. گیرنده‌های درگیر گیرنده‌های لمسی هستند که در سینه به‌خصوص در اطراف نوک پستان فراوان هستند. تکانه‌های تولید شده در این گیرنده‌ها از مسیرهای لمسی جسمی‌به هسته‌های فوق اپتیک و پارا بطنی منتقل می‌شوند. تخلیه نورون‌های حاوی اکسی توسین باعث ترشح اکسی توسین از هیپوفیز خلفی می‌شود (شکل ۱۷-۸). مکیدن شیرخوار در سینه، گیرنده‌های لمسی را تحریک می‌کند، هسته‌ها تحریک می‌شوند، اکسی توسین آزاد می‌شود و شیر به داخل سینوس‌ها ریخته می‌شود و آماده جریان یافتن به دهان نوزاد منتظر است. در زنان شیرده، تحریکات تناسلی و محرک‌های عاطفی نیز ترشح اکسی‌توسین را تولید می‌کنند که گاهی باعث جهش شیر از سینه‌ها می‌شود.

سایر اقدامات اکسی توسین

اکسی توسین باعث انقباض ماهیچه صاف رحم می‌شود. حساسیت ماهیچه‌های رحم به اکسی توسین توسط استروژن افزایش یافته و توسط پروژسترون مهار می‌شود. اثر مهاری پروژسترون به دلیل اثر مستقیم استروئید بر روی گیرنده‌های اکسی توسین رحم است. در اواخر بارداری، رحم به اکسی توسین بسیار حساس می‌شود که همزمان با افزایش قابل توجه تعداد گیرنده‌های اکسی توسین و mRNA گیرنده اکسی توسین (به فصل ۲۲ مراجعه کنید). سپس ترشح اکسی توسین در طول زایمان افزایش می‌یابد. پس از گشاد شدن دهانه رحم، نزول جنین به پایین کانال زایمان، تکانه‌هایی را در اعصاب آوران آغاز می‌کند که به هسته‌های فوقاپتیک و پارا بطنی منتقل می‌شوند و باعث ترشح اکسی توسین کافی برای افزایش زایمان می‌شوند (شکل ۲۲-۲۴). مقدار اکسی توسین در پلاسما در شروع زایمان طبیعی است. این امکان وجود دارد که افزایش قابل توجه گیرنده‌های اکسی توسین در این زمان به سطوح طبیعی اکسی توسین اجازه دهد تا انقباضات را شروع کند و بازخورد مثبتی ایجاد کند. با این حال، مقدار اکسی توسین در رحم نیز افزایش می‌یابد و اکسی توسین تولید شده محلی نیز ممکن است نقش داشته باشد.

اکسی توسین همچنین ممکن است بر روی رحم غیر باردار برای تسهیل انتقال اسپرم تاثیر بگذارد. عبور اسپرم از دستگاه تناسلی زن به لوله‌های رحمی، جایی که لقاح به طور معمول انجام می‌شود، نه تنها به قدرت حرکتی اسپرم بلکه حداقل در برخی گونه‌ها به انقباضات رحم نیز بستگی دارد. تحریک دستگاه تناسلی درگیر در رابطه جنسی باعث آزاد شدن اکسی توسین می‌شود، اما اینکه آیا اکسی توسین باعث شروع انقباضات نسبتاً تخصصی رحمی‌که اسپرم را منتقل می‌کند، هنوز ثابت نشده است. ترشح اکسی توسین نیز توسط محرک‌های استرس زا افزایش می‌یابد و مانند وازوپرسین توسط الکل مهار می‌شود.

اکسی توسین در گردش در مردان در زمان انزال افزایش می‌یابد و ممکن است این امر باعث افزایش انقباض ماهیچه صاف مجرای دفران شود و اسپرم را به سمت مجرای ادرار پیش ببرد.

کنترل ترشح هیپوفیتاری قدامی

هورمون‌های هیپوفیتاری قدامی

هیپوفیز قدامی‌شش هورمون ترشح می‌کند: هورمون آدرنوکورتیکوتروپیک (کورتیکوتروپین، ACTH)، هورمون محرک تیروئید (تیروتروپین، TSH)، هورمون رشد، هورمون محرک فولیکول (FSH)، هورمون لوتئینه کننده (LH) و پرولاکتین (PRL). یک پلی پپتید اضافی، β-لیپوتروپین (β-LPH)، با ACTH ترشح می‌شود، اما نقش فیزیولوژیکی آن ناشناخته است. اعمال هورمون‌های هیپوفیز قدامی‌در شکل ۱۷-۹ خلاصه شده است. هورمون‌ها در فصل‌های بعدی به تفصیل مورد بحث قرار می‌گیرند. هیپوتالاموس نقش محرک مهمی‌در تنظیم ترشح ACTH، β-LPH، TSH، هورمون رشد، FSH و LH دارد. همچنین ترشح پرولاکتین را تنظیم می‌کند، اما اثر آن عمدتاً مهاری است تا تحریک کننده.

شکل ۱۷-۹ هورمون‌های هیپوفیز قدامی. در زنان، FSH و LH به ترتیب روی تخمدان عمل می‌کنند تا باعث رشد فولیکول تخمدان، تخمک گذاری و تشکیل و نگهداری جسم زرد شوند. پرولاکتین باعث تحریک شیردهی می‌شود. در مردان، FSH و LH عملکرد تست‌ها را کنترل می‌کنند.

ماهیت کنترل هیپوتالامیک

ترشح قدامی‌هیپوفیز توسط عوامل شیمیایی که در عروق پورتال هیپوفیز از هیپوتالاموس به هیپوفیز حمل می‌شود، کنترل می‌شود. این مواد قبلاً به عنوان عوامل آزاد کننده و بازدارنده نامیده می‌شدند، اما امروزه معمولاً آنها را هورمون‌های هیپوفیزیوتروپ می‌نامند. اصطلاح دوم مناسب به نظر می‌رسد زیرا آنها در جریان خون ترشح می‌شوند و در فاصله ای از محل مبدا خود عمل می‌کنند. مقادیر کمی‌به گردش خون عمومی‌فرار می‌کنند، اما در خون هیپوفیز پورتال در بالاترین غلظت خود هستند.

هورمون‌های هیپوفیزیوتروپیک

شش هورمون آزاد کننده و مهار کننده هیپوتالاموس وجود دارد (شکل ۱۷-۱۰): هورمون آزاد کننده کورتیکوتروپین (CRH). هورمون آزاد کننده تیروتروپین (TRH)؛ هورمون آزاد کننده هورمون رشد (GRH)؛ هورمون بازدارنده هورمون رشد (GIH که امروزه به طور کلی سوماتوستاتین نامیده می‌شود). هورمون آزاد کننده هورمون لوتئینه کننده (LHRH که اکنون به طور کلی به عنوان هورمون آزاد کننده گنادوتروپین (GnRH) شناخته می‌شود). و هورمون مهارکننده پرولاکتین (PIH). علاوه بر این، عصاره‌های هیپوتالاموسی حاوی فعالیت آزاد کننده پرولاکتین هستند و یک هورمون آزاد کننده پرولاکتین (PRH) وجود دارد. TRH، VIP و چندین پلی پپتید دیگر که در هیپوتالاموس یافت می‌شوند، ترشح پرولاکتین را تحریک می‌کنند، اما مشخص نیست که آیا یک یا چند مورد از این پپتیدها PRH فیزیولوژیک هستند یا خیر. اخیراً یک گیرنده یتیم از هیپوفیز قدامی‌جدا شد و جستجو برای لیگاند آن منجر به جداسازی پلی پپتید ۳۱ آمینو اسید از هیپوتالاموس انسان شد. این پلی پپتید با اثری بر گیرنده هیپوفیز قدامی‌ترشح پرولاکتین را تحریک می‌کند، اما تحقیقات بیشتری برای تعیین اینکه آیا PRH فیزیولوژیک است یا خیر، مورد نیاز است. GnRH ترشح FSH و همچنین LH را تحریک می‌کند و بعید به نظر می‌رسد که یک هورمون آزاد کننده FSH جداگانه وجود داشته باشد.

شکل ۱۷-۱۰ اثرات هورمون‌های هیپوفیزیوتروپ بر ترشح هورمون‌های هیپوفیز قدامی.

ساختار شش هورمون هیپوفیزیوتروپیک تاسیس شده در شکل ۱۷-۱۱ نشان داده شده است. ساختار ژن‌ها و پیش هورمون‌های TRH، GnRH، سوماتوستاتین، CRH و GRH شناخته شده است. PreproTRH شامل شش نسخه از TRH است. چندین پیش پروهورمون دیگر ممکن است علاوه بر هورمون‌های هیپوفیزیوتروپیک، پپتیدهای فعال هورمونی دیگری نیز داشته باشند.

شکل ۱۷-۱۱ ساختار هورمون‌های هیپوفیزیوتروپیک در انسان. پرپروسوماتوستاتین به یک تترادکاپپتید (سوماتوستاتین ۱۴، [SS14]، نشان داده شده در بالا) و همچنین به یک پلی پپتید حاوی ۲۸ باقیمانده اسید آمینه (SS28) پردازش می‌شود.

ناحیه ای که از آن هورمون‌های آزاد کننده و بازدارنده هیپوتالاموس ترشح می‌شود، برجستگی متوسط ​​هیپوتالاموس است. تعداد کمی‌از این ناحیه حاوی اجسام سلول‌های عصبی است، اما بسیاری از انتهای عصبی در مجاورت حلقه‌های مویرگی قرار دارند که رگ‌های پورتال از آن منشا می‌گیرند.

مکان‌های بدن سلول‌های نورون‌هایی که به لایه بیرونی برجستگی میانی پیش می‌روند و هورمون‌های هیپوفیزیوتروپ را ترشح می‌کنند در شکل ۱۷-۱۲ نشان داده شده است، که همچنین مکان نورون‌های ترشح کننده اکسی توسین و وازوپرسین را نشان می‌دهد. نورون‌های ترشح‌کننده GnRH عمدتاً در ناحیه پیش‌اپتیک داخلی، نورون‌های ترشح‌کننده سوماتوستاتین در هسته‌های اطراف بطن، نورون‌های ترشح‌کننده TRH و ترشح‌کننده CRH در بخش‌های داخلی هسته‌های پارا بطنی، و GRH ترشح می‌کنند. نورون‌های ترشح کننده دوپامین) در هسته‌های قوسی قرار دارند.

شکل ۱۷-۱۲ محل اجسام سلولی نورون‌های هیپوفیزیوتروپیک ترشح کننده هورمون که بر روی نمای شکمی‌هیپوتالاموس و هیپوفیز موش صحرایی قرار دارند. AL، لوب قدامی؛ ARC، هسته کمانی. BA، شریان بازیلار; DA، دوپامین؛ IC، شریان کاروتید داخلی؛ IL، لوب میانی؛ MC، شریان مغزی میانی؛ ME، برجستگی میانه؛ PC، شریان مغزی خلفی؛ پری، هسته دور بطنی؛ PL، لوب خلفی؛ PV، هسته paraventricular; SO، هسته فوقاپتیک. نام هورمون‌ها در جعبه‌ها قرار داده شده است. (با اجازه LW Swanson و ET Cunningham Jr)

بیشتر، اگر نه همه، هورمون‌های هیپوفیزیوتروپ بر ترشح بیش از یک هورمون هیپوفیز قدامی‌تأثیر می‌گذارد (شکل ۱۷-۱۰). فعالیت تحریک کننده FSH GnRH قبلا ذکر شده است. TRH ترشح پرولاکتین و همچنین TSH را تحریک می‌کند. سوماتواستاتین ترشح TSH و همچنین هورمون رشد را مهار می‌کند. به طور معمول ترشح سایر هورمون‌های هیپوفیز قدامی‌را مهار نمی‌کند، اما ترشح غیرطبیعی ACTH را در بیماران مبتلا به سندرم نلسون مهار می‌کند. CRH ترشح ACTH و β-LPH را تحریک می‌کند.

هورمون‌های هیپوفیزیوتروپیک به عنوان انتقال دهنده‌های عصبی در سایر قسمت‌های مغز، شبکیه چشم و سیستم عصبی خودمختار عمل می‌کنند (به فصل ۷ مراجعه کنید). علاوه بر این، سوماتوستاتین در جزایر پانکراس یافت می‌شود (به فصل ۲۴ مراجعه کنید)، GRH توسط تومورهای پانکراس ترشح می‌شود، و سوماتوستاتین و TRH در دستگاه گوارش یافت می‌شوند (به فصل ۲۵ مراجعه کنید).

گیرنده‌های اکثر هورمون‌های هیپوفیزیوتروپ با پروتئین‌های G جفت می‌شوند. دو گیرنده CRH انسانی وجود دارد: hCRH-RI و hCRH-RII. نقش فیزیولوژیکی hCRH-RII مشخص نیست، اگرچه در بسیاری از قسمت‌های مغز یافت می‌شود. علاوه بر این، یک پروتئین متصل به CRH در گردش خون محیطی CRH را غیرفعال می‌کند. همچنین در سیتوپلاسم کورتیکوتروپ‌ها در هیپوفیز قدامی‌یافت می‌شود و در این مکان ممکن است در درونی شدن گیرنده نقش داشته باشد. با این حال، نقش فیزیولوژیکی دقیق این پروتئین ناشناخته است. سایر هورمون‌های هیپوفیزیوتروپ پروتئین‌های اتصال شناخته شده ای ندارند.

اهمیت و پیامدهای بالینی

تحقیقاتی که به تشریح عملکردهای تنظیمی‌نورواندوکرین متعدد هیپوتالاموس می‌پردازد، مهم است زیرا به توضیح چگونگی تطبیق ترشح غدد درون ریز با نیازهای یک محیط در حال تغییر کمک می‌کند. سیستم عصبی اطلاعات مربوط به تغییرات محیط داخلی و خارجی را از اندام‌های حسی دریافت می‌کند. این تغییرات را از طریق مکانیسم‌های مؤثری انجام می‌دهد که شامل نه تنها حرکت جسمانی، بلکه تغییرات در سرعت ترشح هورمون‌ها نیز می‌شود.

تظاهرات بیماری هیپوتالاموس نقص عصبی، تغییرات غدد درون ریز و ناهنجاری‌های متابولیک مانند هیپرفاژی و هیپرترمی‌است. فراوانی نسبی علائم و نشانه‌های بیماری هیپوتالاموس در یک سری بزرگ از موارد در جدول ۱۷-۲ نشان داده شده است. احتمال پاتولوژی هیپوتالاموس را باید در ارزیابی همه بیماران مبتلا به اختلال عملکرد هیپوفیز در نظر داشت، به ویژه بیمارانی که کمبودهای جداگانه هورمون‌های استوایی هیپوفیز دارند.

جدول ۱۷-۲ علائم و نشانه‌ها در ۶۰ بیمار مبتلا به بیماری هیپوتالاموس.

یک وضعیت قابل توجه در این زمینه، سندرم کالمن است، ترکیبی از هیپوگنادیسم به دلیل سطوح پایین گنادوتروپین‌های در گردش (هیپوگنادیسم هیپوگنادوتروپیک) با از دست دادن جزئی یا کامل حس بویایی (هیپوسمی‌یا آنوسمی). از نظر جنینی، نورون‌های GnRH در بینی رشد می‌کنند و به سمت اعصاب بویایی و سپس از طریق مغز به هیپوتالاموس مهاجرت می‌کنند. اگر با ناهنجاری‌های مادرزادی در مسیرهای بویایی از این مهاجرت جلوگیری شود، نورون‌های GnRH به هیپوتالاموس نمی‌رسند و بلوغ غدد جنسی رخ نمی‌دهد. این سندرم در مردان شایع‌تر است و علت آن در بسیاری از موارد جهش ژن KALIG1 است، ژنی در کروموزوم X که مولکول چسبندگی لازم برای رشد طبیعی عصب بویایی را کد می‌کند. با این حال، این بیماری در زنان نیز رخ می‌دهد و می‌تواند به دلیل سایر ناهنجاری‌های ژنتیکی باشد.

تنظیم دما

در بدن، گرما با تمرینات عضلانی، جذب غذا و تمام فرآیندهای حیاتی که به میزان متابولیسم پایه کمک می‌کنند، تولید می‌شود. در اثر تشعشع، هدایت و تبخیر آب در مجاری تنفسی و روی پوست از بدن از بین می‌رود. مقدار کمی‌گرما نیز از ادرار و مدفوع خارج می‌شود. تعادل بین تولید گرما و از دست دادن گرما دمای بدن را تعیین می‌کند. از آنجایی که سرعت واکنش‌های شیمیایی با دما تغییر می‌کند و سیستم‌های آنزیمی‌بدن دارای محدوده دمایی باریکی هستند که عملکرد آنها بهینه است، عملکرد طبیعی بدن به دمای نسبتاً ثابت بدن بستگی دارد.

بی مهرگان به طور کلی نمی‌توانند دمای بدن خود را تنظیم کنند و به همین دلیل تحت تأثیر محیط قرار می‌گیرند. در مهره داران، مکانیسم‌هایی برای حفظ دمای بدن با تنظیم تولید گرما و اتلاف گرما تکامل یافته است. در خزندگان، دوزیستان و ماهی‌ها، مکانیسم‌های تنظیم نسبتا ابتدایی هستند و این گونه‌ها «خونسرد» (poikilothermic) نامیده می‌شوند، زیرا دمای بدن آنها در محدوده قابل‌توجهی در نوسان است. در پرندگان و پستانداران، حیوانات «خونگرم» (هموترمیک)، گروهی از واکنش‌های بازتابی که عمدتاً در هیپوتالاموس ادغام می‌شوند، برای حفظ دمای بدن در محدوده‌ای باریک، علی‌رغم نوسانات گسترده در دمای محیط، عمل می‌کنند. پستانداران در خواب زمستانی یک استثنا هستند. وقتی بیدار هستند گرمازا هستند، اما در طول خواب زمستانی دمای بدن آنها کاهش می‌یابد.

دمای معمولی بدن

در حیوانات هومیوترمیک، دمای واقعی که در آن بدن نگهداری می‌شود از گونه ای به گونه دیگر و تا حدی از فردی به فرد دیگر متفاوت است. در انسان، مقدار نرمال سنتی دمای دهان ۳۷ درجه سانتیگراد (۹۸.۶ درجه فارنهایت) است، اما در یک سری بزرگ از بزرگسالان جوان عادی، دمای دهان صبحگاهی به طور متوسط ​​۳۶.۷ درجه سانتیگراد با انحراف استاندارد ۰.۲ درجه سانتیگراد است. بنابراین، انتظار می‌رود ۹۵ درصد از تمام بزرگسالان جوان دمای دهانی صبحگاهی ۳۶.۳-۳۷.۱ درجه سانتی گراد (۹۷.۳-۹۸.۸ درجه فارنهایت؛ میانگین انحراف استاندارد ۱.۹۶ ±) داشته باشند. قسمت‌های مختلف بدن در دماهای متفاوتی قرار دارند و میزان اختلاف دما بین قسمت‌ها با دمای محیط متفاوت است (شکل ۱۷-۱۳). اندام‌ها معمولاً خنک‌تر از بقیه بدن هستند. دمای کیسه بیضه به دقت در ۳۲ درجه سانتیگراد تنظیم می‌شود. دمای مقعدی نماینده دمای هسته بدن است و با تغییرات دمای محیط کمترین تغییر را دارد. دمای دهان معمولاً ۰.۵ درجه سانتیگراد کمتر از دمای مقعدی است، اما تحت تأثیر عوامل بسیاری از جمله مصرف مایعات سرد یا گرم، جویدن آدامس، سیگار کشیدن و تنفس دهانی قرار دارد.

شکل ۱۷-۱۳ دمای قسمت‌های مختلف بدن یک سوژه برهنه در دماهای مختلف محیط در یک کالریمتر. (بازطراحی و تکثیر، با اجازه، از Hardy JD، DuBois EF: تولید گرمای پایه و حذف سیزده زن عادی در دمای ۲۲ درجه سانتیگراد تا ۳۵ درجه سانتیگراد. J Nutr 1938 Oct; 48(2):257-293. )

دمای طبیعی هسته انسان دچار نوسانات شبانه روزی منظم ۰.۵-۰.۷ درجه سانتی گراد می‌شود. در افرادی که شب‌ها می‌خوابند و در طول روز بیدار هستند (حتی زمانی که در بستر استراحت بستری هستند)، در حدود ساعت ۶ صبح کمترین مقدار و در عصرها بالاترین میزان است (شکل ۱۷-۱۴). در هنگام خواب کمترین مقدار است، در حالت بیداری اما در حالت آرام کمی‌بیشتر است و با فعالیت افزایش می‌یابد. در زنان، یک چرخه ماهانه اضافی از تغییرات دما با افزایش دمای پایه در زمان تخمک گذاری مشخص می‌شود (شکل ۲۲-۱۵). تنظیم دما در کودکان خردسال کمتر دقیق است و معمولا دمای آنها ۰.۵ درجه سانتیگراد یا بیشتر از حد معمول برای بزرگسالان است.

شکل ۱۷-۱۴ نمودار دمای معمولی یک بیمار بستری در بیمارستان که بیماری تب دار ندارد. به افزایش جزئی دما، به دلیل هیجان و دلهره، در زمان پذیرش در بیمارستان و چرخه منظم دمای شبانه روزی توجه کنید.

در طول ورزش، گرمای تولید شده توسط انقباض عضلانی در بدن جمع می‌شود و دمای مقعدی معمولاً تا ۴۰ درجه سانتی‌گراد (۱۰۴ درجه فارنهایت) افزایش می‌یابد. این افزایش تا حدی به دلیل ناتوانی مکانیسم‌های دفع گرما در کنترل مقدار بسیار زیاد گرمای تولید شده است، اما شواهد نشان می‌دهد که در حین ورزش علاوه بر این، دمای بدن افزایش می‌یابد که در آن مکانیسم‌های دفع گرما فعال می‌شوند.. دمای بدن نیز در هنگام هیجانات عاطفی کمی‌افزایش می‌یابد که احتمالاً به دلیل کشش ناخودآگاه عضلات است. هنگامی‌که میزان متابولیک بالا است، مانند پرکاری تیروئید، به طور مزمن تا ۰.۵ درجه سانتیگراد افزایش می‌یابد، و زمانی که میزان متابولیک پایین است، مانند کم کاری تیروئید، کاهش می‌یابد (شکل ۱۷-۱۴). برخی از بزرگسالان به ظاهر طبیعی به طور مزمن دمایی بالاتر از محدوده طبیعی دارند (هیپرترمی‌اساسی).

تولید حرارت

انواع واکنش‌های شیمیایی اساسی به تولید گرمای بدن در هر زمان کمک می‌کند. مصرف غذا باعث افزایش تولید گرما می‌شود، اما منبع اصلی گرما انقباض ماهیچه‌های اسکلتی است (جدول ۱۷-۳). تولید گرما می‌تواند توسط مکانیسم‌های غدد درون ریز در غیاب مصرف غذا یا فعالیت عضلانی متفاوت باشد. اپی نفرین و نوراپی نفرین باعث افزایش سریع اما کوتاه مدت در تولید گرما می‌شوند. هورمون‌های تیروئید افزایش آهسته اما طولانی مدت ایجاد می‌کنند. علاوه بر این، ترشحات سمپاتیک در طول روزه داری کاهش می‌یابد و با تغذیه افزایش می‌یابد.

جدول ۱۷-۳ تولید گرمای بدن و از دست دادن گرما.

منبع گرمای قابل توجه، به ویژه در نوزادان، چربی قهوه ای است. این چربی میزان متابولیسم بالایی دارد و عملکرد گرمازایی آن مانند پتوی برقی مورد پسند است.

اتلاف حرارت

فرآیندهایی که طی آن گرما از بدن زمانی که دمای محیط کمتر از دمای بدن است از بین می‌رود در جدول ۱۷-۳ فهرست شده است. رسانایی تبادل حرارت بین اجسام یا مواد در دماهای مختلف است که با یکدیگر در تماس هستند. یکی از ویژگی‌های اصلی ماده این است که مولکول‌های آن در حال حرکت هستند و مقدار حرکت آن متناسب با دما است. این مولکول‌ها با مولکول‌های موجود در اجسام سردتر برخورد می‌کنند و انرژی حرارتی را به آنها منتقل می‌کنند. مقدار گرمای منتقل شده متناسب با اختلاف دمای بین اجسام در تماس است (شیب حرارتی). انتقال به کمک همرفت، حرکت مولکول‌ها به دور از ناحیه تماس انجام می‌شود. بنابراین، برای مثال، جسمی‌در تماس با هوا در دمای متفاوت، وزن مخصوص هوا را تغییر می‌دهد و چون هوای گرم بالا می‌آید و هوای خنک پایین می‌آید، منبع جدیدی از هوا با جسم تماس پیدا می‌کند. البته اگر جسم در محیط حرکت کند یا محیط از کنار جسم عبور کند، به همرفت کمک زیادی می‌کند، به عنوان مثال، اگر یک سوژه در آب شنا کند یا یک پنکه هوا را در یک اتاق می‌دمد. تابش عبارت است از انتقال گرما توسط تابش الکترومغناطیسی مادون قرمز از یک جسم به جسم دیگر در دمای متفاوتی که با آن در تماس نیست. هنگامی‌که یک فرد در یک محیط سرد است، گرما از طریق هدایت به هوای اطراف و تابش برای خنک کردن اجسام در مجاورت از دست می‌رود. البته برعکس، گرما به فرد منتقل می‌شود و زمانی که دمای محیط بالاتر از دمای بدن باشد، بار گرمایی توسط این فرآیندها افزایش می‌یابد. توجه داشته باشید که به دلیل تشعشعات، فرد می‌تواند در اتاقی با دیوارهای سرد احساس سرما کند، حتی اگر اتاق نسبتاً گرم باشد. در یک روز سرد اما آفتابی، گرمای خورشید که از اجسام روشن منعکس می‌شود، اثر گرمایی قابل‌توجهی دارد. برای مثال، گرمای منعکس شده از برف است که تا حدودی امکان اسکی کردن با لباس‌های نسبتاً سبک را فراهم می‌کند، حتی اگر دمای هوا زیر صفر است.

از آنجایی که رسانش از سطح یک جسم به سطح جسم دیگر رخ می‌دهد، دمای پوست تا حد زیادی میزان از دست دادن یا به دست آوردن گرمای بدن را تعیین می‌کند. میزان گرمایی که از بافت‌های عمیق به پوست می‌رسد را می‌توان با تغییر جریان خون به پوست تغییر داد. هنگامی‌که رگ‌های پوستی گشاد می‌شوند، خون گرم به داخل پوست می‌رود، در حالی که در حالت حداکثر انقباض عروق، گرما در مرکز بدن نگه داشته می‌شود. سرعت انتقال گرما از بافت‌های عمیق به پوست رسانایی بافت نامیده می‌شود. علاوه بر این، پرندگان دارای یک لایه پر در کنار پوست هستند و بیشتر پستانداران دارای لایه قابل توجهی از مو یا خز هستند. گرما از پوست به هوای محبوس شده در این لایه و از هوای محبوس شده به بیرون هدایت می‌شود. هنگامی‌که ضخامت لایه محبوس شده با کرک کردن پرها یا برافراشتن موها افزایش می‌یابد، انتقال حرارت در سراسر لایه کاهش می‌یابد و تلفات گرما (یا در یک محیط گرم، افزایش گرما) کاهش می‌یابد. “جوش غاز” نتیجه پیلوارکسیون در انسان است. آنها تظاهرات قابل مشاهده انقباض ناشی از سرما در عضلات پیلوئرکتور متصل به منبع نسبتاً ناچیز مو هستند. انسان‌ها معمولا این لایه مو را با یک یا چند لایه لباس تکمیل می‌کنند. گرما از پوست به لایه هوای محبوس شده توسط لباس، از داخل لباس به بیرون و از بیرون لباس به بیرون هدایت می‌شود. میزان انتقال گرما در سراسر لباس، تابعی از بافت و ضخامت آن، مهم‌ترین عامل تعیین‌کننده گرم یا سرد بودن لباس است، اما عوامل دیگر، به‌ویژه اندازه لایه هوای گرم به دام افتاده، نیز مهم هستند.. لباس‌های تیره گرمای تابشی را جذب می‌کنند و لباس‌های رنگ روشن آن را به بیرون منعکس می‌کنند.

یکی دیگر از فرآیندهای اصلی انتقال گرما از بدن در انسان و سایر حیوانات که عرق می‌کنند تبخیر آب روی پوست و غشاهای مخاطی دهان و مجاری تنفسی است. تبخیر ۱ گرم آب حدود ۰.۶ کیلو کالری گرما را از بین می‌برد. مقدار معینی آب همیشه تبخیر می‌شود. این اتلاف غیر حساس آب در انسان به ۵۰ میلی لیتر در ساعت می‌رسد. هنگامی‌که ترشح عرق افزایش می‌یابد، میزان تبخیر عرق به رطوبت محیط بستگی دارد. این امر رایج است که در روزهای مرطوب احساس گرمای بیشتری می‌کند. این تا حدی به دلیل کاهش تبخیر عرق است، اما حتی در شرایطی که تبخیر عرق کامل می‌شود، فرد در یک محیط مرطوب نسبت به فردی که در یک محیط خشک است، گرم‌تر است. دلیل این تفاوت ناشناخته است، اما به نظر می‌رسد مربوط به این واقعیت است که در محیط مرطوب، عرق قبل از تبخیر در سطح بیشتری از پوست پخش می‌شود. در حین فعالیت عضلانی در محیط گرم، ترشح عرق به ۱۶۰۰ میلی لیتر در ساعت می‌رسد و در فضای خشک، بیشتر این عرق تبخیر می‌شود. بنابراین اتلاف حرارت با تبخیر آب از ۳۰ تا بیش از ۹۰۰ کیلو کالری در ساعت متغیر است.

برخی از پستانداران با نفس نفس زدن گرما را از دست می‌دهند. این تنفس سریع و کم عمق میزان تبخیر آب در دهان و مجاری تنفسی و در نتیجه مقدار گرمای از دست رفته را به شدت افزایش می‌دهد. از آنجایی که تنفس کم عمق است، تغییر نسبتا کمی‌در ترکیب هوای آلوئولی ایجاد می‌کند (به فصل ۳۴ مراجعه کنید).

سهم نسبی هر یک از فرآیندهایی که گرما را از بدن منتقل می‌کنند (جدول ۱۷-۳) با دمای محیط متفاوت است. در دمای ۲۱ درجه سانتیگراد، تبخیر جزء جزئی در انسان در حالت استراحت است. با نزدیک شدن دمای محیط به دمای بدن، تلفات تشعشع کاهش می‌یابد و تلفات تبخیر افزایش می‌یابد.

مکانیسم‌های تنظیم کننده دما

پاسخ‌های تنظیم کننده حرارت رفلکس و نیمه رفلکس در انسان در جدول ۱۷-۴ فهرست شده است. آنها شامل تغییرات اتونوم، جسمی، غدد درون ریز و رفتاری هستند. یک گروه از پاسخ‌ها باعث افزایش اتلاف گرما و کاهش تولید گرما می‌شود. دیگری باعث کاهش اتلاف حرارت و افزایش تولید گرما می‌شود. به طور کلی، قرار گرفتن در معرض گرما، گروه اول از پاسخ‌ها را تحریک می‌کند و دومی‌را مهار می‌کند، در حالی که قرار گرفتن در معرض سرما برعکس است.

جدول ۱۷-۴ مکانیسم‌های تنظیم دما.

حلقه زدن “در یک توپ” یک واکنش رایج به سرما در حیوانات است و مشابهی در وضعیتی دارد که برخی افراد هنگام بالا رفتن از یک تخت سرد در نظر می‌گیرند. حلقه کردن سطح بدن در معرض محیط را کاهش می‌دهد. لرز پاسخ غیرارادی ماهیچه‌های اسکلتی است، اما سرما همچنین باعث افزایش عمومی‌نیمه آگاهانه در فعالیت حرکتی می‌شود. به عنوان مثال می‌توان به کوبیدن پا و رقصیدن بالا و پایین در یک روز سرد اشاره کرد. افزایش ترشح کاتکول آمین یک پاسخ مهم غدد درون ریز به سرما است. موش‌هایی که قادر به ساخت نوراپی نفرین و اپی نفرین نیستند، زیرا ژن بتا هیدروکسیلاز دوپامین آنها از بین رفته است، سرما را تحمل نمی‌کنند. آنها انقباض عروق ناقصی دارند و نمی‌توانند گرمازایی را در بافت چربی قهوه ای از طریق UCP 1 افزایش دهند. ترشح TSH در حیوانات آزمایشگاهی با سرما افزایش یافته و با گرما کاهش می‌یابد، اما تغییر در ترشح TSH ناشی از سرما در انسان بالغ کوچک است و اهمیت سوال برانگیز دارد.. این دانش عمومی‌است که فعالیت در هوای گرم کاهش می‌یابد – واکنش “برای حرکت خیلی گرم است”.

تنظیمات حرارتی شامل پاسخ‌های موضعی و همچنین پاسخ‌های رفلکس عمومی‌تر است. هنگامی‌که رگ‌های خونی پوست سرد می‌شوند نسبت به کاتکول آمین‌ها حساس تر می‌شوند و شریان‌ها و رگ‌ها منقبض می‌شوند. این اثر موضعی سرما خون را از پوست دور می‌کند. یکی دیگر از مکانیسم‌های حفظ گرما که در حیواناتی که در آب سرد زندگی می‌کنند مهم است، انتقال حرارت از خون شریانی به خون وریدی در اندام‌ها است. وریدهای عمقی (وریدهای comitantes) در امتداد شریان‌هایی هستند که اندام‌ها را تامین می‌کنند و گرما از خون شریانی گرم که به اندام‌ها می‌رود به خون وریدی سردی که از اندام‌ها می‌آید منتقل می‌شود (تبادل جریان مخالف؛ به فصل ۳۷ مراجعه کنید). این توانایی حفظ گرما در نوک اندام‌ها را محدود می‌کند اما گرمای بدن را حفظ می‌کند.

پاسخ‌های رفلکس فعال شده توسط سرما از هیپوتالاموس خلفی کنترل می‌شود. آنهایی که با گرما فعال می‌شوند عمدتاً از هیپوتالاموس قدامی‌کنترل می‌شوند، اگرچه مقداری تنظیم حرارتی در برابر گرما هنوز پس از کاهش مغز در سطح مغز میانی منقاری رخ می‌دهد. تحریک هیپوتالاموس قدامی‌باعث اتساع عروق پوستی و تعریق می‌شود و ضایعات در این ناحیه باعث‌هایپرترمی‌می‌شوند و دمای مقعدی گاهی به ۴۳ درجه سانتی گراد (۱۰۹.۴ درجه فارنهایت) می‌رسد. تحریک هیپوتالاموس خلفی باعث لرز می‌شود و دمای بدن حیوانات دارای ضایعات هیپوتالاموس خلفی به سمت دمای محیط کاهش می‌یابد.

آوران

گفته می‌شود که هیپوتالاموس اطلاعات دمای بدن را از گیرنده‌های حسی (عمدتاً گیرنده‌های سرما) در پوست، بافت‌های عمیق، نخاع، بخش‌های خارج هیپوتالاموس مغز و خود هیپوتالاموس ادغام می‌کند. هر یک از این پنج ورودی حدود ۲۰ درصد از اطلاعات یکپارچه شده را تشکیل می‌دهند. دمای هسته آستانه برای هر یک از پاسخ‌های اصلی تنظیم کننده دما وجود دارد و زمانی که آستانه به آستانه رسید، پاسخ شروع می‌شود. آستانه ۳۷ درجه سانتیگراد برای تعریق و اتساع عروق، ۳۶.۸ درجه سانتیگراد برای انقباض عروق، ۳۶ درجه سانتیگراد برای گرمازایی بدون لرز و ۳۵.۵ درجه سانتیگراد برای لرز است.

تب

شاید تب قدیمی‌ترین و شناخته شده ترین نشانه بیماری باشد. نه تنها در پستانداران بلکه در پرندگان، خزندگان، دوزیستان و ماهی‌ها نیز دیده می‌شود. هنگامی‌که در حیوانات هومیوترمیک رخ می‌دهد، مکانیسم‌های تنظیم حرارت به گونه ای رفتار می‌کنند که گویی برای حفظ دمای بدن در سطح بالاتر از حد طبیعی تنظیم شده اند، یعنی “گویی ترموستات” به نقطه جدیدی بالاتر از ۳۷ درجه سانتیگراد تنظیم شده است. سپس گیرنده‌های دما سیگنال می‌دهند که دمای واقعی کمتر از نقطه تنظیم جدید است و مکانیسم‌های افزایش دما فعال می‌شوند. این معمولاً به دلیل انقباض عروق پوستی احساس سرما ایجاد می‌کند و گاهی اوقات به اندازه کافی لرز ایجاد می‌کند که لرزش لرزان ایجاد کند. با این حال، ماهیت پاسخ به دمای محیط بستگی دارد. افزایش دما در حیوانات آزمایشی که با یک پیروژن تزریق می‌شوند، بیشتر به دلیل افزایش تولید گرما در صورتی است که در محیط سرد هستند و عمدتاً به دلیل کاهش اتلاف گرما در صورت قرار گرفتن در محیط گرم است.

پاتوژنز تب در شکل ۱۷-۱۵ خلاصه شده است. سموم ناشی از باکتری‌ها، مانند اندوتوکسین، روی مونوسیت‌ها، ماکروفاژها و سلول‌های کوپفر عمل می‌کنند و سیتوکین‌هایی تولید می‌کنند که به عنوان پیروژن درون‌زا (EPs) عمل می‌کنند. شواهد خوبی وجود دارد مبنی بر اینکه IL-1β، IL-6، IFN-β، IFN-γ، و TNF-α (به فصل ۳ مراجعه کنید) می‌توانند به طور مستقل برای ایجاد تب عمل کنند. این سیتوکین‌های در گردش پلی پپتید هستند و بعید است که به مغز نفوذ کنند. در عوض، شواهد نشان می‌دهد که آنها بر روی OVLT، یکی از اندام‌های دور بطنی عمل می‌کنند (به فصل ۳۳ مراجعه کنید). این به نوبه خود ناحیه پریاپتیک هیپوتالاموس را فعال می‌کند. سیتوکین‌ها همچنین توسط سلول‌های سیستم عصبی مرکزی (CNS) هنگامی‌که توسط عفونت تحریک می‌شوند تولید می‌شوند و ممکن است مستقیماً بر روی مراکز تنظیم حرارت اثر کنند.

شکل ۱۷-۱۵ پاتوژنز تب.

تب تولید شده توسط سیتوکین‌ها احتمالاً به دلیل انتشار موضعی پروستاگلاندین‌ها در هیپوتالاموس است. تزریق داخل هیپوتالاموس پروستاگلاندین باعث ایجاد تب می‌شود. علاوه بر این، اثر ضد تب آسپرین مستقیماً روی هیپوتالاموس اعمال می‌شود و آسپرین از سنتز پروستاگلاندین جلوگیری می‌کند. PGE2 یکی از پروستاگلاندین‌هایی است که باعث تب می‌شود. این بر روی چهار نوع فرعی گیرنده پروستاگلاندین – EP1، EP2، EP3، و EP4 عمل می‌کند و حذف گیرنده EP3 پاسخ تب به PGE2، IL-1β، و اندوتوکسین یا لیپوپلی ساکارید باکتریایی (LPS) را مختل می‌کند.

فایده تب برای ارگانیسم نامشخص است. یک اثر مفید فرض می‌شود زیرا تب به عنوان پاسخی به عفونت‌ها و سایر بیماری‌ها تکامل یافته و ادامه یافته است. بسیاری از میکروارگانیسم‌ها در یک محدوده دمایی نسبتاً باریک به بهترین وجه رشد می‌کنند و افزایش دما از رشد آنها جلوگیری می‌کند. علاوه بر این، تولید آنتی بادی با افزایش دمای بدن افزایش می‌یابد. قبل از ظهور آنتی‌بیوتیک‌ها، تب به‌طور مصنوعی برای درمان نوروسیفلیس ایجاد می‌شد و مفید بودن آن ثابت شد.‌هایپرترمی‌همچنین برای افراد مبتلا به سیاه زخم، ذات الریه پنوموکوکی، جذام و بیماری‌های مختلف قارچی، ریک اتسیال و ویروسی مفید است.‌هایپرترمی‌همچنین رشد برخی از تومورها را کند می‌کند. با این حال، دمای بسیار بالا مضر است. دمای رکتال بیش از ۴۱ درجه سانتیگراد (۱۰۶ درجه فارنهایت) برای دوره‌های طولانی منجر به آسیب دائمی‌مغز می‌شود. هنگامی‌که دما بیش از ۴۳ درجه سانتیگراد است، گرمازدگی ایجاد می‌شود و مرگ شایع است.

در هیپرترمی‌بدخیم، جهش‌های مختلف ژن کد کننده گیرنده رایانودین (به فصل ۵ مراجعه کنید) منجر به آزادسازی بیش از حد Ca2+ در طول انقباض عضلانی ناشی از استرس می‌شود. این به نوبه خود منجر به انقباض ماهیچه‌ها، افزایش متابولیسم ماهیچه‌ها و افزایش تولید گرما در عضله می‌شود. افزایش تولید گرما باعث افزایش قابل توجه دمای بدن می‌شود که اگر درمان نشود کشنده است.

تب‌های دوره ای نیز در انسان با جهش در ژن پیرین، پروتئینی که در نوتروفیل‌ها یافت می‌شود، رخ می‌دهد. ژن موالونات کیناز، آنزیمی‌که در سنتز کلسترول نقش دارد. و ژن گیرنده TNF نوع ۱ که در پاسخ‌های التهابی نقش دارد. با این حال، چگونه هر یک از این سه محصول ژن جهش یافته باعث تب می‌شوند، ناشناخته است.

هیپوترمی

در پستانداران در خواب زمستانی، دمای بدن به سطوح پایین کاهش می‌یابد، بدون اینکه اثرات بد قابل اثباتی در برانگیختگی بعدی ایجاد کند. این مشاهدات منجر به آزمایشاتی در مورد هیپوترمی‌القایی شد. هنگامی‌که پوست یا خون به اندازه کافی سرد می‌شود تا دمای بدن در حیوانات بدون خواب زمستانی یا در انسان کاهش یابد، فرآیندهای متابولیک و فیزیولوژیک کند می‌شود. تنفس و ضربان قلب بسیار کند است، فشار خون پایین است و هوشیاری از بین می‌رود. در دمای مقعدی حدود ۲۸ درجه سانتی گراد، توانایی بازگشت خود به خود دما به حالت عادی از بین می‌رود، اما فرد به زنده ماندن خود ادامه می‌دهد و اگر با گرمای خارجی دوباره گرم شود، به حالت عادی باز می‌گردد. اگر برای جلوگیری از تشکیل کریستال‌های یخ در بافت‌ها دقت شود، دمای بدن حیوانات آزمایشی را می‌توان تا سطح زیر انجماد کاهش داد، بدون اینکه هیچ آسیب قابل تشخیصی پس از گرم کردن مجدد بعدی ایجاد شود.

انسان دمای بدن ۲۱-۲۴ درجه سانتیگراد (۷۰-۷۵ درجه فارنهایت) را بدون عوارض دائمی‌تحمل می‌کند و هیپوترمی‌القایی در جراحی استفاده شده است. از سوی دیگر، هیپوترمی‌تصادفی به دلیل قرار گرفتن طولانی مدت در هوای سرد یا آب سرد یک بیماری جدی است و نیاز به نظارت دقیق و گرم کردن مجدد دارد.

خلاصه ی فصل

اتصالات عصبی بین هیپوتالاموس و لوب خلفی غده هیپوفیز و اتصالات عروقی بین هیپوتالاموس و لوب قدامی‌هیپوفیز قرار دارند.

در بیشتر پستانداران، هورمون‌هایی که از غده هیپوفیز خلفی ترشح می‌شوند، وازوپرسین و اکسی توسین هستند. وازوپرسین نفوذپذیری مجاری جمع کننده کلیه را به آب افزایش می‌دهد و در نتیجه ادرار را متمرکز می‌کند. اکسی توسین روی سینه‌ها (شیردهی) و رحم (انقباض) اثر می‌گذارد.

هیپوفیز قدامی‌شش هورمون ترشح می‌کند: هورمون آدرنوکورتیکوتروپیک (کورتیکوتروپین، ACTH)، هورمون محرک تیروئید (تیروتروپین، TSH)، هورمون رشد، هورمون محرک فولیکول (FSH)، هورمون لوتئین کننده (LH) و پرولاکتین (PRL).

سایر مکانیسم‌های پیچیده خودمختار که ثبات شیمیایی و دمای محیط داخلی را حفظ می‌کنند در هیپوتالاموس یکپارچه شده اند.

سوالات چند گزینه ای

برای همه سؤالات، بهترین پاسخ را انتخاب کنید، مگر اینکه دستور دیگری داده شود.

۱- تشنگی توسط

الف) در اسمولالیته و حجم پلاسما افزایش می‌یابد.

ب) افزایش اسمولالیته پلاسما و کاهش حجم پلاسما.

ج) کاهش اسمولالیته پلاسما و افزایش حجم پلاسما.

د) در اسمولالیته و حجم پلاسما کاهش می‌یابد.

ه) تزریق وازوپرسین به هیپوتالاموس.

۲- وقتی فردی در اتاقی که دمای هوا ۲۱ درجه سانتیگراد (۶۹.۸ درجه فارنهایت) و رطوبت ۸۰ درصد است برهنه است، بیشترین مقدار گرما از بدن خارج می‌شود.

الف) متابولیسم بالا.

ب) تنفس.

ج) ادرار کردن

د) تبخیر عرق.

ه) تشعشع و هدایت.

در سؤالات ۳ تا ۸، اگر مورد با (الف) در زیر مرتبط است، A را انتخاب کنید. اگر مورد با (ب) زیر مرتبط است، B را انتخاب کنید. اگر مورد با هر دو (الف) و (ب) مرتبط است، C را انتخاب کنید، و اگر مورد را نه با (الف) و نه (ب) مرتبط نیست، D را انتخاب کنید. 

(الف) گیرنده‌های وازوپرسین V1A

(ب) گیرنده‌های وازوپرسین V2

۳- فعال سازی Gs

۴- انقباض عروق

۵- افزایش اینوزیتول تری فسفات داخل سلولی

۶- حرکت آکواپورین

۷- پروتئینوری

۸- خروج شیر

---

---

---

---

---

منابع

CHAPTER RESOURCES

Brunton PJ, Russell JA, Douglas AJ: Adaptive responses of the maternal hypothalamic-pituitary-adrenal axis during pregnancy and lactation. J Neuroendocrinol 2008;20:764.

Lamberts SWJ, Hofland LJ, Nobels FRE: Neuroendocrine tumor markers. Front Neuroendocrinol 2001;22:309.

Loh JA, Verbalis JG: Disorders of water and salt metabolism associated with pituitary disease. Endocrinol Metab Clin 2008;37:213.

McKinley MS, Johnson AK: The physiologic regulation of thirst and fluid intake. News Physiol Sci 2004;19:1. 

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---