فصل ۱۷ کتاب فیزیولوژی پزشکی گانونگ؛ تنظیم هیپوتالاموسی اعمال هورمونی

---

---

---

---

---

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. 

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---