El hipotálamo es una pequeña zona situada en la base del cerebro, que pesa unos 4 gm de los 1.400 gm de peso cerebral de un ser humano adulto, y que, sin embargo, desempeña una amplia gama de funciones vitales para la supervivencia del individuo. En general, el hipotálamo actúa como integrador para regular y coordinar las funciones básicas necesarias para la vida, como el equilibrio de líquidos y electrolitos; la alimentación y el metabolismo energético; los ciclos de vigilia-sueño; la termorregulación; las respuestas al estrés; y el comportamiento sexual y la reproducción.

• 1 Arquitectura del hipotálamo
  • 1.1 Suministro de sangre del hipotálamo
• 2 Entradas al hipotálamo
• 3 Sistemas de control homeostático, alostático y circadiano
• 4 Regulación hipotalámica de las funciones endocrinas, autonómicas y conductuales
• 5 Control hipotalámico del equilibrio de fluidos y electrolitos
• 6 Control hipotalámico de la alimentación y el metabolismo energético
• 7 Control hipotalámico de la termorregulación
• 8 Control hipotalámico de la reproducción
• 9 Control hipotalámico del sueño y la vigilia
• 10 Control hipotalámico de las respuestas al estrés
• 11 Referencias
• 12 Ver también

Arquitectura del hipotálamo

Situado justo detrás y entre los ojos, el borde anterior del hipotálamo está formado por el quiasma óptico. Está limitado lateralmente por los tractos ópticos y los lóbulos temporales, y el límite posterior del hipotálamo, ocupado por los cuerpos mamilares, está delimitado por los pedúnculos cerebrales. El hipotálamo, situado literalmente debajo del tálamo, está dividido en la línea media por el tercer ventrículo. Contiene una serie de grupos celulares o núcleos razonablemente bien diferenciados, intercalados entre las principales vías axonales que lo conectan con el resto del cerebro y con el sistema endocrino.

El sistema de axones periventricular ocupa la pared medial del hipotálamo a lo largo del tercer ventrículo, medial a la mayoría de los núcleos hipotalámicos. Contiene axones que conectan el hipotálamo con el tronco cerebral y el tálamo. Algunos axones periventriculares, procedentes de las neuronas que producen las hormonas liberadoras de la hipófisis, viajan hasta la eminencia media, que es una zona vascular en el suelo del tercer ventrículo. Aquí secretan las hormonas liberadoras en los capilares portales, que las llevan a la hipófisis anterior, donde controlan la secreción de prolactina, tirotropina, corticotropina, hormona del crecimiento, hormonas gonadotrópicas y prolactina. Otros axones periventriculares, procedentes de las células de los núcleos supraóptico y paraventricular que producen oxitocina o vasopresina, pasan directamente por el tallo hipofisario hasta la hipófisis posterior, donde sus terminales secretan estas hormonas a la circulación general. Muchas de las neuronas que producen hormonas liberadoras están dispersas a lo largo de la pared del tercer ventrículo, mezcladas con el sistema periventricular. Sin embargo, en la base del tercer ventrículo hay un conjunto particularmente grande de tales neuronas, llamado núcleo arqueado, y a lo largo de la parte dorsal del tercer ventrículo hay otro conjunto de este tipo en el núcleo paraventricular.

El sistema de axones del hipotálamo lateral, a veces llamado haz medial del cerebro anterior, va de rostral a caudal a través del área del hipotálamo lateral, sirviendo para conectar los núcleos más mediales con el cerebro anterior por encima, y con el tronco cerebral por debajo. Mezcladas con el haz medial del cerebro anterior hay muchas neuronas relativamente grandes, cuyos axones se unen con frecuencia al haz, llegando tan lejos rostralmente como la corteza cerebral, y tan lejos caudalmente como la médula espinal.

Los núcleos integradores mediales del hipotálamo pueden dividirse a grandes rasgos en tres grupos de rostral a caudal. Los núcleos más rostrales, correspondientes al área preóptica, regulan el equilibrio de líquidos y electrolitos, la temperatura corporal y las hormonas sexuales . El reloj biológico del cerebro, el núcleo supraquiasmático, también se encuentra en este nivel, que se sitúa justo encima del quiasma óptico, al igual que las neuronas que son fundamentales para provocar el sueño. El tercio medio del hipotálamo contiene los núcleos que regulan la alimentación, el metabolismo energético y las respuestas al estrés, y coordinan todo ello con los ciclos de vigilia y sueño. El tercio caudal del hipotálamo contiene neuronas que son críticas para mantener la vigilia y responder a las emergencias.

Suministro de sangre del hipotálamo

Los accidentes cerebrovasculares del hipotálamo son extraordinariamente raros, ya que el hipotálamo tiene el suministro de sangre más exuberante del cerebro, como corresponde a un sitio que es absolutamente crítico para mantener la vida. El hipotálamo es lo que rodea el círculo de Willis. Está literalmente rodeado por las arterias carótida interna y basilar, y los vasos sanguíneos que las conectan.

Entradas al hipotálamo

El hipotálamo se encuentra en una encrucijada en el cerebro, recibiendo entradas sensoriales directas de los sistemas olfativo, gustativo, visual y somatosensorial. También contiene sensores para cosas como la temperatura de la sangre, los niveles de azúcar y minerales en la sangre, y una variedad de hormonas. Por lo tanto, el hipotálamo recibe las entradas sensoriales necesarias para detectar los desafíos en los entornos internos y externos.

Además, el hipotálamo recibe entradas de las áreas del cerebro anterior, incluyendo el hipocampo, la amígdala y la corteza cingulada. Estas estructuras forman el lóbulo límbico del cerebro, que recibe información sensorial altamente procesada procedente de toda la corteza cerebral y determina su importancia personal para el individuo. Estas entradas impulsan una amplia gama de respuestas emocionales, y muchos de los fenómenos que asociamos con la expresión emocional (cambios en el ritmo cardíaco, rubor, pelos de punta, etc.) están mediados por el hipotálamo.

Sistemas de control homeostático, alostático y circadiano

El hipotálamo protege la capacidad vital del organismo de tres maneras críticas. En primer lugar, debe mantener un medio interno bien regulado de concentraciones de electrolitos y osmolalidad, glucosa y otros combustibles, y temperatura corporal. La maquinaria bioquímica intracelular del cuerpo de los mamíferos está exquisitamente adaptada a este entorno y no puede tolerar ni siquiera pequeñas alteraciones en él. Cuando se expone a niveles de sodio, por ejemplo, que son un 10-15% demasiado altos o demasiado bajos; a niveles de glucosa inferiores al 50% del óptimo; o a temperaturas corporales de 4-5 grados C por encima o por debajo de lo normal, se produce una degradación sustancial de la función cerebral. En otros tejidos se producen alteraciones similares, aunque quizá con márgenes no tan estrechos como en el caso del cerebro. Por lo tanto, el hipotálamo mantiene normalmente una homeostasis (que en griego significa «permanecer igual») con electrolitos como el sodio generalmente mantenidos dentro del 5% del óptimo; la glucosa por encima de los niveles que pueden causar deterioro; y la temperatura corporal dentro de unas décimas de grado del óptimo. El hipotálamo logra esto al tener neuronas que, o bien reciben entradas de sistemas sensoriales que monitorean estas variables, o bien son ellas mismas sensibles a ellas. Estas neuronas intentan regular estos parámetros contra lo que equivale a un punto de ajuste, al igual que el termostato de una casa se ajusta a un punto de ajuste.

En contraste con los sistemas homeostáticos del hipotálamo, otros sistemas lidian con perturbaciones grandes e impredecibles del entorno que requieren un cambio en el comportamiento y la fisiología. Estas respuestas alostáticas van desde el reconocimiento y los ajustes apropiados a la presencia, por un lado, de una pareja y, por otro, de un ataque que amenaza la vida. Las respuestas pueden incluir el restablecimiento de varios puntos de ajuste (por ejemplo, aumento de la temperatura corporal y de la presión sanguínea), así como ajustes endocrinos (como la liberación de cortisol y adrenalina cuando se está bajo amenaza), y por supuesto incluyen alteraciones abruptas y dramáticas del comportamiento (de apareamiento a lucha o huida).

Además de realizar ajustes del medio interno que apoyan la homeostasis, y de responder a eventos externos urgentes, el hipotálamo también ayuda a anticipar los eventos diarios que son desencadenados por el ciclo externo día-noche. Tanto si los animales son diurnos (despiertos durante el día) como nocturnos (despiertos por la noche), tienen horarios predecibles para la alimentación, la bebida, el sueño y el comportamiento sexual. Todo ello está regulado por el sistema de sincronización circadiano en el cerebro, de modo que el cuerpo se anticipa a sus diversas demandas y oportunidades. Por ejemplo, los niveles de vigilia y cortisol alcanzan su punto máximo en el momento del día necesario para que un animal busque comida, mientras que el punto de referencia de la temperatura corporal desciende un grado completo durante el momento del día en que un animal duerme.

Regulación hipotalámica de las funciones endocrinas, autonómicas y conductuales

Para ejercer su control sobre tantas funciones corporales, el hipotálamo utiliza tres salidas principales: los sistemas autonómicos, endocrinos y conductuales. En el control autónomo, el hipotálamo contiene neuronas que envían axones directamente a las neuronas preganglionares de los sistemas nerviosos simpático y parasimpático. Estas neuronas de control autónomo se encuentran en los núcleos paraventricular y arqueado, y en el área hipotalámica lateral. Además, el hipotálamo tiene amplias salidas para ajustar los circuitos del tronco cerebral que regulan los reflejos autonómicos.

El hipotálamo controla el sistema endocrino de tres maneras. En primer lugar, como se ha descrito anteriormente, las neuronas de los núcleos paraventricular y supraóptico envían sus axones para formar la hipófisis posterior, donde secretan oxitocina y vasopresina. En segundo lugar, las neuronas de los núcleos periventricular, paraventricular y arqueado envían sus axones a la eminencia media, para secretar las hormonas liberadoras de la hipófisis, que regulan la hipófisis anterior. Por último, el hipotálamo controla las salidas autonómicas a muchos tejidos endocrinos periféricos, que regulan aún más su secreción.

El control hipotalámico del comportamiento está mediado de varias maneras. En primer lugar, el área hipotalámica lateral y el núcleo tuberomamario histaminérgico desempeñan un papel importante en la determinación del nivel general de vigilia o excitación. En segundo lugar, las entradas hipotalámicas a varios generadores de patrones motores pueden aumentar la probabilidad de comportamientos específicos. Por ejemplo, cuando tienen hambre, la mayoría de los animales necesitan buscar comida, luego explorarla lamiendo y oliendo, y finalmente consumirla. El hipotálamo puede reducir el umbral de activación de los generadores de patrones motores para la locomoción, y para los comportamientos de olfateo y oralidad que intervienen en la ingestión de alimentos. Así, los animales tienen más probabilidades de encontrar comida y de explorarla y consumirla. En tercer lugar, hay salidas hipotalámicas descendentes a los sistemas sensoriales que pueden sensibilizarlos (por ejemplo, cuando tienen hambre, la comida sabe mejor) o desensibilizarlos (por ejemplo, cuando están bajo amenaza, el dolor no se percibe tan fácilmente). Por último, el control hipotalámico de las respuestas autonómicas puede provocar señales (gruñidos del estómago cuando se tiene hambre; sequedad de boca cuando se tiene sed) que llegan a la apreciación consciente de los sistemas cognitivos superiores como una necesidad de realizar un comportamiento (en este caso, comer o beber). Del mismo modo, la regulación hipotalámica de los sistemas endocrinos puede retroalimentar al cerebro. Por ejemplo, muchas neuronas del cerebro tienen receptores para las hormonas esteroides implicadas en la reproducción, las respuestas al estrés o el agotamiento de la sal, y los cambios en estas hormonas pueden alterar la probabilidad de diversos comportamientos complejos regulados por esos sistemas neuronales.

Control hipotalámico del equilibrio de fluidos y electrolitos

Para mantener una adecuada perfusión de los tejidos, el hipotálamo debe regular la adquisición de fluidos a través de la bebida, y controlar la osmolalidad y el contenido de electrolitos de la sangre, así como el volumen sanguíneo global. Cuando hay un exceso de volumen de líquido, debe regular la diuresis por parte del riñón. Estas tareas están bajo la regulación del área preóptica, en particular el núcleo preóptico medio y el organum vasculosum de la lámina terminalis, a lo largo de la pared anterior del tercer ventrículo. La conducta de beber está estrechamente relacionada con la alimentación y con la termorregulación (ya que muchas de las estrategias de refrigeración utilizadas por el cerebro implican la pérdida de calor a través de la evaporación del agua).

Control hipotalámico de la alimentación y el metabolismo energético

La causa más común de muerte para la mayoría de los animales es la inanición. Para asegurar unas reservas de energía adecuadas, el hipotálamo debe impulsar la conducta alimentaria y regular la tasa metabólica. La conversión de combustible de azúcares a grasa en tiempos de abundancia, o de proteínas a combustible en tiempos de escasez, están bajo el control de la regulación autonómica y endocrina del hipotálamo. El control de la alimentación y del metabolismo energético lo realiza principalmente el núcleo arqueado, en colaboración con los núcleos ventromedial y dorsomedial, el núcleo paraventricular y el hipotálamo lateral. La regulación del metabolismo energético interactúa con la reproducción (porque los animales sólo pueden permitirse reproducirse cuando hay suficiente comida para asegurar la supervivencia de las crías), la termorregulación (en épocas de inanición la tasa metabólica disminuye y la temperatura corporal es más baja) y los estados de vigilia-sueño (los animales deben estar despiertos y alerta para buscar comida e invertirán completamente sus ciclos de vigilia-sueño si la comida sólo está disponible durante su ciclo normal de sueño).

Control hipotalámico de la termorregulación

Las reacciones bioquímicas celulares requieren que la temperatura corporal esté estrechamente controlada. Por ejemplo, al aumentar la temperatura corporal en 2 grados C durante una infección, se incrementa la actividad de los glóbulos blancos, mientras que la mayoría de las bacterias son menos capaces de reproducirse. Esta pequeña ventaja para el huésped puede suponer la diferencia entre la supervivencia y la muerte. La termorregulación está controlada principalmente por las neuronas de los núcleos preópticos medio y medial, así como del área preóptica lateral. En general, estas neuronas tienden a inhibir una región termogénica en el núcleo dorsomedial y el núcleo paraventricular. Estos últimos envían inputs excitatorios a los grupos celulares del tronco cerebral que aumentan la temperatura corporal. Así, cuando el hipotálamo se calienta, las neuronas inhibidoras desactivan este sistema termogénico y la temperatura corporal desciende. La termorregulación interactúa con la alimentación (ya que se necesita energía para producir calor y aumentar la tasa metabólica), la reproducción (ya que la temperatura corporal se ve afectada por los ciclos menstruales) y los ciclos de vigilia y sueño (ya que la temperatura corporal desciende durante el sueño). Cuando las reservas de alimentos son escasas, los animales pueden entrar en un estado de torpor, o hibernación, en el que su temperatura corporal desciende a unos 30 grados C, y el cerebro entra en un estado similar al del sueño. Por otro lado, la temperatura corporal aumenta durante el estrés.

Control hipotalámico de la reproducción

En las hembras de los mamíferos, el hipotálamo mantiene ciclos de preparación para la reproducción. Los animales no entran en este estado (es decir, pasan por la pubertad) hasta que han conseguido suficientes reservas de energía corporal, y en muchas especies la época del año correcta, para la reproducción. Las neuronas hipotalámicas de la región periventricular y del núcleo arqueado producen hormonas reproductivas, y el comportamiento sexual está influido por los núcleos preóptico medial, ventromedial y premamiliar ventral. El área preóptica también parece regular el control autónomo de los genitales (erección del pene, secreción de lubricación). Por lo tanto, la reproducción interactúa con los sistemas que controlan las reservas de energía adecuadas, el equilibrio de fluidos para asegurar el suministro de sangre al feto en desarrollo y la termorregulación. También es altamente excitante.

Control hipotalámico del sueño y la vigilia

Las neuronas de la mitad posterior del hipotálamo lateral, así como las del núcleo tuberomamario, proporcionan importantes entradas a la corteza cerebral y al cerebro anterior basal que tienen que ver con las respuestas de alerta y excitación, y son críticas para producir un estado de vigilia total. Estas neuronas, y otras del tronco cerebral que promueven la vigilia, están a su vez bajo la influencia de un interruptor maestro, el núcleo preóptico ventrolateral, que inhibe los componentes del sistema de excitación durante el sueño, y es necesario para que se produzcan estados de sueño normales. El sistema de sueño de la vigilia, incluidas las neuronas del hipotálamo lateral que contienen el péptido orexina, está a su vez bajo el control del sistema circadiano. El núcleo dorsomedial, que recibe señales de sincronización circadiana del núcleo supraquiasmático, parece desempeñar un papel fundamental en la coordinación de ambos. La regulación del sueño y la vigilia interactúa con la alimentación, la bebida y el comportamiento sexual y defensivo, todo lo cual, por supuesto, requiere un estado de vigilia. También existe una fuerte interacción entre el sueño y la termorregulación.

Control hipotalámico de las respuestas al estrés

Cuando un animal es atacado, debe alcanzar la excitación total, movilizar sus reservas de energía y estar preparado para luchar o huir. El comportamiento reproductivo, la búsqueda de comida y otras tareas no esenciales deben ser inhibidas. Las señales que regulan esta respuesta deben proceder de sistemas cognitivos y límbicos capaces de evaluar las amenazas. El núcleo paraventricular desempeña un papel clave en las respuestas al estrés, ya que contiene la mayoría de las neuronas que producen la hormona liberadora de corticotropina, que provoca la liberación de corticotropina y luego de esteroides suprarrenales. El núcleo paraventricular también contiene muchas de las neuronas de control autonómico, necesarias para provocar la liberación de adrenalina. Sin embargo, las neuronas del hipotálamo lateral deben participar para que el córtex alcance un estado de alerta total, al igual que las neuronas del hipotálamo medial para movilizar las reservas de energía. El estrés inhibe el comportamiento sexual y, en algunos casos, puede incluso provocar la interrupción del embarazo. Dado que el estrés es intrínsecamente inespecífico, es decir, puede incluir cualquier estímulo que amenace la supervivencia, puede interactuar intrínsecamente con cualquiera de los otros sistemas reguladores hipotalámicos.

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Véase también

Amígdala, Ritmo circadiano, Sistema límbico, Modelos de hipotálamo