O hipotálamo é uma pequena área na base do cérebro, pesando cerca de 4 gm do 1400 gm de peso do cérebro de um humano adulto, no entanto executa uma ampla gama de funções que são vitais para a sobrevivência do indivíduo. Em geral, o hipotálamo atua como um integrador para regular e coordenar funções básicas necessárias à vida, tais como equilíbrio de fluidos e eletrólitos; alimentação e metabolismo energético; ciclos de vigília e sono; termorregulação; respostas ao estresse; e comportamento sexual e reprodução.

• 1 Arquitetura do hipotálamo
  • 1.1 Fornecimento de sangue do hipotálamo
• 2 Entradas para o hipotálamo
• 3 Sistemas de controle homeostático, alostático e circadiano
• 4 Regulação hipotalâmica do endócrino, autonômico, e funções comportamentais
• 5 Controlo hipotalâmico do equilíbrio hídrico e electrolítico
• 6 Controlo hipotalâmico da alimentação e metabolismo energético
• 7 Controlo hipotalâmico da termorregulação
• 8 Controlo hipotalâmico da reprodução
• 9 Controlo hipotalâmico do sono e vigília
• 10 Controlo hipotalâmico das respostas ao stress
• 11 Referências
• 12 Ver também

Arquitectura do hipotálamo

Localizado mesmo atrás e entre os olhos, a borda anterior do hipotálamo é formada pelo quiasma óptico. É delimitado lateralmente pelas vias ópticas e lobos temporais, e o limite posterior do hipotálamo, ocupado pelos corpos mamilares, é delimitado pelos pedúnculos cerebrais. O hipotálamo, literalmente localizado abaixo do tálamo, é dividido na linha média pelo terceiro ventrículo. Ele contém uma série de grupos ou núcleos celulares razoavelmente bem diferenciados, ensanduichados entre as principais vias axonais que o ligam ao resto do cérebro e ao sistema endócrino.

O sistema axonal periventricular ocupa a parede medial do hipotálamo ao longo do terceiro ventrículo, medial à maioria dos núcleos hipotalâmicos. Ele contém axônios que ligam o hipotálamo ao tronco encefálico e ao tálamo. Alguns axônios periventriculares, de neurônios que produzem hormônios liberadores da hipófise, viajam para a eminência mediana, que é uma área vascular no assoalho do terceiro ventrículo. Aqui eles secretam os hormônios liberadores nos capilares portal, que os levam à hipófise anterior, onde controlam a secreção de prolactina, tirotropina, corticotropina, hormônio do crescimento, hormônios gonadotrópicos e prolactina. Outros axônios periventriculares, a partir de células dos núcleos supraóticos e paraventriculares que produzem oxitocina ou vasopressina, passam diretamente através do talo pituitário até a hipófise posterior, onde seus terminais secretam estes hormônios na circulação geral. Muitos dos neurônios que produzem hormônios liberadores estão espalhados ao longo da parede do terceiro ventrículo, misturados com o sistema periventricular. Entretanto, na base do terceiro ventrículo há uma coleção particularmente grande desses neurônios, chamada de núcleo arqueado, e ao longo do terceiro ventrículo dorsal é outro aglomerado desse tipo no núcleo paraventricular.

O sistema hipotalâmico axonal lateral, às vezes chamado de feixe de neurônios forencéfalo medial, vai do rostral ao caudal através da área hipotalâmica lateral, servindo para conectar os núcleos mais mediais com o forencéfalo acima, e com o tronco encefálico abaixo. Misturados com o feixe forencéfalo medial estão muitos neurônios relativamente grandes, cujos axônios freqüentemente se juntam ao feixe, alcançando tanto rostralmente quanto o córtex cerebral, e tão caudalmente quanto a medula espinhal.

Os núcleos integrativos mediais do hipotálamo podem ser divididos em três grupos, do rostral ao caudal. Os núcleos mais rostrais, correspondentes à área pré-óptica, regulam o equilíbrio hídrico e eletrolítico, a temperatura corporal e os hormônios sexuais. O relógio biológico do cérebro, o núcleo supraquiasmático, também está neste nível, que fica logo acima do quiasma óptico, assim como os neurônios que são críticos para causar o sono. O terço médio do hipotálamo contém os núcleos que regulam a alimentação, o metabolismo energético, as respostas ao stress e coordenam tudo isso com os ciclos de vigília e sono. O terço caudal do hipotálamo contém os neurônios que são críticos para manter a vigília e responder a emergências.

O suprimento de sangue do hipotálamo

As cristas do hipotálamo estão desaparecendo, já que o hipotálamo tem o suprimento de sangue mais luxuoso do cérebro, próprio de um local que é absolutamente crítico para manter a vida. O hipotálamo é o que o círculo de Willis circula. Ele é literalmente cercado pelas artérias carótidas internas e basilares, e pelos vasos sanguíneos que os conectam.

Entradas para o hipotálamo

O hipotálamo fica em um cruzamento no cérebro, recebendo entradas sensoriais diretas dos sistemas olfato, gustativo, visual e somatossensorial. Ele também contém dentro dele sensores para coisas como temperatura do sangue, açúcar no sangue e níveis minerais, e uma variedade de hormônios. Assim, o hipotálamo recebe inputs sensoriais necessários para detectar desafios tanto no ambiente interno quanto externo.

Além disso, o hipotálamo recebe inputs das áreas do cérebro, incluindo o hipocampo, amígdala e córtex cingulado. Essas estruturas formam o lobo límbico do cérebro, que recebe informações sensoriais altamente processadas de todo o córtex cerebral, e determina sua importância pessoal para o indivíduo. Estes inputs impulsionam uma ampla gama de respostas emocionais, e muitos dos fenômenos que associamos à expressão emocional (mudanças no ritmo cardíaco, rubor, cabelos em pé, etc.) são mediados pelo hipotálamo.

Sistemas de controle homeostático, alostático e circadiano

O hipotálamo protege a capacidade vital do organismo de três formas críticas. Primeiro, ele deve manter um meio interno bem regulado de concentrações eletrolíticas e osmolalidade, glicose e outros combustíveis, e temperatura corporal. A maquinaria bioquímica intracelular do corpo dos mamíferos está requintadamente adaptada a este ambiente e não pode tolerar nem mesmo pequenas alterações no mesmo. Quando exposto a níveis de sódio, por exemplo, que são 10-15% demasiado altos ou demasiado baixos; a níveis de glicose inferiores a 50% do óptimo; ou a temperaturas corporais 4-5 graus C acima ou abaixo do normal, há uma degradação substancial da função cerebral. Alterações similares ocorrem em outros tecidos, embora talvez com margens que talvez não sejam tão estreitas quanto para o cérebro. Portanto, o hipotálamo normalmente mantém uma homeostase (grego para “permanecer o mesmo”) com eletrólitos como sódio geralmente mantidos dentro de 5% do ótimo; glicose acima dos níveis que podem causar comprometimento; e temperatura corporal dentro de alguns décimos de grau do ótimo. O hipotálamo consegue isso tendo neurônios que recebem inputs de sistemas sensoriais que monitoram essas variáveis, ou são eles mesmos sensíveis a elas. Esses neurônios tentam regular esses parâmetros contra o que equivale a um setpoint, assim como o termostato em uma casa é ajustado a um setpoint.

Em contraste com os sistemas homeostáticos do hipotálamo, outros sistemas lidam com grandes e imprevisíveis perturbações do ambiente que requerem uma mudança no comportamento e na fisiologia. Estas respostas alostáticas vão desde o reconhecimento e ajustes apropriados até a presença, por um lado, de um companheiro e, por outro lado, de um ataque que ameaça a vida. As respostas podem incluir a reposição de vários setpoints (por exemplo, aumento da temperatura corporal e pressão arterial), bem como ajustes endócrinos (como cortisol e liberação de adrenalina quando sob ameaça), e naturalmente incluem alterações abruptas e dramáticas de comportamento (do acasalamento à luta ou fuga).

Além de fazer ajustes do meio interno que suportam a homeostase, e responder a eventos externos urgentes, o hipotálamo também ajuda a antecipar eventos diários que são desencadeados pelo ciclo dia-noite externo. Quer os animais sejam diurnos (acordados durante o dia) ou noturnos (acordados durante a noite), eles têm tempos previsíveis de alimentação, bebida, sono e comportamento sexual. Todos estes são regulados pelo sistema circadiano de cronometragem no cérebro, de modo que o corpo antecipa as suas várias exigências e oportunidades. Por exemplo, a vigília e os níveis de cortisol atingem picos na hora do dia necessários para um animal procurar alimento, enquanto o ponto de ajuste da temperatura corporal cai um grau completo durante a hora do dia quando um animal dorme.

Regulação hipotalâmica das funções endócrinas, autonômicas e comportamentais

Para exercer seu controle sobre tantas funções corporais, o hipotálamo usa três grandes outputs: sistemas autonômicos, endócrinos e comportamentais. No controle autonômico, o hipotálamo contém neurônios que enviam axônios diretamente para os neurônios pré-ganglionares tanto para o sistema nervoso simpático quanto para o sistema nervoso parassimpático. Esses neurônios de controle autonômico estão nos núcleos paraventricular e arcuate, e na área hipotalâmica lateral. Além disso, o hipotálamo tem saídas extensas para ajustar circuitos do tronco cerebral que regulam os reflexos autonômicos.

O hipotálamo controla o sistema endócrino de três maneiras. Primeiro, como descrito acima, os neurônios nos núcleos paraventricular e supraóptico enviam seus axônios para formar a hipófise posterior, onde secretam oxitocina e vasopressina. Segundo, os neurônios nos núcleos periventricular, paraventricular e arcuate enviam seus axônios para a eminência mediana, para secretar hormônios liberadores de hormônios da hipófise, que regulam a glândula pituitária anterior. Finalmente, o hipotálamo controla a saída autonômica de muitos tecidos endócrinos periféricos, que regulam sua secreção.

O controle hipotalâmico do comportamento é mediado de várias maneiras. Primeiro, a área hipotalâmica lateral e o núcleo do tuberomamilar histaminérgico desempenham um papel importante na determinação do nível geral de vigília ou excitação. Segundo, as entradas hipotalâmicas em vários geradores de padrões motores podem aumentar a probabilidade de comportamentos específicos. Por exemplo, quando famintos, a maioria dos animais precisa de forragem para se alimentar, depois explorá-la lambendo-a e cheirando-a, e finalmente consumi-la. O hipotálamo pode reduzir o limiar de activação dos geradores de padrões motores para a locomoção, e para os comportamentos de farejar e oral que estão envolvidos na ingestão de alimentos. Assim, os animais são mais propensos a encontrar alimentos e mais propensos a explorá-los e consumi-los. Em terceiro lugar, existem saídas descendentes hipotalâmicas para os sistemas sensoriais que podem sensibilizá-los (por exemplo, quando famintos, os alimentos sabem melhor) ou dessensibilizá-los (por exemplo, quando sob ameaça, a dor não é percebida tão prontamente). Finalmente, o controle hipotalâmico das respostas autonômicas pode causar sinais (resmungo estomacal quando faminto; boca seca quando sedento) que atingem a apreciação consciente nos sistemas cognitivos superiores como uma necessidade de se envolver em um comportamento (neste caso, comer ou beber). Da mesma forma, a regulação hipotalâmica dos sistemas endócrinos pode se alimentar do cérebro. Por exemplo, muitos neurônios no cérebro têm receptores para hormônios esteróides envolvidos na reprodução, respostas ao estresse ou esgotamento do sal, e mudanças nesses hormônios podem alterar a probabilidade de vários comportamentos complexos regulados por esses sistemas neuronais.

Controle hipotalâmico do equilíbrio de fluidos e eletrólitos

Para manter a perfusão tecidual adequada, o hipotálamo deve regular a aquisição de fluidos através da bebida, e controlar a osmolalidade e o conteúdo eletrolítico do sangue, bem como o volume total de sangue. Quando há excesso de volume de líquido, ele deve regular a diurese pelo rim. Estas tarefas estão sob a regulação da área pré-óptica, em particular do núcleo pré-óptico mediano e organum vasculosum da lâmina terminal, ao longo da parede anterior do terceiro ventrículo. O comportamento de beber está estreitamente ligado à alimentação e à termorregulação (já que muitas das estratégias de resfriamento utilizadas pelo cérebro envolvem perda de calor por evaporação de água).

Controlo hipotalâmico da alimentação e metabolismo energético

A causa mais comum de morte para a maioria dos animais é a inanição. Para assegurar o armazenamento adequado de energia, o hipotálamo deve conduzir o comportamento alimentar e regular a taxa metabólica. A conversão de combustível de açúcares em gordura durante os períodos de abundância, ou de proteínas em combustível nos períodos de escassez, estão sob o controle da regulação hipotalâmica autonômica e endócrina. O controle da alimentação e do metabolismo energético é realizado principalmente pelo núcleo arqueado, trabalhando com os núcleos ventromedial e dorsomedial, o núcleo paraventricular e o hipotálamo lateral. A regulação do metabolismo energético interage com a reprodução (porque os animais só se podem reproduzir quando há alimento suficiente para assegurar a sobrevivência da descendência), termorregulação (em tempos de queda da taxa metabólica de fome e temperatura corporal mais baixa), e estados de vigília e sono (os animais devem estar acordados e alerta para procurar alimento e irão inverter completamente os seus ciclos de vigília e sono se o alimento só estiver disponível durante o seu ciclo normal de sono).

Controlo hipotalâmico da termorregulação

Reacções bioquímicas celulares requerem que a temperatura corporal seja rigorosamente controlada. Por exemplo, ao aumentar a temperatura corporal em 2 graus C durante uma infecção, a actividade dos glóbulos brancos é aumentada, enquanto a maioria das bactérias é menos capaz de se reproduzir. Esta pequena vantagem para o hospedeiro pode significar a diferença entre a sobrevivência e a morte. A termorregulação é controlada principalmente por neurônios nos núcleos pré-ópticos medianos e mediais, assim como na área pré-óptica lateral. Em geral, estes neurônios tendem a inibir uma região termogênica no núcleo dorsomedial e no núcleo paraventricular. Estes últimos enviam inputs excitatórios para grupos de células tronco encefálicas que aumentam a temperatura corporal. Assim, quando o hipotálamo é aquecido, os neurônios inibidores desligam esse sistema termogênico, e a temperatura corporal cai. A termorregulação interage com a alimentação (pois a energia é necessária para produzir calor e aumentar a taxa metabólica), reprodução (pois a temperatura corporal é afetada pelos ciclos menstruais), e ciclos de vigília e sono (pois a temperatura corporal cai durante o sono). Quando as reservas alimentares estão baixas, os animais podem entrar num estado de torpor, ou hibernação, em que a temperatura corporal cai para cerca de 30 graus C, e o cérebro entra num estado de sono. Por outro lado, a temperatura corporal aumenta durante o stress.

Controlo hipotalâmico da reprodução

Nas fêmeas de mamíferos, o hipotálamo mantém ciclos de prontidão reprodutiva. Os animais não entram neste estado (ou seja, passam pela puberdade) até que tenham atingido o armazenamento de energia corporal suficiente, e em muitas espécies a época correta do ano, para reprodução. Neurônios hipotalâmicos na região periventricular e núcleos arqueados produzem hormônios reprodutivos, e o comportamento sexual é influenciado pelo pré-óptico medial, pelo ventromedial e pelos núcleos ventromediais pré-milares. A área pré-óptica também parece regular o controle autonômico sobre a genitália (ereção peniana, secreção de lubrificação). A reprodução interage assim com sistemas que controlam o armazenamento adequado de energia, o equilíbrio de fluidos para assegurar o fornecimento de sangue ao feto em desenvolvimento, e a termorregulação. Também é altamente excitante.

Controle hipotalâmico do sono e vigília

Neurônios na metade posterior do hipotálamo lateral, bem como no núcleo do tuberomamilar, fornecem grandes entradas para o córtex cerebral e o cérebro basal que estão preocupados com respostas de alerta e excitação, e são críticos para produzir um estado totalmente desperto. Esses neurônios, e outros no tronco cerebral que promovem a vigília, estão por sua vez sob a influência de um interruptor principal, o núcleo ventrolateral pré-óptico, que inibe os componentes do sistema de excitação durante o sono, e é necessário para que os estados normais de sono ocorram. O sistema de sono de vigília, incluindo neurônios no hipotálamo lateral contendo o peptídeo orexina, está por sua vez sob o controle do sistema circadiano. O núcleo dorsomedial, que recebe sinais de tempo circadianos do núcleo supraquiasmático, parece desempenhar um papel crítico na coordenação dos dois. A regulação do sono-vigília interage com a alimentação, a bebida e o comportamento sexual e defensivo, tudo isso, naturalmente, requer um estado de vigília. Há também uma forte interação entre sono e termorregulação.

Controle hipotalâmico das respostas ao estresse

Quando um animal está sob ataque, ele deve atingir a excitação total, mobilizar seus estoques de energia e estar pronto para lutar ou voar. O comportamento reprodutivo, a forragem de alimentos e outras tarefas não essenciais devem ser inibidos. Os sinais que regulam esta resposta devem vir de sistemas cognitivos e límbicos capazes de avaliar as ameaças. O núcleo paraventricular desempenha um papel fundamental nas respostas ao estresse, pois contém a maioria dos neurônios que produzem o hormônio que libera corticotropina, o que causa a liberação de ACTH e, em seguida, esteróides adrenais. O núcleo paraventricular também contém muitos dos neurônios de controle autonômico, necessários para causar a liberação de adrenalina. Entretanto, os neurônios hipotalâmicos laterais devem ser engajados para levar o córtex a um estado de alerta máximo, assim como os neurônios hipotalâmicos mediais para mobilizar as reservas de energia. O estresse inibe o comportamento sexual, e em alguns casos pode até levar à interrupção da gravidez. Como o estresse é inerentemente inespecífico, ou seja, pode incluir qualquer estímulo que ameace a sobrevivência, ele pode inerentemente interagir com qualquer um dos outros sistemas reguladores hipotalâmicos.

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Veja também

Amygdala, Circadian rhythm, Limbic system, Models of hypothalamus