Anatomie et physiologie II

Le complexe hypothalamo-hypophysaire peut être considéré comme le  » centre de commande  » du système endocrinien. Ce complexe sécrète plusieurs hormones qui produisent directement des réponses dans les tissus cibles, ainsi que des hormones qui régulent la synthèse et la sécrétion des hormones d’autres glandes. En outre, le complexe hypothalamus-hypophyse coordonne les messages des systèmes endocrinien et nerveux. Dans de nombreux cas, un stimulus reçu par le système nerveux doit passer par le complexe hypothalamus-hypophysaire pour être traduit en hormones susceptibles de déclencher une réponse.

L’hypothalamus est une structure du diencéphale du cerveau située en avant et en dessous du thalamus (figure 1). Il a des fonctions à la fois neurales et endocrines, produisant et sécrétant de nombreuses hormones. En outre, l’hypothalamus est anatomiquement et fonctionnellement lié à la glande pituitaire (ou hypophyse), un organe de la taille d’un haricot suspendu à lui par une tige appelée infundibulum (ou pédoncule pituitaire). L’hypophyse est logée dans le sellaturcica de l’os sphénoïde du crâne. Elle se compose de deux lobes qui proviennent de parties distinctes du tissu embryonnaire : l’hypophyse postérieure (neurohypophyse) est un tissu neural, tandis que l’hypophyse antérieure (également appelée adénohypophyse) est un tissu glandulaire qui se développe à partir du tube digestif primitif. Les hormones sécrétées par les hypophyses postérieure et antérieure, ainsi que la zone intermédiaire entre les lobes, sont résumées dans le tableau 1.

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Tableau 1. Hormones hypophysaires
Lobe hypophysaire	Hormones associées	Classe chimique	Effet
Antérieur	Hormone de croissance. (GH)	Protéine	Promouvoir la croissance des tissus corporels
Antérieur	Prolactine (PRL)	Peptide	Promouvoir la production de lait par les glandes mammaires
Antérieur	Hormone thyroïdienne stimulante (TSH)stimulant la thyroïde (TSH)	Glycoprotéine	Stimule la libération des hormones thyroïdiennes par la thyroïde
Antérieur	Hormone adrénocorticotrope (ACTH)	Peptide	Stimule la libération d’hormones par le cortex surrénalien
Antérieur	Hormone folliculaire-stimulante (FSH)	Glycoprotéine	Stimule la production de gamètes dans les gonades
Antérieure	Hormone lutéinisante (LH)	Glycoprotéine	Stimule la production d’androgènes par les gonades	Posterior	Hormone antidiurétique (ADH)	Peptide	Stimule la réabsorption d’eau par les reins	Posterior	Oxytocine	Peptide	Stimule les contractions utérines pendant l’accouchement	Zone intermédiaire	Hormone de stimulation des mélanocytes	.stimulating hormone	Peptide	Stimule la formation de mélanine dans les mélanocytes

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Hypophyse postérieure

L’hypophyse postérieure est en fait une extension des neurones des noyaux paraventriculaire et supraoptique de l’hypothalamus. Les corps cellulaires de ces régions reposent dans l’hypothalamus, mais leurs axones descendent sous forme de tractus hypothalamo-hypophysaire au sein de l’infundibulum, et se terminent par des terminaisons axonales qui constituent l’hypophyse postérieure (Figure 2).

L’hypophyse postérieure ne produit pas d’hormones, mais stocke et sécrète les hormones produites par l’hypothalamus. Les noyaux paraventriculaires produisent l’hormone ocytocine, tandis que les noyaux supraoptiques produisent l’ADH. Ces hormones voyagent le long des axones jusqu’à des sites de stockage dans les terminaisons axonales de l’hypophyse postérieure. En réponse à des signaux provenant des mêmes neurones hypothalamiques, les hormones sont libérées des terminaisons axoniques dans la circulation sanguine.

Oxytocine

Lorsque le développement du fœtus est terminé, l’hormone dérivée du peptide, l’ocytocine (tocia- = « accouchement »), stimule les contractions utérines et la dilatation du col de l’utérus. Pendant la majeure partie de la grossesse, les récepteurs de l’hormone ocytocine ne sont pas exprimés à des niveaux élevés dans l’utérus. Vers la fin de la grossesse, la synthèse des récepteurs de l’ocytocine dans l’utérus augmente, et les cellules musculaires lisses de l’utérus deviennent plus sensibles à ses effets. L’ocytocine est continuellement libérée tout au long de l’accouchement par un mécanisme de rétroaction positive. Comme indiqué précédemment, l’ocytocine provoque des contractions utérines qui poussent la tête du fœtus vers le col de l’utérus. En réponse, l’étirement du col stimule la synthèse d’ocytocine supplémentaire par l’hypothalamus et sa libération par l’hypophyse. Cela augmente l’intensité et l’efficacité des contractions utérines et incite à une dilatation supplémentaire du col de l’utérus. La boucle de rétroaction se poursuit jusqu’à la naissance.

Bien que les taux sanguins élevés d’ocytocine de la mère commencent à diminuer immédiatement après la naissance, l’ocytocine continue à jouer un rôle dans la santé de la mère et du nouveau-né. Tout d’abord, l’ocytocine est nécessaire au réflexe d’éjection du lait (communément appelé « let-down ») chez les femmes qui allaitent. Lorsque le nouveau-né commence à téter, les récepteurs sensoriels des mamelons transmettent des signaux à l’hypothalamus. En réponse, l’ocytocine est sécrétée et libérée dans la circulation sanguine. En quelques secondes, les cellules des canaux lactifères de la mère se contractent, éjectant le lait dans la bouche de l’enfant. Ensuite, chez les hommes comme chez les femmes, l’ocytocine contribuerait à la création d’un lien parent-nouveau-né, appelé attachement. On pense également que l’ocytocine est impliquée dans les sentiments d’amour et de proximité, ainsi que dans la réponse sexuelle.

Hormone antidiurétique (ADH)

La concentration en solutés du sang, ou osmolarité sanguine, peut changer en réponse à la consommation de certains aliments et liquides, ainsi qu’en réponse à une maladie, une blessure, des médicaments ou d’autres facteurs. L’osmolarité du sang est constamment surveillée par les osmorécepteurs – des cellules spécialisées de l’hypothalamus qui sont particulièrement sensibles à la concentration d’ions sodium et d’autres solutés.

En réponse à une osmolarité sanguine élevée, qui peut se produire lors d’une déshydratation ou après un repas très salé, les osmorécepteurs signalent à l’hypophyse postérieure de libérer l’hormone antidiurétique (ADH). Les cellules cibles de l’ADH sont situées dans les cellules tubulaires des reins. Son effet est d’augmenter la perméabilité de l’épithélium à l’eau, permettant ainsi une réabsorption accrue de l’eau. Plus l’eau réabsorbée dans le filtrat est importante, plus la quantité d’eau retournant dans le sang est élevée et moins elle est excrétée dans l’urine. Une plus grande concentration d’eau entraîne une concentration réduite de solutés. L’ADH est également connue sous le nom de vasopressine car, à des concentrations très élevées, elle provoque la constriction des vaisseaux sanguins, ce qui augmente la pression artérielle en accroissant la résistance périphérique. La libération de l’ADH est contrôlée par une boucle de rétroaction négative. Lorsque l’osmolarité du sang diminue, les osmorécepteurs hypothalamiques perçoivent ce changement et provoquent une diminution correspondante de la sécrétion d’ADH. En conséquence, moins d’eau est réabsorbée du filtrat urinaire.

Il est intéressant de noter que les médicaments peuvent affecter la sécrétion d’ADH. Par exemple, la consommation d’alcool inhibe la libération de l’ADH, ce qui entraîne une augmentation de la production d’urine qui peut éventuellement conduire à une déshydratation et à une gueule de bois. Une maladie appelée diabète insipide se caractérise par une sous-production chronique d’HAD qui entraîne une déshydratation chronique. Étant donné que peu d’ADH est produite et sécrétée, une quantité insuffisante d’eau est réabsorbée par les reins. Bien que les patients ressentent la soif et augmentent leur consommation de liquide, cela ne diminue pas efficacement la concentration de solutés dans leur sang car les niveaux d’ADH ne sont pas assez élevés pour déclencher la réabsorption d’eau dans les reins. Des déséquilibres électrolytiques peuvent survenir dans les cas graves de diabète insipide.

Hypophyse antérieure

L’hypophyse antérieure provient du tube digestif chez l’embryon et migre vers le cerveau au cours du développement fœtal. On distingue trois régions : la pars distalis est la plus antérieure, la pars intermedia est adjacente à l’hypophyse postérieure, et la pars tuberalis est un  » tube  » fin qui enveloppe l’infundibulum.

Rappelons que l’hypophyse postérieure ne synthétise pas d’hormones, mais se contente de les stocker. En revanche, l’hypophyse antérieure fabrique bien des hormones. Cependant, la sécrétion d’hormones par l’antéhypophyse est régulée par deux classes d’hormones. Ces hormones – sécrétées par l’hypothalamus – sont les hormones de libération qui stimulent la sécrétion d’hormones par l’antéhypophyse et les hormones d’inhibition qui inhibent la sécrétion.

Les hormones hypothalamiques sont sécrétées par des neurones, mais pénètrent dans l’antéhypophyse par des vaisseaux sanguins (figure 3). Dans l’infundibulum se trouve un pont de capillaires qui relie l’hypothalamus à l’hypophyse antérieure. Ce réseau, appelé système porte hypophysaire, permet aux hormones hypothalamiques d’être transportées vers l’hypophyse antérieure sans passer d’abord par la circulation systémique. Le système prend son origine dans l’artère hypophysaire supérieure, qui se ramifie à partir des artères carotides et transporte le sang vers l’hypothalamus. Les branches de l’artère hypophysaire supérieure forment le système porte hypophysaire (voir figure 3). Les hormones de libération et d’inhibition de l’hypothalamus circulent à travers un plexus capillaire primaire jusqu’aux veines porte, qui les acheminent vers l’hypophyse antérieure. Les hormones produites par l’hypophyse antérieure (en réponse aux hormones de libération) entrent dans un plexus capillaire secondaire, et de là, se drainent dans la circulation.

L’hypophyse antérieure produit sept hormones. Ce sont l’hormone de croissance (GH), l’hormone thyréostimulante (TSH), l’hormone adrénocorticotrope (ACTH), l’hormone folliculo-stimulante (FSH), l’hormone lutéinisante (LH), la bêta-endorphine et la prolactine. Parmi les hormones de l’antéhypophyse, la TSH, l’ACTH, la FSH et la LH sont collectivement appelées hormones tropiques (trope- = « tourner ») car elles activent ou désactivent la fonction d’autres glandes endocrines.

Hormone de croissance

Le système endocrinien régule la croissance du corps humain, la synthèse des protéines et la réplication cellulaire. Une hormone majeure impliquée dans ce processus est l’hormone de croissance (GH), également appelée somatotropine – une hormone protéique produite et sécrétée par l’hypophyse antérieure. Sa fonction principale est anabolique ; elle favorise la synthèse des protéines et la construction des tissus par des mécanismes directs et indirects (figure 4). Les niveaux de GH sont contrôlés par la libération de GHRH et de GHIH (également connue sous le nom de somatostatine) par l’hypothalamus.

Un effet d’épargne du glucose se produit lorsque la GH stimule la lipolyse, ou la dégradation du tissu adipeux, libérant des acides gras dans le sang. En conséquence, de nombreux tissus passent du glucose aux acides gras comme principale source d’énergie, ce qui signifie que moins de glucose est prélevé dans la circulation sanguine.

La GH initie également l’effet diabétogène dans lequel la GH stimule le foie pour décomposer le glycogène en glucose, qui est ensuite déposé dans le sang. Le nom « diabétogène » provient de la similitude de l’élévation de la glycémie observée entre les personnes atteintes de diabète sucré non traité et les personnes présentant un excès de GH. L’élévation de la glycémie résulte d’une combinaison d’effets d’épargne du glucose et d’effets diabétogènes.

La GH intervient indirectement dans la croissance et la synthèse des protéines en déclenchant la production par le foie et d’autres tissus d’un groupe de protéines appelées facteurs de croissance de type insuline (IGF). Ces protéines favorisent la prolifération cellulaire et inhibent l’apoptose, ou mort cellulaire programmée. Les IGF stimulent les cellules afin qu’elles augmentent leur absorption d’acides aminés du sang pour la synthèse des protéines. Les cellules des muscles squelettiques et du cartilage sont particulièrement sensibles à la stimulation des IGF.

Un dysfonctionnement du contrôle de la croissance par le système endocrinien peut entraîner plusieurs troubles. Par exemple, le gigantisme est un trouble chez les enfants qui est causé par la sécrétion de quantités anormalement élevées de GH, entraînant une croissance excessive. Une condition similaire chez les adultes est l’acromégalie, un trouble qui entraîne la croissance des os du visage, des mains et des pieds en réponse à des niveaux excessifs de GH chez des individus qui ont cessé de grandir. Des niveaux anormalement bas de GH chez les enfants peuvent entraîner un trouble de la croissance – un trouble appelé nanisme hypophysaire (également connu sous le nom de déficit en hormone de croissance).

Hormone thyréostimulante

L’activité de la glande thyroïde est régulée par l’hormone thyréostimulante (TSH), également appelée thyrotropine. La TSH est libérée par l’hypophyse antérieure en réponse à l’hormone de libération de la thyrotropine (TRH) provenant de l’hypothalamus. Comme nous le verrons plus loin, elle déclenche la sécrétion d’hormones thyroïdiennes par la glande thyroïde. Dans une boucle de rétroaction négative classique, des niveaux élevés d’hormones thyroïdiennes dans le sang déclenchent alors une chute de la production de TRH et, par la suite, de TSH.

Hormone adrénocorticotrope

L’hormone adrénocorticotrope (ACTH), également appelée corticotrophine, stimule le cortex surrénalien (l' » écorce  » plus superficielle des glandes surrénales) pour sécréter des hormones corticostéroïdes telles que le cortisol. L’ACTH provient d’une molécule précurseur connue sous le nom de pro-opiomélanotropine (POMC) qui produit plusieurs molécules biologiquement actives lorsqu’elle est clivée, notamment l’ACTH, l’hormone de stimulation des mélanocytes et les peptides opioïdes cérébraux connus sous le nom d’endorphines.

La libération d’ACTH est régulée par l’hormone de libération des corticotrophines (CRH) provenant de l’hypothalamus en réponse aux rythmes physiologiques normaux. Divers facteurs de stress peuvent également influencer sa libération, et le rôle de l’ACTH dans la réponse au stress est abordé plus loin dans ce chapitre.

Hormone folliculo-stimulante et hormone lutéinisante

Les glandes endocrines sécrètent diverses hormones qui contrôlent le développement et la régulation du système reproducteur (ces glandes comprennent l’hypophyse antérieure, le cortex surrénalien et les gonades – les testicules chez les hommes et les ovaires chez les femmes). Une grande partie du développement de l’appareil reproducteur a lieu pendant la puberté et est marquée par le développement de caractéristiques spécifiques au sexe chez les adolescents des deux sexes. La puberté est déclenchée par l’hormone de libération des gonadotrophines (GnRH), une hormone produite et sécrétée par l’hypothalamus. La GnRH stimule l’hypophyse antérieure pour qu’elle sécrète des gonadotrophines, des hormones qui régulent la fonction des gonades. Les niveaux de GnRH sont régulés par une boucle de rétroaction négative ; des niveaux élevés d’hormones reproductives inhibent la libération de GnRH. Tout au long de la vie, les gonadotrophines régulent la fonction de reproduction et, dans le cas des femmes, le début et la fin de la capacité de reproduction.

Les gonadotrophines comprennent deux hormones glycoprotéiques : l’hormone folliculo-stimulante (FSH) stimule la production et la maturation des cellules sexuelles, ou gamètes, notamment les ovules chez les femmes et les spermatozoïdes chez les hommes. La FSH favorise également la croissance folliculaire ; ces follicules libèrent ensuite des œstrogènes dans les ovaires féminins. L’hormone lutéinisante (LH) déclenche l’ovulation chez la femme, ainsi que la production d’œstrogènes et de progestérone par les ovaires. La LH stimule la production de testostérone par les testicules masculins.

Prolactine

Comme son nom l’indique, la prolactine (PRL) favorise la lactation (production de lait) chez la femme. Pendant la grossesse, elle contribue au développement des glandes mammaires, et après la naissance, elle stimule les glandes mammaires pour produire du lait maternel. Cependant, les effets de la prolactine dépendent fortement des effets permissifs des œstrogènes, de la progestérone et d’autres hormones. Et comme indiqué précédemment, la descente de lait se produit en réponse à la stimulation de l’ocytocine.

Chez une femme non enceinte, la sécrétion de prolactine est inhibée par l’hormone inhibitrice de la prolactine (PIH), qui est en fait le neurotransmetteur dopamine, et est libérée par les neurones de l’hypothalamus. Ce n’est que pendant la grossesse que le taux de prolactine augmente en réponse à l’hormone de libération de la prolactine (PRH) provenant de l’hypothalamus.

Hypophyse intermédiaire : Hormone de stimulation des mélanocytes

Les cellules de la zone située entre les lobes hypophysaires sécrètent une hormone appelée hormone de stimulation des mélanocytes (MSH) qui est formée par le clivage de la protéine précurseur de la pro-opiomélanocortine (POMC). La production locale de MSH dans la peau est responsable de la production de mélanine en réponse à l’exposition aux rayons UV. Le rôle de la MSH fabriquée par l’hypophyse est plus complexe. Par exemple, les personnes à la peau claire ont généralement la même quantité de MSH que les personnes à la peau plus foncée. Néanmoins, cette hormone est capable de foncer la peau en induisant la production de mélanine dans les mélanocytes de la peau. Les femmes présentent également une production accrue de MSH pendant la grossesse ; en combinaison avec les œstrogènes, elle peut entraîner une pigmentation plus foncée de la peau, notamment de la peau des aréoles et des petites lèvres. La figure 5 est un résumé des hormones hypophysaires et de leurs principaux effets.