Anatomie en Fysiologie II

Het hypothalamus-hypofysecomplex kan worden beschouwd als het “commandocentrum” van het endocriene systeem. Dit complex scheidt verschillende hormonen af die rechtstreeks reacties in de doelweefsels teweegbrengen, alsmede hormonen die de synthese en secretie van hormonen van andere klieren reguleren. Bovendien coördineert het hypothalamus-hypofysecomplex de boodschappen van het endocriene systeem en het zenuwstelsel. In veel gevallen moet een prikkel die door het zenuwstelsel wordt ontvangen, door het hypothalamus-hypofysecomplex gaan om te worden omgezet in hormonen die een reactie kunnen inleiden.

De hypothalamus is een structuur van het diencephalon van de hersenen die zich anterieur en inferieur aan de thalamus bevindt (figuur 1). Het heeft zowel neurale als endocriene functies, en produceert en scheidt vele hormonen af. Bovendien is de hypothalamus anatomisch en functioneel verwant met de hypofyse, een orgaan ter grootte van een boon dat eraan hangt via een stengel die infundibulum (of hypofysesteel) wordt genoemd. De hypofyse bevindt zich in de sellaturcica van het wiggebeen van de schedel. Hij bestaat uit twee kwabben die ontstaan uit verschillende delen van het embryonale weefsel: de achterste hypofyse (neurohypofyse) is neuraal weefsel, terwijl de voorste hypofyse (ook adenohypofyse genoemd) klierweefsel is dat zich ontwikkelt uit het primitieve spijsverteringskanaal. De hormonen die worden afgescheiden door de achterste en voorste hypofyse, en de tussenliggende zone tussen de kwabben, zijn samengevat in tabel 1.

Tabel 1. Hypofysehormonen
Pituitary kwab	Associate hormones	Chemical class	Effect
Anterior	Groeihormoon (GH)	eiwit	bevordert groei van lichaamsweefsels
Anterior	Prolactine (PRL)	peptide	bevordert melkproductie uit melkklieren
Anterieur	Thyroïd-stimulerend hormoon (TSH)	Glycoproteïne	Stimuleert afgifte schildklierhormoon uit schildklier
Anterieur	Adrenocorticotroop hormoon (ACTH)	Peptide	Stimuleert hormoonafgifte door bijnierschors
Anterior	Follicle-stimulerend hormoon (FSH)	Glycoproteïne	Stimuleert productie van geslachtscellen in geslachtsklieren
Anterior	Luteïniserend hormoon (LH)	Glycoproteïne	Stimuleert androgeenproductie door geslachtsklieren
Posterior	Antidiuretisch hormoon (ADH)	Peptide	Stimuleert de waterheropname door de nieren
Posterior	Oxytocine	Peptide	Stimuleert samentrekkingen van baarmoeder tijdens bevalling
Intermediaire zone	Melanocyte-stimulerend hormoon	Peptide	Stimuleert de vorming van melanine in melanocyten

Posterior Hypofyse

De posterior hypofyse is eigenlijk een verlengstuk van de neuronen van de paraventriculaire en supraoptische kernen van de hypothalamus. De cellichamen van deze gebieden rusten in de hypothalamus, maar hun axonen dalen af als de hypothalamisch-hypofyseale tractus binnen het infundibulum, en eindigen in axonterminals die de achterste hypofyse vormen (Figuur 2).

De hypofyse achteraan produceert geen hormonen, maar slaat de door de hypothalamus geproduceerde hormonen op en scheidt ze uit. De paraventriculaire kernen produceren het hormoon oxytocine, terwijl de supraoptische kernen ADH produceren. Deze hormonen reizen langs de axonen naar opslagplaatsen in de axonterminals van de hypofyse achteraan. Als reactie op signalen van dezelfde hypothalamische neuronen worden de hormonen vanuit de axonterminals in de bloedbaan vrijgegeven.

Oxytocine

Als de foetale ontwikkeling is voltooid, stimuleert het van peptiden afgeleide hormoon oxytocine (tocia- = “bevalling”) de samentrekkingen van de baarmoeder en de verwijding van de baarmoederhals. Gedurende het grootste deel van de zwangerschap komen de hormoonreceptoren voor oxytocine niet in hoge mate tot expressie in de baarmoeder. Tegen het einde van de zwangerschap neemt de synthese van oxytocinereceptoren in de baarmoeder toe, en worden de gladde spiercellen van de baarmoeder gevoeliger voor de effecten van oxytocine. Oxytocine wordt tijdens de bevalling voortdurend vrijgegeven via een positief terugkoppelingsmechanisme. Zoals eerder gezegd, wekt oxytocine samentrekkingen van de baarmoeder op die het hoofd van de foetus naar de baarmoederhals duwen. Als reactie daarop stimuleert het strekken van de baarmoederhals de synthese van extra oxytocine door de hypothalamus en de afgifte ervan door de hypofyse. Dit verhoogt de intensiteit en de effectiviteit van de samentrekkingen van de baarmoeder en leidt tot een verdere verwijding van de baarmoederhals. Deze terugkoppeling gaat door tot aan de geboorte.

Hoewel de hoge bloedspiegels van oxytocine van de moeder onmiddellijk na de geboorte beginnen te dalen, blijft oxytocine een rol spelen in de gezondheid van de moeder en de pasgeborene. Ten eerste is oxytocine nodig voor de reflex om de melk uit te stoten (ook wel “laten zakken” genoemd) bij vrouwen die borstvoeding geven. Wanneer de pasgeborene begint te zuigen, zenden sensorische receptoren in de tepels signalen naar de hypothalamus. Als reactie daarop wordt oxytocine afgescheiden en in de bloedbaan vrijgegeven. Binnen enkele seconden trekken de cellen in de melkkanaaltjes van de moeder samen, waardoor de melk in de mond van de zuigeling terechtkomt. Ten tweede wordt aangenomen dat oxytocine zowel bij mannen als bij vrouwen bijdraagt tot de hechting tussen ouders en pasgeborenen, de zogenaamde hechting. Oxytocine zou ook betrokken zijn bij gevoelens van liefde en nabijheid, en bij de seksuele reactie.

Antidiuretisch Hormoon (ADH)

De oplosmiddelconcentratie van het bloed, of osmolariteit van het bloed, kan veranderen als reactie op de consumptie van bepaalde voedingsmiddelen en vloeistoffen, maar ook als reactie op ziekte, verwondingen, medicijnen of andere factoren. De osmolariteit van het bloed wordt voortdurend bewaakt door osmoreceptoren – gespecialiseerde cellen in de hypothalamus die bijzonder gevoelig zijn voor de concentratie van natriumionen en andere oplosmiddelen.

Als reactie op een hoge osmolariteit van het bloed, die kan optreden bij uitdroging of na een zeer zoute maaltijd, geven de osmoreceptoren de hypofyse achteraan het signaal om antidiuretisch hormoon (ADH) af te geven. De doelcellen van ADH bevinden zich in de tubulaire cellen van de nieren. Het effect is dat de permeabiliteit van het epitheel voor water toeneemt, waardoor meer water wordt gereabsorbeerd. Hoe meer water uit het filtraat wordt geabsorbeerd, hoe groter de hoeveelheid water die naar het bloed wordt teruggevoerd en hoe minder water er in de urine wordt uitgescheiden. Een grotere concentratie van water leidt tot een lagere concentratie van oplosmiddelen. ADH staat ook bekend als vasopressine omdat het in zeer hoge concentraties vernauwing van de bloedvaten veroorzaakt, waardoor de bloeddruk stijgt door verhoging van de perifere weerstand. De afgifte van ADH wordt gecontroleerd door een negatieve terugkoppellus. Wanneer de osmolariteit van het bloed daalt, voelen de osmoreceptoren van de hypothalamus deze verandering en veroorzaken zij een overeenkomstige daling van de afscheiding van ADH. Als gevolg daarvan wordt er minder water uit het urinefiltraat gereabsorbeerd.

Interessant is dat medicijnen de secretie van ADH kunnen beïnvloeden. Alcoholconsumptie remt bijvoorbeeld de afgifte van ADH, wat resulteert in een verhoogde urineproductie die uiteindelijk kan leiden tot uitdroging en een kater. Een ziekte die diabetes insipidus wordt genoemd, wordt gekenmerkt door een chronische onderproductie van ADH die chronische uitdroging veroorzaakt. Omdat er weinig ADH wordt geproduceerd en uitgescheiden, wordt er niet genoeg water door de nieren geresorbeerd. Hoewel patiënten dorst voelen en hun vochtinname verhogen, leidt dit niet tot een effectieve verlaging van de oplosmiddelconcentratie in hun bloed omdat het ADH-niveau niet hoog genoeg is om de waterreabsorptie in de nieren op gang te brengen. In ernstige gevallen van diabetes insipidus kan een verstoring van de elektrolytenbalans optreden.

Anterior Pituitary

De anterior hypofyse ontstaat in het embryo vanuit het spijsverteringskanaal en migreert tijdens de foetale ontwikkeling in de richting van de hersenen. Er zijn drie regio’s: de pars distalis is de meest voorste, de pars intermedia grenst aan de achterste hypofyse, en de pars tuberalis is een slanke “buis” die het infundibulum omsluit.

Houd in gedachten dat de achterste hypofyse geen hormonen produceert, maar ze slechts opslaat. De voorste hypofyse produceert daarentegen wel hormonen. De afscheiding van hormonen door de voorste hypofyse wordt echter geregeld door twee soorten hormonen. Deze hormonen – afgescheiden door de hypothalamus – zijn de hormonen die hormonen afgeven en de afscheiding van hormonen door de hypofyse stimuleren en de hormonen die de afscheiding remmen.

Hypothalamische hormonen worden afgescheiden door neuronen, maar komen de hypofyse binnen via bloedvaten (figuur 3). Binnen het infundibulum bevindt zich een brug van haarvaten die de hypothalamus met de hypofyse voorin verbindt. Dit netwerk, dat het hypofyseale portale systeem wordt genoemd, maakt het mogelijk hypothalamische hormonen naar de hypofyse voor te transporteren zonder eerst in de systemische circulatie terecht te komen. Het systeem vindt zijn oorsprong in de superieure hypofyseale slagader, die aftakt van de halsslagaders en bloed naar de hypothalamus transporteert. De takken van de superieure hypofyseale slagader vormen het hypofyseale portale systeem (zie figuur 3). De hormonen die de hypothalamus afgeven en remmen, gaan via een primaire capillaire plexus naar de poortaders, die ze naar de hypofyse anterior voeren. De door de voorste hypofyse geproduceerde hormonen (als reactie op de vrijstellende hormonen) komen in een secundaire capillaire plexus terecht, en vloeien van daaruit in de circulatie.

De voorste hypofyse produceert zeven hormonen. Dit zijn het groeihormoon (GH), het schildklier-stimulerend hormoon (TSH), het adrenocorticotroop hormoon (ACTH), het follikel-stimulerend hormoon (FSH), het luteïniserend hormoon (LH), bèta-endorfine en prolactine. Van de hormonen van de voorste hypofyse worden TSH, ACTH, FSH en LH gezamenlijk aangeduid als tropische hormonen (trope- = “draaien”), omdat zij de functie van andere endocriene klieren in- of uitschakelen.

Groeihormoon

Het endocriene systeem regelt de groei van het menselijk lichaam, de eiwitsynthese, en de cellulaire replicatie. Een belangrijk hormoon dat bij dit proces betrokken is, is groeihormoon (GH), ook somatotropine genoemd – een eiwithormoon dat wordt geproduceerd en afgescheiden door de voorste hypofyse. Zijn voornaamste functie is anabool; het bevordert de eiwitsynthese en de weefselopbouw door directe en indirecte mechanismen (figuur 4). Het GH-gehalte wordt geregeld door het vrijkomen van GHRH en GHIH (ook bekend als somatostatine) uit de hypothalamus.

Een glucose-sparend effect treedt op wanneer GH de lipolyse stimuleert, ofwel de afbraak van vetweefsel, waarbij vetzuren in het bloed vrijkomen. Hierdoor schakelen veel weefsels over van glucose op vetzuren als voornaamste energiebron, waardoor minder glucose uit de bloedbaan wordt opgenomen.

GH initieert ook het diabetogene effect, waarbij GH de lever stimuleert glycogeen af te breken tot glucose, dat vervolgens in het bloed wordt opgenomen. De naam “diabetogeen” is afgeleid van de overeenkomst in verhoogde bloedglucosespiegels die is waargenomen tussen personen met onbehandelde diabetes mellitus en personen die een GH-overschot hebben. De bloedglucosespiegels stijgen als gevolg van een combinatie van glucosesparende en diabetogene effecten.

GH bemiddelt indirect de groei en eiwitsynthese door de lever en andere weefsels aan te zetten tot de productie van een groep eiwitten die insuline-achtige groeifactoren (IGF’s) worden genoemd. Deze eiwitten bevorderen de celproliferatie en remmen apoptose, of geprogrammeerde celdood. IGF’s stimuleren cellen om hun opname van aminozuren uit het bloed te verhogen voor eiwitsynthese. Skeletspier- en kraakbeencellen zijn bijzonder gevoelig voor stimulering door IGF’s.

Disfunctie van de controle van het endocriene systeem op de groei kan leiden tot verschillende aandoeningen. Zo is gigantisme een aandoening bij kinderen die wordt veroorzaakt door de afscheiding van abnormaal grote hoeveelheden GH, wat leidt tot overmatige groei. Een vergelijkbare aandoening bij volwassenen is acromegalie, een aandoening die leidt tot de groei van botten in het gezicht, handen en voeten als reactie op een te hoog GH-gehalte bij personen die zijn gestopt met groeien. Abnormaal lage niveaus van GH bij kinderen kunnen leiden tot groeistoornissen – een aandoening die hypofysaire dwerggroei wordt genoemd (ook bekend als groeihormoondeficiëntie).

Thyroïd-Stimulerend Hormoon

De activiteit van de schildklier wordt geregeld door thyroïd-stimulerend hormoon (TSH), ook wel thyrotropine genoemd. TSH komt vrij uit de voorste hypofyse als reactie op thyrotropin-releasing hormone (TRH) uit de hypothalamus. Zoals we binnenkort zullen bespreken, zet het de afscheiding van schildklierhormonen door de schildklier in gang. In een klassieke negatieve terugkoppellus zetten verhoogde niveaus van schildklierhormonen in de bloedbaan vervolgens een daling van de productie van TRH en vervolgens TSH in gang.

Adrenocorticotroop hormoon

Het adrenocorticotroop hormoon (ACTH), ook wel corticotropine genoemd, stimuleert de bijnierschors (de meer oppervlakkige “schors” van de bijnieren) tot de afscheiding van corticosteroïdhormonen, zoals cortisol. ACTH is afkomstig van een voorlopermolecuul dat bekend staat als pro-opiomelanotropine (POMC), dat na splitsing verschillende biologisch actieve moleculen produceert, waaronder ACTH, melanocyten-stimulerend hormoon, en de hersenopioïde peptiden die endorfine worden genoemd.

De afgifte van ACTH wordt geregeld door het corticotropine-releasing hormoon (CRH) vanuit de hypothalamus, als reactie op normale fysiologische ritmen. De rol van ACTH in de stressrespons wordt verderop in dit hoofdstuk besproken.

Volliculair-Stimulerend Hormoon en Luteïniserend Hormoon

De endocriene klieren scheiden een verscheidenheid aan hormonen af die de ontwikkeling en regulering van het voortplantingssysteem regelen (deze klieren omvatten de voorste hypofyse, de bijnierschors en de geslachtsklieren – de testes bij mannen en de eierstokken bij vrouwen). Een groot deel van de ontwikkeling van het voortplantingssysteem vindt plaats tijdens de puberteit en wordt gekenmerkt door de ontwikkeling van geslachtsspecifieke kenmerken bij zowel mannelijke als vrouwelijke adolescenten. De puberteit wordt op gang gebracht door het gonadotropine-releasing hormoon (GnRH), een hormoon dat door de hypothalamus wordt geproduceerd en afgescheiden. GnRH stimuleert de voorste hypofyse tot de afscheiding van gonadotropines-hormonen die de functie van de geslachtsklieren reguleren. Het niveau van GnRH wordt geregeld via een negatieve terugkoppellus; hoge niveaus van voortplantingshormonen remmen de afgifte van GnRH. Gedurende het hele leven reguleren gonadotrofinen de voortplantingsfunctie en, in het geval van vrouwen, het begin en einde van de voortplantingscapaciteit.

De gonadotrofinen omvatten twee glycoproteïnehormonen: follikelstimulerend hormoon (FSH) stimuleert de productie en rijping van geslachtscellen, of gameten, waaronder eicellen bij vrouwen en sperma bij mannen. FSH bevordert ook de groei van follikels; deze follikels geven vervolgens oestrogenen af in de vrouwelijke eierstokken. Luteïniserend hormoon (LH) brengt bij vrouwen de eisprong op gang, evenals de productie van oestrogenen en progesteron door de eierstokken. LH stimuleert de produktie van testosteron door de mannelijke teelballen.

Prolactine

Zoals de naam al aangeeft, bevordert prolactine (PRL) de lactatie (melkproduktie) bij vrouwen. Tijdens de zwangerschap draagt het bij tot de ontwikkeling van de melkklieren, en na de geboorte stimuleert het de melkklieren tot de productie van moedermelk. De effecten van prolactine zijn echter sterk afhankelijk van de permissieve effecten van oestrogenen, progesteron en andere hormonen. En zoals eerder opgemerkt, vindt de afgifte van melk plaats als reactie op stimulatie door oxytocine.

Bij een niet-zwangere vrouw wordt de prolactine-afscheiding geremd door prolactine-remmend hormoon (PIH), dat in feite de neurotransmitter dopamine is, en wordt afgegeven door neuronen in de hypothalamus. Alleen tijdens de zwangerschap stijgt de prolactinespiegel als reactie op prolactine-afgevend hormoon (PRH) uit de hypothalamus.

Tussenliggende hypofyse: Melanocyte-Stimulating Hormone

De cellen in de zone tussen de hypofysekwabben scheiden een hormoon af dat bekend staat als melanocyte-stimulerend hormoon (MSH) en dat wordt gevormd door splitsing van het pro-opiomelanocortine (POMC) precursor-eiwit. De lokale productie van MSH in de huid is verantwoordelijk voor de melanineproductie als reactie op blootstelling aan UV-licht. De rol van het door de hypofyse geproduceerde MSH is gecompliceerder. Zo hebben mensen met een lichtere huid over het algemeen dezelfde hoeveelheid MSH als mensen met een donkere huid. Toch kan dit hormoon de huid donkerder maken door de melanineproductie in de melanocyten van de huid op gang te brengen. Vrouwen vertonen ook een verhoogde MSH-productie tijdens de zwangerschap; in combinatie met oestrogenen kan dit leiden tot een donkerdere huidpigmentatie, vooral van de huid van de tepelhof en de kleine schaamlippen. Figuur 5 is een overzicht van de hypofysehormonen en hun voornaamste effecten.