Osa hypotalamus – hypofýza – gonadální - Hypothalamic–pituitary–gonadal axis

Osa HPG

The osa hypotalamus – hypofýza – gonadální (Osa HPG) Odkazuje na hypotalamus, hypofýza, a pohlavní žlázy jako by tito jednotlivci endokrinní žlázy byly jedinou entitou. Protože tyto žlázy často jednají ve shodě, fyziologové a endokrinologové považuji za pohodlné a popisné mluvit o nich jako o jediném systému.

Osa HPG hraje rozhodující roli ve vývoji a regulaci řady systémů těla, jako je reprodukční a imunitní systém. Výkyvy v této ose způsobují změny hormonů produkovaných každou žlázou a mají různé lokální a systémové účinky na tělo.

Osa řídí vývoj, reprodukci a stárnutí zvířat. Gonadotropin uvolňující hormon (GnRH) je vylučován z hypotalamus podle Neurony exprimující GnRH. Přední část hypofýza vyrábí luteinizační hormon (LH) a folikuly stimulující hormon (FSH) a produkují pohlavní žlázy estrogen a testosteron.

v oviparous organismy (např. ryby, plazi, obojživelníci, ptáci), osa HPG se u žen běžně označuje jako osa hypotalamus-hypofýza-gonadální-játra (osa HPGL). Mnoho vaječných žloutků a choriových proteinů je syntetizováno heterologně v játrech, což je nezbytné pro růst a vývoj vajíček. Příklady takových nezbytných jaterních proteinů jsou vitellogenin a choriogenin.

The HPA, HPG a HPT osy jsou tři cesty, ve kterých fungují hypotalamus a hypofýza přímo neuroendokrinně.

Umístění a regulace

Regulace HPG u mužů, přičemž systém inhibin / aktivin hraje podobnou roli v buňkách produkujících GnRH.

The hypotalamus se nachází v mozku a vylučuje GnRH.[1] GnRH cestuje po přední části hypofýzy přes hypofyzární portálový systém a váže se na receptory na sekrečních buňkách adenohypofýza.[2] V reakci na stimulaci GnRH tyto buňky produkují LH a FSH, které cestují do krevního oběhu.[3]

Tyto dva hormony hrají důležitou roli při komunikaci s pohlavními žlázami. U žen FSH a LH působí primárně k aktivaci vaječníky produkovat estrogen a inhibin a regulovat menstruační cyklus a ovariální cyklus. Estrogen tvoří a smyčka negativní zpětné vazby inhibicí produkce GnRH v hypotalamu. Inhibin působí inhibovat aktivin, což je periferně produkovaný hormon, který pozitivně stimuluje buňky produkující GnRH. Follistatin, který se také produkuje ve všech tělesných tkáních, inhibuje aktivin a dává zbytku těla větší kontrolu nad osou. U mužů LH stimuluje intersticiální buňky umístěné v testy produkovat testosteron a FSH hraje roli v spermatogeneze. U mužů se vylučuje pouze malé množství estrogenu. Nedávný výzkum ukázal, že existuje neurosteroidní osa, která pomáhá mozkové kůře regulovat produkci GnRH v hypotalamu.[4]

Navíc, leptin a inzulín mají stimulační účinky a ghrelin má inhibiční účinky na hormon uvolňující gonadotropin (GnRH) sekrece z hypotalamus.[5] Kisspeptin také ovlivňuje sekreci GnRH.[6]

Funkce

Reprodukce

Jednou z nejdůležitějších funkcí osy HPG je regulace reprodukce řízením děložních a vaječníkových cyklů.[7] U žen Pozitivní zpětná vazba smyčka mezi estrogenem a luteinizačním hormonem pomáhá připravit folikul ve vaječníku a děloze na ovulaci a implantaci. Když se vajíčko uvolní, začne prázdný folikulární vak produkovat progesteron, aby inhiboval hypotalamus a přední hypofýzu, čímž zastaví smyčku zpětné vazby estrogen-LH. Pokud dojde k početí, sekrece progesteronu převezme placenta; matka tedy nemůže znovu ovulovat. Pokud nedojde k početí, snížení vylučování progesteronu umožní hypotalamu znovu zahájit sekreci GnRH. Tyto hladiny hormonů také řídí děložní (menstruační) cyklus, což způsobuje proliferační fázi při přípravě na ovulaci, sekreční fázi po ovulaci a menstruaci, pokud nedojde k početí. Aktivace osy HPG u mužů i žen během puberty také způsobuje, že jednotlivci získávají sekundární sexuální charakteristiky.

U mužů je produkce GnRH, LH a FSH podobná, ale účinky těchto hormonů jsou různé.[8] FSH stimuluje sustentakulární buňky uvolnit protein vázající androgen, který propaguje testosteron vazba. LH se váže na intersticiální buňky a způsobuje jejich vylučování testosteronu. Testosteron je vyžadován pro normální spermatogenezi a inhibuje hypotalamus. Inhibin je produkován spermatogenními buňkami, které také prostřednictvím deaktivace aktivinu inhibují hypotalamus. Po pubertě tyto hladiny hormonů zůstávají relativně konstantní.

Životní cyklus

Aktivace a deaktivace osy HPG také pomáhá regulovat životní cykly.[7] Při narození jsou hladiny FSH a LH zvýšené a ženy mají také celoživotní zásobu primárních oocytů. Tyto úrovně se snižují a v dětství zůstávají nízké. V průběhu puberta osa HPG je aktivována sekrecí estrogenu z vaječníků nebo testosteronu z testy. Tato aktivace estrogen a testosteron způsobuje fyziologické a psychologické změny. Po aktivaci osa HPG pokračuje u mužů po zbytek jejich života, ale u žen se stane deregulovanou, což vede k menopauza. Tato deregulace je způsobena hlavně nedostatkem oocytů, které normálně produkují estrogen, aby vytvořily smyčku pozitivní zpětné vazby. Během několika let klesá aktivita osy HPG a ženy již nejsou plodné.[9]

Ačkoli muži zůstávají plodní až do smrti, aktivita osy HPG klesá. Jak muži stárnou, testy začnou produkovat méně testosteronu, což vede ke stavu známému jako post-pubertální hypogonadismus.[8] Příčina sníženého testosteronu je nejasná a aktuální téma výzkumu. Postpubertální hypogonadismus má za následek progresivní úbytek svalové hmoty, nárůst viscerální tukové hmoty, ztrátu libida, impotenci, sníženou pozornost, zvýšené riziko zlomenin a abnormální produkci spermií.

Sexuální dimorfismus a chování

Sexuální steroidy ovlivňují také chování, protože pohlavní steroidy ovlivňují strukturu a fungování mozku. Během vývoje pomáhají hormony určovat, jak neurony synapse a migrovat vyústit v sexuální dimorfismy.[10] Tyto fyzické rozdíly vedou k rozdílům v chování. Zatímco nebylo prokázáno, že GnRH má přímý vliv na regulaci struktury a funkce mozku, prokázalo se, že gonadotropiny, pohlavní steroidy a aktivin mají takové účinky. Předpokládá se, že FSH může hrát důležitou roli ve vývoji a diferenciaci mozku.

Bylo prokázáno, že hladiny testosteronu souvisí prosociální chování.[11] To pomáhá vytvářet synaptogenezi podporou vývoje a migrace neuritů. Aktivin podporuje nervovou plasticitu po celý život a reguluje neurotransmitery periferních neuronů. Prostředí může také ovlivnit interakci hormonů a chování.[12] Ženy mají více vazeb mezi jazykovými oblastmi, které jim umožňují lepší komunikaci než muži. V průměru muži překonávají ženy testy prostorového uvažování, který je teoretizován jako výsledek sexuálních rozdílů.[Citace je zapotřebí ] Testosteron byl spojován s agresí a sexuální touhou; muži proto bývají konkurenceschopnější nebo agresivnější než ženy.[Citace je zapotřebí ] Ve všech těchto vlastnostech a hladinách hormonů existuje také velké množství individuální rozmanitosti.

Klinický význam

Poruchy

Poruchy osy hypotalamus-hypofýza-gonády jsou podle Světové zdravotnické organizace (WHO) klasifikovány jako:[13]

Genové mutace

Genetické mutace a chromozomální abnormality jsou dva zdroje změny osy HPG.[15] Jednotlivé mutace obvykle vedou ke změnám vazebné schopnosti hormonu a receptoru, což vede k inaktivaci nebo k nadměrné aktivaci. Tyto mutace se mohou vyskytovat v genech kódujících GnRH, LH a FSH nebo jejich receptory. V závislosti na tom, který hormon a receptor nejsou schopny vázat se vyskytují různé účinky, ale všechny mění osu HPG.

Například mužská mutace genu kódujícího GnRH může vést k hypogonadotropnímu hypogonadismu. Mutace, která způsobí zvýšení funkce pro LH receptor, může mít za následek stav známý jako testotoxikóza, který způsobí pubertu ve věku 2–3 roky. Ztráta funkce LH receptorů může způsobit mužský pseudohermafroditismus. U žen by mutace měly obdobné účinky. Hormonální náhradu lze použít k zahájení puberty a pokračování, pokud dojde k genové mutaci v genu kódujícím hormon. Chromozomální mutace mají tendenci ovlivňovat spíše produkci androgenu než osu HPG.

Potlačení

Osu HPG lze potlačit pomocí hormonální antikoncepce správa. Ačkoli se často popisuje jako prevence těhotenství napodobováním stavu těhotenství, hormonální antikoncepce je účinná, protože funguje na ose HPG a napodobuje luteální fázi ženského cyklu. Primární aktivní složky jsou syntetické progestiny, které napodobují biologicky odvozený progesteron. Syntetický progestin brání hypotalamu uvolňovat GnRH a hypofýze uvolňovat LH a FSH; proto brání ovariálnímu cyklu vstoupit do menstruační fáze a brání vývoji folikulů a ovulaci. Ve výsledku je také mnoho vedlejších účinků podobných příznakům těhotenství. Ukázalo se, že Alzheimerova choroba má hormonální složku, kterou lze případně použít jako metodu prevence nemoci.[16] Mužská antikoncepce využívání pohlavních hormonů přistupuje k problému podobným způsobem.

Osu HPG lze také potlačit pomocí Antagonisté GnRH nebo kontinuální podávání GnRH agonista, například v následujících aplikacích

Stimulace

Indukce ovulace se obvykle zpočátku provádí zadáním antiestrogen jako klomifen citrát nebo letrozol za účelem snížení negativní zpětné vazby na hypofýzu, což má za následek zvýšení FSH s cílem zvýšení folikulogeneze. Je to hlavní počáteční lékařské ošetření pro anovulace.

Faktory prostředí

Prostředí může mít velký dopad na osu HPG. Jedním z příkladů jsou ženy s poruchami příjmu potravy, které trpí oligomenoreou a sekundární amenoreou. Hladovění z mentální anorexie nebo bulimie způsobí deaktivaci osy HPG, což způsobí zastavení ovariálních a děložních cyklů žen. Stres, fyzické cvičení a ztráta hmotnosti souvisely s oligomenoreou a sekundární amenoreou.[17] Podobně mohou faktory prostředí ovlivňovat i muže, jako je stres impotence. Prenatální expozice alkoholu může ovlivnit hormony regulující vývoj plodu, což má za následek poruchu fetálního alkoholového spektra.[18]

Srovnávací anatomie

Osa HPG je v živočišné říši vysoce konzervovaná.[19] Zatímco reprodukční vzorce se mohou lišit, fyzické komponenty a kontrolní mechanismy zůstávají stejné. Stejné hormony se používají s několika malými evolučními modifikacemi. Velká část výzkumu se provádí na zvířecích modelech, protože tak dobře napodobují kontrolní mechanismus člověka. Je důležité si uvědomit, že lidé jsou jediným druhem, který skrývá své plodné období, ale tento účinek je spíše rozdílem v působení hormonů než rozdílem v ose HPG.

Viz také

Reference

  1. ^ Millar RP, Lu ZL, Pawson AJ, Flanagan CA, Morgan K, Maudsley SR (duben 2004). "Gonadotropin uvolňující hormonální receptory". Endocr. Rev. 25 (2): 235–75. doi:10.1210 / er.2003-0002. PMID  15082521.
  2. ^ Charlton H (červen 2008). "Hypotalamická kontrola funkce přední hypofýzy: historie". J. Neuroendocrinol. 20 (6): 641–6. doi:10.1111 / j.1365-2826.2008.01718.x. PMID  18601683.
  3. ^ Vadakkadath Meethal S, Atwood CS (únor 2005). „Role hormonů hypotalamus-hypofýza-gonadální v normální struktuře a fungování mozku“. Buňka. Mol. Life Sci. 62 (3): 257–70. doi:10.1007 / s00018-004-4381-3. PMID  15723162.
  4. ^ Meethal SV, Liu T, Chan HW, Ginsburg E, Wilson AC, Gray DN, Bowen RL, Vonderhaar BK, Atwood CS (srpen 2009). „Identifikace regulační smyčky pro syntézu neurosteroidů: steroidogenní akutní regulační mechanismus závislý na proteinu zahrnující receptory osy hypotalamus-hypofýza-gonády“. J. Neurochem. 110 (3): 1014–27. doi:10.1111 / j.1471-4159.2009.06192.x. PMC  2789665. PMID  19493163.
  5. ^ Comninos, A. N .; Jayasena, C. N .; Dhillo, W. S. (2013). "Vztah mezi střevními a tukovými hormony a rozmnožováním". Aktualizace lidské reprodukce. 20 (2): 153–74. doi:10.1093 / humupd / dmt033. PMID  24173881.
  6. ^ Skorupskaite, K .; George, J. T .; Anderson, R. A. (2014). „Cesta kisspeptin-GnRH v reprodukčním zdraví a nemocech člověka“. Aktualizace lidské reprodukce. 20 (4): 485–500. doi:10.1093 / humupd / dmu009. ISSN  1355-4786. PMC  4063702. PMID  24615662.
  7. ^ A b Katja Hoehn; Marieb, Elaine Nicpon (2007). Lidská anatomie a fyziologie. San Francisco: Pearson Benjamin Cummings. str. 1090–1110. ISBN  0-8053-5909-5.
  8. ^ A b Veldhuis JD, Keenan DM, Liu PY, Iranmanesh A, Takahashi PY, Nehra AX (únor 2009). „Stárnoucí mužská osa hypotalamus-hypofýza-gonád: pulzativita a zpětná vazba“. Mol. Buňka. Endokrinol. 299 (1): 14–22. doi:10.1016 / j.mce.2008.09.005. PMC  2662347. PMID  18838102.
  9. ^ Downs JL, Wise PM (únor 2009). „Role mozku v reprodukčním stárnutí žen“. Mol. Buňka. Endokrinol. 299 (1): 32–8. doi:10.1016 / j.mce.2008.11.012. PMC  2692385. PMID  19063938.
  10. ^ Hines M (červenec 1982). "Prenatální gonadální hormony a rozdíly v pohlaví v lidském chování". Psychol Bull. 92 (1): 56–80. doi:10.1037/0033-2909.92.1.56. PMID  7134329.
  11. ^ Wibral M, Dohmen T, Klingmüller D, Weber B, Falk A (2012). „Správa testosteronu snižuje lži u mužů“. PLOS ONE. 7 (10): e46774. doi:10.1371 / journal.pone.0046774. PMC  3468628. PMID  23071635.
  12. ^ Shepard KN, Michopoulos V, Toufexis DJ, Wilson ME (květen 2009). „Genetický, epigenetický a environmentální dopad na rozdíly mezi pohlavími v sociálním chování“. Physiol. Chovat se. 97 (2): 157–70. doi:10.1016 / j.physbeh.2009.02.016. PMC  2670935. PMID  19250945.
  13. ^ Stránka 54 v: Guillebaud, John; Enda McVeigh; Roy Homburg (2008). Oxfordská příručka reprodukční medicíny a plánování rodiny. Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press. ISBN  0-19-920380-6.
  14. ^ Baird, D. T .; Balen, A .; Escobar-Morreale, H. F .; Evers, J. L. H .; Fauser, B. C. J. M .; Franks, S .; Glasier, A .; Homburg, R .; La Vecchia, C .; Devroey, P .; Diedrich, K .; Fraser, L .; Gianaroli, L .; Liebaers, I .; Sunde, A .; Tapanainen, J. S .; Tarlatzis, B .; Van Steirteghem, A .; Veiga, A .; Crosignani, P. G .; Evers, J. L. H. (2012). „Zdraví a plodnost v anovulačních ženách skupiny 2 Světové zdravotnické organizace“. Aktualizace lidské reprodukce. 18 (5): 586–599. doi:10.1093 / humupd / dms019. PMID  22611175.
  15. ^ Isidori AM, Giannetta E, Lenzi A (2008). „Mužský hypogonadismus“. Hypofýza. 11 (2): 171–80. doi:10.1007 / s11102-008-0111-9. PMID  18404386.
  16. ^ Haasl RJ, Ahmadi MR, Meethal SV, Gleason CE, Johnson SC, Asthana S, Bowen RL, Atwood CS (2008). „Intronová varianta receptoru luteinizačního hormonu je významně spojena se sníženým rizikem Alzheimerovy choroby u mužů nesoucích alelu apolipoproteinu E epsilon4“. BMC Med. Genet. 9: 37. doi:10.1186/1471-2350-9-37. PMC  2396156. PMID  18439297.
  17. ^ Wiksten-Almströmer M, Hirschberg AL, Hagenfeldt K (2007). „Poruchy menstruace a související faktory u dospívajících dívek navštěvujících kliniku pro mládež“. Acta Obstet Gynecol Scand. 86 (1): 65–72. doi:10.1080/00016340601034970. PMID  17230292.
  18. ^ Weinberg J, Sliwowska JH, Lan N, Hellemans KG (duben 2008). „Prenatální expozice alkoholu: fetální programování, osa hypotalamus-hypofýza-nadledviny a rozdíly pohlaví ve výsledku“. J. Neuroendocrinol. 20 (4): 470–88. doi:10.1111 / j.1365-2826.2008.01669.x. PMID  18266938.
  19. ^ Sower SA, Freamat M, Kavanaugh SI (březen 2009). „Počátky endokrinních systémů obratlovců hypotalamus-hypofýza-gonadal (HPG) a hypotalamus-hypofýza-štítná žláza (HPT): nové poznatky z lampreys.“ Gen. Comp. Endokrinol. 161 (1): 20–9. doi:10.1016 / j.ygcen.2008.11.023. PMID  19084529.