Fisiologia d'organo

Sistema endocrino

Il sistema endocrino, come quello nervoso, concorre alla comunicazione tra gli organi permettendo l'integrazione delle varie funzioni. Esso utilizza dei messaggeri estremamente diversi rispetto a quelli utilizzati dal sistema nervoso (SN). Infatti, il SN dà origine a segnali precisi con trasmissione molto rapida permessa dai segnali elettrici e chimici, e dà una risposta precisa perché tutte le cellule contattate dal SN sono sollecitate alla risposta (risposta puntiforme).

Il sistema endocrino (SE), invece, è estremamente diverso; anch'esso ha un segnale molto specifico, che si basa su molecole ormonali che agiscono su recettori specifici localizzati sui tessuti periferici. Quindi, la risposta è specifica, ma estremamente lenta perché si serve del liquido circolatorio e dei liquidi interstiziali per far circolare l'ormone, che è il messaggero. Il grande vantaggio del sistema endocrino è che con un unico messaggio può contattare più organi e la loro possibilità di risposta dipende dalla presenza o meno dei sistemi recettoriali.

Confronto tra sistema nervoso e sistema endocrino

Gli ormoni sono lasciati nel torrente circolatorio solo in caso di necessità, per questo intervengono processi omeostatici. Gli ormoni controbilanciano l'alterazione ambientale che ne ha causato il rilascio. Gli esempi includono l'insulina, rilasciata quando si ha un aumento del glucosio ematico e il suo effetto è quello di ristabilire il livello di glucosio in range fisiologici/standard.

Coinvolgimento del sistema endocrino

Il sistema endocrino è coinvolto anche in alcuni processi fondamentali per la sopravvivenza, come:

• Crescita
• Sviluppo
• Maturazione
• Riproduzione
• Invecchiamento

Questa azione si coordina con l'azione del sistema nervoso mantenendo sempre le due distinzioni: SN molto rapido, ma selettivo, SE più lento ma diffusivo.

Elementi essenziali del sistema endocrino

Il sistema endocrino si serve di tre elementi essenziali:

• Ormoni: che sono di natura diversa
• Ghiandole endocrine: ben definite e presenti in vari organi
• Tessuti: che cooperano alla formazione delle proforme ormonali, come rene e cute. Essi sono responsabili delle modifiche che portano alla formazione dell'ormone maturo.

Ghiandole endocrine principali

• Ipotalamo
• Ipofisi e epifisi
• Ghiandola tiroidea e paratiroidi
• Ghiandola del surrene
• Timo

Si hanno poi una miriade di cellule a funzione endocrina:

• Cellule legate al cuore: peptide natriuretico atriale che controlla la pressione arteriosa
• Cellule nel rene: fibroblasti peritubulari sintetizzano EPO. Nella regione midollare, invece, prostaglandine hanno azione vasodilatatrice. Mentre a livello della macula densa, la renina consente la conversione di angiotensina a angiotensina II
• Cellule nel tessuto adiposo: leptina regola l'appetito a lungo termine
• Cellule del tratto digerente: vi sono 10 ormoni che regolano l'alimentazione e la digestione tra cui: gastrina, serotonina, secretina, colecistochinina, grelina.
• Cellule del tessuto osseo: osteoblasti e osteocalcina inibiscono la deposizione di grassi (=bilancio energetico)

Asse ipotalamico-ipofisario

Questo asse è fondamentale perché controlla la funzionalità della maggior parte delle ghiandole endocrine presenti all'interno del nostro organismo. Tale struttura è formata da:

Ipotalamo

L'ipotalamo è formato da una serie di nuclei a funzione endocrina. In quanto opera all'interno del SN, l'ipotalamo rappresenta la struttura grazie alla quale i cambiamenti ambientali esterni e interni sono rilevati e questi permettono l'alterazione dell'attività endocrina. Costituisce un centro integrativo essenziale per la sopravvivenza di un organismo; è connesso in entrata e in uscita con il SNC e comunica per via ematica segnali agli organi periferici rispondendo alle loro sollecitazioni.

Ipofisi

La struttura ghiandolare a tutti gli effetti. Grazie ai suoi ormoni controlla diversi tessuti, ma anche direttamente ghiandole. L'ipofisi, a sua volta, è formata da:

• Adenoipofisi: lobo anteriore all'interno del quale si trovano le cellule endocrine. È di dimensioni maggiori rispetto all'altro lobo ed è in grado di sintetizzare e secernere sei ormoni differenti.
• Neuroipofisi: lobo posteriore. È un'estensione del SN perché è collegato all'ipotalamo dal peduncolo ipofisario. In questa zona sono presenti gli assoni terminali dei neuroni magnocellulari. Inoltre, è in grado di secernere due ormoni diversi: vasopressina e ossitocina.
• Lobo intermedio: funzione incerta

Ipotalamo e ipofisi sono altamente legati tra di loro con strutture nervose e vascolari e danno origine a una complessa unità funzionale che controlla:

• Metabolismo idrico
• Secrezione di latte
• Crescita corporea
• Riproduzione
• Crescita e attività secretoria di tiroide, ghiandole surrenali e gonadi

Adenoipofisi e neuroipofisi sono diverse, infatti la struttura dell'adenoipofisi è più ghiandolare mentre quella della neuroipofisi ricorda più il SN. Questo perché sono strutture che derivano da due tessuti embrionali differenti. La neuroipofisi deriva da un'estroflessione del diencefalo, mentre l'adenoipofisi è un'estroflessione del tessuto epiteliale che ricopre il tratto digerente. Durante lo sviluppo le due strutture si sono avvicinate fino a prendere contatto per poi fondersi, andando a formare la vera e propria ipofisi. Le connessioni con il SN non sono andate perse, infatti tale comunicazione è mantenuta dal peduncolo ipofisario, mentre la connessione con il tubo digerente durante lo sviluppo viene a mancare.

Nell'insieme le due strutture sintetizzano e rilasciano 16 ormoni che agiscono controllando la funzione della maggior parte di ghiandole e organi. Proprio per questo, l'asse ipotalamico-ipofisario è alla base della funzione endocrina. Grazie all'ipotalamo e alle connessioni con il SN, quest'asse rende conto di come le condizioni ambientali, come stress e cambiamenti emotivi, registrate dal SNC, possano influenzare la secrezione ormonale tramite meccanismi, tipicamente nervosi, che si affiancano a meccanismi tipicamente ormonali basati sul feedback fisiologico del controllo del rilascio degli ormoni stessi.

Come l'ipotalamo controlla le funzioni dell'ipofisi?

Ci sono due meccanismi con cui l'ipotalamo si contatta con l'ipofisi e ne controlla la funzione:

1. Condiviso con alcuni neuroni a funzione endocrina che si trovano nella parte anteriore dell'ipotalamo. Questi neuroni secernono ormoni nel letto capillare che regolano la funzione dell'ipofisi.
2. Ci sono due nuclei nella parte posteriore dell'ipotalamo molto importanti in quanto essi stessi secernono e rilasciano a livello dell'ipofisi posteriore gli ormoni.

Neuroni magnocellulari

A livello della neuroipofisi vi sono i neuroni magnocellulari, neuroni a funzione endocrina così chiamati per le loro importanti dimensioni; essi hanno il corpo cellulare in due nuclei posteriori dell'ipotalamo: il nucleo paraventricolare e il nucleo sopraottico. L'assone di questi neuroni si porta a livello della neuroipofisi, quindi nella regione posteriore dell'ipofisi, mediante il peduncolo ipofisario e a livello della neuroipofisi si rilasceranno nel torrente circolatorio gli ormoni che essi stessi sintetizzano. Il collegamento tra ipotalamo e ipofisi posteriore è di tipo nervoso.

Nel corpo cellulare, situato nell'ipotalamo, avviene la sintesi e l'immagazzinamento degli ormoni in vescicole che sono trasportate lungo l'assone, che attraversa il peduncolo ipofisario, terminando poi a livello della neuroipofisi in prossimità di un letto capillare: qui, mediante un meccanismo di esocitosi regolata, vengono rilasciati direttamente nel torrente circolatorio gli ormoni sintetizzati dai neuroni magnocellulari. Sono solo due gli ormoni che sono sintetizzati dai neuroni magnocellulari: ossitocina e vasopressina. La natura dei due peptidi è molto simile: essi sono costituiti dallo stesso numero e dagli stessi amminoacidi, ad eccezione di un solo amminoacido, l'isoleucina presente nell'ossitocina, e la fenilalanina presente nella vasopressina.

Ossitocina

Anch'essa è prodotta dai nuclei sopraottici e paraventricolari ed agisce a livello delle ghiandole mammarie e dell'utero. In particolare, agisce a livello della cervice uterina dove induce le contrazioni, e a livello della ghiandola mammaria dove favorisce la fuoriuscita del latte. I segnali che dettano la secrezione di questo ormone sono segnali nervosi che sono avvertiti o a livello della ghiandola mammaria o a livello della cervice uterina. In particolare, la pressione esercitata dal bambino al momento del parto sulla cervice uterina determina lo stiramento dei meccanocettori presenti sulla parete uterina stessa e causa l'attivazione di una via nervosa complessa che determina un segnale ascendente che arriva ai neuroni ipotalamici. Così l'ossitocina viene rilasciata. Il rilascio dell'ossitocina è controllato da un feedback positivo. Anche la suzione del bambino determina l'attivazione della via nervosa che sta alla base del rilascio dell'ossitocina.

Vasopressina, ADH, ormone antidiuretico

Agisce a livello del rene e viene sintetizzato a partire dai neuroni magnocellulari nei nuclei sia sopraottico che paraventricolare. Tale ormone è rilasciato a livello della neuroipofisi nel torrente circolatorio ed interviene nel bilancio idrico perché una volta rilasciato, il suo bersaglio d'azione è il dotto collettore dove, andando a controllare le acquaporine, presenti sulle membrane luminarie che tappezzano le pareti del dotto, controlla in modo regolato l'assorbimento di acqua. La sua secrezione è strettamente controllata: come tutti gli ormoni, viene rilasciato solo quando il corpo ne ha l'esigenza ed i segnali chimici e nervosi che permettono la sua secrezione sono:

• Variazione dell'osmolarità e delle soluzioni a livello del circolo sanguigno: questo fattore viene sentito direttamente da neuroni ipotalamici ed è rappresentato dall'aumento dell'osmolarità dei liquidi circolanti dettando il rilascio di questi ormoni.
• Caduta pressione sanguigna: è un segnale avvertito dal seno carotideo (nella periferia), ed è rappresentato da una caduta della pressione sanguigna. Neuroni presenti a livello del seno carotideo (barocettori) avvertono questo cambiamento di pressione e grazie alle connessioni nervose a livello dell'ipotalamo posteriore indirizzano la secrezione dell'ormone.
• Caduta volume sanguigno a livello dell'arco aortico: (anche questo percepito nella periferia) qui ci sono dei volocettori (percepiscono variazioni di volume) che sono connessi mediante fibre nervose ai neuroni ipotalamici e una diminuzione del volume detta il rilascio dell'ormone stesso.

Neuroni parvocellulari

Il secondo meccanismo con cui ipotalamo e ipofisi si connettono coinvolge la parte anteriore sia ipotalamica che ipofisaria. Qui abbiamo la presenza di neuroni parvocellulari con funzione neuroendocrina e che governano l'attività: essi sono piccoli e originano da diversi nuclei presenti a livello ipotalamico, ma terminano tutti a livello dell'eminenza mediana. Questa è la regione di connessione tra ipotalamo e ipofisi; a livello dell'eminenza mediana esiste un letto capillare a livello del quale i neuroni rilasciano i loro ormoni che non sono altro che fattori che promuovono o inibiscono il rilascio degli ormoni dell'ipofisi. Questi neuroni parvocellulari terminano quindi in un letto vascolare che poi irrora l'adenoipofisi. La connessione tra ipotalamo e ipofisi anteriore è di tipo vascolare.

Sistema portale ipotalamico-ipofisario

Il meccanismo di comunicazione vascolare è dettato dal sistema portale ipotalamico-ipofisario, uno dei sistemi portali del nostro organismo. Il sangue entra a livello dell'eminenza mediale attraverso l'arteria ipofisaria superiore e a livello dell'eminenza forma un plesso capillare a livello del quale terminano i neuroni parvocellulari. Il sangue nel plesso viene raccolto da due vasi, i vasi portali, lunghi vasi che attraversano il peduncolo ipofisario e si portano all'interno dell'adenoipofisi. Qui costituiscono il secondo plesso capillare che serve a distribuire gli ormoni ipotalamici alle cellule nell'adenoipofisi e a raccogliere il prodotto generato dalle cellule dell'adenoipofisi nel distretto sanguigno che esce poi dall'ipofisi attraverso la vena ipofisaria.

Regolazione del rilascio degli ormoni

Gli ormoni sono sintetizzati a livello ipotalamico dai neuroni parvocellulari che terminano a livello del primo plesso capillare, cioè nell'eminenza mediana: qui sono rilasciati nel torrente circolatorio (vescicole gialle). Attraverso i vasi portali, gli ormoni ipotalamici raggiungono l'adenoipofisi ed entrano nel secondo letto capillare che ha una duplice funzione:

• Consente agli ormoni di entrare in contatto con tutte le cellule dell'adenoipofisi e sotto il controllo dei neuroni ipotalamici viene deciso se rilasciare o inibire la secrezione di ormoni opportuni.
• Consente di raccogliere il prodotto ormonale (vescicole azzurre) dell'adenoipofisi e, attraverso la vena ipofisaria, lasciare l'adenoipofisi e raggiungere il sistema circolatorio dove gli ormoni andranno ad attivare recettori presenti su ghiandole dei tessuti muscolari.

È fondamentale avere un sistema portale e non una semplice connessione nervosa perché gli ormoni sintetizzati dall'adenoipofisi, e quindi i fattori che rilasciano o inibiscono l'attività delle cellule dell'adenoipofisi, sono molteplici. Quindi solo un sistema capillare può garantire che anche una piccola quantità di ormoni rilasciati dall'ipotalamo possano entrare in contatto con tutte le cellule dell'adenoipofisi e quindi controllarne la funzionalità.

Ormoni rilasciati dal sistema ipotalamico-ipofisario anteriore

Gli ormoni rilasciati dai neuroni ipotalamici (sono sette) a seconda se promuovono o inibiscono il rilascio di ormoni da parte dell'adenoipofisi vengono chiamati trofine e inibine. Di norma predominano le trofine sulle inibine, che, in modo estremamente selettivo, vanno a controllare gli ormoni che sono rilasciati a livello dell'ipofisi anteriore. Gli ormoni rilasciati dall'ipotalamo sono:

• Dopamina o PIH
• Ormone che induce il rilascio di prolattina PRH
• Ormone tireotropo TRH
• Ormone di rilascio della corticotropina CRH
• GHIH
• GHRH
• Ormone di rilascio delle gonadotropine GnRH

Gli ormoni rilasciati dall'adenoipofisi sono sei e hanno funzione trofica o tropica sulle ghiandole periferiche, in modo specifico:

• Prolattina
• Ormone tireostimolante o TSH
• Ormone adrenocorticotropo ACTH
• Ormone della crescita GH
• Ormone follicolostimolante FSH
• Ormone luteinizzante LH

Esempio: la prolattina agisce a livello della mammella favorendo l'attivazione delle ghiandole mammarie e la produzione di latte. Quindi, l'attività della mammella è sotto il controllo dell'ormone ipofisario, la prolattina, che a sua volta è controllata da due fattori: il primo che induce il rilascio della prolattina (PRH), mentre il secondo che inibisce la prolattina, il fattore inibente il rilascio di prolattina (PIH) che è la dopamina. Le cellule dell'adenoipofisi rilasciano ormoni trofici o tropici che attivano le ghiandole endocrine o sostengono la funzione di organi periferici.

Sono diverse le ghiandole a funzione endocrina regolate dall'asse ipotalamico-ipofisario e queste possono controllare la funzionalità di tessuti bersaglio o di altre ghiandole. Solo due ormoni prodotti dall'adenoipofisi agiscono sui tessuti bersaglio e sono la prolattina, a livello della ghiandola mammaria, e l'ormone della crescita a livello di diversi target come il sistema muscolo scheletrico. Tutti gli altri ormoni, invece, agiscono su altre cellule che fanno parte di ghiandole endocrine, regolandone la funzionalità e sono l'ormone tireostimolante che agisce a livello della tiroide, l'ormone adrenocorticotropo che agisce a livello del surrene, le gonadotropine (ormone luteinizzante e follicolostimolante) che agiscono a livello delle gonadi (ovaio o testicolo). Sono proprio questi quattro ormoni che controllano le ghiandole periferiche che costituiscono gli assi endocrini del nostro organismo.

Assi endocrini

Sono tre gli assi endocrini che abbiamo nel nostro organismo:

1. Asse ipotalamico-ipofisario-tiroideo: fondamentale per controllare l'attività della tiroide e il rilascio degli ormoni tiroidei.
2. Asse ipotalamico-ipofisario-ghiandola del surrene: che è molto importante per controllare i livelli circolanti di cortisolo.
3. Asse ipotalamico-ipofisario-gonadico: che è fondamentale per controllare l'attività e lo sviluppo delle gonadi e la secrezione di androgeni, estrogeni e progesterone.

Meccanismo di rilascio degli ormoni

All'interno degli assi, il meccanismo di regolazione degli ormoni è estremamente peculiare ed è sotto il controllo di un feedback.