下丘脑-垂体单位

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下丘脑-垂体单位(hypothalamo-pituitary unit), 神经系统内分泌系统的结合部,其中包括内分泌系统的主腺垂体下丘脑垂体形态结构和内分泌功能是一体,不可分割,可视为一个单位。下丘脑的核群是具有内分泌功能的神经组织,它在接受神经冲动后可释放神经递质激素而且兴奋某些内分泌激素的释放,使由神经释放的能量转变为内分泌物质,调节机体各器官功能,以适应机体内外环境的变化。因此下丘脑—垂体单位在人体各种功能的调控、整合过程中起着重要作用。在下丘脑—垂体单位中,不论是下丘脑、垂体腺或垂体柄有病变,临床上均可表现为垂体功能紊乱。若为占位性病变如颅咽管瘤垂体瘤等,除了引起内分泌功能紊乱以外,还可压迫邻近器官,引起其他系统的功能障碍。常见的有压迫视交叉引起的视力视野改变,侵入海绵窦即影响第Ⅲ、Ⅴ和Ⅵ脑神经的功能。

目录

解剖

人体下丘脑位于间脑正中基底部,在丘脑腹侧,构成第三脑室的底部和侧壁下部。前方以视交叉及终板为界,后方以乳头体脚间窝为界。下方通过垂体柄与垂体相连。重约4g,仅为大脑重量的1/350。人垂体是一个豌豆大的小腺体,重量为0.4~1.1g,位于颅底蝶骨垂体窝蝶鞍中。垂体与颅腔硬脑膜构成的鞍隔相隔开。蝶鞍两旁是海绵窦,内有第Ⅲ、Ⅴ、Ⅵ脑神经及三叉神经的一支。垂体腺与下丘脑通过垂体柄及垂体门脉紧密相连。

组织结构

人垂体腺前后叶结构差异很大。后叶实质上是下丘脑的延续。下丘脑的神经核群可分为两类:①大细胞性神经核群(如视上核室旁核)。细胞大,着色深,分泌的神经垂体激素随轴突运至神经垂体,贮存于赫林式小体;②小细胞性核群。细胞小,位于下丘脑底部促垂体区,分泌的下丘脑激素随轴突终止于正中隆起,再由垂体门脉运送至垂体前叶垂体后叶主要是神经组织,由下丘脑垂体束的神经纤维毛细血管神经胶质细胞(又称垂体细胞)组成。它无腺体细胞,不能合成激素,仅为储存和释放下丘脑分泌的抗利尿激素催产素的器官。垂体前叶细胞呈不规则的团索状或腺泡样排列,细胞间伴有丰富血窦细胞质内有分泌器及激素颗粒。传统的染色方法将垂体细胞分为嗜酸、嗜碱及嫌色细胞,但这种分类方法不能反映细胞分泌激素的功能。20世纪后期用电子显微镜观察细胞的亚细胞结构和激素颗粒的形态、大小、密度及分布来分类垂体细胞,但电镜鉴定的垂体细胞颗粒的性质与免疫细胞化学染色的结果不完全一致。最好的分类垂体细胞的方法是用高度特异的抗体作免疫细胞化学染色;将人垂体细胞按其分泌功能分生长激素(GH)细胞、催乳素 (PRL)细胞、促甲状腺激素(TSH)细胞、促肾上腺皮质激素 (ACTH)细胞及促性腺激素 (GnH)细胞。这种分类方法虽可反映细胞分泌激素的性质,但仍不能完全反映激素分泌的功能状态。另外垂体前叶细胞的“一种细胞,一种激素”的学说也有许多例外,如促性腺激素细胞可不平行地分泌卵泡刺激素(FSH)及黄体生成素LH)两种激素,ACTH细胞分泌ACTH及有关肽,垂体嗜酸干细胞既分泌 GH,又分泌PRL。免疫组化双标染色证实多激素细胞和多激素颗粒的存在。

神经血管分布

垂体前叶没有直接的神经支配,它通过特殊的垂体门脉血管系统与下丘脑发生紧密联系。垂体门脉系统始于下丘脑正中隆起的毛细血管网(初级毛细血管丛),汇集成几条小静脉(长门脉血管),沿着垂体柄的前方下降到垂体前叶,再分支成毛细血管网(次级毛细血管丛)成为垂体前叶主要的血液供应。下丘脑的小细胞神经元(如腹内侧核弓状核等)合成的下丘脑促垂体激素通过垂体门脉血管输送到垂体前叶以维持垂体细胞的结构与功能。

垂体后叶分泌的激素

加压素(即抗利尿激素 ADH)和催产素,主要在下丘脑的视上核和室旁核合成。在细胞内它们与神经垂体激素运载蛋白同时合成,并在同一前体中储存于分泌颗粒内,包裹成小囊,沿下丘脑垂体束的轴突随轴浆流向后叶,在毛细血管附近的神经末梢内储存。当受到特异兴奋时,后叶激素即与其运载蛋白分离,释放入血流。ADH与催产素的结构很相似,只是第3、8 位的氨基酸有差异。ADH主要的生理作用是促进肾脏远曲小管和收集管对水的重吸收。当血浆浓缩,血渗透压升高兴奋位于视上核或第三脑室附近的渗透压感受器使ADH释放时,ADH收缩血管平滑肌,使血压升高。高浓度时能增加肝糖原的分解和抑制脂肪酸合成。协同ACTH释放激素 (CRH)促进垂体前叶ACTH的释放。80年代早期的研究认为大脑内的ADH与行为和记忆有关。调节ADH分泌的因素是血浆渗透压。低血压血容量减少、恶心呕吐低血糖血管紧张素Ⅱ应激均能兴奋ADH分泌。催产素主要作用在子宫乳腺上,使妊娠子宫收缩,能催产和防止产后出血。哺乳时,使乳腺导管平滑肌收缩,引起排乳。婴儿吸吮乳头是催产素分泌的特异刺激。妊娠临产时子宫体受到膨胀的刺激及宫颈受到压迫和牵引,通过子宫的神经感受器,将冲动传至下丘脑引起催产素分泌。催产素在男性尚没有肯定的作用。在男性和非孕妇女中调节催产素分泌的因素是一个尚待研究的问题。

垂体前叶分泌的激素

至少有七种,功能涉及生长发育、行为、生殖、泌乳和皮肤色素;影响糖类、脂肪核酸代谢;具有协调身体许多内分泌腺的功能,故有“内分泌统帅”之称。垂体前叶分泌的激素均为多肽蛋白质,按其结构可将它们分成三组。每组的激素在结构上密切相关,有相似的生物活性,推测在系统发育上由共同的祖先演变而来。

ACTH 及有关激素

此组多肽包括 ACTH、促黑色素(MSH) 、促脂素(LPH)、内啡肽(END),它们来源于共同的前体──促肾上腺皮质激素原(POMC)。ACTH是垂体前叶ACTH细胞产生的主要激素,主要生理作用是促进肾上腺皮质的束状带和网状带增生及糖类皮质类固醇的分泌和合成,对盐类皮质类固醇的分泌只有很弱的作用。在垂体的提取物中可分离出三种MSH,即 α-MSH、β-MSH和γ-MSH。 α-MSH和β-MSH与ACTH的结构有相同之处,因此ACTH具有一些MSH样活性,其活性顺序是α-MSH>β-MSH>ACTH。β-MSH可能不是真正的激素,而是β-LPH的降解产物。γ-MSH是否有某些激素作用尚不清楚。α-MSH是垂体中间叶分泌的主要激素。胎儿的中间叶有较多α-MSH。成人的中间叶退化,其细胞分散到前叶,α-MSH分泌量极低,但孕妇垂体 α-MSH分泌量增加。人类长期注射MSH可使皮肤色素增加。在胎儿时期,垂体α-MSH对促进肾上腺皮质的生长和功能可能是重要的。β-LPH和γ-LPH有弱的促脂肪分解作用,但主要是作为β-MSH和β-END的前体。β-END属阿片肽,有强的镇痛作用及兴奋垂体释放GH和 PRL作用,但垂体中的β-END的生理意义还有待进一步研究。

GH和PRL两者是结构相近的单链蛋白质激素,它们一级结构中约25%的氨基酸完全相同,与胎盘生乳素(hPL)的结构也非常相似。GH是具有种属特异性的激素,不同种属动物的GH化学结构、免疫活性和生物活性都有较大的差异。现已成功地用基因重组技术合成hGH,并用于垂体侏儒的治疗。GH最明显的生理作用是刺激软骨肌肉和其他组织的增生肥大,从而促进躯体生长。GH促生长作用主要通过兴奋肝、肾等组织合成生长介素(SMC)来完成。此外,GH有促进蛋白质合成、加强肝糖原异生、拮抗胰岛素及动员储存脂肪的作用。人PRL由198个氨基酸组成,结构虽然与GH相似,但生物功能却不同。在哺乳动物,PRL的主要生理作用是促进乳腺的生长、发育,发动和维持泌乳。在性腺及下丘脑水平有抑制GnRH的作用,引起闭经不育,但男性高 PRL血症患者发生阳萎的机制尚不清楚。

糖蛋白激素

一组含碳水化合物的蛋白质激素。属于这一组的垂体前叶激素FSH、LH和TSH三种。胎盘的绒毛膜促性腺激素HCG也属此类激素。FSH和LH在两性的生理作用不同,在女性 FSH促进卵泡发育成熟,与LH一起促使雌激素的分泌,进一步引起排卵。LH参与FSH促卵泡成熟及排卵作用,随后使卵泡转变为黄体促进雌激素及孕激素的分泌。在男性 FSH协同睾酮促进曲精小管的生长及精子生成,LH则主要促使睾丸间质细胞增殖及睾酮的合成和分泌。另一个糖蛋白激素是促甲状腺激素(TSH),它促进甲状腺的生长和甲状腺激素的合成与分泌。

垂体前叶激素的合成和分泌在下丘脑的精密控制下进行。下丘脑分泌特异的促垂体激素对垂体前叶功能进行调节。已知每一种前叶激素受一种或多种下丘脑激素的调节,而每一种下丘脑激素能影响1种或2种前叶激素的功能。按照下丘脑激素的作用性质可分为两大类:一类是兴奋垂体前叶激素的分泌;另一类是抑制垂体前叶激素的分泌。在前叶激素中,①LH、 FSH、ACTH只受下丘脑兴奋性的影响。②另一些激素如GH、PRL、TSH和MSH 等却在下丘脑的兴奋和抑制性影响的两重控制下。③在正常情况下,下丘脑对PRL和MSH的调节以抑制性作用为主。目前对下丘脑促垂体激素的化学本质尚未完全清楚。为了使垂体前叶激素水平保持相对稳定,又能对机体内外环境的剧烈变化起反应,垂体前叶中不是单方面接受下丘脑激素的调节,同时前叶激素本身及其靶腺激素和代谢产物一起直接对下丘脑或通过中枢神经系统其他部位再对下丘脑的促垂体激素进行反馈调节,从而调整垂体前叶激素的分泌,以适应内外环境的变化。

研究下丘脑—垂体单位的功能,寻找新的激素有下面几种方法:①电刺激或损伤下丘脑某一区域或核团,观察垂体激素的分泌情况,以了解下丘脑与垂体的关系。②移植垂体腺到远离下丘脑的地方或切断垂体柄使下丘脑与垂体联系中断,研究垂体激素的分泌。③电生理学方法。将微电极插入神经内分泌细胞,记录各种刺激引起细胞电活动的变化,以了解激素的释放过程。也可注入神经递质、激素和其他药物到细胞附近,观察细胞对这些化学因子的反应。④从下丘脑和垂体组织中提纯激素,分析其结构并合成激素,在整体和离体实验中研究其生物作用。⑤用免疫细胞化学染色方法研究各种激素的分布及合成部位。⑥用垂体腺的体外灌流或细胞培养方法,研究垂体激素的合成、分泌和调节。⑦测定外周血、门脉血和脑脊液等液体中垂体激素、下丘脑激素及其他活性因子的水平,以研究下丘脑—垂体单位的功能。常用测定激素的方法有放射免疫测定、放射受体测定和生物测定方法。⑧用下丘脑和垂体激素的单克隆抗体研究激素的结构与功能。

参考书目

G.M.Besser & A.G.Gudworth,Clinical Endocrinology ,Gower  Medical  Publishing  Ltd.,London,1987.

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