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Hypothalamus

Hypothalamus

Der Hypothalamus ist eines der wichtigstes vegetativen Steuerungsorgane im Organismus und reguliert mehrere Hormone. Der Name setzt sich zusammen aus „hypo“ (griechisch, unter) und „thalamos“ (griechisch, kammer) und beschreibt damit die Lage des Hypothalamus unterhalb des Thalamus. 

Dieses Kapitel umschreibt keine Krankheiten, sondern die vielfältigen Funktionen des Hypothalamus als Zentrum des endokrinen Systems.

Die Aufgaben des Hypothalamus:
Der häufig mit HT abgekürzte Hypothalamus steuert

  1. Die Körpertemperatur
  2. Die Osmolarität und den Druck des Blutes
  3. Den Schlaf und den Tageslichtzyklus
  4. Diverse Hormone
    • (1) TRH
    • (2) CRH
    • (3) ADH
    • (4) GnRH
    • (5) GHRH
    • (6) Somatostatin
    • (7) MRH
    • (8) MIH
    • (9) Dopamin (bzw. PRL-IH)
    • (10) Oxytocin

Die Steuerungsart des Hypothalamus ist vielfach durch die enge Zusammenarbeit mit der Hypophyse geprägt und basiert auf der Freisetzung regulatorischer „Releasing Hormone“ (RH) oder „Inhibiting Hormone“ (IH). Somit ist der Hypothalamus ein übergeordnetes Steuerungszentrum.

I. Die Steuerung der Körpertemperatur durch den Hypothalamus

Die normale Körpertemperatur gesunder Pferde liegt bei neugeborenen Fohlen bis zum 5. Tag bei 38,5 bis 39,4°C. Die Körpertemperatur von Fohlen bei der Mutterstute liegt zwischen 38 bis 39°C, bei ausgewachsenen Pferden pendelt die Temperatur zwischen 37,3 bis 38,0°C. Bei Anstrengung steigt die Körpertemperatur eines ausgewachsenen Pferdes bis auf 41°C.

Die Regulation der Körpertemperatur ist in der Regio praeoptica des Hypothalamus beheimatet. In diesem Gebiet finden sich sowohl Kälte-sensitive als auch Wärme-sensitive Neurone (interessanterweise mehr als zehnmal soviele Wärme-sensitive Neurone). An die Wärme-sensitiven Neuronen können auch Fieber-vermittelnde Substanzen („Pyrogene“) ihre Wirkung vermitteln. Diese Neuronen vermitteln nun eine mittlere Körpertemperatur und können die verschiedenen Stellmechanismen der Thermoregulation beeinflussen. Zu diesen Mechanismen der Thermoregulation zählen kurzfristige Faktoren wie Zittern, Schwitzen oder Blutdruckveränderungen, mittelfristige Faktoren wie Fettverbrennung sowie langfristige Steuerungsfaktoren wie eine Beeinflussung von Haut und Fell (Winterfell, Sommerfell, Fellwechsel).

II. Die Steuerung von Osmolarität und Druck des Blutes durch den Hypothalamus

Unter Osmolarität versteht man die Menge an Stoffen in einer Lösung. In der (Tier-)Medizin spricht man meistens von der Osmolarität des Blutes und meint damit die Menge gelöster Stoffe im Blut.
Die Osmolarität des Blutes ist entscheidend für den Kreislauf - nicht aufgrund biochemischer sondern durch biophysikalische Eigenschaften. Das Blut von Mensch und Tier ist prinzipiell normales Wasser in dem eine Vielzahl komplexer Stoffe gelöst sind: Blutzellen, Mengen- und Spurenelemente, Zucker, Aminosäuren, Proteine. Vereinfacht ausgedrückt besitzen diese Stoffe eine Anziehungskraft und binden Wasser. Physikalisch wird immer ein Ausgleich zwischen zwei Flüssigkeiten hergestellt, die nur von einer semi-permeablen Membran von einander getrennt sind.
Im Experiment ist eine semi-permeable Membran eine Trennschicht, die nur Wasser, nicht aber größere Moleküle hindurch lässt. Füllt man nun ein Gefäß, welches von einer solchen Membran unterteilt ist, in die eine Seite Wasser und in die andere Seite eine „hyperosmolare“ Lösung (also eine Lösung mit höhrerer Osmolarität), wird Wasser von der einen Seite aus in die hyperosmolare Lösung diffundieren.
In der Natur stellt jede Zellwand eine solche semipermeable Membran dar, was auch die Wichtigkeit einer präzisen Steuerung der Osmolarität erklärt: jede Veränderung im Blut führt zu Wasserabgabe oder Wasseraufnahme der umgebenden Zellen, wodurch diverse Zellschäden entstehen können.
Zurück zum Hypothalamus: Dort finden sich der Nucleus paraventricularis sowie der Nucleus supraopticus. Diese „Kerne“ produzieren das Peptidhormon Vasopressin („Antidiuretisches Hormon“, kurz ADH). ADH gelangt vom Hypothalamus in die Neurohypophyse (den Hinterlappen der Hypophyse). Von der Hypophyse aus gelangt das ADH dann in den Portalkreislauf und erreicht die Niere. Dort führt ADH zu einer verstärkten Resorption von Wasser aus dem Primärharn. Somit verringert sich die Ausscheidung von Wasser über die Niere, dies erhöht das Volumen (und somit den Druck) des Blutes und verringert die Osmolarität.
Die Steuerung der Ausschüttung erfolgt über eine Kombination von Osmo- und Barorezeptoren des Hypothalamus, also einer Kombination der Messung von Osmolarität und Blutdruck.

III. Die Steuerung von Schlafs und Tageslichtzyklus durch den Hypothalamus

Der Nucleus tuberomammillaris im Hypothalamus produziert die Neurotransmitter Histamin sowie das Peptidhormon Orexin. Während Orexin führt zu gesteigerter Aufmerksamkeit sowie zu einem Hungergefühl. Es ist somit eine Art „Wake-up-Call“ für Mensch und Tier. Der Nucleus preopticus venterolateralis (VLPO) des Hypothalamus scheint gegenteilig dazu an der Schlafeinleitung beteiligt zu sein| Schlafstörungen gehen häufig auf Läsionen in diesem Kern zurück.

Der Nucleus suprachiasmaticus (SCN) steht in direkter Verbindung mit der Netzhaut (Retina). Im SCN sitzt die „innere Uhr“, also die Regelung des circadiane Rhythmus. Durch die Verbindung mit der Netzhaut kann der SCN die Freisetzung von Melatonin abhängig von der Helligkeit steuern. So wird Melatonin in den Abendstunden vermehrt ausgeschüttet und trägt zur Schlafeinleitung bei. Auch der Sexualrhythmus von saisonalen Tieren (Pferde, Schafe) wird so gesteuert: Stuten, welche eine Tragzeit von etwa 11 Monaten haben, werden bei sich verlängernden Tageslichtzeiten rossig. Demhingegen haben Schafe mit einer Tragezeit von etwa 5 Monaten eine umgekehrte Steuerung: Die Brünstigkeit beginnt wenn die Tageslichtdauer niedriger wird. So wird bei beiden Tierarten eine Geburt der Jungtiere im Frühjahr gewährleistet.

IV. Die Hormone des Hypothalamus

(1) TRH (Tyreotrophes Releasing Hormon)
TRH wird auch als Tyreoliberin bezeichnet und umschreibt ein Peptidhormon, welches im Hypothalamus gebildet wird und auf die Hypopyse wirkt. In der Hypophyse führt TRH zur Ausschüttung von TSH (Tyreoidea Stimulierendes Hormon), welches in der Schilddrüse die Freisetzung der eigentlichen Schilddrüsenhormone T3 und T4 bewirkt.
TRH bewirkt zudem die Freisetzung von Prolaktin in der Hypophyse.
Ein Mangel an TRH kann zu einer tertiären Hypothyreose (Schilddrüsen-Unterfunktion) führen. Wird trotz Anwesenheit von TRH von der Hypophyse zu wenig TSH ausgeschüttet, spricht man von einer sekundären Hypothyreose. Kann die Schilddrüse selbst trotz Stimulation durch TSH nicht ausreichend Schilddrüsenhormone freisetzen, spricht man von einer primären Hypothyreose.

Die Steuerung der TRH-Freisetzung ist momentan noch nicht hundertprozentig erforscht| neben der negativen Rückkopplung („negativ-feedback“) über die Schilddrüsenhormone T3 und T4 haben auch Körpertemperatur und Melatonin Einfluss auf die TRH-Ausschüttung.

(2) CRH (Corticotropin Releasing Hormon)
Das im Hypothalamus gebildete CRH wird auch als Corticoliberin bezeichnet und umschreibt ein Peptidhormon, welches im Nucleus paraventricularis entsteht. CRH gelangt durch die Hypophysenpfortader zur Hypophyse, wo es indirekt die Ausschüttung von ACTH (Adrenocorticotropes Hormon) und die Stimulation des sympathischen Nervensystems bewirkt. ACTH seinerseits fördert dann die Freisetzung der Corticoide.
Die Ausschüttung von CRH wird durch das circadiane System und ein Wechselspiel aus negativen Rückkopplungen gesteuert und schwankt stark. Morgens ist die Sekretion stets stärker als Abends. Das Vorkommen von Glucocorticoiden (das körpereigene „Kortison“) führt zu einer Verminderung der Produktion von CRH. Demhingegen können Entzündungsreaktionen im Körper (insbesondere chronische Entzündungen, bei denen Interleukin-1-Beta (IL-1β) oder Tumornekrosefaktoren (TNF) freigesetzt werden, die Ausschüttung von CRH steigern.
Über diese positive Rückkopplung ist auch die Freisetzung von CRH (und somit im Endeffekt von Glucocorticoiden) bei chronischen Erkrankungen verständlich.

(3) ADH (Antidiuretisches Hormon, „Dursthormon“, Vasopressin)
Die Kerne Nucleus paraventricularis sowie Nucleus supraopticus finden sich im Hypothalamus. Dort wird das Peptidhormon Vasopressin („Antidiuretisches Hormon“, kurz ADH) produziert.
ADH gelangt vom Hypothalamus in die Neurohypophyse (den Hinterlappen der Hypophyse). Von der Hypophyse aus gelangt das ADH dann in den Portalkreislauf und erreicht die Niere. Dort führt ADH zu einer verstärkten Resorption von Wasser aus dem Primärharn. Somit verringert sich die Ausscheidung von Wasser über die Niere, dies erhöht das Volumen (und somit den Druck) des Blutes und verringert die Osmolarität.
Die Steuerung der Ausschüttung erfolgt über eine Kombination von Osmo- und Barorezeptoren des Hypothalamus, also einer Kombination der Messung von Osmolarität und Blutdruck.
Bei einer Niereninsuffizienz ist die Steuerung von Blutdruck und Osmolarität gestört, was zu den klassischen Symtomen einer Nierenerkrankung führt (Bluthochdruck, Polyurie, Polydipsie).

(4) GnRH (Gonadotropin Releasing Hormon bzw. Gonadoliberin)
GnRH wird im Hypothalamus synthetisiert und dient der Steuerung der Freisetzung von LH und FSH aus der Hypophyse. Somit wirkt GnRH als indirektes Sexualhormon und ist notwendigerweise an der Brunstregulation beteiligt.
Die Freisetzung von GnRH erfolgt pulsatil, wobei die Pulsfrequenz beim Pferd 90 - 120 Minuten beträgt.

(5) GHRH (Growth Hormon Releasing Hormon bzw. Somatoliberin)
Das im Hypothalamus gebildete GhRH steuert die Freisetzung des Wachstumshormons Somatotropin (STH) aus der Hypophyse. Zudem begünstigt es den Tiefschlaf.
Somatotropin selbst wirkt indirekt, indem es an den Somatropin-Rezeptor bindet, der ein Transkriptionsfaktor. Ziel dieses Transkriptionsfaktors ist der Insulinähnliche Wachstumsfaktor 1 (IGF-1). Dieser steuert die Produktion einer Vielzahl von anderen Proteinen und es deshalb insbesondere im Wachstum lebensnotwendig.
Der Gegenspieler des Somatoliberins ist das Somatostatin (SRIH).

(6) GHIH (Growth Hormon Inhibiting Hormon bzw. Somatostatin)
Unter Somatostatin bezeichnet man den Gegenspieler des Wachstumshormons, welcher die hypophysäre Produktion von Somatotropin hemmt. Trivialname ist deshalb auch SIH. Somatostatin hat jedoch ebenfalls Wirkung auf andere endokrine Organe und wird ebenfalls von der Bauchspeicheldrüse ausgeschüttet. Es beeinflusst somit auch Gastrin, Sekreten, Insulin, Glukagon, Cortisol und TSH.

(7) MRH (Melatonin Releasing Hormon)
Das MRH steuert die Ausschüttung des Melatonins. Melatonin ist ein besonderes Hormon, welches in der Zirbeldrüse produziert wird. Das Hormon Melatonin unterliegt einem komplexen, Tageslichtabhängigen Regelkreis und wird fast ausschließlich nachts produziert. Es steuert den Tag-Nacht-Rhythmus und hat Auswirkungen auf Hirnstamm, Blutgefäße und Immunsystem.

(8) MIH (Melatonin Inhibiting Hormon)
Gegenspieler bzw. negatives Steuerelement der Melatonin-Synthese ist das MIH. Neuere Studien lassen jedoch vermuten dass die eigentliche Melatonin-Steuerung eher passiv über den Tageslicht-Rhythmus als über ein negativ-feedback erfolgt. MIH wird jedoch eine Regulationsfunktion der Nahrungsaufnahme (über den NPY-Pathway) zugeschrieben.

(9) Dopamin (bzw. PRL-IH, Prolaktin-Inhibiting Hormon)
Dopamin zählt zu den Katecholaminen und ist ein wichtiger, erregender Neurotransmitter des Nervensystems. Dopamin findet sich in Nervenden und Nebenniere als Vorstufe von Noradrenalin.
Dopamin hat somit viele Wirkungen: es überträgt Nervenreize und scheint beim Menschen in diesem Kontext an der Entstehung von Parkinson beteiligt zu sein. Zudem scheinen Verbindungen zu Suchtempfinden, ADHS und Psychosen zu bestehen.
Als hemmendes Hormon wirkt Dopamin auf den Hypophysenvorderlappen, wo es die Freisetzung von Prolactin (PRL) hemmt. PRL ist entscheidend am Sexualzyklus sowie der Milchproduktion beteiligt. Moderne Tierarzneimittel gegen Scheinträchtigkeit (Lactatio falsa) sind Prolactin-Hemmer.

(10) Oxytocin
Das Hormon Oxytocin ist ein enorm wichtiger Botenstoff, welcher sowohl die Gebärmutter-Kontraktion während der Geburt als auch das Verhalten von Eltern und Nachwuchs mit steuert. Zudem ist Oxytocin für die Milchproduktion verantwortlich. Ein starker Stimulus für die Freisetzung von Oxytocin ist das Saugen des Jungtieres (oder des Säuglings) an der Brust der Mutter. Auch andere angenehme Berührungen können eine Oxytocin-Ausschüttung bewirken. Das Hormon ist an der Stressregulierung beteiligt| starke Ausschüttungen - z.B. beim Saugen des Fohlens - können das Stressniveau deutlich absenken.
Der Name Oxytocin setzt sich übrigens aus der altgriechischen Wortkombination ōkys und tokos zusammen und bedeutet übersetzt „leicht gebärend“.