Ormoni e comportamento Andrea Camperio Ciani

LE PRINCIPALI GHIANDOLE ENDOCRINE Gli ormoni sono sostanze chimiche secrete nel torrente sanguigno da parte di cellule specializzate e trasportate in altre parti del corpo dove agiscono su particolari tessuti bersaglio per produrre effetti fisiologici specifici. Molti ormoni sono prodotti da ghiandole endocrine, così dette perché secernono gli ormoni all’interno del corpo.

IL PRIMO ESPERIMENTO DI ENDOCRINOLOGIA COMPORTAMENTALE Berthold castrò giovani galli (gruppo 2) e osservò che gli animali mostravano un declino del comportamento sessuale e dei caratteri sessuali secondari quali la cresta. Inoltre, osservò anche che il reimpianto di un testicolo (gruppo 3) faceva recuperare sia il comportamento normale dei galli sia le loro creste. Essi riprendevano a cantare e mostravano comportamenti sessuali usuali. Poiché attraverso il reimpianto del testicolo non venivano ristabilite le connessioni nervose, Berthold concluse che il testicolo rilasciava nel sangue una sostanza chimica capace di influenzare sia il comportamento che le strutture corporee.

TECNICHE DI ENDOCRINOLOGIA Esistono due metodi per mettere in evidenza i recettori per gli ormoni: 1. Autoradiografia. Iniettando l’ormone marcato radioattivamente, questo si accumula nelle regioni del cervello che hanno i recettori per l’ormone. Successivamente, sezionando il cervello e ponendolo su una lastra fotografica, le particelle radioattive colpiranno la pellicola fotografica e la impressioneranno. Quando l’ormone marcato è un ormone proteico, la radioattività si accumula nelle membrane delle cellule e appare in particolari strati del cervello. Con elaborazioni al computer si possono sviluppare delle mappe colorate che evidenziano le aree con alta densità di recettori (vedi figura). Autoradiografia dell’ossitocina

Quando l’ormone marcato è uno steroide, come il testosterone, la radioattività si accumula nei nuclei delle cellule del cervello e lascia dei piccoli punti sulla pellicola (vedi figura). Autoradiografia dell’androgeno

2. Il secondo metodo è l’immunoistochimica, con il quale si impiegano anticorpi che riconoscono l’ormone o il recettore dell’ormone, consentendo di mappare la distribuzione dei recettori ormonali nel cervello (vedi figura). Fibre di ormone di ratto normale e castrato

TIPI DI COMUNICAZIONE CHIMICA NEGLI ORGANISMI 1. Comunicazione sinaptica. Nella trasmissione sinaptica (chiamata anche funzione neurocrina), il segnale chimico, dopo essere stato rilasciato, diffonde attraverso la fessura sinaptica e causa un cambiamento nella polarizzazione della membrana postsinaptica (fig. a). 2. Comunicazione autocrina. Nella comunicazione autocrina il rilascio di un ormone agisce sulla cellula che lo rilascia regolandone la sua stessa attività (fig. b). 3. Comunicazione paracrina. Nella regolazione paracrina, il segnale chimico rilasciato diffonde fino a cellule bersaglio adiacenti attraverso lo spazio extracellulare (fig. c). L’impatto più forte è esercitato sulla cellula più vicino.

4. Comunicazione endocrina 4. Comunicazione endocrina. Nella regolazione endocrina, il segnale chimico è un ormone rilasciato nel flusso sanguigno e raccolto selettivamente dagli organi bersaglio che possono trovarsi anche a grande distanza dal sito di rilascio dell’ormone (fig. d). 5. Comunicazione feromonale. I feromoni sono ormoni prodotti da un individuo e quindi rilasciati all’esterno del corpo per influenzare altri individui della stessa specie (fig. e). 6. Comunicazione con allomoni. Alcuni segnali chimici sono rilasciati dai membri di una specie e influenzano il comportamento degli individui di un’altra specie. Questi ormoni sono chiamati allomoni e possono portare messaggi fra specie animali o fra piante e animali (fig. f).

MOLTEPLICITA’ D’AZIONE DEGLI ORMONI Uno stesso ormone spesso ha effetti multipli (ormone A e C) su molti gruppi di cellule bersaglio diverse. Parimenti, uno stesso processo può essere influenzato da ormoni diversi.

COMUNICAZIONE NERVOSA E ORMONALE Nella comunicazione nervosa le connessioni anatomiche fra i neuroni determina la trasmissione di informazioni da una cellula all’altra. I segnali nervosi sono rapidi (in millisecondi) e sono per lo più “tutto o nulla” (fig. a). Nella comunicazione ormonale i segnali endocrini sono trasmessi attraverso il circolo sanguigno e sono riconosciuti da recettori appropriati in siti specifici dell’organismo (fig. b). I neuroni dell’ipotalamo (cellule neuroendocrine) sintetizzano ormoni e li rilasciano nel circolo sanguigno. Queste cellule neuroendocrine fanno da interfaccia fra i neuroni e le ghiandole endocrine, ricevendo i segnali nervosi da altri neuroni e rilasciando un ormone nel circolo sanguigno (fig. c).

STRUTTURE CHIMICHE DEGLI ORMONI Ci sono tre categorie principali di ormoni: 1. Gli ormoni proteici sono composti da amminoacidi legati fra loro secondo una ben precisa sequenza (fig. a). Si differenziano fra loro per la sequenza amminoacidica. 2. Gli ormoni steroidei sono composti da quattro anelli di atomi di carbonio (fig. b). Si differenziano per il numero e il tipo di atomi legati agli anelli. 3. Gli ormoni amminici sono composti formati da singoli amminoacidi che hanno subito opportune modificazioni (fig. c).

GLI ORMONI TROPICI DELL’IPOFISI ANTERIORE L’ipofisi anteriore secerne sei ormoni tropici principali. I primi due regolano la funzione della corticale surrenale (ACTH) e della tiroide (TSH), altri due influenzano le gonadi (LH e FSH) e gli ultimi due controllano la produzione del latte (prolattina) e la crescita corporea (ormone della crescita GH).

L’IPOFISI L’ipofisi (volume 1 cm3, peso circa 1 grammo) è situata sotto il cervello ed è costituita di due parti principali: 1. L’ipofisi anteriore, 2. L’ipofisi posteriore. L’ipofisi è connessa all’ipotalamo attraverso un sottile tratto di tessuto chiamato peduncolo ipofisario, che contiene molti assoni ed è riccamente vascolarizzato. Gli assoni si estendono solamente all’ipofisi posteriore, mentre i vasi sanguigni trasmettono l’informazione solamente all’ipofisi anteriore.

I DUE PRINCIPALI MECCANISMI D’AZIONE DEGLI ORMONI 1. Azione degli ormoni proteici: le proteine recettrici degli ormoni sono inserite nella membrana cellulare. Quando l’ormone si lega al recettore viene attivato un sistema di secondi messaggeri che influenza vari processi cellulari diversi (fig. a). 2. Azione degli ormoni steroidei: gli ormoni steroidei diffondono passivamente nella cellula e legandosi a molecole di recettore, che si trovano all’interno delle cellule bersaglio, formano il complesso recettore-ormone steroideo che si lega al DNA determinando effetti multipli (fig. b).

I MECCANISMI A FEEDBACK I sistemi ormonali sono in grado di controllare e valutare gli effetti dell’ormone attraverso un sistema a feedback (retroazione) negativo. 1. Nel tipo più semplice di controllo a feedback, una ghiandola endocrina rilascia un ormone che agisce sulle cellule bersaglio ed ha anche un’azione retroattiva che inibisce la ghiandola che lo rilascia (feedback autocrino, fig. a). 2. L’ormone di una ghiandola endocrina agisce su una cellula bersaglio producendo una specifica serie di effetti biologici, le cui conseguenze sono rilevate dalla ghiandola endocrina che inibisce l’ulteriore rilascio di ormone (fig. b).

I MECCANISMI A FEEDBACK 3. L’ipotalamo controlla la ghiandola endocrina attraverso segnali sia ormonali che nervosi. Le conseguenze degli effetti inibiscono l’ipotalamo (fig. c). 4. Meccanismi a feedback più complessi coinvolgono l’ipotalamo, l’ipofisi anteriore e la ghiandola endocrina utilizzando vie ed ormoni diversi (fig. d).

UN ESEMPIO DI REGOLAZIONE ENDOCRINA COMPLESSA Il cervello convoglia le informazioni all’ipotalamo, che controlla l’ipofisi anteriore, la quale a sua volta stimola la tiroide, costituendo un sistema con tre ormoni e quattro gruppi di cellule diversi. Tessuto di cellule endocrine

L’IPOFISI POSTERIORE L’ipofisi posteriore contiene due ormoni principali: - l’ossitocina, - l’ormone antidiuretico (ADH) chiamato anche vasopressina perché dotato di proprietà vasocostrittrici. Questi due ormoni vengono sintetizzati dai neuroni dei nuclei ipotalamici sopraottico e sopraventricolare e vengono trasportati alle loro terminazioni assoniche, dove vengono rilasciati nei capillari dell’ipofisi posteriore non appena arriva il potenziale d’azione, entrando in circolo rapidamente.

IL RIFLESSO DI PRODUZIONE DEL LATTE L’ossitocina induce anche il riflesso di emissione del latte, per contrazione delle cellule della ghiandola mammaria. La stimolazione del capezzolo materno effettuata dalla suzione del neonato induce un’attività nel cervello della madre che attiva l’ipotalamo, il quale produce ossitocina, che viene rilasciata dall’ipofisi posteriore, che causa la contrazione delle cellule della ghiandola mammaria rilasciando il latte.

L’IPOFISI ANTERIORE I corpi delle cellule neuroendocrine dell’ipotalamo sintetizzano differenti ormoni rilascianti e vengono trasportati alle loro terminazioni assoniche dove vengono rilasciati, all’arrivo del potenziale d’azione, in un elaborato sistema di capillari chiamato sistema portale ipotalamo-ipofisario. Gli ormoni rilascianti corrono lungo le vene fino all’ipofisi anteriore, dove influenzano, stimolando o inibendo, le cellule che producono gli ormoni tropici, i quali circolano nel sistema sanguigno e regolano le ghiandole endocrine in tutto il corpo.

FINE