Hypotalamo-hypofýzo-adrenokortikálna os Zatiaľ čo katecholamíny sa začínajú uvoľňovať už v priebehu niekoľkých sekúnd po pôsobení stresora, k zvýšeniu plazmatických hladín glukokortikoidov, efektorových molekúl hypotalamo-hypofýzo-adrenokortikálnej osi, dochádza až o niekoľko minút po začatí pôsobenia stresora. Tento časový posun je daný viacerými vmedzerenými krokmi, ktoré nasledujú po centrálnej aktivácii hypotalamo-hypofýzo-adrenokortikálnej osi a ktoré vedú k zvýšeniu vyplavovania glukokortikoidov z kôry nadobličiek. Jedným zo základných účinkov glukokortikoidov je zabezpečiť také metabolické zmeny, ktoré umožnia organizmu počas stresovej situácie fungovať aj napriek tomu, že katecholamíny výrazne zvýšili nároky aktívnych tkanív na dodávku energie. Aktivácia hypotalamo-hypofýzo-adrenokortikálnej osi teda obmedzuje potenciálne poškodzujúci účinok intenzívnej stimulácie sympatikoadrenálneho systému, ku ktorému dochádza počas záťažových situácií. Na druhej strane sú to práve glukokortikoidy, ktoré v prípade dlhodobej aktivácie hypotalamo-hypofýzo-adrenokortikálnej osi vedú v dôsledku allostatického preťaženia k maladaptívnym reakciám, medzi ktoré patria napríklad inzulínová rezistencia a ďalšie metabolické poruchy, inhibícia imunitných reakcií, ako aj narušenie činnosti neurónov mozgu.
Anatomické a funkčné charakteristiky HPA os je kľúčovým neuroendokrinným systémom, ktorý sa podieľa na udržiavaní každodennej energetickej rovnováhy a predstavuje základný systém neuroendokrinnej stresovej reakcie. Pozostáva z troch do série usporiadaných zložiek spojených prostredníctvom cievneho systému: neuroendokrinných neurónov nucleus paraventricularis hypothalami, ktoré syntetizujú CRH a u niektorých živočíšnych druhov aj vazopresín(avp); kortikotropných endokrinných buniek adenohypofýzy, ktoré syntetizujú ACTH; buniek kôry nadobličiek, ktoré syntetizujú glukokortikoidy(v závislosti od živočíšneho druhu kortizol alebo kortikosterón). Činnosť každej z uvedených troch zložiek je modulovaná nervovými a humorálnymi dráhami(fink, 2010). Neuroendokrinné neuróny nucleus paraventricularis hypothalami V dorzálnej časti mediálnej parvocelulárnej oblasti PVN sa nachádzajú neuroendokrinné neuróny syntetizujúce CRH, podieľajúce sa na regulácii stresovej reakcie. U potkana sa nachádza na každej strane v mediálnej parvocelulárnej oblasti PVN približne 2000 neurónov syntetizujúcich CRH. Axóny týchto neurónov končia v blízkosti portálneho kapilárneho plexu vo vonkajšej zóne eminentia mediana. U viacerých živočíšnych druhov sa na regulácii sekrécie ACTH podieľa okrem CRH aj vazopresín uvoľňovaný do portálneho cievneho riečiska. U potkanov je vazopresín syntetizovaný asi v polovici neuroendokrinných neurónov PVN syntetizujúcich CRH. Tieto neuróny sú najpočetnejšie v dorzálnej časti mediálnej parvocelulárnej oblasti PVN. Zdá sa, že vazopresín zohráva významnú úlohu v modulácii pôsobenia CRH na kortikotropné bunky adenohypofýzy, avšak rozsah jeho pôsobenia sa líši medzi jednotlivými živočíšnymi druhmi. Vazopresín syntetizovaný v parvocelulárnych neurónoch PVN sa nachádza vo vezikulách s denzným jadrom spoločne s molekulami CRH(Fink, 2010). Regulácia činnosti neurónov syntetizujúcich kortikoliberín Aktivita neurónov mediálnej parvocelulárnej oblasti PVN, syntetizujúcich CRH v reakcii na pôsobenie stresorov, je regulovaná viacerými štruktúrami mozgu, pričom tieto 137
138 STRES A ADAPTÁCIA Obrázok 28. Schematické znázornenie štruktúr, ktoré regulujú aktivitu neurónov mediálnej parvocelulárnej oblasti nucleus paraventricularis hypothalami(pvn) syntetizujúcich kortikoliberín(crh). ACTH adrenokortikotropný hormón; AVP vazopresín; BST nucleus interstitialis striae terminalis; CNS centrálny nervový systém; CRIF kortikostatín; GABA kyselina γ aminomaslová; MePO mediálna preoptická hypotalamická oblasť; MeA mediálne jadrá amygdaly; NTS nucleus tractus solitarii; NPY neuropeptid Y; OVLT organum vasculosum laminae terminalis;pomc proopiomelanokortín;sfo organumsubfornicale;5-ht sérotonín; + stimulačnépôsobenie; inhibičnépôsobenie(upravenépodľakronenbergaspol.,2008). možno rozdeliť na štruktúry, ktoré inervujú neuróny mediálnej parvocelulárnej oblasti PVN priamo a na štruktúry, ktoré regulujú aktivitu neurónov mediálnej parvocelulárnej oblasti PVN nepriamo prostredníctvom iných štruktúr nachádzajúcich sa blízko PVN, napríklad nucleus interstitialis striae terminalis alebo peri-paraventrikulárna hypotalamická oblasť(obr. 28).
12. Anatomické a funkčné charakteristiky 139 CRH neuróny sú inervované priamo neurónmi nachádzajúcimi sa v mozgovom kmeni, v hypotalame a v cirkumventrikulárnych orgánoch predného mozgu. Priama noradrenergická inervácia PVN z mozgového kmeňa prechádza vo ventrálnom noradrenergickom zväzku, pričom zohráva zásadnú úlohu v prenose viscerosenzitívnych signálov k neuroendokrinným neurónom. Noradrenergická inervácia parvocelulárnych neuroendokrinných neurónov PVN pochádza prevažne z A2 bunkovej skupiny, nachádzajúcej sa v mediálnej a komisurálnej oblasti nucleus tractus solitarii. A2 bunková skupina prijíma signály prenášané do mozgu primárnymi aferentnými neurónmi nervus vagus a nervus glossopharyngeus a funguje ako prepájacia štruktúra podieľajúca sa na prenose viscerosenzitívnych signálov do PVN. Menšia časť noradrenergickej inervácie PVN pochádza z A1 a A6(locus coeruleus) bunkových skupín. Väčšina adrenergických vlákien(ktoré obsahujú aj neuropeptid Y) pochádza z C1 bunkovej skupiny. Medzi hypotalamické štruktúry, ktoré priamo inervujú neuróny mediálnej parvocelulárnej oblasti PVN, patria nucleus dorsomedialis, niektoré preoptické jadrá a peri-paraventrikulárna oblasť. Neuróny týchto štruktúr uvoľňujú v PVN glutamát, kyselinu γ-aminomaslovú a ďalšie neurotransmitery. Organum subfornicale a organum vasculosum laminae terminalis sú cirkumventrikulárne orgány, ktorých cievy nemajú vyvinutú hematoencefalickú bariéru, a preto umožňujú pôsobenie humorálnych faktorov na štruktúry centrálneho nervového systému. Oba tieto cirkumventrikulárne orgány sa nachádzajú v prednom mozgu a priamo inervujú neuróny PVN. Predpokladá sa, že sú obzvlášť významné pre sprostredkovanie reakcie HPA osi na zvýšené cirkulujúce hladiny angiotenzínu II (obzvlášť organum subfornicalae) a zvýšenú osmolalitu plazmy(organum vasculosum laminae terminalis). Na uvedených reguláciách sa môže podieľať aj ďalšia skupina neurónov rostrálnej časti hypotalamu, nucleus preopticus medialis. Signály z telencefalických štruktúr, zahŕňajúcich amygdalu, hipokampus a laterálne jadrá septa, pravdepodobne zohrávajú primárnu úlohu v sprostredkovaní kognitívnych vplyvov na aktivitu HPA osi. Avšak uvedené oblasti predného mozgu neprojikujú k neurónom PVN priamo a ich vplyv na aktivitu CRH neurónov a sekréciu ACTH je preto pravdepodobne sprostredkovaný skôr viacerými podoblasťami nucleus interstitialis striae terminalis. V týchto reguláciách zohráva významnú úlohu inhibičný neurotransmiter, kyselina γ-aminomaslová(fink, 2010). Kortikotropné bunky adenohypofýzy Adenohypofýzu tvorí neneuronálne tkanivo, ktoré vzniká z ektodermálnej výchlipky stropu ústnej dutiny, Rathkeho puzdra. Rozlišujú sa tri časti adenohypofýzy, pars distalis, pars tuberalis a pars intermedia. Pars tuberalis predstavuje asi 75% adenohypofýzy a obsahuje kortikotropné bunky, ktoré syntetizujú ACTH z jeho prekurzorovej molekuly, proopiomelanokortínu. Kortikotropy sú navzájom oddelené cievnymi sínusmi s tenkou stenou a sú zavzaté do retikulárneho tkaniva, ktoré vytvára pevnejšiu štruktúru. Na základe afinity k farbivám patria kortikotropy k bazofilne sa farbiacim bunkám(kronenberg a spol., 2008). Regulácia funkcie kortikotropov Uvoľňovanie ACTH z kortikotropov je regulované prevažne prostredníctvom CRH, uvoľňovaného zo zakončení neurónov PVN. Axóny neuroendokrinných CRH neurónov
140 STRES A ADAPTÁCIA mediálnej parvocelulárnej oblasti PVN končia v oblasti eminentia mediana, v blízkosti primárnych kapilár hypofýzového portálneho systému. Tento cievny systém je tvorený sieťou stočených fenestrovaných kapilár, axonálnych zakončení a tanycytov, špecializovaných ependymálnych buniek, ktorých výbežky vybiehajú z tretej komory k axonálnym zakončeniam, nachádzajúcim sa v oblasti kapilárneho plexu. Neuróny syntetizujúce CRH, ktoré regulujú činnosť kortikotropov v adenohypofýze, uvoľňujú kortikoliberín do krvného riečiska prostredníctvom hypofýzového portálneho systému eminentia mediana, čo umožňuje humorálny transport CRH k bunkám adenohypofýzy. CRH a vazopresín uvoľnené do hypofýzovej portálnej cirkulácie pôsobia stimulačne na kortikotropy, ktoré syntetizujú a uvoľňujú ACTH. Na základe reakcií na CRH a vazopresín sa rozlišujú tri typy kortikotropov; kortikotropy, ktoré reagujú na CRH, ale nie na vazopresín; kortikotropy reagujúce na vazopresín a kortikotropy reagujúce ako nacrh,takajvazopresín.zmenyvpomeremedzicrhavazopresínomtakmôžu ovplyvňovať celkový vzorec uvoľňovania ACTH(Kronenberg a spol., 2008). Kôra nadobličiek Na rozdiel od drene, má kôra nadobličiek mezodermálny pôvod. Na povrchu kôry sa nachádza fibrózna kapsula(bassett a West, 1997). U dospelých cicavcov je kôra nadobličiek rozdelená do troch zón, pričom ale zreteľnosť rozdelenia je variabilná. Vonkajšia zona glomerulosa obsahuje klbká zo stĺpcov buniek, ktoré pokračujú do prostrednej zona fasciculata. Medzi týmito stĺpcami buniek sa nachádzajú venózne sínusy. Vnútorná časť zona fasciculata prechádza do zona reticularis, kde sa bunkové stĺpce krížia a tvoria sieť(obr. 29). Zona glomerulosa predstavuje 15% hmoty nadobličiek, zona fasciculata 50% a zona reticularis 7%. V kôre nadobličiek sa nachádza veľké množstvo lipidov, hlavne vo vonkajších častiach zona fasciculata. Všetky tri kôrové zóny syntetizujú kortikosterón, ale enzýmové mechanizmy pre biosyntézu aldosterónu sú iba v zona glomerulosa, zatiaľ čo enzýmy pre syntézu kortizolu a pohlavných hormónov sú prítomné v obidvoch vnútorných zónach. V porovnaní s dreňou je kôra nadobličiek pre život nevyhnutná. Do systémovej cirkulácie uvoľňuje glukokortikoidy, steroidné hormóny s ďalekosiahlymi účinkami na metabolizmus sacharidov a proteínov. Okrem glukokortikoidov syntetizujú bunky kôry nadobličiek mineralokortikoidy, androgény a estrogény. Mineralokortikoid aldosterón aďalšiemineralokortikoidyzvyšujúspätnúresorpciuna + zmoču,potu,slínatráviacichštiav.mineralokortikoidytýmvyvolávajúretenciuna + vextracelulárnychtekutinách, čo vedie k expanzii objemu extracelulárnych tekutín. V obličkách pôsobia mineralokortikoidy primárne na hlavné bunky zberných kanálikov. Nadobličkové androgény majú maskulinizačné účinky a podporujú proteoanabolizmus a rast. Najúčinnejším androgénom je testosterón syntetizovaný v semenníkoch, nadobličkové androgény majú menej ako 20% účinnosť testosterónu. Pokiaľ sa uvoľňujú vo fyziologických množstvách sú ich účinky relatívne malé. Adrenálny androgén androstendion sa konvertuje na testosterón a estrogény v krvnom obehu. Nadoblička jetakvýznamnýmzdrojomestrogénovumužovapomenopauzeajužien(ganong, 2005). Z vyššie uvedených hormónov sú pre prežitie nevyhnutné glukokortikoidy a mineralokortikoidy. Adrenokortikálnu biosyntézu a uvoľňovanie hormónov primárne riadi
12. Anatomické a funkčné charakteristiky 141 Obrázok 29. Schematické znázornenie histologickej štruktúry kôry a drene nadobličiek(upravené podľa Junqueira a Carneiro, 2005). adenohypofýza prostredníctvom ACTH. Sekrécia mineralokortikoidov je nezávisle regulovaná cirkulujúcimi látkami, z ktorých je najvýznamnejší angiotenzín II. Bunky kôry nadobličiek obsahujú veľké množstvo hladkého endoplazmatického retikula, ktoré sa zúčastňuje na steroidogenéze. Ďalšie kroky biosyntézy steroidov prebiehajú v mitochondriách(ganong, 2005).
142 STRES A ADAPTÁCIA Inervácia kôry nadobličiek Jednotlivé kompartmenty kôry nadobličiek sú inervované autonómnymi nervovými vláknami, z ktorých zakončení sú uvoľňované viaceré neurotransmitery. Axonálne varikozity sa nachádzajú v okolí krvných ciev, v tesnej blízkosti adrenokortikálnych buniek a v okolí kortikálnych mezenchymálnych buniek(fibroblastov, kapilárnych endoteliálnych buniek a pericytov). Morfologické a funkčné štúdie naznačujú, že adrenokortikálna inervácia sa podieľa na regulácii krvného prietoku nadobličkami, regulácii steroidogenézy a ďalších funkcií buniek, ako je napríklad bunková proliferácia. Predpokladá sa, že autonómne nervy regulujú steroidogenézu vplyvom na senzitivitu buniek kôry nadobličiek k ACTH, moduláciou krvného prietoku, ako aj priamym pôsobením na bunky syntetizujúce steroidy prostredníctvom adrenergických a dopaminergických receptorov. Noradrenergická inervácia kôry nadobličiek je obzvlášť významná z hľadiska regulácie činnosti buniek zona glomerulosa, čím sa podieľa na modulácii činnosti systémového renín-angiotenzín-aldosterónového systému. Noradrenalín a adrenalín stimulujú sekréciu kortikosterónu a aldosterónu bunkami zona glomerulosa in vitro prostredníctvom interakcie s β-adrenergickými receptormi. Viaceré in vivo a in vitro experimenty preukázali, že dopamín ovplyvňuje syntézu aldosterónu. Syntézu glukokortikoidov môžu ovplyvňovať autonómne nervy inervujúce nadobličku aj nepriamo. Stimulácia axónov splanchnického nervu inervujúcich dreň nadobličiek vedie k zvýšenému uvoľňovaniu katecholamínov z chrómafinných buniek. Uvoľnené katecholamíny môžu následne stimulovať syntézu glukokortikoidov prostredníctvom väzbyna β 1 -adrenergickéreceptorynachádzajúcesanapovrchuadrenokortikálnych buniek(toth a spol., 1997). Okrem uvedenej interakcie medzi kôrou a dreňou nadobličiek je významné aj opačné, stimulačné pôsobenie glukokortikoidov na biosyntézu adrenalínu, nakoľko gén pre PNMT obsahuje element odpovedajúci na glukokortikoidy (Sabban a Kvetnansky, 2001). Cievne zásobenie kôry nadobličiek V nasledujúcom texte sú uvedené fakty týkajúce sa úlohy cievneho zásobenia v regulácii činnosti buniek kôry nadobličiek. Zdá sa, že hormonálna a neuronálna modulácia krvného prietoku nadobličkami môže následne spôsobovať zmeny v reaktivite kôry nadobličiek. Zmeny v prietoku krvi kôrou nadobličiek teda môžu predstavovať faktor podieľajúci sa na regulácii steroidogenézy. Zmeny v prietoku krvi môžu na jednej strane ovplyvňovať prísun ACTH, hlavného stimulačného faktora a na druhej strane ovplyvňovať odsun koncových produktov steroidogenézy, glukokortikoidov. Predpokladá sa, že regulácia venózneho odtoku,prostredníctvomcievneho hrádzového mechanizmu,zohrávavýznamnúúlohu v uskladňovaní sekrečných produktov nadobličiek počas inaktívnej fázy a v počiatočnej fáze rýchleho zvýšenia plazmatických hladín glukokortikoidov v reakcii na pôsobenie stresorov alebo v reakcii na podanie ACTH(Bassett a West, 1997).