Psychophysiologie : TD n°5

Le rôle de l’hypothalamus

Introduction :

L’hypothalamus est impliqué principalement dans des fonctions homéostatiques. L’homéostasie est la faculté des êtres vivants de maintenir ou rétablir certaines constantes physiologiques quelles que soient les variations du milieu extérieur. L’étude de cas de lésion de l’hypothalamus nous renseigne sur ces fonctions.

Les caractéristiques anatomiques de l’hypothalamus :

Les grandes régions de l’hypothalamus :

Il est situé dans le diencéphale, sous le thalamus et s’organise le long des parois des trois ventricules (p55). Il est relié à l’hypophyse par la tige pituitaire.

D’après une coupe frontale, on peut distinguer une zone périventriculaire, une zone médiane et une zone latérale (p55). D’après une coup sagittale, on distingue l’hypothalamus antérieur (qui regroupe les aires préoptique et supraoptique), l’hypothalamus moyen et postérieur.

Une système de connections bidirectionnelles :

L’hypothalamus comprends des fibres nerveuses qui relient ses noyaux aux régions environnantes (envoie et reçoit des informations) comme les systèmes sensoriels, la formation réticulée, le thalamus, le cortex, le système limbique et l’hypophyse. Il est impliqué dans le contrôle de la faim, de la soif, de la température interne mais aussi dans des fonctions cardiaques et respiratoires par exemple.

Les principales fonctions homéostatiques de l’hypothalamus :

Régulation du système nerveux autonome :

L’hypothalamus dirige le système nerveux autonome et peut ainsi contrôler la pression artérielle, la fréquence cardiaque, la mobilité du système digestif et bien d’autres activités viscérales.

Régulation des réactions émotionnelles :

L’hypothalamus fait partie du système limbique, et certains de ses noyaux sont impliqués dans la perception de la douleur, du plaisir, de la peur ou de la colère. Il est donc responsable du déclenchement des manifestations physiques des émotions.

Régulation de la température corporelle :

Régulation de l’équilibre hydrique (hydrominéral) :

Certains noyaux de l’hypothalamus gèrent l’entrée et la sortie de l’eu pour assurer la stabilité de la teneur en eau et sels minéraux.

Régulation de l’apport alimentaire :

L’hypothalamus agit sur les sensations de faim et de satiété (cf. partie suivante).

Régulation du cycle veille / sommeil :

L’hypothalamus participe, avec d’autres régions du système nerveux, à l’élaboration du cycle veille / sommeil, notamment grâce au noyau suprachiasmatique, grâce aux informations relatives à la clarté et l’obscurité provenant des voies sensorielles.

Régulation du fonctionnement endocrinien :

En produisant des hormones de libération ou « libérines » :

En produisant directement des hormones :

Pathologie :

On peut observer des troubles du fonctionnement hormonal, soit après une lésion de l’hypothalamus, soit après une altération de la liaison entre celui-ci et l’hypophyse. Ces troubles se traduisent par l’arrêt de sécrétion de certaines hormones qui peut engendrer des pathologies comme le diabète insipide, un amaigrissement ou obésité grave, un dérèglement de la température corporelle, des troubles du sommeil.

Le diabète insipide est provoqué par un manque de vasopressine. En temps normal, l’eau provenant du sang entre dans le rein puis est réabsorbée en grande partie. Une petite partie est conservée et forme, avec les déchets, l’urine. S’il n’y a pas de vasopressine, le rein ne peut plus rendre les eaux absorbées qui sont évacuées directement dans les urines. On observe alors une polyurie (augmentation du volume des urines : jusqu’à 20L par jour) et une polydipsie (soif permanente). Le diabète insipide est traité par administration de vasopressine.

Le contrôle de la prise alimentaire :

La prise de nourriture est une activité fondamentale, plus ou moins régulière, qui permet de maintenir un équilibre du bilan énergétique (combler l’énergie dépensée dans les efforts). C’est un comportement motivé et ce par la faim qui est engendrée par un éveil du système nerveux central qui va diriger le comportement alimentaire (recherche, sélection, ingestion) grâce à des informations interne.

L’équilibre alimentaire :

L’équilibre énergétique se traduit par une stabilité du poids. Le bilan énergétique rend compte des apports (A) et des dépenses (D) en énergie. Pour fonctionner, le système nerveux a besoin de mécanismes pouvant stocker l’énergie pour pouvoir l’utiliser.

Si A=D alors il y a équilibre.

Si A>D, le surplus d’énergie est stockée, essentiellement sous deux formes : glycogène (sucre) et triglycéride (graisse dans les tissus adipeux qui conduit à une augmentation du poids).

Si A<D, le déficit énergique se traduit par une mobilisation des réserves qui conduit à un amaigrissement.

Pour maintenir l’équilibre, il faut ajuster les apports aux dépenses et donc réguler le comportement alimentaire en fonction des réserves énergétiques existantes.

Avant les années 50, les chercheurs avaient supposé une régulation efficace du bilan énergétique car les animaux semblent réguler spontanément la quantité de nourriture qu’ils ingèrent (pas d’animaux obèses, bilan énergétique très équilibré). Chez l’Homme, le poids corporel est l’une des variables la mieux régulée.

Exemples expérimentaux : on soumet un rat à un régime de chocolat, chips etc. (régime « cafétéria »). Le rat présente une production d’extra-chaleur en plus d’une augmentation du poids. C’est une réponse physiologique qui constitue un frein au gain énergétique. Si on donne aux rats une nourriture appauvrie, il y aura augmentation de la ration alimentaire pour corriger le déficit énergétique. L’animal peut donc contrôler ses apports en énergie en tenant compte de la qualité énergétique de sa nourriture.

La prise alimentaire :

Elle est irrégulière ce qui implique que les mécanismes régulateurs doivent intervenir à long terme. Il existe deux mécanismes principaux qui gèrent la séquence alimentaire (fréquence et quantité) : la sensation de faim et de satiété. C’est l’hypothalamus qui assure l’ajustement de la prise alimentaire aux dépenses énergétiques en agissant sur ces deux sensations.

Alternance faim / satiété gérée par l’hypothalamus :

Mise en évidence du rôle de l’hypothalamus dans la régulation faim / satiété : théorie des deux centres :

Expérience de destruction sélective ou de stimulation pour la mise en évidence du contrôle de la faim :

La théorie des deux centres est une théorie du contrôle de la faim qui met en jeu deux centres  hypothalamiques antogonistes : les noyaux ventromédians (VMH, centre de satitété) et les aires latérales (HLA, centre de l’appétit).

Les limites de la théorie des deux centres :

D’autres expériences ont montré qu’après destruction des HLA, le contrôle de la prise alimentaire pourrait persister. D’un point de vue histologique (étude des cellules), on a constaté que ces aires sont difficiles à délimiter et sont traversées par des faisceaux de fibres. Il est donc difficile d’attribuer les effets d’une lésion de ces aires aux HLA elles-mêmes ou à ces fibres.

La théorie de régulation avec point de consigne (p55 en bas) :

D’après l’expérience, les VMH ne semblent pas seuls impliqués dans la régulations de la satiété et il en va de même pour les HLA dans la régulation de l’appétit. C’est le fonctionnement harmonieux des différentes structures qui contrôle le comportement alimentaire, plutôt qu’un simple antagonisme centre appétit / centre satiété.

Régulation hormonale et hypothalamique du comportement alimentaire et du tissu adipeux (Hypothèse lipostatique) :

Il y aurait modulation du comportement alimentaire en fonction du taux de graisse dans l’organisme, ce qui suppose un échange d’informations entre tissus adipeux et système nerveux. Dans les années 90, on a mis en évidence la leptine, hormone sécrétée au niveau des tissus adipeux pour informer le système nerveux de l’état des graisses. La leptine influence le comportement alimentaire en agissant sur des noyaux de l’hypothalamus.