시상하부

3. 신경 연결

시상하부는 중추신경계의 다양한 부분, 특히 뇌간 및 그 망상체와 밀접하게 연결되어 있다. 변연계의 일부로서 편도체, 중격 등 다른 변연 구조와도 연결되며, 자율신경계 영역과도 연결되어 있다.^[1]

시상하부는 뇌간으로부터 고독로핵, 청반핵, 복내측수 등 많은 입력을 받는다.^[1]

대부분 시상하부 내 신경 섬유는 양방향으로 작용한다. 시상하부보다 꼬리쪽 영역으로의 투사는 내측전뇌다발, 유두수질로, 등쪽세로다발을 통해 이루어진다. 반면 머리쪽 영역으로의 투사는 유두시상로, 궁상속, 종말선조에 의해 수행된다. 교감신경 운동계 영역으로의 투사는 시상하부척수로에 의해 수행되어 교감신경 운동 경로를 활성화한다.^[1]

3. 1. 구심성 신경섬유

• 체강과 내장 구심성(Somatic and visceral afferents)
• 시각적 구심성(Visual afferent)
• 후각(Olfaction)
• 청각적 구심성(Auditor afferents)
• 피질시상하부 구심성(Corticohypothalamic afferents)
• 해마시상하부 섬유(Hippocampohypothalamic fibers)
• 편도체시상하부 섬유(Amygdalohypothalamic fibers)
• 시상시상하부 섬유(Thalamohypothalamic fibers)
• 외피 섬유(Tegmental fibers)

3. 2. 원심성 신경섬유

• 간뇌와 척수로의 내림섬유(Descending fibers to the brainstem and spinal cord)
• 유두시상 다발(Mammillothalamic tract)
• 유두피개 다발(Mammillotegmental tract)
• 번연계로의 다중경로(Multiple pathways to the limbic system)

• 시상하부보다 꼬리쪽 영역으로의 투사는 내측전뇌다발, 유두수질로 및 등쪽세로다발을 통해 이루어진다.
• 시상하부보다 머리쪽 영역으로의 투사는 유두시상로, fornix(궁상속) 및 종말선조에 의해 수행된다.
• 교감신경 운동계(외측각 척수 분절 T1–L2/L3) 영역으로의 투사는 시상하부척수로에 의해 수행되며, 교감신경 운동 경로를 활성화한다.

4. 시상하부의 주요 기능

• '''체온조절중추'''
• '''뇌하수체 호르몬''' 조절 중추
• 수면 등의 '''본능 행동 중추'''
• 분노와 불안 등의 '''정동 행동 중추'''

• 시교차상핵: 일주기 리듬 조절
• 시상하부 측면 핵: 물 섭취 증가 (갈증 중추), 음식 섭취 증가 (배고픔 중추)
• 시상하부 내측 핵: 음식 섭취 감소 (포만 중추)
• 시상하부 앞쪽 핵: 체온 조절 (추위에 반응)
• 시상하부 뒤쪽 핵: 체온 조절 (추위에 반응)
• 시삭전과 앞쪽 핵: 부교감 신경계 조절
• 뒤쪽과 측면 핵: 교감 신경계 조절
• 시삭상핵: 바소프레신(항이뇨호르몬) 합성
• 실방핵: 옥시토신 합성

바소프레신 분비에 의해 신장의 집합관에서 수분 재흡수가 일어나는 동시에, 시상하부에 있는 '''갈증중추'''가 자극되어 갈증을 느끼고 물을 마시는 행동을 한다.

시상하부에서 호르몬을 방출하여 성호르몬 분비를 촉진하고 성행동으로 이어지게 하며, 시상하부에 있는 '''성중추'''가 자극되어 성행동이 발동된다.

4. 1. 자율신경 조절

4. 2. 뇌하수체 조절

정중융기에서 분비되는 다른 호르몬으로는 바소프레신, 옥시토신, 뉴로텐신이 있다.^{[28][29][30][31]}

;뇌하수체 후엽

시상하부-뇌하수체-부신 축에서 신경하수체 호르몬은 시상하부의 연장인 뇌하수체 후엽에서 순환계로 방출된다.

시상하부-뇌하수체-부신 축(HPA) 호르몬은 특정 피부 질환 및 피부 항상성과 관련이 있으며, HPA 호르몬의 과활동이 스트레스 관련 피부 질환과 피부 종양과 관련이 있다는 증거가 있다.^[32]

4. 3. 체온 조절

4. 4. 음식물 섭취와 수분 대사 조절

• 지방 조절 가설: 지방 조직이 지방량에 비례하는 체액성 신호를 생성하고, 이 신호가 시상하부에 작용하여 식욕을 감소시키고 에너지 소비를 증가시킨다는 가설이다. 호르몬인 렙틴이 시상하부에 작용하여 식욕을 감소시키고 에너지 소비를 증가시키는 것으로 밝혀졌다.
• 위장관 펩타이드 가설: 위장관 호르몬인 Grp, 글루카곤류, 콜레시스토키닌(CCK) 등이 식욕을 억제하는 것으로 알려져 있다. 음식물이 위장관으로 들어오면 이러한 호르몬 분비가 촉진되고, 이 호르몬들이 뇌에 작용하여 포만감을 유발한다. 뇌에는 CCK-A 및 CCK-B 수용체가 모두 존재한다.
• 포도당 조절 가설: 내측핵에 있는 포만 중추의 활동은 뉴런에서의 포도당 이용률에 의해 조절될 것이라는 가설이다. 뉴런의 포도당 이용률이 낮고, 동정맥혈 포도당 차이가 낮을 때 뉴런의 활동이 감소한다는 것이다. 이러한 조건에서는 식욕 중추의 활동이 억제되지 않아 허기를 느끼게 된다. 뇌실내에 2-데옥시-D-글루코스를 투여하면 세포의 포도당 이용률이 감소하여 식욕이 급격히 증가한다.
• 체온 조절 가설: 설정된 기준점보다 체온이 감소하면 식욕이 자극되고, 체온이 증가하면 식욕이 억제된다는 가설이다.

시상하부는 또한 항이뇨호르몬(ADH, 바소프레신) 분비를 통해 수분 대사를 조절한다. 시삭상핵을 손상시키면 요붕증(diabetes insipidus)이 발생하는데, 이는 ADH 부족으로 인해 밀도가 매우 낮은 오줌이 대량으로 배출되는 것이 특징이다. ADH는 주로 세뇨관 원위부에 작용하여 수분 흡수를 조절하고 혈액의 수분 수준 변동을 좁은 범위에서 유지한다. 시상상핵 신경원은 동맥혈 삼투압 변화에 반응하는 삼투압 수용기(osmoreceptor)이다. 바소프레신 분비에 의해 신장의 집합관에서 수분 재흡수가 일어나는 동시에, 시상하부에 있는 갈증중추가 자극되어 갈증을 느끼고 물을 마시는 행동을 하게 된다.

4. 5. 정서와 행동

• 빛: 생체리듬 및 계절적 리듬을 조절하기 위한 일장과 광주기
• 후각 자극 (페로몬 포함)
• 스테로이드 (성선 스테로이드 및 코르티코스테로이드 포함)
• 심장, 장 신경계(위장관), 생식기관에서 발생하는 신경 전달 정보
• 자율 신경계 입력
• 혈액 매개 자극 (렙틴, 그렐린, 안지오텐신, 인슐린, 뇌하수체 호르몬, 사이토카인, 혈장 포도당 농도, 삼투압 등)
• 스트레스
• 침입하는 미생물 (체온을 높여 신체의 온도 조절 장치를 재설정)

• 체온조절중추
• 뇌하수체 호르몬 조절 중추
• 수면 등의 본능 행동 중추
• 분노와 불안 등의 정동 행동 중추

4. 6. 공포 처리

5. 시상하부 발달과 성적 이형성

성적 이형을 나타내는 몇몇 시상하부 핵은 수컷과 암컷 사이에 구조와 기능 모두 명확한 차이를 보인다.^[18] 전시냅스 영역 내의 성적 이형 핵^[18]에서 가장 두드러지는데, 이곳의 차이는 특정 뉴런 집합의 연결성과 화학적 민감도의 미묘한 변화를 일으킨다. 예를 들어, 대부분의 종에서 수컷은 암컷보다 수컷의 냄새와 외모를 선호하는데, 이는 수컷의 성적 행동을 자극하는 데 중요하다. 성적 이형 핵에 병변이 생기면 수컷의 암컷 선호도가 감소한다. 또한, 성장 호르몬 분비 패턴은 성적 이형을 나타낸다.^[19] 이는 많은 종에서 성체 수컷이 암컷과 크기가 다른 이유이다.

난소 스테로이드에 대한 반응에서 뚜렷한 기능적 이형 현상이 나타난다. 수컷과 암컷은 난소 스테로이드에 다르게 반응하는데, 부분적으로 시상하부의 에스트로겐에 민감한 뉴런의 발현이 성적으로 이형적이기 때문이다. 즉, 에스트로겐 수용체는 서로 다른 뉴런 집합에서 발현된다.

에스트로겐과 프로게스테론은 특정 뉴런에서 유전자 발현에 영향을 미치거나 세포막 전위와 키나제 활성의 변화를 유도하여 다양한 비유전체 세포 기능을 유발할 수 있다. 에스트로겐과 프로게스테론은 각각의 핵 호르몬 수용체에 결합하는데, 이 수용체는 세포핵으로 이동하여 호르몬 반응 요소(HREs)로 알려진 DNA 영역과 상호 작용하거나 다른 전사 인자의 결합 부위에 부착된다. 에스트로겐 수용체(ER)는 유전자의 근위 프로모터 영역에 에스트로겐 반응 요소(ERE)가 없음에도 불구하고 이러한 방식으로 다른 전사 인자를 전사 활성화하는 것으로 나타났다. 일반적으로 ER과 프로게스테론 수용체(PRs)는 유전자 활성화제이며, 호르몬 노출 후 mRNA와 그에 따른 단백질 합성이 증가한다.

수컷과 암컷의 뇌는 에스트로겐 수용체의 분포가 다르며, 이러한 차이는 신생아 시기 스테로이드 노출의 비가역적인 결과이다. 에스트로겐 수용체(및 프로게스테론 수용체)는 주로 전시상하부 및 배측 시상하부의 뉴런에서 발견되며, 특히 다음과 같다.

• 전시상영역(LHRH 뉴런이 위치하며 도파민 반응과 모성 행동을 조절함)^[20]
• 측뇌실주위핵(소마토스타틴 뉴런이 위치하며 스트레스 수준을 조절함)^[21]
• 내측 시상하부(허기를 조절하고 성적 각성을 조절함).

• 만약 ''암컷 쥐''에게 생후 첫 몇 일(성 스테로이드 영향의 "결정적 시기" 동안)에 테스토스테론을 한 번 주사하면 시상하부가 비가역적으로 남성화된다. 성체 쥐는 에스트로겐에 반응하여 LH 급증을 생성할 수 없게 되지만(암컷의 특징) ''수컷''의 성적 행동(성적으로 수용적인 암컷을 덮치는 행위)을 보일 수 있다.^[22]
• 반대로, 생후 바로 거세된 ''수컷 쥐''는 ''암컷화''되며, 성체는 에스트로겐에 반응하여 ''암컷''의 성적 행동(성적 수용성, 척추 만곡 반응)을 보입니다.^[22]

6. 시상하부와 연관된 질병

시상하부는 부위에 따라 기능이 다르고, 장애 부위에 따라 여러 가지 증상이 나타난다.

• '''비만과 쇠약증''' : 시상하부의 복내측 핵을 파괴하면 많이 먹게 되어 비만해진다. 반대로 외측부를 파괴하면 먹지 않게 되고, 이 부분을 자극하면 많이 먹게 된다. 외측 시상하부에 공복중추가 있고, 내측 시상하부에 만복중추가 있으며, 이들은 혈액 중의 당 증감에 따라 활성화되는 것으로 생각된다.
• '''고체온증과 저체온증''' : 시상하부 전반부 장애는 체온중추가 장애되어 고체온증이 나타나고, 시상하부 후반부 장애는 저체온증 또는 변온증이 나타나며 모두 뇌출혈, 거미막하출혈, 수막염, 시상하부의 수술 등으로 인해 발생한다.
• '''요붕증''' : 시각상핵과 실방핵 장애는 항이뇨호르몬(ADH) 분비 장애로 물을 많이 마시고 오줌을 많이 배설하는 요붕증을 일으킨다.
• '''수면질환''' : 시상하부는 각성 상태와 연관성을 지니며, 수면-각성 주기에서도 일부 기능을 담당한다. 유두체의 뒤가쪽과 아래쪽을 제거하면 동물이 무기력하고 무감각해지며 졸리게 된다. 시상하부를 자극하면 졸음이나 수면을 유도할 수 있다.
• '''정신질환'''

참조

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