การควบคุมแกน HPA และ ACTH

แกนไฮโปทาลามัส-ต่อมใต้สมอง-ต่อมหมวกไต (HPA) เป็นวงจรควบคุมการหลั่งกลูโคคอร์ติคอยด์ ไฮโปทาลามัสจะหลั่งฮอร์โมนคอร์ติโคโทรปินรีลีสซิง (corticotropin-releasing hormone) ซึ่งกระตุ้นต่อมใต้สมองส่วนหน้าให้หลั่งฮอร์โมนอะดรีโนคอร์ติโคโทรปิก (ACTH); จากนั้น ACTH จะกระตุ้นเปลือกต่อมหมวกไตให้สร้างคอร์ติซอล และคอร์ติซอลจะย้อนกลับไปยับยั้งการทำงานของแกนนี้

Definition

การควบคุมแกน HPA คือการควบคุมการหลั่งคอร์ติซอลอย่างประสานงานกันโดยฮอร์โมนคอร์ติโคโทรปินรีลีสซิงจากไฮโปทาลามัส, ฮอร์โมนอะดรีโนคอร์ติโคโทรปิก (ACTH) จากต่อมใต้สมองส่วนหน้า, และการย้อนกลับเชิงลบจากคอร์ติซอลที่หมุนเวียนอยู่ในกระแสเลือด ซึ่งจัดระเบียบตามจังหวะชีวิตประจำวันและตอบสนองต่อความเครียด

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมโครงสร้างและพลวัตของแกน HPA: สัญญาณจากไฮโปทาลามัสและต่อมใต้สมอง, การทำงานของ ACTH ต่อเปลือกต่อมหมวกไต, รูปแบบกิจกรรมที่เกี่ยวข้องกับวงจรชีวิตประจำวันและความเครียด, และการควบคุมแบบย้อนกลับเชิงลบที่รักษาระดับคอร์ติซอลให้อยู่ในเกณฑ์ การทำงานปลายน้ำของคอร์ติซอลเองนั้นครอบคลุมอยู่ในหัวข้อกลูโคคอร์ติคอยด์

Core questions

• CRH, ACTH และคอร์ติซอลรวมกันเป็นวงจรย้อนกลับแบบปิดได้อย่างไร และการย้อนกลับเชิงลบมีผลอย่างไร?
• ACTH ออกฤทธิ์ต่อเปลือกต่อมหมวกไตเพื่อกระตุ้นการสร้างสเตียรอยด์ได้อย่างไร?
• จังหวะชีวิตประจำวันและความเครียดปรับเปลี่ยนจุดตั้งต้นและผลผลิตของแกนนี้ได้อย่างไร?

Key concepts

• ฮอร์โมนคอร์ติโคโทรปินรีลีสซิง (CRH)
• ฮอร์โมนอะดรีโนคอร์ติโคโทรปิก (ACTH)
• สารตั้งต้นโปร-โอปิโอเมลาโนคอร์ติน (POMC)
• ตัวรับเมลาโนคอร์ติน 2 (MC2R) บนเปลือกต่อมหมวกไต
• การกระตุ้นการสร้างสเตียรอยด์ (StAR, cAMP)
• การย้อนกลับเชิงลบโดยคอร์ติซอล
• จังหวะชีวิตประจำวันของแกน
• การกระตุ้นจากความเครียด

Mechanisms

เซลล์ประสาทในนิวเคลียสพาราเวนทริคูลาร์ของไฮโปทาลามัสจะหลั่งฮอร์โมนคอร์ติโคโทรปินรีลีสซิง (และวาโซเพรสซินในฐานะสารร่วมหลั่ง) เข้าสู่กระแสเลือดพอร์ทัลของต่อมใต้สมอง ซึ่งกระตุ้นเซลล์คอร์ติโคโทรปของต่อมใต้สมองส่วนหน้าให้แยกโปร-โอปิโอเมลาโนคอร์ติน (pro-opiomelanocortin) ซึ่งเป็นสารตั้งต้น และหลั่ง ACTH ACTH จะไปถึงเปลือกต่อมหมวกไตและจับกับตัวรับเมลาโนคอร์ติน 2 (melanocortin 2 receptor) บนเซลล์โซนาฟาสซิคูลาตา (zona fasciculata) ซึ่งจะเพิ่ม cAMP และส่งเสริมการนำส่งคอเลสเตอรอลผ่านโปรตีน StAR อย่างเฉียบพลันเพื่อขับเคลื่อนการสังเคราะห์คอร์ติซอล ในขณะเดียวกันก็รักษากลไกการสร้างสเตียรอยด์และมวลของเปลือกต่อมหมวกไตในระยะยาว คอร์ติซอลที่หมุนเวียนอยู่ในกระแสเลือดจะออกฤทธิ์ย้อนกลับเชิงลบทั้งที่ต่อมใต้สมองและไฮโปทาลามัส โดยยับยั้ง ACTH และ CRH ซึ่งเป็นการปิดวงจร แกนนี้ทำงานตามจังหวะชีวิตประจำวัน ทำให้เกิดจุดสูงสุดของคอร์ติซอลในช่วงเช้าตรู่ และถูกกระตุ้นโดยความเครียดทางกายภาพและจิตใจที่เพิ่มการขับเคลื่อนของ CRH และ ACTH

Clinical relevance

กรอบแนวคิดของแกน HPA อธิบายความแตกต่างระหว่างภาวะต่อมหมวกไตล้มเหลวปฐมภูมิ (คอร์ติซอลต่ำแต่ ACTH สูง) และสาเหตุจากส่วนกลาง คือต่อมใต้สมองหรือไฮโปทาลามัส (คอร์ติซอลต่ำแต่ ACTH ต่ำอย่างไม่เหมาะสม) และเหตุใดกลูโคคอร์ติคอยด์จากภายนอกจึงยับยั้งแกนนี้ผ่านการย้อนกลับ ข้อมูลนี้อธิบายสรีรวิทยาและพื้นฐานแนวคิดของภาวะเหล่านี้เพื่อการอ้างอิง; ไม่ได้ให้ปริมาณยาและไม่ใช่แนวทางในการจัดการผู้ป่วยรายบุคคล

Evidence & guidelines

โครงสร้างและพลวัตการย้อนกลับของแกน HPA เป็นสรีรวิทยาที่ได้รับการยอมรับซึ่งได้รับการทบทวนในบริบทของการตอบสนองต่อความเครียด (Charmandari et al., 2005; de Kloet et al., 2005) ความสัมพันธ์ทางคลินิกของความล้มเหลวของแกนนี้สรุปไว้ในการทบทวนภาวะต่อมหมวกไตไม่เพียงพอ (Charmandari et al., 2014) ซึ่งอยู่นอกขอบเขตทางสรีรวิทยาของข้อมูลนี้และถูกอ้างอิงเพื่อการปฐมนิเทศ

History

จอฟฟรีย์ แฮร์ริส ได้สร้างหลักฐานในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ว่าไฮโปทาลามัสควบคุมต่อมใต้สมองส่วนหน้าผ่านกระแสเลือดพอร์ทัล ซึ่งเป็นรากฐานแนวคิดของแกนนี้ ต่อมา กิลเลมินและแชลลีได้แยกฮอร์โมนรีลีสซิงจากไฮโปทาลามัส และกลุ่มของไวลี วาล ได้ระบุลักษณะของฮอร์โมนคอร์ติโคโทรปินรีลีสซิงในปี 1981 ซึ่งเป็นการเติมเต็มคำอธิบายระดับโมเลกุลของแกนนี้ตั้งแต่ไฮโปทาลามัสไปจนถึงเปลือกต่อมหมวกไต

Key figures

• Geoffrey Harris
• Roger Guillemin
• Andrew Schally
• Wylie Vale
• George Chrousos

Seminal works

• charmandari-2005
• dekloet-2005

Frequently asked questions

ACTH ทำอะไรที่ต่อมหมวกไต?

ACTH จับกับตัวรับเมลาโนคอร์ติน 2 บนเซลล์เปลือกต่อมหมวกไต ซึ่งจะเพิ่ม cAMP และกระตุ้นการนำส่งคอเลสเตอรอลผ่านโปรตีน StAR ซึ่งจะขับเคลื่อนการสังเคราะห์คอร์ติซอลอย่างเฉียบพลัน และรักษาสมรรถภาพการสร้างสเตียรอยด์และขนาดของเปลือกต่อมหมวกไตในระยะยาว

การย้อนกลับเชิงลบในแกน HPA ทำงานอย่างไร?

คอร์ติซอลจะออกฤทธิ์ย้อนกลับที่ต่อมใต้สมองและไฮโปทาลามัสเพื่อยับยั้งการหลั่ง ACTH และ CRH เมื่อคอร์ติซอลสูงขึ้น การย้อนกลับนี้จะลดการขับเคลื่อนไปยังเปลือกต่อมหมวกไต ทำให้คอร์ติซอลอยู่ในช่วงที่ถูกควบคุม