視床下部とは:どこにあるのか、その機能、働かなくなると何が起こるのか

視床下部とは

視床下部は間脳の小さな領域で、重さは約4グラム、アーモンドほどの大きさしかありません。それにもかかわらず、体温、空腹、のどの渇き、睡眠、ストレスへの反応、生殖、ホルモン分泌といった、体の最も基本的な機能のいくつかを統括しています。視床下部は神経系と内分泌系が出会う場所であり、神経の信号をホルモンの反応に、またその逆に変換する「翻訳者」です。

これほど小さな構造がこれほど大きな影響力を持つのは、その戦略的な位置と結びつきによるものです。視床下部は脳のほぼすべての領域から入力を受け取り、感覚・感情・代謝に関する情報を統合し、自律神経系と下垂体の両方に直接指令を出して応答します。下垂体は、さらに甲状腺、副腎、性腺、成長を制御する内分泌腺です。

視床下部はどこにあるのか

視床下部は第三脳室の底部と側壁を占め、間脳の下部に位置しています。解剖学上の主な目印はトルコ鞍です。視床下部はトルコ鞍の上にあり、下垂体茎(漏斗)を介して下垂体とつながっています。前方では視交叉と接しています。そのため、視床下部の腫瘍は視野障害を起こすことがあります。上方では視床と接しており、視床とともに間脳の主要な統合中枢としての役割を担っています。

視床下部の主な神経核は、3つの帯(前部、隆起漏斗部、後部)と3つの領域(内側、脳室周囲、外側)に整理されています。臨床的に最も重要なのは、視交叉上核(体内時計の親時計)、室傍核(CRH、ADH、オキシトシンを産生)、弓状核(食欲とGHの分泌を調節)、腹内側核(満腹中枢)、外側核(摂食中枢)です。

視床下部の機能

視床下部は恒常性(ホメオスタシス)のオーケストラの指揮者です。体の現在の状態を基準値と絶えず比較し、ずれを検知すると修正のための反応を起こします。主な機能は7つあり、それぞれが異なる仕組みにかかわっています。

体温調節

視床下部の前部、特に視索前野は体のサーモスタットです。ここには温度に反応する神経細胞があり、視床下部を流れる血液の温度を感知し、末梢の皮膚の温度受容器から届く信号を統合します。体温が上がると、熱を逃がすために皮膚の血管拡張と発汗を起こします。体温が下がると、末梢の血管収縮、ふるえ(熱を生み出す不随意の筋肉の収縮)、基礎代謝の増加を引き起こします。

発熱はサーモスタットの故障ではなく、意図的な設定の変更です。炎症性サイトカイン(IL-1、IL-6、TNF-α)が視索前野でプロスタグランジンE2の産生を促し、これが体温の基準点を引き上げます。体は新しい設定温度(セットポイント)に比べて「寒い」と感じ、新しい温度まで上げるためにふるえと血管収縮を起こします。そのため、解熱薬(アセトアミノフェン(paracetamol)、Ibuprofen(イブプロフェン))はプロスタグランジンE2の合成を抑えることで効果を発揮します。設定温度を下げ、体は発汗によって正常な状態に戻ろうとします。

麻酔科医としての私の臨床経験では、麻酔導入後に最初に確認するパラメーターは体温です。全身麻酔中の患者さんの視床下部は、サーモスタットとしての役割を失います。吸入麻酔薬や静脈麻酔薬は視床下部の体温調節の仕組みを抑制し、最初の30〜60分ですでに術中低体温を引き起こします。末梢の血管拡張によって熱が体の中心部から末梢へ再分布し、保温用の加温ブランケットや加温した輸液を使わなければ、患者さんの体は急速に冷えてしまいます。

空腹とのどの渇きの制御

弓状核には、互いにバランスをとり合う2つの神経細胞群があります。NPY/AgRPニューロン(食欲を高め、代謝を抑える)と、POMC/CARTニューロン(食欲を抑え、代謝を高める)です。脂肪組織から脂肪量に比例して分泌されるレプチンは、POMCニューロンを活性化し、NPY/AgRPニューロンを抑制します。これは体に十分な蓄えがあるという信号です。空腹の胃から分泌されるグレリンは反対の働きをし、NPY/AgRPニューロンを活性化して食欲を高めます。

腹内側核は満腹中枢です。実験的にこの部位を損傷すると、過食と高度の肥満が生じます。外側核は摂食中枢です。この部位の損傷は食欲不振とやせを引き起こします。インスリンは視床下部に対して食欲を抑える作用を持ち(ブドウ糖が十分にあることを伝えます)、一方、低いブドウ糖濃度は視床下部を介して食欲を強く刺激します。

のどの渇きは、視床下部の浸透圧受容器(終板脈管器官にあります)によって調節されています。この受容器は血漿浸透圧の上昇を感知します。浸透圧が上がると、のどの渇きの感覚(水を求める行動)と、神経下垂体からのADH(バソプレシン)の分泌の両方を促します。ADHは腎臓での水の再吸収を増やします。

睡眠と概日リズムの調節

視交叉上核(SCN)は体の親時計です。約24時間のリズム(概日リズム)を生み出し、睡眠、体温、ホルモン分泌、血圧、細胞の代謝など、ほぼすべての生理的な過程を同調させています。網膜から網膜視床下部路を通じて直接入力を受けており、青色光(波長約480 nm、メラノプシンを含む網膜神経節細胞が感知します)が主な同調因子です。

SCNは、脊髄と上頸神経節を経由する経路で松果体へ投射し、メラトニンの分泌を調節しています。メラトニンは夜間に多く、光によって抑えられます。メラトニンは体全体に「夜である」ことを伝え、体温を下げ、睡眠と覚醒のリズムを調節することで寝つきを助けます。このシステムの乱れ(時差ぼけ、夜勤、夜間の青色光への曝露)は、不眠症など多くの睡眠障害の原因になっています。

ストレスへの反応:HPA軸

視床下部-下垂体-副腎系(HPA軸)は、最も強力で、最もよく研究されているストレス反応のシステムです。ストレス因子(身体的、心理的、感染性)に直面すると、視床下部の室傍核がCRH(副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン)を視床下部-下垂体門脈系に放出します。CRHは下垂体前葉を刺激してACTH(副腎皮質刺激ホルモン)をつくらせ、ACTHはさらに副腎皮質を刺激してコルチゾールをつくらせます。

コルチゾールは全身に作用します。ブドウ糖を動員し(肝臓での糖新生)、炎症を抑え、心血管系の反応を強め、気分や認知の状態を変化させます。コルチゾールによる視床下部と下垂体への負のフィードバックが回路を閉じ、反応の持続時間を制限します。急性のストレスでは、このシステムは適応的で命を守るものです。慢性のストレスでは、慢性的に高いコルチゾールが害をもたらします。メタボリックシンドローム、骨粗鬆症、免疫抑制、不安、認知機能の低下、記憶の変化です。

患者さんから何か月もステロイド薬を飲んでいると聞くと、その方の視床下部-下垂体-副腎系は「眠っている」状態であり、補充が必要だとわかります。長期のステロイド治療は、長く続く負のフィードバックによってCRHとACTHを抑制し、副腎皮質の機能的な萎縮を引き起こします。手術室では、手術のストレスが生理的なコルチゾールの反応を引き起こすことができず、術中の副腎クリーゼ(アジソンクリーゼ)の危険があります。そのため私は、3〜4週間を超えてステロイド治療を受けている患者さんには、麻酔導入時にHydrocortisoneを1回、静脈内投与しています。

内分泌系の制御

視床下部は、視床下部-下垂体門脈系に放出される神経ホルモンを介して下垂体前葉を制御しています。これは、小さなペプチド分子を全身の血液循環を通さずに視床下部から腺下垂体へ運ぶ、特殊な循環系です。この仕組みにより、ごくわずかな量で下垂体内の視床下部神経ホルモンの濃度を非常に高くすることができます。

視床下部の神経ホルモンには、刺激するもの(放出ホルモン:TRH、GnRH、GHRH、CRH)と抑制するもの(抑制ホルモン:ソマトスタチン、ドパミン)があります。ドパミンはプロラクチンの分泌を非常に強く抑えているため、ドパミン経路が途切れるだけで(下垂体茎を圧迫する腫瘍など)高プロラクチン血症が起こります。甲状腺機能亢進症と甲状腺機能低下症は、視床下部に原因がある場合があります(TRHの欠乏による)。まれな原因ですが、鑑別診断では重要です。

自律神経系

視床下部は自律神経系の上位の統合中枢です。後部は交感神経系を活性化します(「闘争か逃走か(fight or flight)」の反応:心拍数、血圧、血糖値の上昇、末梢の血管収縮、散瞳、腸の運動の低下)。前部は主に副交感神経系の作用を持ちます。これらの結びつきを通じて、視床下部は安静時の血圧、心拍数、消化管の運動、胃液の分泌、膀胱の機能、性的反応を調節しています。

情動と生殖にかかわる行動

視床下部は辺縁系(扁桃体、海馬、帯状皮質)と深く結びついており、これらの結びつきを通じて感情の状態を生理的な反応に変換します。恐怖は交感神経系を活性化し、性的興奮は自律神経の反応とGnRHの分泌の両方を活性化し、慢性のストレスによる性欲の低下は視床下部でのGnRHの抑制によって起こります。

GnRH(性腺刺激ホルモン放出ホルモン)は生殖のペースメーカーです。60〜120分ごとに拍動的に分泌され、下垂体を刺激してLHとFSHをつくらせ、これらがテストステロンとエストロゲンの産生を調節します。思春期は、胎児期と小児期には抑えられているGnRHのパルス発生器が再び活性化することで始まります。閉経は、視床下部へのエストロゲンのフィードバックがなくなることで特徴づけられ、GnRHの過剰分泌と、閉経期に特徴的なホットフラッシュ(ほてり・のぼせ)が起こります。

視床下部のホルモン

視床下部ホルモン	下垂体への作用	末梢での効果
TRH(甲状腺刺激ホルモン放出ホルモン)	TSHを刺激	T3/T4を刺激(甲状腺)
GnRH(性腺刺激ホルモン放出ホルモン)	LHとFSHを刺激	エストロゲン、プロゲステロン、テストステロン
CRH(副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン)	ACTHを刺激	コルチゾール(副腎)
GHRH(成長ホルモン放出ホルモン)	GHを刺激	成長、IGF-1
ソマトスタチン	GH、TSHを抑制	成長、甲状腺ホルモンを低下
ドパミン	PRLを抑制	プロラクチンを低下
ADH/バソプレシン	(神経下垂体)	腎臓での水の再吸収
オキシトシン	(神経下垂体)	子宮の収縮、乳汁の分泌

ADHとオキシトシンは視床下部の室傍核と視索上核でつくられ、軸索に沿って神経下垂体まで運ばれます。そこで蓄えられ、(門脈系を通さずに)直接血液中に放出されます。

視床下部の病気

視床下部の病気は比較的まれですが、多くの機能が同時に障害されるため、複雑な臨床像を示します。主な原因は、構造的なもの(トルコ鞍・鞍上部の腫瘍、外傷、手術)、炎症性のもの(サルコイドーシス、自己免疫性辺縁系脳炎)、血管性のもの(虚血、脳卒中)、そして小児では先天性の奇形です。

頭蓋咽頭腫は、小児と思春期の若者で視床下部領域に最も多くみられる良性腫瘍です。ラトケ嚢の上皮の遺残から発生し、ゆっくりと大きくなり、下垂体機能低下症、尿崩症、視床下部性肥満、視力障害を引き起こします。組織学的には良性ですが、腫瘍が周囲の構造にしっかり癒着しているため、治療は困難です。

中枢性尿崩症は、多尿(1日3リットルを超える薄い尿)と強い多飲として現れます。これは室傍核や下垂体茎の損傷によるADHの欠乏の結果です。尿糖がないことで糖尿病と区別され、Desmopressin(ADHの類似物質)への反応によって一次性多飲症と区別されます。

視床下部性肥満は、視床下部の腫瘍に対する手術や放射線治療の後に起こる、おそれられている結果です。腹内側核と弓状核の損傷が満腹の仕組みを乱し、どのような食事療法にも抵抗する過食を引き起こします。中枢性思春期早発症も起こりうる結果の一つで、視床下部の病変によってGnRHの発生器が早すぎる時期に活性化されることで生じます。

自己免疫性辺縁系脳炎(抗NMDA受容体抗体、抗LGI1抗体)は視床下部を巻き込むことがあり、ADHの不適切な分泌による低ナトリウム血症(SIADH)、重い睡眠障害、行動の変化を引き起こします。

診断

視床下部の病気が疑われるかどうかは病歴に基づきます。複数の内分泌疾患の組み合わせ(GH+TSH+ACTH+性腺刺激ホルモンの欠乏=複合型下垂体機能低下症)は、中枢の病変を示唆します。問診では、頭痛、視覚の異常、体重の変化、多尿・多飲、思春期の異常、月経周期の異常、性欲の低下について確認する必要があります。

臨床検査には、ホルモンの全項目の測定が含まれます。TSH、FT4、FT3(甲状腺系について:視床下部の病気では、甲状腺機能低下症があってもTSHが正常または低値のことがあります)、基礎コルチゾール、インスリンまたはCRHによる刺激試験、LH、FSH、テストステロン/エストラジオール、基礎GHとIGF-1、プロラクチン、血清と尿の浸透圧です。続発性甲状腺機能低下症が疑われる場合は、甲状腺の検査と橋本病のマーカーで評価を補います。

トルコ鞍・鞍上部を詳しく調べるガドリニウム造影の頭部MRIが、第一に選ばれる画像検査です。視床下部、下垂体茎、下垂体を数ミリメートルの解像度で描き出し、腫瘍の形態と造影のされ方(エンハンスメント)から腫瘍の性質を評価します。

よくある質問

視床下部は何のためにあるのですか?

視床下部は、生存と恒常性に欠かせない7つの機能を果たしています。体温を調節し(サーモスタット)、空腹とのどの渇きを制御し、睡眠と覚醒のサイクルと概日リズムを管理し、HPA軸を通じてストレスへの反応を統括し、主要な下垂体ホルモンすべての分泌を制御し、自律神経系(血圧、心拍数、消化)を調節し、情動と生殖にかかわる行動を調整しています。これらの機能が、たとえ一部でも失われると、複雑で生活に大きな支障をきたす症候群が生じます。

視床下部が働かなくなるとどうなりますか?

結果は、どの神経核が損傷されたかによって異なります。広範な損傷では視床下部症候群が生じます。尿崩症(ADHがないことによる大量の多尿)、食事療法に抵抗する視床下部性肥満(満腹中枢の損傷による)、体温調節の異常(低体温または変温性)、思春期早発症または思春期遅発症、GHの反応の不足による低血糖、そして重い睡眠障害です。複合型下垂体機能低下症(GH、TSH、ACTH、性腺刺激ホルモンの欠乏)は、手術で治療された視床下部腫瘍の最も多い結果です。

視床下部と下垂体は同じものですか?

いいえ、解剖学的に別の構造で、役割も異なります。視床下部は命令を出します。門脈系を通じて下垂体に届く神経ホルモンをつくり、下垂体を刺激したり抑制したりします。下垂体は実行します。末梢の内分泌腺に作用する刺激ホルモン(TSH、ACTH、LH、FSH、GH、PRL)をつくります。両者は解剖学的には下垂体茎(漏斗)で、機能的には門脈経路でつながっています。下垂体茎が損傷されると、視床下部による下垂体の制御が途切れ、高プロラクチン血症(ドパミンによる抑制がなくなるため)と複数のホルモンの欠乏が起こることがあります。

視床下部を評価するためにどのような検査を行いますか?

視床下部を直接調べる「視床下部の検査」はありません。評価は次のものに基づきます。(1)基礎ホルモン値の測定(TSH、FT4、朝8時のコルチゾール、LH、FSH、テストステロン/エストラジオール、IGF-1、プロラクチン、浸透圧)、(2)動的な刺激試験(GHとコルチゾールをみるインスリン低血糖試験、副腎皮質刺激ホルモン系の反応をみるCRH試験、甲状腺刺激ホルモン系の反応をみるTRH試験)、(3)解剖学的な領域を描き出すためのトルコ鞍の撮影を含む頭部MRI。身体診察には視野の評価が含まれます(視交叉への圧迫の影響を調べるため)。

ストレスは視床下部を傷つけますか?

慢性のストレスは、構造的な意味で視床下部を「傷つける」わけではありませんが、機能に大きな変化をもたらします。慢性的に高いコルチゾールは海馬(HPA軸に負のフィードバックをかけています)の体積を減らし、HPA軸がしだいに過剰に働くようになり、ストレス反応を止める力が弱まります。その結果として、睡眠の乱れ、食欲と代謝への影響による体重の増加、骨粗鬆症、免疫抑制、GnRHの抑制による性機能障害、そして不安や不眠症の徴候と症状の悪化がみられます。

視床下部にはどのような腫瘍ができますか?

視床下部に原発する腫瘍はまれです。頭蓋咽頭腫(胎生期の上皮の遺残から生じる良性腫瘍)は、小児期の視床下部・鞍上部領域で最も多い腫瘍です。視床下部神経膠腫(神経線維腫症1型の小児に多い)はゆっくりと大きくなります。胚腫(ジャーミノーマ)は松果体部や鞍上部に発生することがあり、放射線治療で治療します。視床下部への転移はまれですが起こりえます(肺がんと乳がん)。はるかに頻度の高い下垂体腫瘍は、十分に大きい場合、二次的に視床下部へ広がることがあります(鞍上部へ進展したマクロアデノーマ)。サルコイドーシスやヒスチオサイトーシスXも視床下部に浸潤し、腫瘍に似た像を示すことがあります。

参考文献

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