Cours 2 – Régulation endocrinienne

Physiologie - Régulation endocrinienne
PHYSIOLOGIE
Cours 2 – Régulation endocrinienne
Pr Marie-Pia d’ORTHO
I. Système d’intégration de l’organisme
II. Définitions
III. Les hormones
A. Les principales glandes
B. Les tissus endocriniens
C. Les hormones
IV. Les signaux humoraux : régulation et effet
A. Hiérarchie hormonale
B. Boucles de rétrocontrôle
C. Rythmes biologiques
V. Transmission cellulaire de messagers extracellulaires
VI. Exemples de pathologies
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I. SYSTÈME D’INTÉGRATION DE L’ORGANISME
Le milieu intérieur a permis de passer des êtres unicellulaires aux pluricellulaires. Il permet également le
maintien de l’homéostasie. L’homéostasie est la capacité que peut avoir un système (ouvert ou fermé) à
conserver son équilibre de fonctionnement en dépit des contraintes qui lui sont extérieures (Claude Bernard).
Concrètement, il s’agit de maintenir constantes ou de réguler dans certaines limites les variations de certaines
propriétés : pH, glycémie, température… L’homéostat est un système réglé, dans un compartiment, sur une
valeur à laquelle doit être stabilisé un paramètre physico-chimique. Pour cela il existe 2 systèmes eux même en
interaction : le système neuronal, et le système endocrinien. Ils se différencient par plusieurs aspects :
•
Le système neuronal : l’information est d’abord transmise sous forme d’un signal électrique (le
potentiel d’action) puis par l’intermédiaire d’un signal chimique (le neurotransmetteur), il s’agit d’une
réseau «câblé» dans la mesure où il ne se disperse pas à distance, il va d’un point à un autre, son
action est très localisée, rapide et brève.
•
Le système endocrinien : l’information est transmise sous forme d’un signal chimique (l’hormone),
réseau «wifi» il se disperse et se propage à distance souvent pas la circulation sanguine, il a une action
générale, lente mais durable.
Des boucles de régulations assure un équilibre, ainsi la variable X reste constante et les entrées et sorties
du compartiment sont égales. La régulation met en jeu: un capteur/comparateur, qui mesure lors d’une
perturbation du compartiment, l’écart entre la valeur de la variable X et la valeur de référence du système
réglé (X-Xo), un transmetteur, qui envoie un message codé par les nerfs ou le sang informant de l’écart avec la
valeur référence, et un effecteur/récepteur qui décode le message et modifie en fonction des besoins les
entrées ou les sorties en variable X du compartiment.
Les systèmes hormonaux font partie des grands systèmes d’intégration. Ils ont une fonction de contrôle et
de régulation du milieu intérieur et du métabolisme, de croissance et de maturation de l’organisme, de
reproduction, et de réponse de l’organisme face au milieu extérieur (adaptation à l’environnement).
II. DÉFINITIONS
Les glandes sont des organes qui synthétisent une substance qui sera sécrétée. Ils existent plusieurs types
de glandes en fonction de leur mode de sécrétion.
• Les glandes exocrines produisent des substances sécrétées dans le milieu extérieur du corps. Nous
pouvons citer les glandes sudoripares, salivaires, et celles sécrétant des enzymes de l’intestin.
• Les glandes endocrines sécrètent dans le milieu intérieur, dans le sang.
Les hormones sont des messagers de transmission lente et continue de signaux. Leur définition est liée à leur
fonction et non à leur structure biochimique. Nous pouvons citer différents types de sécrétion :
-
Neuro-endocrine (neurocrine), qui représente l’interaction entre système neuronal et endocrinien. Il
s’agit d’un neurone qui provoque la sécrétion d’une neuro-hormone jusqu’à une cellule cible.
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-
Hormones, soit endocrine, qui atteint la cellule cible par le système circulatoire (ex: insuline), soit
paracrine, qui agit sur une cellule cible voisine, contigüe, mais d’un autre type cellulaire ( ex: VEGF ou
TGF-Beta), soit juxtacrine, qui agit sur une cellule cible contigüe mais du même type cellulaire (ex:
TGF-Alpha), soit autocrine, la cellule cible est la cellule productrice elle-même (ex: EGF ou TGFAlpha) ou intracrine, la substance n’est pas sécrétée en dehors de la cellule mais agit directement
en intracellulaire de la cellule productrice.
Les cibles hormonales sont des organes effecteurs
sur lesquels les hormones produites par les glandes ou
tissus endocriniens exercent une action. Ces organes
cibles peuvent être des glandes, des tissus endocrinien
subalternes, qui peuvent à leur tour sécréter une autre
hormone, ou des tissus non endocriniens, qui ne
sécrètent pas d’hormones.
Les cellules cibles possèdent des récepteurs
spécifiques pour répondre à l’hormone (ligand), cette
interaction est de très forte affinité, ainsi il suffit d’une
concentration très faible en hormone (10^-12 ou 10^-14
Mol) pour transmettre à un signal à la cible.
Une même hormone, sur un même type de récepteur
peut provoquer une réponse différente en fonction du
type cellulaire de la cible. Par exemple l’adrénaline sur
les cellules hépatiques, stimule la glycogénolyse, sur les
cellules cardiaques, accélère la fréquence cardiaque, sur
les adipocytes, stimule la lipolyse.
Une même hormone, sur une cellule cible identique
peut provoquer des effets différents en fonction du type
de récepteur. Les récepteurs alpha de l’adrénaline
provoquent une vasoconstriction (rétrécissement du
diamètre des vaisseaux), tandis que les récepteur béta
provoquent une vasodilatation.
Un même récepteur, sur une cellule cible identique
peut engendrer des effets différents en fonction de
l’hormone. D’autre part, si le récepteur est bloqué et
occupé par un antagoniste, il n’y a pas d’effet de
l’hormone, car elle ne peut atteindre sa cible.
L'ADH a des effets sur différents tissus et récepteurs:
Récepteur V1a des cellules musculaires lisses: vasoconstriction
Récepteur V2 du rein : réabsorption d'eau
Récepteur V3 ou V1b de l'hypophyse : production d'ACTH
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Il existe plusieurs grands types de réponses aux hormones :
• La modification de la perméabilité ou du potentiel de repos ( différence de potentiel électrique dû aux
ions entre milieu intérieur et extérieur) de la membrane : ex. la ghréline active les neurones POMC
dans la régulation de l’appétit
• La synthèse ou sécrétion de protéines/molécules régulatrices : ex. la TSH provoque sur la glande
thyroïde la synthèse et sécrétion de T3 et T4
• L’activation/désactivation d’enzymes ou de canaux : ex. l’ADH (antidiurétique hormone) agit sur les
aquaporines pour stimuler la réabsorption d’eau au niveau rénal, ou l’insuline active les transporteurs
de glucose Glut2/4 pour permettre l’entrée intracellulaire de glucose.
• La stimulation de la division cellulaire : ex. la GH est une hormone de croissance
III.
LES HORMONES
Les hormones transmettent des informations pour la régulation des fonctions organiques et métaboliques.
Les hormones endocrines sont véhiculées par la circulation sanguine. Elles sont issues soit de glandes
endocrines, soit de cellules/tissus endocriniens situés dans des organes ayant d’autres fonctions associées.
A. Les principales glandes
•
•
•
•
•
•
•
•
La glande pinéale (épiphyse): elle régule les rythmes biologiques avec la mélatonine
L’hypothalamus: agit, entre autres, sur le poids et la température, il sécrète TRH, CRH, GHRH, GnRH
L’hypophyse: régule les autres glandes endocrines et le bilan en eau, elle sécrète la TSH, ACTH, ADH,
ocytocine, GH, LH, FSH
Le thymus: régule l’immunité avec la sécrétion de chémokines (stimulation et migration des leucocytes)
Les glandes surrénales: régulent la pression artérielle et la réponse au stress par le biais du cortisol,
adrénaline, noradrénaline
La thyroïde et parathyroïde: agit sur le métabolisme et la régulation phospho-calcique grâce à la T3, T4 et
la PTH (parathormone)
Le pancréas: régule la glycémie avec le glucagon et l’insuline
Les ovaires et testicules: jouent un rôle dans la reproduction en sécrétant œstrogène, progestérone et
testostérone.
B. Les tissus endocriniens
.Le poumon: sécrète de la sérotonine
.L’estomac: sécrète la ghréline qui stimule l’appétit
.Les adipocytes: sécrète la leptine qui joue un rôle dans la satiété et diminue l’appétit
C. Les hormones
Il est possible également de les différencier en fonction de leur structure biochimique et de leur synthèse :
•
Les hormones glycoprotéiques et peptidiques hydrophiles : elles sont stockées dans des granules
sécrétoires et libérées par exocytose, comme elles sont hydrosolubles elles circulent sans
transporteurs mais ne diffusent pas à travers la membrane (lipophobe) et nécessite donc la présence
d’un récepteur membranaire. Nous pouvons citer l’ADH ou l’épinéphrine, la PTH, l’orexine, la leptine,
les chémokines, la ghreline, l’insuline, GH, LH, FSH, ACTH, TSH, et l’ocytocine.
•
Les hormones aminées dérivées d’acides aminés : elles dérivent de la tyrosine, il y a les
catécholamines (adrénaline, noradrénaline, dopamine) qui sont hydrophile (caractérisque ci-dessus),
tandis que les hormones thyroïdiennes (T3,T4) sont intermédiaires (entre hydrophiles et lipophiles).
•
Les hormones stéroïdes, lipophiles : issues du métabolisme du cholestérol, elles ne sont pas stockées
mais produites en fonctions des besoins. On peut citer le cortisol, œstrogène, progestérone et
testostérone, elles nécessitent un transporteur pour atteindre la cellule cible car elles sont
hydrophobes, cependant elles diffusent à travers la membrane, et ainsi agissent sur un récepteur
intracellulaire donc le site est l’ADN. La thyroxine partage les caractéristiques d’une hormone
lipophile.
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Hypothalamus
Hypophyse
Hormones stimulatrices de libération
d’hormones antehypophysaires = RH
(releasing hormones)
Hormones inhibitrices de libération
d’hormones antehypophysaires = IH
(inhibiting hormones)
TRH (Thyrotrophin-RH)
-
Thyroid stimulating
hormon (TSH)
GRH (Gonadotrophin-RH, GnRH)
-
Lutheinizing H, LH et
Follicle Stimulating
Hormon, FSH
GHRH (Growth Hormon-RH)
Growth hormon-IH
Growth hormon, GH
CRH (Corticotrophin-RH)
-
Adreno Cortico Trophic
Hormon, ACTH
Prolactine –RH
Dopamine (prolactine-IH, PIH)
Prolactine
Calcitonine et
PTH
Régulation de la
calcémie
GhrH GnRH TRH
CRH
Poids température,
régulation
«releasing
hypophysaire
hormons»
neurohormones
Hormones
peptidiques
Hypotalamus
GHLH FSH ACTH
TSH ADH et
ocytocine
Régulation des
glandes endocrines
et bilan de l'eau
Hypophyse (scelle
turcique, toussa
toussa)
Chemokines
Immunité
Thymus (pas chez
l'adulte)
Ghreline
Miam-miam
estomac
Insuline/glucago
n
Glycémie
Pancréas
Adrénaline/
noradrénaline
Pression artérielle et
réponse au stress
Glande surrénale
Régulation
métabolique
Thyroïde
Mélatonine
Rythme biologique
Épiphyse (glande
pinéale)
Cortisol
Réponse au stress
Glande surrénale
Oestrogènes +
progéstérone/
estostérone
Reproduction
Ovaires/Testicules
Triiodoththyronine
Monoamines
« T3 » et
Thyroxine « T4 »
Hormones
stéroïdes
Thyroïde et
parathyroïde
Pas de protéine
porteuse
Exocytose
Membrane
plasmique
Protéine de
transport
Diffusion
ADN (noyau)
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IV .SIGNAUX HUMORAUX: RÉGULATION ET EFFETS
A. Hiérarchie hormonale
Il peut y avoir plusieurs relais et plusieurs intermédiaires dans la transmission d’un message. Plusieurs
glandes ou cellules endocrines peuvent être impliquées dans un circuit hormonal avant que le signal atteigne le
tissu cible pour provoquer la réponse physiologique.
Par exemple, une stimulation dans le système nerveux central peut atteindre un 1 er relais neuro-hormonal
l’hypothalamus, qui lui-même a pour cible l’hypophyse, le 2 ème relais hormonal, qui elle-même stimule un 3 ème
relais hormonal ou un tissu pour une réponse métabolique.
Il existe plusieurs axes hiérarchisés :
•
L’axe thyréotrope : la TRH sécrétée par l’hypothalamus (1er relais) provoque la sécrétion de la TSH par
l’anté-hypophyse (2ème relais) qui stimule la glande thyroïde qui sécrète alors la T3 et T4
•
L’axe corticotrope : la CRH sécrétée par l’hypothalamus (1er relais) stimule l’anté-hypophyse avec
sécrétion de l’ACTH (2ème relais) puis stimule les surrénales avec sécrétion de cortisol (3ème relais)
•
L’axe somatotrope : l’hypothalamus sécrète la GHRH (1er relais) qui stimule l’anté-hypophyse avec
sécrètion de GH, l’hormone de croissance (2ème relais) qui peut agir directement sur certains tissus, ou
provoque la sécrétion d’IGF par le foie (3ème relais)
•
L’axe gonadotrope : la GnRH est sécrétée par l’hypothalamus (1er relais) provoque la sécrétion de LH et
FSH par l’anté-hypophyse (2ème relais) et enfin la sécrétion des hormones androgènes, la testostérone
chez l’homme au niveau des testicules, et oestrogène et progestérone chez la femme au niveau des
ovaires.
B. Boucles de rétrocontrôle
Elles agissent à l’entrée ou à la sortie du système afin de réguler la variable X, un paramètre physiologique,
à la valeur de référence. On parle de feed back ou rétrocontrôle positif/négatif (augmentation ou diminution
de la sécrétion). On distingue des boucles courtes qui agissent à la fin de l’axe hiérarchique, au niveau du 3 ème
relais ou des tissus cibles, et de boucles longues lorsque la régulation s’opère au niveau du 1 er relais,
l’hypothalamus.
L’axe hypothalamo-hypophysaire bénéficie de rétrocontrôles. Il faut distinguer deux zones dans
l’hypophyse qui fonctionnent de manière spécifique.
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La post-hypophyse : cette zone de l’hypophyse est sous le contrôle neuronal de l’hypothalamus. En effet,
un neurone véhicule l’information par voies nerveuses il s’agit d’une relation axonale entre l’hypothalamus et
la post-hypophyse. Cette région est responsable de la sécrétion de deux neurohormones l’ADH (vasopressine)
et l’ocytocine qui sont synthétisées dans l’hypothalamus puis stockée dans l’hypophyse avant la sécrétion, ce
sont les seules hormones hypothalamiques présentes dans la circulation générale.
L’activité musculaire déclenche la sudation, La sudation entraîne une diminution du volume plasmatique: hémo
concentration et augmentation de l’osmolarité, L’augmentation de l’osmolarité sanguine stimule
l’hypothalamus, L’hypothalamus stimule la post-hypophyse, La post-hypophyse sécrète l’ADH (Anti-diuretic
hormone), Effet de l’ADH sur les reins : augmentation de la réabsorption de l’eau, effet sur la volémie par
action sur les sorties et correction de l’osmolarité.
L’ADH (arginine-vasopressine, vasopressine) sécrétée par la post-hypophyse est une hormone
antidiurétique, elle provoque une réabsorption d’eau au niveau rénal et une vasoconstriction. Elle est régulée
de deux manières : soit par l’osmolarité grâce à deux récepteurs au niveau du 3 ème ventricule cérébral
(diencéphle), soit par la pression artérielle (ou volumétrie) grâce aux barorécepteurs aortiques.
Par exemple, lors d’un effort physique, la sudation provoque
une augmentation de l’osmolarité
sanguine (perte d’eau,
concentration en ions plus élevée) qui stimule l’hypothalamus, qui
elle-même provoque au niveau de la post-hypophyse la sécrétion
d’ADH et ainsi la réabsorption rénale de l’eau et la baisse de
l’osmolarité. La boucle de rétrocontrôle se fait de manière
neuronale au niveau de l’hypothalamus par les variations
d’osmolarité.
L’anté-hypophyse : cette zone de l’hypophyse synthétise et sécrète
des hormones sous l’influence des releasing hormones sécrétée par
l’hypothalamus et véhiculées par la circulation sanguine via système
porte hypothalamo-hypophysaire (2 capillaires sanguins consécutifs
en série) qui permet aux hormones d’atteindre l’anté-hypophyse en
concentration importante sans passer par la circulation générale qui
les diluerait. Les releasing hormones de l’hypothalamus sont
transmises à un premier réseau capillaire puis sont véhiculées jusqu’à
un second irriguant l’anté-hypophyse. Il s’agit là d’une relation
vasculaire. De nombreuses hormones sont sécrétées par cette région
de l’hypophyse, nous prendrons comme exemple de boucle de
rétrocontrôle : la TSH
La TSH est sécrétée par l’anté-hypophyse sous l’influence d’une
releasing hormone issue de l’hypothalamus, la TRH. La TSH induit par la
suite la sécrétion de T3 et T4 par la glande thyroïde. Le rétrocontrôle
provoqué par la concentration de T3 et de T4 agit de deux façons, d’une
part la concentration de T3 influence la sécrétion de TRH par
l’hypothalamus, mais également en régulant le nombre de récepteurs à
la TRH au niveau de l’hypophyse (et ainsi agir sur la sécrétion de TSH).
Ce rétrocontrôle est hormonal.
La régulation de la glycémie constitue
elle un exemple de boucle de rétrocontrôle
direct au niveau des tissus. Le glucose est un élément énergétique indispensable
qu’on consomme continuellement. Certains organes sont complétement glucodépendants : la rétine, le cerveau, l’épithélium des gonades, et comme les entrées
en glucose sont intermittentes (prise des repas) sa concentration doit être finement
régulée. La glycémie à jeun devrait être comprise entre 5 et 5,5 Mol (soit 0,9 g/l) et
peut fluctuer de plus ou moins 30% soit de 3,9 à 7,2 Mol (de 0,7 à 1,3 g/l).
Lors de la prise alimentaire, la glycémie augmente, ainsi elle stimule la sécrétion
d’insuline par les îlots béta du pancréas, donc augmente l’insuline plasmatique, ce
qui provoque la captation du glucose au niveau du muscle et des adipocytes et la
régulation des sorties au niveau du foie. Ainsi la glycémie diminue.
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Dans le cas contraire, à jeun, la glycémie diminue, et ainsi stimule la sécrétion de glucagon par les îlots
alpha du pancréas, donc augmente le glucagon plasmatique, ce qui provoque au niveau du foie, glycogénolyse,
néoglucogenèse, et synthèse de corps cétoniques. Ainsi la glycémie augmente ainsi que la concentration de
corps cétoniques.
Il s’agit ainsi d’une régulation directe provoquée par les variations de la glycémie et agissant sur les îlots
alpha ou béta du pancréas.
L’appétit bénéficie aussi d’une boucle de rétrocontrôle: le système ghréline/leptine. En effet la ghréline
stimule l’appétit, elle est sécrétée par l’estomac, tandis que la leptine participe à la satiété et ainsi diminue
l’appétit, elle est sécrétée par les tissus adipeux.
C. Rythmes biologiques
La sécrétion des hormones ne s’effectue pas de façon continue et monotone, elle subit des variations
physiologiques sur une période donnée. Si on raisonne en journée de 24h on parle de cycle circadien, on peut
également découper le temps par mois (cycle menstruel chez la femme), ou par 9 mois (grossesse).
La mélatonine participe au cycle veille sommeil, elle est sécrétée par la glande pinéale la nuit, suite à
l’obscurité et à l’influence de l’horloge interne, elle faciliterait le sommeil.
D’autre part, la température est au minimum la nuit et au
maximum le soir, les hormones de croissances sont sécrétées en
plus grande quantité la nuit, le cortisol augmente au matin.
Le cycle menstruel de la femme est caractérisée par la 1 ère
partie du mois (phase folliculaire) avec une quantité importante
d’œstrogènes sécrétés au niveau de l’ovaire, et après le pic de
sécrétion de LH par l’hypophyse à la moitié du mois, par la
seconde partie du mois (phase lutéale) avec l’augmentation de la
sécrétion de progestérone au niveau de l’ovaire.
La grossesse provoque aussi des variations hormonales sur 9
mois, avec tout d’abord une prévalence d’HCG puis plus
tardivement d’œstrogènes et de progestérone.
V. TRANSMISSION CELLULAIRE, DE MESSAGERS EXTRACELLULAIRES
Il existe plusieurs moyens de transmettre l’information aux cellules.
Globalement les hormones peptidiques ou glycoprotéique, hydrosoluble, se fixent à des récepteurs
membranaires qui peuvent être couplés à une protéine G et mettent ainsi en jeu un 2nd messager (AMPc, DAG,
IP3, GMPc…). Ces messagers vont ensuite activer un récepteur intracellulaire et provoquer une cascade de
réponses.
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Les facteurs de croissances, eux, peuvent stimuler des récepteurs à activité enzymatique, comme les
récepteurs tyrosine kinase, sérine thréonine kinase ou guanyl-cyclase.
En revanche, les hormones lipophiles, stéroïdes ou thyroïdiennes se fixent à des récepteurs
intracellulaires, sur des zones de régulation de l’expression de l’ADN (promoteur/répresseur).
VI .EXEMPLES DE PATHOLOGIES
Dans le cas de la glycémie, deux cas de figures sont possibles.
•
L’hypoglycémie correspond à une baisse de la glycémie et à un désordre énergétique. Elle se traduit par
des fatigues, vertiges, faiblesses, chaleurs, difficultés à réfléchir et ainsi provoquer des syncopes, coma et
lésions irréversibles du cerveau.
•
L’hyperglycémie correspond à une augmentation de la glycémie et à un désordre osmotique. Elle se
traduit par une glycosurie, polyurie et polydipsie, hypotension et rétinopathie et ainsi avoir comme
conséquence une déshydratation cellulaire, baisse de la volémie (due à la diurèse osmotique).
Les conséquences d’une carence en insuline sont multiples: le fait qu’il n’y ait pas de pénétration cellulaire
de glucose induit deux effets majeurs, ils caractérisent le diabète de type 1, insulino-dépendant.
• Une hyperglycémie d’adaptation: cela donne une glycosurie, et afin de compenser l’excès de glucose
une diurèse osmotique se met en place et entraîne une polyurie et une déshydratation induisant une
polydipsie (soif).
• Une carence cellulaire en glucose: afin de compenser le déficit en glucose il se met en place une
protéolyse et lipolyse, qui amènent à un amaigrissement et la formation de corps cétoniques qui
provoque une hyperlipidémie ainsi qu’une cétonémie, cétonurie et acide métabolique (qui peut
provoquer les décès dans cette situation).
La GH (hormone de croissance) est également impliquée dans certaines pathologies de croissance comme
chez l’homme le plus grand, ou le plus petit…
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Les méthodes d’exploration permettent de définir l’origine de la pathologie, hypophysaire ou périphérique en
fonction des variations de sécrétion:
• Sécrétion hypophysaire augmentée et périphérique augmentée: il s’agit d’un trouble hypophysaire
(hypersécrétion), par exemple un adénome hypophysaire, qui entraine une sécrétion excessive du reste de
la chaîne hormonal. En effet le relais suivant, périphérique, répond à l’influence de l’hypophyse (signal
augmenté) et sécrète également trop. La maladie de Cushing, le gigantisme ou l’acromégalie en sont
significatives.
•
Sécrétion hypophysaire diminuée et périphérique augmentée: il s’agit cette fois d’un trouble
périphérique (hypersécrétion). En effet, la glande suivant l’hypophyse dans la hiérarchie hormonale
sécrète excessivement et l’hypophyse pour rectifier cet excès diminue le signal en sécrétant moins. Ce
trouble peut être à l’origine du syndrome de Cushing ou d’une hyperthyroïdie sur nodule.
•
Sécrétion hypophysaire augmentée et périphérique diminuée: il s’agit d’un trouble périphérique
(hyposécrétion). L’hypophyse essaye d’augmenter la sécrétion de la glande en augmentant le signal pour
compenser. Le goitre hypothyroïdien peut être causé par ce trouble.
•
Sécrétion hypophysaire diminuée et périphérique diminuée : il s’agit d’un trouble hypothalamohypophysaire rare, la glande sous le contrôle hypophysaire sécrète en quantité insuffisante mais répond
correctement, elle suit le signal de l’hypophyse qui est à l’origine du trouble.
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