木曜日、2月17 2011 21:59

解剖学と生理学

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神経細胞は、神経系の機能単位です。 神経系には、このような細胞が XNUMX 億個あると考えられています。 ニューロン および グリア、グリアはニューロンよりも多く存在します。

ニューロン

図 1 は、細胞体、樹状突起、軸索終末という XNUMX つの最も重要な構造的特徴を持つニューロンの理想化された図です。

図 1. ニューロンの構造

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樹状突起は、ニューロンの細胞体の近くで発生する細かく分岐したプロセスです。 樹状突起は、神経伝達物質と呼ばれる化学伝達物質を介して興奮または抑制効果を受け取ります。 細胞質は、細胞核を含むオルガネラやその他の封入体が見られる細胞体の材料です 図 2. 核には、細胞のクロマチンまたは遺伝物質が含まれています。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

図 2. オルガネラ

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神経細胞の核は、遺伝物質であるデオキシリボ核酸 (DNA) を含んでいるにもかかわらず、その DNA が細胞分裂のプロセスに関与していないという点で、他の生きている細胞の核とは異なります。 つまり、成熟に達した後、神経細胞は分裂しません。 (この規則の例外は、鼻の内層 (嗅上皮) のニューロンです。) 核は、タンパク質の合成に必要なリボ核酸 (RNA) が豊富です。 XNUMX 種類のタンパク質が特定されています。 細胞活動のためのエネルギーを生成するコンドリア内タンパク質。 膜と分泌物を形成するタンパク質。 ニューロンは現在、改変された分泌細胞と考えられています。 分泌顆粒が形成され、シナプス小胞に保存され、後に神経細胞間の化学伝達物質である神経伝達物質として放出されます。

ニューロンの骨格を形成する線維要素は、ニューロンの栄養機能に関与し、伝達の媒体として機能します。 軸索輸送は、順行性(細胞体から軸索終末へ)および逆行性(軸索終末から細胞体へ)であり得る。 最も太いものから最も細いものまで、微小管、ニューロフィラメント、マイクロフィラメントの XNUMX 種類の繊維要素が認識されます。

グリア細胞

ニューロンとは対照的に、グリア細胞はそれ自体では電気メッセージを伝えません。 グリア細胞には次の XNUMX 種類があります。 マクログリアミクログリア. マクログリアは、星状細胞、オリゴデンドロ サイト、上衣細胞の少なくとも XNUMX 種類の細胞に付けられた名前です。 ミクログリア細胞は、主に、神経損傷や感染が発生した後に破片を除去するためのスカベンジャー細胞です。

グリア細胞はまた、独特の微視的および超微視的特徴を持っています。 グリア細胞はニューロンを物理的にサポートしていますが、多くの生理学的特性も現在理解され始めています。 最も重要な神経細胞とグリア細胞の相互作用の中には、神経細胞に栄養素を提供し、死後に神経細胞の断片を除去し、最も重要なこととして、化学的コミュニケーションのプロセスに寄与するグリア細胞の役割があります。 ニューロンとは対照的に、グリア細胞は分裂することができるため、自己複製することができます。 例えば、神経系の腫瘍は、グリア細胞の異常な再生に起因します。

ミエリン

神経組織の肉眼観察で「灰白質」と「白質」として現れるものは、微視的・生化学的根拠があります。 微視的には、灰白質には神経細胞体が含まれていますが、白質は神経線維または軸索が見られる場所です。 「白い」外観は、ミエリンと呼ばれる脂肪物質で構成された鞘がこれらの繊維を覆っているためです。 末梢神経のミエリンは、軸索を包むシュワン細胞の膜に由来します。 中枢神経系の繊維のミエリンは、オリゴデンドロ サイト (さまざまなグリア細胞) の膜によって提供されます。 オリゴデンドロサイトは通常、いくつかの軸索を有髄化しますが、シュワン細胞は 2,000 つの軸索のみに関連付けられます。 ランビエの結節と呼ばれるミエリン鞘の不連続は、連続するシュワン細胞またはオリゴデンドロサイトの間に存在します。 最長の中枢運動経路では、最大 XNUMX 個のシュワン細胞が髄鞘を形成していると推定されています。 活動電位の伝播を促進する役割を持つミエリンは、神経毒性物質の特定の標的である可能性があります。 神経毒性物質の形態学的分類は、ミエリンの特徴的な神経病理学的変化をミエリン障害として説明しています。

ニューロンの栄養機能

ニューロンの正常な機能には、タンパク質合成、軸索輸送、活動電位の生成と伝導、シナプス伝達、およびミエリンの形成と維持が含まれます。 ニューロンの基本的な栄養機能のいくつかは、軸索の切断 (軸索切断) によって 19 世紀という早い時期に説明されました。 発見されたプロセスの中で、最も重要なものの XNUMX つは、ウォラー変性でした。これは、それを記述した英国の生理学者であるウォーラーにちなんでいます。

ウォーラー変性は、外傷性または毒性による損傷の結果としてのオルガネラのよく知られた変化を説明する良い機会を提供します。 括弧書きとして、外傷性軸索切断術によって生じるウォーラー変性を説明するために使用される用語は、神経毒性物質による変化を説明するために使用される用語と同じです。 細胞レベルでは、神経組織への毒性損傷に起因する神経病理学的変化は、外傷性損傷の結果として生じるものよりもはるかに複雑です。 神経毒性物質の影響を受けたニューロンの変化が観察されたのはごく最近のことです。

軸索切断から 1 時間後の最も特徴的な特徴は、機械的外傷の両側の腫れです。 腫れは、損傷部位の両側に体液と膜状要素が蓄積することによって生じます。 これらの変化は、浸水した地域の両側で車両が停止している雨水浸水した双方向道路で観察されたものと同じです。 この類推では、失速した車両は腫れです。 数日後、シースされた軸索、つまりミエリンで覆われた軸索の再生が起こります。 芽は近位の切り株から成長し、3 日あたり XNUMX ~ XNUMX mm の速度で移動します。 良好な条件下では、芽は遠位 (細胞体から離れた) 切り株に到達します。 神経再生(切り株の結合)が完了すると、通常の感染の基本的な特徴が再確立されます。 損傷を受けたニューロンの細胞体は、タンパク質合成と軸索輸送において深刻な構造変化を起こします。

分子神経生物学が若い分野であると言われれば、神経毒性プロセスの神経生物学はさらに若く、まだ初期段階にあります. 確かに、多くの神経毒や薬剤の作用の分子基盤は現在よく理解されています。 しかし、いくつかの注目すべき例外 (例えば、鉛、メチル水銀、アクリルアミド) を除いて、環境および神経毒性物質の大多数の毒性の分子基盤は不明です。 そのため、職業上および環境上の神経毒性物質の選択されたグループの分子神経生物学を説明する代わりに、古典的な神経薬理学または現代の医薬品製造の仕事からの比較的豊富な戦略と例を参照することを余儀なくされています.

神経伝達物質

神経伝達物質は、活動電位によって軸索終末から放出されると、別の神経線維が刺激されたときに電位の瞬間的な変化を引き起こす化学物質です。 神経伝達物質は、隣接するニューロンまたは筋肉や腺などのエフェクター器官を刺激または抑制します。 既知の神経伝達物質とその神経経路は現在集中的に研究されており、新しいものは常に発見されています. 現在、一部の神経障害および精神障害は、神経伝達における化学的変化によって引き起こされると理解されています。たとえば、重症筋無力症、パーキンソン病、うつ病などの特定の形態の情動障害、統合失調症などの重度の思考プロセスの歪み、およびアルツハイマー病などです。 神経伝達に対するいくつかの環境的および職業的神経毒性物質の影響に関する優れた個別の報告が公開されていますが、知識体系は神経精神疾患の既存のものと比較して貧弱です。 製造された医薬品の薬理学的研究では、医薬品が神経伝達にどのように影響するかを理解する必要があります。 このように、医薬品の製造と神経伝達の研究は密接に関連しています。 Feldman と Quenzer (1984) は、変化する薬物作用の見解を要約しています。

神経伝達に対する神経毒性物質の効果は、神経系のどこで作用するか、それらの化学受容体、それらの効果の時間経過、神経毒性物質が神経伝達を促進、遮断、または阻害するかどうか、または神経毒性物質が神経伝達の終結または除去を変更するかどうかによって特徴付けられます。神経伝達物質の薬理作用。

神経科学者が経験する困難の 1986 つは、ニューロンの分子レベルで発生する既知のプロセスを細胞レベルでのイベントと関連付ける必要があることです。これにより、正常および病的な神経心理学的変化がどのように発生するかを説明できる可能性があります。 「(A)分子レベルでは、薬物の作用の説明が可能な場合が多い。 細胞レベルでは、説明が可能な場合もありますが、行動レベルでは、私たちの無知はひどいものです」(Cooper, Bloom and Roth XNUMX).

神経系の主要構成要素

神経系の主要な構成要素に関する知識は、神経毒性疾患の全体的な神経心理学的症状の理解、神経系機能の評価のための特定の技術の使用の理論的根拠、および神経毒性作用の薬理学的メカニズムの理解に不可欠です。 機能的な観点から、神経系は XNUMX つの主要なコンパートメントに分けることができます。 体性神経系 体節からの感覚情報 (触覚、温度、痛み、四肢の位置 - 目を閉じている場合でも) を伝達し、腕、指、脚などの骨格筋の動きを刺激して制御する神経経路を運びます。つま先。 の 内臓神経系 通常は血管の影響を受けない内臓や、瞳孔の散大・収縮などをコントロールしています。

解剖学的観点から、XNUMX つの主要な構成要素を特定する必要があります。 中枢神経系 末梢神経系 脳神経をはじめ、 自律神経系神経内分泌系.

中枢神経系

中枢神経系には脳と脊髄が含まれています 図 3. 脳は頭蓋腔にあり、髄膜によって保護されています。 それは XNUMX つの主要なコンポーネントに分かれています。 つまり、神経系の尾部 (尾) から頸部 (頭) の部分まで、昇順で後脳 (菱脳とも呼ばれます)、中脳 (中脳)、前脳 (前脳) です。

図 3. 神経系の中枢部と末梢部

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後脳

後脳の 4 つの主要な構成要素は、延髄、橋、および小脳です (図 XNUMX)。

図 4.側面から見た脳。

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延髄には、心拍数と呼吸を制御する神経構造が含まれており、神経毒性物質や死に至る薬物の標的になることもあります。 延髄と中脳の間に位置する橋 (ブリッジ) は、小脳半球に向かう途中で前部を横断する多数の繊維にちなんで名付けられました。 小脳 (ラテン語で小さな脳) は特徴的に波状の外観をしています。 小脳は感覚情報を受け取り、運動協調に不可欠な運動メッセージを送ります。 それは(他の機能の中で)細かい動きの実行を担当します。 このスケジューリング (またはプログラミング) には、感覚入力と運動反応の適切なタイミングが必要です。 小脳は、多くの場合、運動反応に影響を与える多数の神経毒性物質 (アルコール飲料、多くの工業用溶剤、鉛など) の標的となります。

中脳

中脳は、後脳と前脳をつなぐ脳の狭い部分です。 中脳の構造は、大脳水道、蓋、大脳脚、黒質、および赤核です。 脳水道は、第 XNUMX 脳室と第 XNUMX 脳室 (脳の液体で満たされた空洞) を接続するチャネルです。 脳脊髄液 (CSF) はこの開口部を通って流れます。

前脳

脳のこの部分は、間脳(「脳の間」)と大脳に細分されます。 間脳の主要な領域は、視床と視床下部です。 「視床」は「奥の部屋」を意味します。 視床は、核と呼ばれるニューロンのグループで構成されており、次の XNUMX つの主な機能があります。

  • 感覚情報を受け取り、それを大脳皮質の主要領域に送信する
  • 進行中の動きに関する情報を大脳皮質の運動野に送信する
  • 大脳辺縁系の活動に関する情報を、大脳皮質のこのシステムに関連する領域に送信する
  • 視床内活動に関する情報を大脳皮質の連合野に送る
  • 脳幹網様体形成活動の情報を大脳皮質の広範な領域に送信します。

 

視床下部という名前は、「視床の下」を意味します。 これは、脳のイメージングの重要な基準点である第三脳室の基部を形成します。 視床下部は、基本的な生物学的衝動、動機、感情など、行動の多くの側面を担う複雑で微細な神経構造です。 これは、神経系と神経内分泌系の間のリンクであり、以下で確認します. 下垂体(下垂体とも呼ばれる)は、ニューロンによって視床下部核に連結されています。 視床下部神経細胞が多くの神経分泌機能を果たすことは十分に確立されています。 視床下部は、もともと嗅覚に関連していた原始皮質である鼻脳や、海馬を含む大脳辺縁系を含む、脳の他の多くの主要な領域と関連しています。

大脳皮質は脳の最大の構成要素であり、脳梁と呼ばれる白質の塊によって接続された 4 つの大脳半球で構成されています。 大脳皮質は、各大脳半球の表層です。 大脳皮質の深い溝 (図 XNUMX の中央溝と外側溝) は、脳の解剖学的領域を分離するための基準点として使用されます。 前頭葉は中央溝の前にあります。 頭頂葉は中央溝の後ろから始まり、脳の後部を占める後頭葉の隣にあります。 側頭葉は外側溝の折り畳みの内側から始まり、脳半球の腹側に伸びます。 大脳の XNUMX つの重要な構成要素は、大脳基底核と大脳辺縁系です。

大脳基底核は、脳の中心に向かって位置する核、つまり神経細胞の塊です。 大脳基底核は、錐体外路運動系の主要な中心を構成します。 (この用語が対比される錐体系は、運動の随意制御に関与しています。) 錐体外路系は、多くの神経毒性物質 (マンガンなど) によって選択的に影響を受けます。 過去 XNUMX 年間で、これらの核がいくつかの神経変性疾患 (パーキンソン病、ハンチントン舞踏病など) で果たす役割に関する重要な発見がなされました。

大脳辺縁系は、多くの方向に分岐し、脳の多くの「古い」領域、特に視床下部との接続を確立する複雑な神経構造で構成されています。 感情表現の制御に関与しています。 海馬は、多くの記憶プロセスが行われる構造であると考えられています。

脊髄

脊髄は、脊柱管内に位置する白っぽい構造です。 それは、頸部、胸部、腰部、仙骨 - 尾骨のXNUMXつの領域に分かれています。 脊髄の XNUMX つの最も簡単に認識できる特徴は、ニューロンの細胞体を含む灰白質と、ニューロンの有髄軸索を含む白質です。 脊髄の灰白質の腹側領域には、運動機能を調節する神経細胞が含まれています。 胸部脊髄の中央領域は、自律神経機能に関連しています。 背部は脊髄神経から感覚情報を受け取ります。

末梢神経系

末梢神経系には、中枢神経系の外側にあるニューロンが含まれます。 用語 周辺 このシステムの解剖学的分布を説明していますが、機能的には人工的です。 例えば、末梢運動線維の細胞体は、中枢神経系内に位置しています。 実験的、臨床的および疫学的な神経毒物学では、用語 末梢神経系 (PNS)は、毒性物質の影響に対して選択的に脆弱であり、再生できるシステムを表しています。

脊髄神経

前根と後根は、末梢神経が脊髄の長さに沿って出入りする場所です。 隣接する椎骨には開口部があり、脊髄神経を形成する根の繊維が脊柱管から出ることができます。 31 対の脊髄神経があり、それらが関連付けられている脊柱の領域に従って名前が付けられています: 8 頸部、12 胸部、5 腰部、5 仙骨および 1 尾骨。 メタメラは、脊髄神経によって支配される体の領域です 図5.

図 5. 脊髄神経 (メタメラ) の分節分布。

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メタメラの運動機能と感覚機能を注意深く調べることで、神経科医は損傷が発生した病変の位置を推測できます。

 

 

 

 

 

 

 

表 1. 脳神経の各ペアの名前と主な機能

神経1 インパルスを伝導する 機能
I. 嗅覚 鼻から脳へ 匂いの感覚
Ⅱ. 光学 目から脳へ ビジョン
III. 眼球運動 脳から目の筋肉まで 目の動き
IV. 滑車 脳から外眼筋まで 目の動き
V. 三叉神経
(またはトライフェイシャル)
頭の皮膚や粘膜から、歯から脳まで。 脳から咀嚼筋まで 顔、頭皮、歯の感覚; 咀嚼運動
Ⅵ. 誘拐犯 脳から外眼筋まで 目を外側に向ける
VII. フェイシャル 舌の味蕾から脳まで。 脳から顔の筋肉まで 味覚; 表情筋の収縮
VIII. 音響 耳から脳まで 聴覚; バランス感覚
IX. 舌咽 喉と舌の味蕾から脳へ。 脳から喉の筋肉や唾液腺まで 喉の感覚、味覚、嚥下運動、唾液の分泌
X. 迷走神経 喉、喉頭、胸部および腹腔内の臓器から脳まで。 また、脳から喉の筋肉、胸腔や腹腔の臓器まで のど、喉頭、胸部と腹部の器官の感覚; 嚥下、発声、心拍の減速、蠕動の加速
XI. 脊椎付属品 脳から特定の肩や首の筋肉まで 肩の動き; 頭の回転運動
ⅩⅡ. 舌下 脳から舌の筋肉まで 舌の動き

1 次の文の単語の最初の文字は、脳神経の名前の最初の文字です。「古いオリンパスの小さなトップスで、フィンランド人とドイツ人がいくつかのホップを見ました」。 多くの世代の学生が、脳神経の名前を覚えるのを助けるために、この文または類似の文を使用してきました。

 

脳神経

脳幹 髄質、橋、中脳を含む神経系の領域を指す包括的な用語です。 脳幹は、上向きおよび前向き (腹側) の脊髄の延長です。 脳神経の大部分が出口と入口を作るのはこの領域です。 脳神経は 12 対あります。 表 1 は各ペアの名前と主な機能を示し、図 6 は脳内のいくつかの脳神経の出入り口を示しています。

図 6.多くの脳神経の出入り口を下から見た脳。

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自律神経系

自律神経系は、人体の内臓成分の活動を制御する神経系の一部です。 機能を自動的に実行するため、「自律型」と呼ばれます。つまり、その機能を自由に制御することは容易ではありません。 解剖学的観点から見ると、自律神経系には交感神経系と副交感神経系の XNUMX つの主要な構成要素があります。 内臓活動を制御する交感神経は、脊髄の胸部と腰部から発生します。 副交感神経は、脳幹と脊髄の仙骨部分から発生します。

生理学的な観点から、交感神経系と副交感神経系が異なる身体器官を制御する方法に適用される単一の一般化を行うことはできません. ほとんどの場合、内臓は両方のシステムによって神経支配されており、チェックとバランスのシステムでそれぞれのタイプが反対の効果を持っています。 例えば、心臓は、交感神経の興奮によって心拍が加速され、副交感神経の興奮によって心拍が遅くなります。 いずれのシステムも、それが神経支配する器官を刺激または阻害できます。 他の場合では、器官はいずれかのシステムによって支配的または独占的に制御されています。 自律神経系の重要な機能は、恒常性 (安定した平衡状態) の維持と、動物の体の外部環境への適応です。 ホメオスタシスは、アクティブなプロセスによって達成される身体機能の平衡状態です。 体温、水分、電解質の制御はすべて恒常性プロセスの例です。

薬理学的観点からは、かつて信じられていたように、交感神経または副交感神経の機能に関連する単一の神経伝達物質はありません。 アセチルコリンが自律神経系の主要な伝達物質であるという古い見方は、新しいクラスの神経伝達物質および神経調節物質 (例えば、ドーパミン、セロトニン、プリン、およびさまざまな神経ペプチド) が発見されたときに放棄されなければなりませんでした。

神経科学者は最近、自律神経系の行動学的観点を復活させました。 自律神経系は、ストレスによって引き起こされる生理学的反応の大部分において、人間に依然として存在する闘争または逃走の本能的反応に関与しています。 神経系と免疫機能との相互作用は、自律神経系を通じて可能です。 自律神経系に由来する感情は、骨格筋を介して表現することができます。

平滑筋の自律制御

心臓を除く内臓の筋肉は平滑筋です。 心筋には、骨格筋と平滑筋の両方の特徴があります。 骨格筋と同様に、平滑筋にも XNUMX つのタンパク質アクチンが含まれており、ミオシンの割合はわずかです。 骨格筋とは異なり、筋肉繊維の収縮単位である筋節の規則的な組織はありません。 心臓は、筋原性活動を生成できるという点で独特です。神経支配が切断された後でも、数時間、それ自体で収縮および弛緩することができます。

平滑筋における神経筋結合は、骨格筋のものとは異なります。 骨格筋では、神経筋接合部は神経と筋繊維の間のリンクです。 平滑筋には、神経筋接合部はありません。 神経終末は筋肉に入り、あらゆる方向に広がります。 したがって、平滑筋内の電気的イベントは、骨格筋内のイベントよりもはるかに遅くなります。 最後に、平滑筋は、腸によって示されるような自発的な収縮を示すという独特の特徴を持っています. 自律神経系は、平滑筋の自発活動を大部分調節しています。

自律神経系の中心的構成要素

自律神経系の主な役割は、平滑筋、心臓、消化管の腺、汗腺、副腎およびその他の内分泌腺の活動を調節することです。 自律神経系には、多くの自律神経機能が統合されている脳の基部にある視床下部という中心的な構成要素があります。 最も重要なことは、自律神経系の中心的な構成要素が、生物学的衝動(体温調節、空腹、喉の渇き、性別、排尿、排便など)、動機付け、感情の調節、そして「心理的」機能に大きく関与しているということです。気分、影響、感情など。

神経内分泌系

腺は内分泌系の器官です。 内分泌腺と呼ばれるのは、その化学的メッセージが体内で血流に直接伝達されるためです (汗腺などの外分泌腺とは対照的に、その分泌物は体の外表面に現れます)。 内分泌系は、ホルモンと呼ばれる化学伝達物質を介して、臓器や組織をゆっくりと、しかし長期にわたって制御しています。 ホルモンは体の代謝の主な調節因子です。 しかし、中枢神経系、末梢神経系、自律神経系の間の密接なつながりのために、 神経内分泌系—このような複雑なつながりを捉えた用語—は、現在、人体の構造と機能、および行動の強力な修飾子として考えられています.

ホルモンは、細胞から血流に放出されて、ある程度離れた標的細胞に作用する化学伝達物質と定義されています。 最近まで、ホルモンは上記の神経伝達物質と区別されていました。 後者は、神経終末と別のニューロンまたはエフェクター (すなわち、筋肉または腺) との間のシナプス上にニューロンから放出される化学伝達物質です。 しかし、ドーパミンなどの古典的な神経伝達物質がホルモンとしても機能することが発見されたため、神経伝達物質とホルモンの区別はますます明確ではなくなりました. したがって、純粋に解剖学的な考察に基づいて、神経細胞に由来するホルモンは神経ホルモンと呼ばれることがあります。 機能的な観点から、神経系は真の神経分泌系と考えることができます。

視床下部は、脳下垂体(下垂体とも呼ばれ、脳の基部にある小さな腺)とのリンクを介して内分泌機能を制御します。 1950 年代半ばまで、内分泌腺は、しばしば「マスター腺」と呼ばれる下垂体によって支配される別個のシステムと見なされていました。 当時、内分泌機能の制御における視床下部/下垂体因子の機能的役割を確立する神経血管仮説が進められていました。 この見解では、視床下部内分泌は、内分泌系の制御における最終的な共通の神経内分泌経路を提供します。 現在、内分泌系自体が中枢神経系と内分泌入力によって調節されていることがしっかりと確立されています。 したがって、 神経内分泌学 生理学的プロセスの制御における神経系と内分泌系の相互統合的役割を研究する分野を説明する適切な用語です。

神経内分泌学の理解が深まるにつれて、本来の区分は崩壊しつつあります。 下垂体の上に位置し、下垂体に接続されている視床下部は、神経系と内分泌系との間のリンクであり、その神経細胞の多くは分泌機能を果たします。 また、嗅覚や嗅覚に関連する原始皮質である鼻脳や、感情に関連する大脳辺縁系など、脳の他の主要な領域とも関連しています。 脳下垂体後葉から分泌されるホルモンは視床下部で作られます。 視床下部は、ホルモンの放出および抑制と呼ばれる物質も生成します。 これらは下垂体腺下垂体に作用し、脳下垂体前葉ホルモンの産生を促進または阻害します。このホルモンは、他の場所にある腺 (甲状腺、副腎皮質、卵巣、精巣など) に作用します。

 

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