L'ipotalamo è in grado di espletare una funzione regolatrice su tutte le altre ghiandole endocrine dell'organismo e in particolare sull'ipofisi, della quale ha il controllo e ne media l'attività. Ha dimensioni molto ridotte e un peso di appena 3-4 grammi. Il suo tessuto è costituito da una serie di nuclei ipotalamici distribuiti in tre regioni: anteriore, intermedia, caudale, e regola la liberazione di fattori di rilascio agenti sull'ipofisi.
L'ipotalamo assolve alle funzioni di tipo neurovegetativo, di controllo della fame e della sete, del dispendio energetico e della temperatura corporea, regola il ciclo sonno-veglia e i comportamenti ormonali, le funzioni immunitarie e le emozioni. L'emivita degli ormoni rilasciati dall'ipotalamo è particolarmente ridotta.
L'asse ipotalamo-ipofisi-gonadi chiarisce la serie di reazioni mediante le quali l'ipotalamo controlla le gonadi. La produzione di GnRH da parte dell'ipotalamo stimola l'ipofisi al rilascio di gonadotropine (FSH e LH) che a cascata regolano le funzioni gonadiche connesse ai testicoli e all'ovaio. La produzione di GnRH per assolvere alle sue funzioni dovrà essere di tipo pulsatile, è questa una condizione indispensabile per una risposta adeguata da parte di FSH e LH che nell'uomo stimoleranno rispettivamente i tubuli seminiferi e quindi la spermatogenesi (ad opera dell'FHS) e le cellule di Leyding e quindi la produzione di testosterone (ad opera dell'LH).
In questo caso il testosterone avrà effetto paracrino sui tubuli seminiferi contribuendo alla spermatogenesi, ed effetto endocrino a livello sistemico e in particolare sui muscoli con effetto anabolico, sul cervello e su tutti gli altri organi dotati di recettori. Tanto nel sesso maschile quanto nel sesso femminile le gonadotropine stimolano lo sviluppo delle gonadi e la produzione di gameti.
Il testosterone si trova in circolo legato a delle proteine di trasporto (es.: albumina) a livello prostatico subisce la conversione in diidrotestosterone, una forma molto più attiva sotto il profilo biologico. A livello adiposo invece è convertito in estradiolo da parte delle aromatasi. Pertanto a seconda del tessuto e del relativo corredo enzimatico può avere un “potenziamento” delle sue funzioni o essere convertito in estrogeni. In entrambi i casi opera regolando retroattivamente l'ulteriore rilascio di gonadotropine, regola come già detto la spermatogenesi, la virilizzazione, l'anabolismo muscolare, incrementa il bilancio azotato, l'eritropoiesi, il trofismo osseo, il metabolismo lipidico e la produzione di LDL.
Nei soggetti di sesso femminile l'FSH e l'LH stimolano la produzione di estradiolo (implicato nella maturazione del follicolo) e di progesterone, anch'esso implicato col ciclo mestruale, la crescita e la maturazione dei caratteri sessuali. Come anticipato, affinché tutto avvenga in modo corretto è necessaria la pulsatilità del GnRH ipotalamico, che può essere disturbata da numerosi fattori e fra questi l'intensa pratica sportiva ritardando l'ingresso nella fase puberale o determinando amenorrea.
L'amenorrea da stress non consente la produzione di adeguate quote di estrogeni e progesterone da parte dell'ovaio, compromettendo le attività biologiche nelle quali sono implicati e che nella donna vedono in tali ormoni gli analoghi del testosterone per il sesso maschile.
Gli ormoni dello stress infatti (catecolamine, cortisolo, β-endorfine) inibiscono l'asse gonadico agendo sul GnRH ipotalamico che influenza il rilascio di gonadotropine ipofisiarie e quindi altera la secrezione steroidea da parte dell'ovaio. A tale riguardo l'eventuale restrizione calorica o l'insufficiente apporto calorico non fanno che aggravare tale circostanza in modo più significativo di quanto non faccia l'impegno sportivo.
Il marcato sbilancio dell'intake calorico altera la secrezione di LH da parte dell'ipofisi la cui pulsatilità è direttamente correlata con la quota energetica. Si può configurare la cosiddetta sindrome della donna atleta, caratterizzata proprio da insufficiente apporto nutrizionale, amenorrea e osteoporosi. Gli estrogeni operano per altro anche sui recettori estrogenici cerebrali, influenzando e modulando la funzione emotiva e cognitiva, che in caso di amenorrea si traduce con stati depressivi.
L'amenorrea protratta determina quindi una cascata di eventi sfavorevoli che vanno dallo stato depressivo al calo della libido, infertilità e riduzione della massa ossea, non sempre reversibile. È necessario mantenere una massa adiposa perlomeno del 22% per non indurre una condizione di amenorrea secondaria, mentre per consentire la comparsa del menarca è necessaria una percentuale di grasso corporeo mediamente del 17%.
Nel corso dell'attività fisica la produzione di LH non subisce variazioni, incrementa invece la produzione di estradiolo e progesterone nelle donne soprattutto durante la fase del ciclo. Nell'uomo incrementa la sintesi di testosterone, essendo quest'ultima mediata proprio dal rilascio di LH che invece non subisce variazioni, è ipotizzabile che l'incremento di testosterone sia correlato a ridotta clearance, emoconcentrazione e aumentata risposta nella sintesi testicolare con meccanismi connessi con l'attività fisica. Questo incremento permane fintanto il livello di attività fisica non diviene particolarmente elevato (in termini di durata), in questo caso si inverte la condizione appena descritta anche a seguito del fisiologico aumento di cortisolo e catecolamine.
La sede del timo è nel torace, è costituito da vari lobuli formati da timociti contenuti in un reticolo. Dalla nascita alla pubertà il timo aumenta di dimensioni, per poi terminare le sue funzioni al raggiungimento della pubertà. Il timo regola le funzioni degli organi linfoidi, influenzando le risposte immunologiche dell'organismo.