Tørst og vandindtag
Vandmangel fremkalder følelsen af tørst, når visse hjerneceller bliver dehydreret med så lidt som 1 % eller 2 % ved det osmotiske tab af vand. Disse celler er placeret i den basale forhjerne, lige rostral for den tredje hjerneventrikel. De befinder sig uden for blod-hjerne-barrieren og reagerer derfor let på ændringer i plasmaets partikulære koncentration eller osmolalitet (pOsm). Selv om de ikke er særligt følsomme over for dehydrering, som f.eks. retinalceller, der kun registrerer fotoner, har de unikke synaptiske forbindelser til andre neuroner i hjernen, der stimulerer tørst. Når “osmoreceptorcellerne” er svækket, enten ved eksperimentelle læsioner eller ved sygdom i hjernen, bliver dyrene blinde for stigninger i pOsm og oplever ikke tørst normalt.
Denne ordning, hvorved osmoreceptorcellerne registrerer små stigninger i pOsm og udløser tørst og vandindtag, som følgelig sænker pOsm og dermed eliminerer det excitatoriske signal for adfærd, giver mulighed for, at osmoreguleringen styres af et negativt feedback-system med en enkelt sløjfe. En stor hindring for denne mulighed er imidlertid, at indtaget vand først kommer i ligevægt med kropsvæsker, efter at det er tømt fra maven, og derfor kan det ikke give hurtig rehydrering og negativ feedback i kontrollen af vandindtag. Selv om man kunne forvente, at denne forsinkelse ville føre til fortsat indtagelse af store vandmængder, der overstiger de mængder, der er nødvendige for rehydrering, tyder meget på, at et sådant overforbrug af vand hos dehydrerede dyr ikke forekommer, og at mange arter, herunder mennesker, erstatter vandunderskud ved at drikke store mængder vand meget hurtigt og derefter stoppe brat. Der må derfor være et tidligt signal, der hæmmer tørsten. Der er faktisk blevet identificeret et passende signal, som stammer fra oropharynx og stammer fra den hurtige indtagelse af væske. Til støtte for denne konklusion er det konstateret, at (1) dehydrerede hunde reducerer tørsten, længe før der kan observeres fald i den systemiske pOsm; (2) den hurtige ophør af tørst forekommer også både, når indtaget vand drænes gennem en åben mavefistel, før det når tyndtarmen, og når dehydrerede hunde drikker isotonisk saltvand; og (3) der findes ingen virkning på tørsten, når vand infunderes direkte i maven, uden om oropharynx, før den indgivne væske reducerer den systemiske pOsm. Disse slående observationer giver tilsammen stærk støtte til forslaget om, at en eller anden komponent i drikkehandlingen, såsom hurtig synkning, genererer en tidlig stimulus, der hæmmer vandindtag hos hunde.
Disse banebrydende resultater er blevet gentaget og udvidet til andre arter, herunder aber, får og mennesker. De gentagne bekræftelser antydede, at volumenafhængige oropharyngeale signaler var et generelt træk ved hæmning af tørst hos dyr. De fleste undersøgelser af de centrale kontroller af væskehomeostase anvender imidlertid nu laboratorierotter som forsøgspersoner, og mens dehydrerede rotter også anvender præsystemiske signaler til at modulere tørst, er signalerne hos rotter ikke oropharyngeale. Desuden kan tidlige signaler i gnaversystemet give både stimulering og hæmning af tørst, og de tidlige signaler er forbundet med både mængden og koncentrationen af indtaget væske.
Selv med inddragelse af præsystemiske signaler er vores overvejelser om tørst imidlertid ikke fuldstændige; der er flere tørstsignaler, ikke kun dem, der skyldes osmoregulerende behov. Dyr, der er berøvet drikkevand, mister vand fra plasma ud over vand fra cellerne, og tabet af plasmavolumen (hypovolæmi) er i sig selv en stimulus for tørst. Tørst kan faktisk fremkaldes, selv når der ikke sker nogen stigning i pOsm, f.eks. efter blødning. Dyrene registrerer underskud i blodvolumen ved hjælp af strækreceptorer, der er indlejret i de udspilbare vægge i den nedre vena cava inferior (som leverer en stor del af det venøse returløb til hjertet) og i højre atrium. Strækningen af karrene er proportional med det volumen, der er indeholdt i dem, så når blodvolumenet er lavt, sender de sensoriske neuroner et afferent signal om hypovolæmi til den kaudale hjernestamme, som derefter videresender denne besked til forhjernen med henblik på stimulering af tørst.
Et problem med denne ordning er imidlertid, at indtaget vand, når det absorberes, ikke reparerer de plasmavolumenunderskud, der stimulerede tørsten. I stedet bevæger ca. to tredjedele af vandet sig ved osmose ind i cellerne. Dette resultat er ønskeligt, når tørst er forbundet med øget pOsm og cellulær dehydrering, men ikke når plasmavolumen er formindsket og pOsm ikke er forhøjet; i så fald medfører vandindtagelse kun osmotisk fortynding uden megen korrektion af hypovolemi. Derfor bør det ikke overraske, at blot 3-5% osmotisk fortynding giver en kraftig stimulus til at hæmme tørst selv i tilstedeværelse af markant hypovolemi. Denne hæmning af hypovolæmisk tørst ved osmotisk fortynding kan sættes i kontrast til den mætning af osmoregulerende tørst, der sker, når der indtages passende mængder vand.
Hæmningen af vandindtagelse på trods af hypovolæmi forhindrer med fordel, at den osmotiske fortynding bliver alvorlig, men den udbedrer ikke de plasmavolumenunderskud, der stimulerede tørsten i første omgang. For at genoprette disse volumener skal dyrene indtage plasma eller en tilsvarende fortyndet NaCl-opløsning. Når de først har drukket vand på grund af tørst, skal de derefter indtage salt. Det er faktisk blevet påvist, at rotter drikker vand og koncentreret NaCl-opløsning i passende mængder, idet de bevæger sig frem og tilbage mellem de to opløsninger for at skabe den isotoniske NaCl-blanding, der er ideel til genoprettelse af plasmavolumen. Pladsen tillader ikke en beskrivelse af de centrale mekanismer for denne kontrol af tørst og salt appetit under hypovolæmi, selv om mange af disse oplysninger nu er kendt.
Det er vigtigt at bemærke, at tørst som reaktion på plasmavolumenunderskud ikke elimineres efter ødelæggelse af de steder i den kaudale hjernestamme, der modtager neuronale projektioner fra de kardiovaskulære strækreceptorer, der registrerer hypovolæmi. Dette resultat indikerer, at der findes en anden stimulus af tørst under hypovolæmi. Dette signal kommer sandsynligvis fra angiotensin, et peptidhormon, der dannes i blodet efter udskillelse af enzymet renin fra nyrerne. Angiotensin stimulerer også salt appetitten samt de hormoner, der muliggør tilbageholdelse af vand og natrium i urinen, og det er også et meget potent vasokonstriktorisk middel (og er således med til at støtte blodtrykket under hypovolæmi). Ved at have så mange funktionelt relaterede virkninger sikrer angiotensin, at forskellige adfærdsmæssige og fysiologiske reaktioner på hypovolæmi forekommer samtidig. Bemærk, at en stimulering af tørst også skyldes akutte fald i det arterielle blodtryk, og at formidling af denne tørst ved hjælp af angiotensin, der engang var kontroversiel, er blevet fastslået.
Cirkulerende angiotensin virker i hjernen på det subfornikale organ, som er placeret i den dorsale del af den tredje hjerneventrikel. Lokale angiotensinreceptorer kan reagere på forhøjelser i systemiske niveauer af hormonet, fordi det subfornikale organ mangler en blod-hjernebarriere, hvilket gør det muligt for angiotensin at diffundere ind i dette område af hjernen. Kirurgisk destruktion af denne hjernestruktur eliminerer den tørst og salt appetit, der stimuleres af angiotensin. Den ophæver dog ikke disse dobbelte virkninger af hypovolæmi, hvilket tyder på, at der kan anvendes redundante mekanismer til at registrere tabet af plasmavolumen og aktivere passende adfærdsreaktioner. En sådan redundans bør ikke være overraskende i betragtning af den store betydning, som et tilstrækkeligt blodvolumen har for livet.