Jano ja veden saanti
Veden puute saa aikaan janon tunteen, kun tietyt aivosolut kuivuvat vain 1 tai 2 prosenttia veden osmoottisen menetyksen vuoksi. Nämä solut sijaitsevat etuaivojen tyvitumakkeessa, aivan kolmannen aivokammion rostraalipuolella. Ne sijaitsevat veri-aivoesteen ulkopuolella, ja siksi ne reagoivat herkästi plasman hiukkaspitoisuuden eli osmolaliteetin (pOsm) muutoksiin. Vaikka ne eivät ole ainutlaatuisen herkkiä kuivumiselle, kuten verkkokalvon solut, jotka havaitsevat vain fotoneja, niillä on ainutlaatuiset synaptiset yhteydet muihin aivojen hermosoluihin, jotka stimuloivat janoa. Kun ”osmoreseptorisolut” heikkenevät joko kokeellisten vaurioiden tai aivosairauden vuoksi, eläimet sokeutuvat pOsm:n nousulle eivätkä koe janoa normaalisti.
Tämä järjestely, jossa osmoreseptorisolut havaitsevat pOsm:n pienet nousut ja käynnistävät jano- ja vedenottotoimet, jotka alentavat pOsm:n määrää ja eliminoivat siten käyttäytymistä kiihottavan signaalin, mahdollistaa sen, että osmoregulaatiota ohjaa yksisilmukkainen negatiivinen palautejärjestelmä. Suurena esteenä tälle mahdollisuudelle on kuitenkin se, että nautittu vesi tasapainottuu kehon nesteiden kanssa vasta sen jälkeen, kun se on tyhjentynyt mahalaukusta, ja siksi se ei voi tarjota nopeaa nesteytystä ja negatiivista palautetta veden saannin ohjauksessa. Vaikka tämän viiveen odotettaisiin johtavan siihen, että rehydraatioon tarvittavia määriä suurempien vesimäärien kulutusta jatketaan, on runsaasti näyttöä siitä, että kuivattujen eläinten veden ylikulutusta ei tapahdu ja että monet lajit, myös ihmiset, korvaavat vesivajeen juomalla suuria määriä vettä hyvin nopeasti ja lopettamalla sitten äkillisesti. Jonkin varhaisen signaalin on siis estettävä jano. Itse asiassa on tunnistettu sopiva signaali, joka saa alkunsa suunielusta ja on peräisin nesteiden nopeasta nielemisestä. Tätä johtopäätöstä tukevat havainnot, joiden mukaan (1) kuivuneet koirat vähentävät janoa jo paljon ennen kuin systeemisen pOsm:n laskua voidaan havaita; (2) janon nopea loppuminen tapahtuu myös silloin, kun nautittu vesi valuu avoimen mahasuolikanavan kautta ennen ohutsuoleen pääsyä, ja silloin, kun kuivuneet koirat juovat isotonista keittosuolaliuosta; ja (3) janoon ei ole havaittavissa mitään vaikutusta, kun vettä infusoidaan suoraan vatsaan ohittaen suulakihalkio, ennen kuin annettu neste vähentää systeemisen pOsm:n määrää. Nämä silmiinpistävät havainnot tarjoavat yhdessä vahvaa tukea ehdotukselle, jonka mukaan jokin juomisen osa, kuten nopea nieleminen, tuottaa varhaisen ärsykkeen, joka estää veden saannin koirilla.
Nämä uraauurtavat havainnot on toistettu ja laajennettu muihin lajeihin, kuten apinoihin, lampaisiin ja ihmisiin. Toistuvat vahvistukset viittasivat siihen, että tilavuusriippuvaiset orofaryngeaaliset signaalit olivat yleinen piirre janon estämisessä eläimillä. Useimmissa nesteen homeostaasin keskushallintaa koskevissa tutkimuksissa käytetään kuitenkin nykyään koehenkilöinä laboratoriorotteja, ja vaikka kuivuneet rotat käyttävät myös presysteemisiä signaaleja janon säätelyyn, rottien signaalit eivät ole orofaryngeaalisia. Lisäksi jyrsijöiden järjestelmässä varhaiset signaalit voivat sekä stimuloida että estää janoa, ja varhaiset signaalit liittyvät sekä nautitun nesteen määrään että konsentraatioon.
Mutta vaikka presysteemiset signaalit otettaisiinkin mukaan, janoa koskeva tarkastelumme ei ole täydellinen; janoa aiheuttavia signaaleja on useita, eikä vain niitä, jotka johtuvat osmoregulaation tarpeista. Eläimet, jotka eivät saa juomavettä, menettävät vettä plasmasta solujen veden lisäksi, ja plasman tilavuuden menetys (hypovolemia) on itsessään janoa aiheuttava ärsyke. Itse asiassa jano voi syntyä myös silloin, kun pOsm-arvo ei nouse, kuten verenvuodon jälkeen. Eläimet havaitsevat veren tilavuuden puutteet venytysreseptoreiden avulla, jotka on upotettu alemman laskimokammion (joka johtaa suuren osan laskimopalautuksesta sydämeen) ja oikean eteisen distensiivisiin seinämiin. Verisuonten venyvyys on verrannollinen niiden sisältämään tilavuuteen, joten kun veritilavuus on alhainen, sensoriset neuronit lähettävät afferentin signaalin hypovolemiasta kaudaaliseen aivorunkoon, joka sitten välittää tämän viestin etuaivoihin janon stimuloimiseksi.
Yksi tämän järjestelyn ongelmaksi muodostuu kuitenkin se, että nautittu vesi ei imeytyessään korjaa janoa herättänyttä plasman tilavuuden vajetta. Sen sijaan noin kaksi kolmasosaa vedestä siirtyy osmoosin kautta soluihin. Tämä lopputulos on toivottava, kun janoon liittyy kohonnut pOsm ja solujen kuivuminen, mutta ei silloin, kun plasman tilavuus on pienentynyt eikä pOsm ole kohonnut; tällöin vedenkulutus aiheuttaa vain osmoottisen laimenemisen ilman, että hypovolemiaa juurikaan korjataan. Siksi ei pitäisi olla yllättävää, että pelkkä 3-5 %:n osmoottinen laimennus antaa voimakkaan ärsykkeen janon estämiseksi jopa huomattavan hypovolemian vallitessa. Tätä hypovolemian janon estämistä osmoottisella laimennuksella voidaan verrata osmoregulatorisen janon tyydyttymiseen, joka tapahtuu, kun kulutetaan sopivia määriä vettä.
Veden saannin estäminen hypovolemiasta huolimatta estää hyödyllisellä tavalla osmoottisen laimennuksen muuttumisen vakavaksi, mutta se ei korjaa plasman tilavuusvajetta, joka alun perin stimuloi janoa. Näiden tilavuuksien palauttamiseksi eläinten on nautittava plasmaa tai vastaavalla tavalla laimennettua NaCl-liuosta. Kun ne ovat ensin juoneet vettä janon vuoksi, niiden on sen jälkeen nautittava suolaa. Rottien on itse asiassa osoitettu juovan vettä ja väkevää NaCl-liuosta sopivia määriä ja liikkuvan edestakaisin näiden kahden liuoksen välillä luodakseen isotonisen NaCl-seoksen, joka on ihanteellinen plasmatilavuuden palauttamiseksi. Tila ei salli tämän janon ja suolahalun hallinnan keskeisten mekanismien kuvaamista hypovolemian aikana, vaikka suuri osa näistä tiedoista on nyt tiedossa.
On tärkeää huomata, että plasmatilavuusvajeen aiheuttama jano ei poistu sen jälkeen, kun kaudaalisessa aivorungossa olevat kohdat, jotka vastaanottavat hermosoluprojektioita hypovolemian havaitsevista kardiovaskulaarisista venytysreseptoreista, on tuhottu. Tämä havainto osoittaa, että hypovolemian aikana on olemassa toinenkin janoärsyke. Tämän signaalin antaa todennäköisesti angiotensiini, peptidihormoni, joka muodostuu veressä reniini-entsyymin erittymisen jälkeen munuaisista. Angiotensiini stimuloi myös suolanhimoa sekä hormoneja, jotka mahdollistavat veden ja natriumin pidättymisen virtsaan, ja se on myös erittäin voimakas verisuonia supistava aine (mikä auttaa tukemaan verenpainetta hypovolemian aikana). Koska angiotensiinillä on niin monia toiminnallisesti toisiinsa liittyviä vaikutuksia, se varmistaa, että hypovolemian aiheuttamat erilaiset käyttäytymis- ja fysiologiset reaktiot tapahtuvat samanaikaisesti. On huomattava, että janoärsyke johtuu myös valtimoverenpaineen akuutista laskusta, ja että tämän janoärsykkeen välittäminen angiotensiinin toimesta, joka oli aikoinaan kiistanalainen, on todettu.
Kiertävä angiotensiini vaikuttaa aivoissa subfornikaalisessa elimessä, joka sijaitsee kolmannen aivokammion dorsaalisessa osassa. Paikalliset angiotensiinireseptorit voivat reagoida hormonin systeemisten tasojen kohoamiseen, koska subfornikaalisesta elimestä puuttuu veri-aivoeste, jolloin angiotensiini pääsee diffundoitumaan kyseiselle aivoalueelle. Tämän aivorakenteen kirurginen tuhoaminen poistaa angiotensiinin stimuloiman janon ja suolahalun. Se ei kuitenkaan poista näitä hypovolemian kaksoisvaikutuksia, mikä osoittaa, että plasmatilavuuden menetyksen havaitsemiseen ja asianmukaisten käyttäytymisreaktioiden aktivoimiseen voidaan käyttää redundantteja mekanismeja. Tällaisen redundanssin ei pitäisi olla yllättävää, kun otetaan huomioon riittävän veritilavuuden suuri merkitys elämälle.