Szomjúság és vízbevitel
A vízmegvonás akkor váltja ki a szomjúságérzetet, amikor bizonyos agysejtek az ozmotikus vízveszteség révén mindössze 1-2%-kal kiszáradnak. Ezek a sejtek a bazális előagyban találhatók, közvetlenül a harmadik agykamra rostrális részén. A vér-agy gáton kívül helyezkednek el, és következésképpen könnyen reagálnak a plazma részecskekoncentrációjának vagy ozmolalitásának (pOsm) változásaira. Bár nem egyedülállóan érzékenyek a dehidratációra, mint például a retinasejtek, amelyek csak fotonokat érzékelnek, egyedülálló szinaptikus kapcsolatokkal rendelkeznek más agyi neuronokkal, amelyek szomjúságot stimulálnak. Ha az “osmoreceptor sejtek” károsodnak, akár kísérleti sérülések, akár agyi betegség következtében, az állatok vakká válnak a pOsm emelkedésére, és nem élik meg normálisan a szomjúságot.
Ez az elrendezés, amely szerint az osmoreceptor sejtek érzékelik a pOsm kis mértékű emelkedését, és szomjúságot és vízbevitelt kezdeményeznek, ami ennek következtében csökkenti a pOsm-t, és ezáltal megszünteti a viselkedést gerjesztő jelet, lehetővé teszi annak lehetőségét, hogy az osmoregulációt egy egyhurkú negatív visszacsatolási rendszer irányítja. Ennek a lehetőségnek azonban nagy akadálya, hogy a bevitt víz csak a gyomorból való kiürülése után kerül egyensúlyba a testnedvekkel, ezért nem tud gyors rehidratációt és negatív visszacsatolást biztosítani a vízfelvétel szabályozásában. Bár ez a késedelem várhatóan a rehidratációhoz szükséges mennyiséget meghaladó nagy mennyiségű víz folyamatos fogyasztásához vezetne, számos bizonyíték utal arra, hogy a dehidratált állatok ilyen túlzott vízfogyasztása nem fordul elő, és hogy számos faj, beleértve az embert is, a vízhiányt úgy pótolja, hogy nagyon gyorsan nagy mennyiségű vizet iszik, majd hirtelen abbahagyja. Tehát valamilyen korai jelnek meg kell gátolnia a szomjúságot. Valójában azonosítottak egy megfelelő jelet, amely az oropharynxból ered, és a folyadékok gyors lenyeléséből származik. Ezt a következtetést alátámasztják azok az eredmények, amelyek szerint (1) a dehidratált kutyák szomjúsága jóval azelőtt csökken, hogy a szisztémás pOsm csökkenése megfigyelhető lenne; (2) a szomjúság gyors megszűnése akkor is bekövetkezik, ha a lenyelt víz egy nyitott gyomorsipolyon keresztül távozik, mielőtt a vékonybélbe jutna, illetve ha a dehidratált kutyák izotóniás sóoldatot isznak; és (3) nincs hatása a szomjúságra, ha a szájgarat megkerülésével közvetlenül a gyomorba infundálnak vizet, amíg a beadott folyadék nem csökkenti a szisztémás pOsm értékét. Ezek a feltűnő megfigyelések együttesen erőteljesen alátámasztják azt a javaslatot, hogy az ivás aktusának valamilyen összetevője, például a gyors nyelés, olyan korai ingert hoz létre, amely gátolja a vízfelvételt kutyákban.
Ezeket a korszakalkotó eredményeket megismételték és kiterjesztették más fajokra, többek között majmokra, juhokra és emberekre is. Az ismételt megerősítések arra utaltak, hogy a térfogatfüggő oropharyngeális jelzések általános jellemzői az állatok szomjúsággátlásának. A folyadékhomeosztázis központi szabályozásának legtöbb vizsgálata azonban ma már laboratóriumi patkányokat használ kísérleti alanyként, és bár a dehidratált patkányok a szomjúság modulálására szintén preszisztémás jeleket használnak, a patkányoknál a jelek nem oropharyngeálisak. Ráadásul a rágcsálók rendszerében a korai jelek a szomjúság stimulálását és gátlását egyaránt biztosíthatják, és a korai jelek a bevitt folyadék mennyiségéhez és koncentrációjához is kapcsolódnak.
Még a preszisztémás jelek bevonásával sem teljes a szomjúsággal kapcsolatos vizsgálatunk; a szomjúságnak többféle jele van, nem csak az ozmoregulációs szükségletekből eredő jelek. Az ivóvíztől megfosztott állatok a sejtekből származó víz mellett a plazmából is veszítenek vizet, és a plazma térfogatvesztése (hipovolémiás állapot) önmagában is szomjúsággerjesztő. Sőt, a szomjúság akkor is kiváltható, ha nem következik be pOsm-növekedés, például vérzést követően. Az állatok a vena cava inferior (amely a vénás visszaáramlás nagy részét a szívbe szállítja) és a jobb pitvar táguló falába ágyazott feszítő receptorok segítségével érzékelik a vértérfogat hiányát. Az erek nyújtása arányos a bennük lévő térfogattal, így amikor a vérmennyiség alacsony, az érzékelő neuronok a hipovolémiáról afferens jelet küldenek a hátsó agytörzsbe, amely ezt az üzenetet továbbítja az előagyba a szomjúság stimulálására.
Egy probléma azonban ezzel az elrendezéssel az, hogy a lenyelt víz, amikor felszívódik, nem hozza helyre a szomjúságot kiváltó plazmatérfogat-hiányt. Ehelyett a víz körülbelül kétharmada ozmózis útján a sejtekbe jut. Ez az eredmény akkor kívánatos, ha a szomjúság megnövekedett pOsm értékkel és celluláris dehidratációval jár, de nem, ha a plazmatérfogat csökken és a pOsm érték nem emelkedett; ekkor a vízfogyasztás csak ozmotikus hígulást okoz, a hipovolémiát nem nagyon korrigálja. Ezért nem meglepő, hogy pusztán a 3-5%-os ozmotikus hígítás még kifejezett hipovolaemia jelenlétében is hatásos stimulust jelent a szomjúság gátlására. A hipovolémiás szomjúságnak ezt az ozmotikus hígítással történő gátlását szembe lehet állítani az ozmoregulációs szomjúság telítődésével, amely megfelelő mennyiségű víz elfogyasztása esetén következik be.
A vízbevitel gátlása a hipovolémiás állapot ellenére hasznosan megakadályozza, hogy az ozmotikus hígítás súlyossá váljon, de nem hozza helyre a plazmatérfogat-hiányt, amely a szomjúságot először is stimulálta. E térfogatok helyreállításához az állatoknak plazmát vagy ezzel egyenértékűen híg NaCl-oldatot kell bevenniük. Miután a szomjúság miatt először vizet ittak, ezután sót kell fogyasztaniuk. Kimutatták, hogy a patkányok megfelelő mennyiségű vizet és koncentrált NaCl-oldatot isznak, a két oldat között ide-oda mozogva, hogy létrehozzák a plazmatérfogat helyreállításához ideális izotóniás NaCl-keveréket. A hely nem teszi lehetővé a hipovolémiában a szomjúság és a só iránti étvágy e szabályozásának központi mechanizmusainak leírását, bár ezen információk nagy része ma már ismert.
Fontos megjegyezni, hogy a plazmatérfogat-hiányra adott szomjúság nem szűnik meg a caudalis agytörzsben lévő azon helyek pusztulása után, amelyek neuronális projekciókat kapnak a hipovolémiát érzékelő kardiovaszkuláris stretch-receptoroktól. Ez a megállapítás arra utal, hogy hipovolémiában a szomjúság egy másik ingere is létezik. Ezt a jelet valószínűleg az angiotenzin, egy peptidhormon adja, amely a renin enzimnek a vesékből történő kiválasztása után képződik a vérben. Az angiotenzin serkenti a só iránti étvágyat, valamint azokat a hormonokat is, amelyek lehetővé teszik a víz és a nátrium visszatartását a vizeletben, és nagyon erős érösszehúzó szer is (így segít fenntartani a vérnyomást hipovolémiában). Azáltal, hogy az angiotenzin ennyi funkcionálisan összefüggő hatással rendelkezik, biztosítja, hogy a hipovolémiára adott változatos viselkedési és fiziológiai válaszok egyszerre jelentkezzenek. Megjegyzendő, hogy az artériás vérnyomás akut csökkenése is szomjúságérzetet vált ki, és hogy ennek a szomjúságérzetnek az angiotenzin általi közvetítése – egykor vitatott módon – már bizonyított.
A keringő angiotenzin az agyban a harmadik agykamra dorzális részén elhelyezkedő subfornikus szervben fejti ki hatását. A helyi angiotenzinreceptorok reagálhatnak a hormon szisztémás szintjének emelkedésére, mivel a subfornikus szervből hiányzik a vér-agy gát, így az angiotenzin diffundálhat az agy ezen régiójába. Ennek az agyi struktúrának a sebészi pusztítása megszünteti az angiotenzin által serkentett szomjúságot és sóéhséget. Ez azonban nem szünteti meg a hipovolémiának ezeket a kettős hatásait, ami arra utal, hogy redundáns mechanizmusok is alkalmazhatók a plazma térfogatvesztésének észlelésére és a megfelelő viselkedési válaszok aktiválására. Ez a redundancia nem meglepő, tekintve a megfelelő vérmennyiség nagy jelentőségét az élet szempontjából.