Thirst and Water Intake
La privazione d’acqua provoca la sensazione di sete quando alcune cellule cerebrali si disidratano anche solo dell’1% o 2% per la perdita osmotica di acqua. Queste cellule si trovano nel proencefalo basale, appena rostrale al terzo ventricolo cerebrale. Esse esistono al di fuori della barriera emato-encefalica e di conseguenza rispondono prontamente ai cambiamenti nella concentrazione di particelle, o osmolalità, del plasma (pOsm). Anche se non sono unicamente sensibili alla disidratazione, come le cellule della retina che rilevano solo i fotoni, hanno connessioni sinaptiche uniche con altri neuroni del cervello che stimolano la sete. Quando le “cellule osmorecettrici” sono danneggiate, sia da lesioni sperimentali che da malattie cerebrali, gli animali diventano ciechi agli aumenti di pOsm e non sperimentano la sete normalmente.
Questa disposizione per cui le cellule osmorecettrici rilevano piccoli aumenti di pOsm e avviano la sete e l’assunzione di acqua, che di conseguenza abbassano il pOsm e quindi eliminano il segnale eccitatorio per il comportamento, permette la possibilità che l’osmoregolazione sia controllata da un sistema di feedback negativo a ciclo singolo. Tuttavia, un grosso ostacolo a questa possibilità è che l’acqua ingerita si equilibra con i fluidi corporei solo dopo essere stata svuotata dallo stomaco, e quindi non può fornire una rapida reidratazione e un feedback negativo nel controllo dell’assunzione di acqua. Anche se ci si aspetta che questo ritardo porti a un consumo continuo di grandi volumi di acqua in eccesso rispetto alla quantità necessaria per la reidratazione, numerose prove indicano che tale consumo eccessivo di acqua da parte di animali disidratati non si verifica, e che molte specie, compresi gli esseri umani, sostituiscono i deficit idrici bevendo grandi volumi di acqua molto rapidamente e poi fermandosi bruscamente. Quindi, qualche segnale precoce deve inibire la sete. In realtà, è stato identificato un segnale appropriato, che ha origine nell’orofaringe e deriva dalla rapida deglutizione di liquidi. A sostegno di questa conclusione ci sono i risultati che (1) i cani disidratati riducono la sete ben prima che si possa osservare una diminuzione del pOsm sistemico; (2) la rapida cessazione della sete si verifica anche quando l’acqua ingerita defluisce attraverso una fistola gastrica aperta prima di raggiungere l’intestino tenue e quando i cani disidratati bevono una soluzione salina isotonica; e (3) nessun effetto sulla sete si trova quando l’acqua viene infusa direttamente nello stomaco, bypassando l’orofaringe, finché il liquido somministrato diminuisce il pOsm sistemico. Queste osservazioni sorprendenti forniscono collettivamente un forte sostegno alla proposta che qualche componente dell’atto di bere, come la rapida deglutizione, genera uno stimolo precoce che inibisce l’assunzione di acqua nei cani.
Questi risultati seminali sono stati replicati ed estesi ad altre specie, tra cui scimmie, pecore ed esseri umani. Le ripetute conferme implicavano che i segnali orofaringei dipendenti dal volume erano una caratteristica generale nell’inibizione della sete negli animali. Tuttavia, la maggior parte delle indagini sui controlli centrali dell’omeostasi dei fluidi ora usa ratti da laboratorio come soggetti sperimentali, e mentre i ratti disidratati usano anche segnali presistemici per modulare la sete, i segnali nei ratti non sono orofaringei. Inoltre, nel sistema dei roditori i segnali precoci possono fornire sia la stimolazione che l’inibizione della sete, e i segnali precoci sono associati sia al volume che alla concentrazione del fluido ingerito.
Tuttavia, anche con l’inclusione dei segnali presistemici, la nostra considerazione della sete non è completa; ci sono molteplici segnali della sete, non solo quelli derivanti dalle necessità osmoregolatorie. Gli animali privati dell’acqua potabile perdono acqua dal plasma oltre all’acqua dalle cellule, e la perdita di volume del plasma (ipovolemia) è essa stessa uno stimolo della sete. In effetti, la sete può essere suscitata anche quando non si verifica alcun aumento del pOsm, come in seguito a un’emorragia. Gli animali rilevano i deficit di volume del sangue tramite i recettori di allungamento incorporati nelle pareti distensibili della vena cava inferiore (che fornisce gran parte del ritorno venoso al cuore) e dell’atrio destro. L’allungamento dei vasi è proporzionale al volume in essi contenuto, quindi quando i volumi di sangue sono bassi i neuroni sensoriali inviano un segnale afferente di ipovolemia al tronco cerebrale caudale, che poi trasmette il messaggio al proencefalo per la stimolazione della sete.
Un problema con questa disposizione, tuttavia, è che l’acqua ingerita, quando viene assorbita, non ripara i deficit di volume plasmatico che hanno stimolato la sete. Invece, circa due terzi dell’acqua si sposta per osmosi nelle cellule. Questo risultato è auspicabile quando la sete è associata a un aumento del pOsm e alla disidratazione cellulare, ma non quando il volume plasmatico è diminuito e il pOsm non è elevato; allora, il consumo di acqua causa solo una diluizione osmotica senza molta correzione dell’ipovolemia. Pertanto, non dovrebbe essere sorprendente che solo il 3-5% di diluizione osmotica fornisce un potente stimolo per inibire la sete anche in presenza di una marcata ipovolemia. Questa inibizione della sete ipovolemica da parte della diluizione osmotica può essere contrastata con la sazietà della sete osmoregolatoria che si verifica quando vengono consumate quantità adeguate di acqua.
L’inibizione dell’assunzione di acqua nonostante l’ipovolemia impedisce utilmente che la diluizione osmotica diventi grave, ma non ripara i deficit di volume plasmatico che hanno stimolato la sete in primo luogo. Per ripristinare quei volumi, gli animali devono ingerire plasma o una soluzione di NaCl equivalentemente diluita. Avendo prima bevuto acqua a causa della sete, devono poi consumare sale. Infatti, è stato dimostrato che i ratti bevono acqua e una soluzione concentrata di NaCl in quantità adeguate, passando avanti e indietro tra le due soluzioni, per creare la miscela isotonica di NaCl ideale per il ripristino del volume plasmatico. Lo spazio non permette di descrivere i meccanismi centrali di questo controllo della sete e dell’appetito di sale durante l’ipovolemia, anche se molte di queste informazioni sono ormai note.
È importante notare che la sete in risposta ai deficit di volume plasmatico non viene eliminata dopo la distruzione dei siti nel tronco cerebrale caudale che ricevono proiezioni neuronali dai recettori di allungamento cardiovascolare che rilevano l’ipovolemia. Questo risultato indica che un altro stimolo di sete esiste durante l’ipovolemia. Questo segnale è probabilmente fornito dall’angiotensina, un ormone peptidico formato nel sangue dopo la secrezione dell’enzima renina dai reni. L’angiotensina stimola anche l’appetito di sale così come gli ormoni che permettono la ritenzione di acqua e sodio nelle urine, ed è anche un agente vasocostrittore molto potente (aiutando così a sostenere la pressione sanguigna durante l’ipovolemia). Avendo così tante azioni funzionalmente correlate, l’angiotensina assicura che diverse risposte comportamentali e fisiologiche all’ipovolemia si verifichino simultaneamente. Si noti che uno stimolo di sete risulta anche da diminuzioni acute della pressione sanguigna arteriosa, e che la mediazione di questa sete da parte dell’angiotensina, una volta controverso, è stato stabilito.
L’angiotensina circolante agisce nel cervello all’organo subfornico, che si trova nella porzione dorsale del terzo ventricolo cerebrale. I recettori locali dell’angiotensina possono rispondere agli aumenti dei livelli sistemici dell’ormone perché l’organo subfornico manca di una barriera emato-encefalica, permettendo così all’angiotensina di diffondersi in quella regione del cervello. La distruzione chirurgica di questa struttura cerebrale elimina la sete e l’appetito di sale stimolati dall’angiotensina. Tuttavia, non abolisce questi doppi effetti dell’ipovolemia, il che indica che meccanismi ridondanti possono essere usati per rilevare la perdita di volume plasmatico e attivare risposte comportamentali appropriate. Tale ridondanza non dovrebbe essere sorprendente dato il grande significato di un adeguato volume di sangue per la vita.