Thirst and Water Intake
Water deprivation elicits the sensation of thirst when certain brain cells become dehydrated by as little as 1% or 2% by the osmotic loss of water. Komórki te znajdują się w przodomózgowiu podstawnym, tuż rostralnie do trzeciej komory mózgu. Istnieją one poza barierą krew-mózg i w konsekwencji łatwo reagują na zmiany w stężeniu cząstek stałych lub osmolalności osocza (pOsm). Chociaż nie są one wyjątkowo wrażliwe na odwodnienie, tak jak komórki siatkówki, które wykrywają tylko fotony, mają unikalne połączenia synaptyczne z innymi neuronami mózgu, które stymulują pragnienie. Kiedy „komórki osmoreceptorowe” są upośledzone, albo przez eksperymentalne zmiany, albo przez chorobę mózgu, zwierzęta stają się ślepe na wzrost pOsm i nie odczuwają normalnie pragnienia.
Ten układ, w którym komórki osmoreceptorowe wykrywają małe wzrosty pOsm i inicjują pragnienie i pobór wody, które w konsekwencji obniżają pOsm i w ten sposób eliminują sygnał pobudzający do zachowania, dopuszcza możliwość, że osmoregulacja jest kontrolowana przez jednopętlowy system ujemnego sprzężenia zwrotnego. Jednak główną przeszkodą dla tej możliwości jest to, że spożyta woda staje się zrównowazona z płynami ustrojowymi dopiero po opróżnieniu żołądka, a zatem nie może zapewnić szybkiego nawodnienia i ujemnego sprzężenia zwrotnego w kontroli przyjmowania wody. Chociaż można by się spodziewać, że to opóźnienie doprowadzi do dalszego spożywania dużych ilości wody, przekraczających ilości potrzebne do nawodnienia, liczne dowody wskazują, że takie nadmierne spożycie wody przez odwodnione zwierzęta nie występuje, a wiele gatunków, w tym ludzie, uzupełnia niedobory wody poprzez picie dużych ilości wody bardzo szybko, a następnie nagłe zaprzestanie. Zatem jakiś wczesny sygnał musi hamować pragnienie. Właściwie udało się zidentyfikować odpowiedni sygnał, który pochodzi z ustno-gardła, a jego źródłem jest szybkie połykanie płynów. Potwierdzeniem tego wniosku są odkrycia, że (1) odwodnione psy zmniejszają pragnienie na długo zanim można zaobserwować spadek systemowego pOsm; (2) szybkie ustanie pragnienia ma miejsce zarówno wtedy, gdy spożyta woda jest odprowadzana przez otwartą przetokę żołądkową zanim dotrze do jelita cienkiego, jak i wtedy, gdy odwodnione psy piją izotoniczną sól fizjologiczną; oraz (3) nie ma wpływu na pragnienie, gdy woda jest podawana bezpośrednio do żołądka, z pominięciem ustno-gardła, dopóki podawany płyn nie obniży systemowego pOsm. Te uderzające obserwacje wspólnie zapewniają silne wsparcie dla propozycji, że jakiś składnik aktu picia, taki jak szybkie połykanie, generuje wczesny bodziec, który hamuje spożycie wody u psów.
Te przełomowe odkrycia zostały powtórzone i rozszerzone na inne gatunki, w tym małpy, owce i ludzi. Wielokrotne potwierdzenia sugerowały, że sygnały ustno-gardłowe zależne od objętości są ogólną cechą w hamowaniu pragnienia u zwierząt. Jednak większość badań nad ośrodkową kontrolą homeostazy płynów wykorzystuje obecnie szczury laboratoryjne jako obiekty doświadczalne i chociaż odwodnione szczury również wykorzystują sygnały przedukładowe do modulowania pragnienia, sygnały te u szczurów nie mają charakteru ustno-gardłowego. Ponadto, w systemie gryzoni wczesne sygnały mogą zapewniać zarówno stymulację, jak i hamowanie pragnienia, a wczesne sygnały są związane zarówno z objętością, jak i stężeniem spożytego płynu.
Jednakże, nawet przy uwzględnieniu sygnałów presystemowych, nasze rozważania na temat pragnienia nie są kompletne; istnieje wiele sygnałów pragnienia, nie tylko te wynikające z potrzeb osmoregulacyjnych. Zwierzęta pozbawione wody pitnej tracą wodę z osocza oprócz wody z komórek, a utrata objętości osocza (hipowolemia) sama w sobie jest bodźcem do odczuwania pragnienia. Pragnienie może być wywoływane nawet wtedy, gdy nie dochodzi do wzrostu pOsm, np. po krwotoku. Zwierzęta rozpoznają niedobór objętości krwi dzięki receptorom rozciągliwości wbudowanym w rozciągliwe ściany żyły głównej dolnej (która dostarcza znaczną część powrotu żylnego do serca) i prawego przedsionka. Rozciągliwość naczyń jest proporcjonalna do objętości w nich zawartej, więc kiedy objętości krwi są niskie, neurony czuciowe wysyłają dośrodkowy sygnał hipowolemii do ogoniastego pnia mózgu, który następnie przekazuje tę wiadomość do przodomózgowia w celu pobudzenia pragnienia.
Jeden problem z tym układem, jednak jest to, że spożyta woda, po wchłonięciu, nie naprawia deficytów objętości osocza, które stymulowały pragnienie. Zamiast tego, około dwie trzecie wody przemieszcza się przez osmozę do komórek. Taki wynik jest pożądany, gdy pragnienie jest związane z podwyższonym pOsm i odwodnieniem komórkowym, ale nie wtedy, gdy objętość osocza jest zmniejszona, a pOsm nie jest podwyższony; wtedy spożycie wody powoduje jedynie rozcieńczenie osmotyczne bez większej korekty hipowolemii. Dlatego nie powinno dziwić, że już 3-5% rozcieńczenie osmotyczne stanowi silny bodziec hamujący pragnienie nawet w obecności znacznej hipowolemii. To hamowanie pragnienia hipowolemicznego przez rozcieńczenie osmotyczne może być skontrastowane z nasyceniem pragnienia osmoregulacyjnego, które występuje po spożyciu odpowiedniej ilości wody.
Zahamowanie przyjmowania wody pomimo hipowolemii pożytecznie zapobiega nasileniu się rozcieńczenia osmotycznego, ale nie naprawia deficytu objętości osocza, który w pierwszej kolejności stymulował pragnienie. Aby przywrócić te objętości, zwierzęta muszą spożywać osocze lub równoważnie rozcieńczony roztwór NaCl. Po wypiciu wody z powodu pragnienia, muszą one następnie spożyć sól. W rzeczywistości wykazano, że szczury piją wodę i stężony roztwór NaCl w odpowiednich ilościach, poruszając się tam i z powrotem pomiędzy tymi dwoma roztworami, aby stworzyć izotoniczną mieszaninę NaCl, która jest idealna do przywrócenia objętości osocza. Miejsce nie pozwala na opisanie centralnych mechanizmów tej kontroli pragnienia i apetytu na sól podczas hipowolemii, chociaż wiele z tych informacji jest obecnie znanych.
Ważne jest, aby zauważyć, że pragnienie w odpowiedzi na deficyt objętości osocza nie jest wyeliminowane po zniszczeniu miejsc w ogonowym pniu mózgu, które otrzymują projekcje neuronalne z receptorów rozciągania układu krążenia, które wykrywają hipowolemię. Odkrycie to wskazuje, że podczas hipowolemii istnieje inny bodziec wywołujący pragnienie. Sygnał ten jest prawdopodobnie dostarczany przez angiotensynę, hormon peptydowy powstający we krwi po wydzieleniu z nerek enzymu reniny. Angiotensyna stymuluje również apetyt na sól, jak również hormony umożliwiające zatrzymanie wody i sodu w moczu, a także jest bardzo silnym środkiem obkurczającym naczynia krwionośne (pomagając w ten sposób wspierać ciśnienie krwi podczas hipowolemii). Poprzez tak wiele funkcjonalnie powiązanych działań, angiotensyna zapewnia jednoczesne występowanie różnorodnych behawioralnych i fizjologicznych odpowiedzi na hipowolemię. Należy zauważyć, że bodziec pragnienia wynika również z ostrych spadków ciśnienia tętniczego krwi, a pośrednictwo w tym pragnieniu przez angiotensynę, kiedyś kontrowersyjne, zostało ustalone.
Krążąca angiotensyna działa w mózgu w narządzie podoczodołowym, który znajduje się w grzbietowej części trzeciej komory mózgu. Lokalne receptory angiotensyny mogą reagować na podwyższenie ogólnoustrojowego poziomu hormonu, ponieważ w narządzie podoczodołowym brakuje bariery krew-mózg, co pozwala angiotensynie dyfundować do tego regionu mózgu. Chirurgiczne zniszczenie tej struktury mózgu eliminuje pragnienie i apetyt na sól stymulowane przez angiotensynę. Nie znosi jednak tych podwójnych efektów hipowolemii, co wskazuje, że redundantne mechanizmy mogą być wykorzystywane do wykrywania utraty objętości osocza i aktywowania odpowiednich reakcji behawioralnych. Taka redundancja nie powinna być zaskakująca, biorąc pod uwagę ogromne znaczenie odpowiedniej objętości krwi dla życia.
.