Törst och vattenintag
Vattenbrist framkallar känslan av törst när vissa hjärnceller blir uttorkade med så lite som 1 % eller 2 % genom osmotisk förlust av vatten. Dessa celler är lokaliserade i den basala förståndshjärnan, precis rostral till den tredje cerebrala ventrikeln. De finns utanför blod-hjärnbarriären och reagerar därför lätt på förändringar i plasmakoncentrationen, eller osmolaliteten, i plasma (pOsm). Även om de inte är unikt känsliga för uttorkning, som retinalceller som endast känner av fotoner, har de unika synaptiska kopplingar till andra neuroner i hjärnan som stimulerar törst. När ”osmoreceptorcellerna” är skadade, antingen genom experimentella skador eller genom sjukdom i hjärnan, blir djuren blinda för ökningar av pOsm och upplever inte törst normalt.
Detta arrangemang där osmoreceptorcellerna upptäcker små ökningar av pOsm och initierar törst och vattenintag, vilket följaktligen sänker pOsm och därmed eliminerar den excitatoriska signalen för beteende, möjliggör möjligheten att osmoregleringen styrs av ett negativt återkopplingssystem med en enda slinga. Ett stort hinder för denna möjlighet är dock att intaget vatten blir balanserat med kroppsvätskor först efter det att det har tömts ur magsäcken, och därför kan det inte ge snabb rehydrering och negativ återkoppling vid kontrollen av vattenintag. Även om denna fördröjning skulle förväntas leda till fortsatt konsumtion av stora vattenmängder utöver de mängder som behövs för rehydrering, finns det gott om bevis för att en sådan överkonsumtion av vatten hos uttorkade djur inte förekommer, och att många arter, inklusive människor, ersätter vattenbrist genom att dricka stora vattenmängder mycket snabbt och sedan avbryta plötsligt. Någon tidig signal måste alltså hämma törsten. I själva verket har en lämplig signal identifierats, som har sitt ursprung i orofarynx och härrör från snabb sväljning av vätska. Till stöd för denna slutsats finns resultat som visar att (1) uttorkade hundar minskar törsten långt innan en minskning av den systemiska pOsm kan observeras, (2) det snabba upphörandet av törsten inträffar också både när intaget vatten rinner ut genom en öppen magfistel innan det når tunntarmen och när uttorkade hundar dricker isotonisk koksaltlösning, och (3) det finns ingen effekt på törsten när vatten ges direkt in i magsäcken, förbi munslemhinnan, förrän den administrerade vätskan minskar den systemiska pOsm. Dessa slående observationer ger sammantaget starkt stöd för förslaget att någon komponent i drickandet, t.ex. snabb sväljning, genererar en tidig stimulans som hämmar vattenintaget hos hundar.
Dessa banbrytande resultat har replikerats och utvidgats till andra arter, inklusive apor, får och människor. De upprepade bekräftelserna innebar att volymberoende orofaryngeala signaler var ett allmänt kännetecken vid hämning av törst hos djur. De flesta undersökningar av de centrala kontrollerna av vätskehomeostas använder dock numera laboratorieråttor som försöksobjekt, och även om dehydrerade råttor också använder presystemiska signaler för att modulera törsten, är signalerna hos råttor inte oropharyngeala. Dessutom kan tidiga signaler i gnagarsystemet ge både stimulans och hämning av törst, och de tidiga signalerna är förknippade med både volymen och koncentrationen av intagen vätska.
Men även om presystemiska signaler inkluderas är vårt övervägande av törst inte fullständigt; det finns flera törstsignaler, inte bara de som härrör från osmoregulatoriska behov. Djur som berövats dricksvatten förlorar vatten från plasma utöver vatten från cellerna, och förlusten av plasmavolym (hypovolemi) är i sig själv en stimulans av törst. Törst kan faktiskt framkallas även när det inte sker någon ökning av pOsm, t.ex. efter en blödning. Djur upptäcker brister i blodvolymen med hjälp av sträckreceptorer som är inbäddade i de utdragbara väggarna i den nedre vena cava inferior (som levererar en stor del av det venösa returflödet till hjärtat) och i det högra förmaket. Kärlens sträckning är proportionell mot den volym som finns i dem, så när blodvolymen är låg skickar de sensoriska neuronerna en afferent signal om hypovolemi till den kaudala hjärnstammen, som sedan vidarebefordrar meddelandet till framhjärnan för att stimulera törst.
Ett problem med detta arrangemang är dock att intag av vatten, när det absorberas, inte reparerar de underskott i plasmavolym som stimulerade törsten. Istället rör sig ungefär två tredjedelar av vattnet genom osmos in i cellerna. Detta resultat är önskvärt när törst är förknippad med ökad pOsm och cellulär uttorkning, men inte när plasmavolymen är minskad och pOsm inte är förhöjd; då orsakar vattenkonsumtion endast osmotisk utspädning utan någon större korrigering av hypovolemi. Det borde därför inte förvåna att endast 3-5 % osmotisk utspädning ger ett potent stimulus för att hämma törst även i närvaro av markerad hypovolemi. Denna hämning av hypovolemisk törst genom osmotisk utspädning kan ställas i kontrast till den mättnad av osmoregulatorisk törst som uppstår när lämpliga mängder vatten konsumeras.
Hämningen av vattenintag trots hypovolemi förhindrar på ett användbart sätt osmotisk utspädning från att bli allvarlig, men den reparerar inte de plasmavolymunderskott som stimulerade törsten i första hand. För att återställa dessa volymer måste djuren få i sig plasma eller en likvärdigt utspädd NaCl-lösning. Efter att först ha druckit vatten på grund av törst måste de sedan konsumera salt. Man har visat att råttor dricker vatten och koncentrerad NaCl-lösning i lämpliga mängder och går fram och tillbaka mellan de två lösningarna för att skapa den isotona NaCl-blandning som är idealisk för att återställa plasmavolymen. Utrymmet tillåter inte en beskrivning av de centrala mekanismerna för denna kontroll av törst och saltbegär under hypovolemi, även om mycket av denna information nu är känd.
Det är viktigt att notera att törst som svar på plasmavolymunderskott inte elimineras efter förstörelse av de platser i den kaudala hjärnstammen som tar emot neuronala projektioner från de kardiovaskulära sträckreceptorerna som upptäcker hypovolemi. Detta fynd tyder på att det finns en annan stimulans av törst under hypovolemi. Denna signal kommer sannolikt från angiotensin, ett peptidhormon som bildas i blodet efter utsöndring av enzymet renin från njurarna. Angiotensin stimulerar också salthunger samt de hormoner som gör det möjligt att hålla kvar vatten och natrium i urinen, och det är också ett mycket potent vasokonstriktoriskt medel (vilket bidrar till att stödja blodtrycket under hypovolemi). Genom att angiotensin har så många funktionellt relaterade verkningar ser det till att olika beteendemässiga och fysiologiska reaktioner på hypovolemi sker samtidigt. Observera att en stimulans av törst också är resultatet av akuta minskningar av det arteriella blodtrycket, och att mediering av denna törst genom angiotensin, som en gång var kontroversiell, har fastställts.
Cirkulerande angiotensin verkar i hjärnan vid det subfornikala organet, som är beläget i den dorsala delen av den tredje hjärnventrikeln. Lokala angiotensinreceptorer kan reagera på förhöjda systemiska nivåer av hormonet eftersom det subfornikala organet saknar en blod-hjärnbarriär, vilket gör att angiotensin kan diffundera in i denna region av hjärnan. Kirurgisk förstörelse av denna hjärnstruktur eliminerar törst och saltbegär som stimuleras av angiotensin. Det upphäver dock inte dessa dubbla effekter av hypovolemi, vilket tyder på att redundanta mekanismer kan användas för att upptäcka förlusten av plasmavolym och aktivera lämpliga beteendemässiga reaktioner. En sådan redundans borde inte vara förvånande med tanke på den stora betydelsen av adekvat blodvolym för livet.