Неврология жажды

Сигналы от тела к мозгу в режиме реального времени помогают регулировать чувство жажды. Новое исследование продемонстрировало, как и какие действия вне мозга способствуют возникновению чувства жажды. Открытие предлагает богатое нейробиологическое объяснение явления, которое каждый из нас неоднократно испытывал в своей жизни.

Исследование идентифицирует ранее неизвестные пути от тела к мозгу, которые работают вместе, чтобы управлять этим фундаментальным ощущением. За это исследование, главный автор Крис Циммерман (научный сотрудник Принстонского института нейробиологии) получил премию Eppendorf & Science в области нейробиологии 2020 года.

Исследование показывает, что сигналы поступают изо рта и кишечника, предоставляя «прогностическую» информацию нейронам мозга, которые используют эти сигналы для утоления или передачи жажды во время еды или питья.

Циммерман сказал: «То, что мы узнали о системе жажды, должно улучшить наше понимание систем мозга , которые становятся дисфункциональными при расстройствах пищевого поведения, таких как ожирение и нервная анорексия, а также расстройствах мотивации, таких как зависимость и ангедония, что когда-нибудь может привести к к новым методам лечения этих заболеваний».

В 1950-х годах Бенгт Андерссон предложил ответ на вопрос: откуда берется это ощущение жажды? Он предположил, что наш мозг может содержать «осмосенсор», управляющий жаждой, который состоит из группы клеток, которые ощущают обезвоживание, непосредственно отслеживая осмолярность крови. 

Для экспериментов он систематически вводил соль в мозг коз, чтобы найти этот осморецептор. В конце концов, он обнаружил небольшую область в гипоталамусе, где даже небольшое количество соли сразу же вызывало сильное питье. Последующие исследования установили, что осмосенсор Андерссона охватывает субфорный орган (SFO), область мозга, которая отлично подходит для определения осмолярности крови, поскольку находится за пределами гематоэнцефалического барьера.

Циммерман отметил несколько нерешенных пробелов в исследовании Андерссона. Во-первых, учитывая, сколько времени требуется, чтобы проглоченная пища или вода попали в кровоток, остается загадкой, как глоток (часто холодной) воды может немедленно утолить жажду или как мы можем захотеть выпить вскоре после нескольких укусов еды. Эти быстрые изменения в ощущениях жажды предполагают, что сенсорный сигнал регулируется момент за моментом, действуя в масштабе времени, который быстрее, чем передача информации через кровоток.

Циммерман сказал:  «Традиционная модель функционирования этих структур мозга, таких как простые датчики обезвоживания, была закреплена и записана в учебниках. Демонстрация того, что нейроны жажды также получают «предсказательную» сенсорную информацию от остальной части тела, побудила нас переписать эти традиционные модели».

Чтобы исследовать это явление, Циммерман и его команда начали стимулировать и регистрировать движение кальция в мозге мышей с помощью оптических волокон, чтобы точно определить, как нейроны SFO ощущают жажду. Они подтвердили, что нейроны жажды могут обнаруживать недостаток уровня гидратации(присоединение молекул воды к молекулам или ионам), отслеживая увеличение концентрации частиц в крови. В любом случае, что невероятно, нейроны жажды также снижали активность, когда мышь пила воду, и увеличивали активность при приеме пищи, что позволяет предположить, что регуляция нейронов жажды происходила еще до того, как химические вещества из пищи и жидкости проникли в кровь.

Таким образом, Циммерман предположил, что второй набор сигналов – в дополнение к входным сигналам из кровотока – может поступать в SFO, чтобы помочь мозгу динамически управлять чувством жажды в режиме реального времени. Стремясь обнаружить эти сигналы и их происхождение, он и его команда проследили поток воды через ротовой и пищеварительный тракты у мышей.

Они обнаружили, что как только вода попадает в рот, организм запускает почти мгновенный путь передачи клеточных сигналов, который точно отслеживает объем потребляемой воды и соответственно подавляет сигналы жажды от SFO.

Циммерман сказал:  «Холодная вода была особенно эффективной в подавлении нейронов SFO во время этого процесса, что может объяснить, почему мы предпочитаем более прохладные напитки, особенно утоляющие жажду и приносящие удовольствие».

Дальнейшие эксперименты на мышах, в которых вода напрямую подавалась через отверстие в стенке желудка для моделирования глотания жидкости, выявили аналогичный путь передачи сигналов от тела к мозгу в кишечнике. Как только вода попала в кишечник, организм передавал быстрые измерения концентрации частиц в кишечнике в реальном времени через блуждающий нерв.

В свете этих открытий и подтвержденных дополнительными исследованиями изображений клеток, ученые построили потенциальную модель того, как сигнальный путь от тела к мозгу координирует ощущение жажды. Они предполагают, что слои сигналов исходят изо рта, кишечника и крови и объединяются в SFO. 

Здесь нейроны жажды объединяют массив информации из различных источников, чтобы контролировать уровень гидратации организма, управлять соответствующим уровнем ощущения жажды и давать указания, продолжать ли принимать воду или пищу. 

Циммерман объяснил:  «Могут быть случаи, когда необходимо перезапись сигналов, связанных с утолением жажды. Во-первых, пациентов просят не пить воду перед операцией – обычная практика в больницах. В редких случаях, когда жажда становится патологической, пациенты должны перезаписать сигнал о питье воды, чтобы избежать повышения артериального давления и напряжения почек. В обоих случаях врачи предписывают сосать кусочки льда и фруктовое мороженое или увлажнять рот, что запускает немедленный сигнальный путь, чтобы справиться с ощущением жажды».

DOI: 10.1126 / science.abe1479

Читайте также: “Злой критик: Зачем я пил восьмой стакан“