Η Νευροεπιστήμη της Δίψας

Αναμφίβολα έχετε βιώσει την αίσθηση της δίψας: είναι μια ελαφριά φαγούρα στο πίσω μέρος του λαιμού σας, μια αποσπώμενη ώθηση να απομακρυνθείτε από ό, τι κάνετε και να βρείτε κάτι για να πιείτε. Σας οδηγεί να κολλήσετε νερό τις ζεστές μέρες και να πιείτε κάτι μαζί με τα γεύματά σας. Η ανάγκη μας για νερό είναι τόσο πανταχού παρούσα και κρίσιμη όσο η ανάγκη μας για τροφή ή οξυγόνο – είναι ένα απαραίτητο οδοντωτό που κρατά το σώμα μας να λειτουργεί κανονικά. Η επιθυμία να πάρει ένα ποτό όταν αισθανόμαστε ξεραμένη μπορεί να αισθάνεται διαισθητική, αλλά το σώμα μας βασίζεται σε ένα περίπλοκο σύνολο βιολογικών διεργασιών για να βεβαιωθούμε ότι παραμένουμε σωστά ενυδατωμένοι, καθώς η κατανάλωση τόσο πολύ ή πολύ λίγου νερού μπορεί να οδηγήσει σε προβλήματα.

Τι μας κάνει να διψάμε;

Όταν το σώμα σας αρχίζει να εξαντλείται στο νερό, λαμβάνουν χώρα ορισμένες αλλαγές: για μία, ο όγκος του αίματός σας μειώνεται, προκαλώντας αλλαγή στην αρτηριακή πίεση. Επειδή η ποσότητα αλατιού και άλλων μεταλλικών στοιχείων στο σώμα σας παραμένει σταθερή καθώς μειώνεται ο όγκος των υγρών, η σχετική συγκέντρωσή τους αυξάνεται (ο ίδιος αριθμός σωματιδίων σε μικρότερο όγκο σημαίνει ότι τα σωματίδια είναι πιο συγκεντρωμένα). Αυτή η συγκέντρωση σωματιδίων σε σωματικά υγρά σε σχέση με τη συνολική ποσότητα υγρού είναι γνωστή ως ωσμωτικότητα, και πρέπει να διατηρείται σε στενό εύρος ώστε τα κύτταρα στο σώμα σας να λειτουργούν σωστά. Το σώμα σας χρειάζεται επίσης μια σταθερή παροχή υγρών για τη μεταφορά θρεπτικών ουσιών, την εξάλειψη των απορριμμάτων και τη λίπανση και την απορρόφηση των αρθρώσεων. Σε κάποιο βαθμό, το σώμα μπορεί να αντισταθμίσει την εξάντληση του νερού αλλάζοντας τον καρδιακό ρυθμόκαι την αρτηριακή πίεση και ρυθμίζοντας τη λειτουργία των νεφρών για να διατηρήσουμε περισσότερο νερό Για εσάς, ωστόσο, η πιο αξιοσημείωτη ένδειξη ότι το σώμα σας έχει χαμηλά υγρά είναι πιθανότατα το αίσθημα δίψας, καθώς αισθάνεστε όλο και περισσότερο ότι πρέπει να πίνετε λίγο νερό.

Πώς ξέρει λοιπόν το σώμα σας ότι αυτές οι απαντήσεις είναι απαραίτητες και πώς συντονίζονται σε τόσα διαφορετικά συστήματα οργάνων; Οι επιστήμονες προσπαθούν ακόμη να αποκαλύψουν πώς λειτουργεί αυτή η διαδικασία, αλλά η έρευνα τις τελευταίες αρκετές δεκαετίες δείχνει ότι ένα πολύ εξειδικευμένο τμήμα του εγκεφάλου που ονομάζεται terminal lamina είναι υπεύθυνο για την καθοδήγηση πολλών από αυτές τις αντιδράσεις δίψας (Εικόνα 1) Τα κύτταρα του εγκεφάλου εντός του τερματικού στρώματος μπορούν να αισθανθούν πότε το σώμα εξαντλείται σε νερό και αν είχατε κάτι να πιείτε πρόσφατα. Όταν οι ερευνητές χειρίζονται αυτήν την περιοχή του εγκεφάλου , μπορούν επίσης να οδηγήσουν τα ζώα να αναζητήσουν ή να αποφύγουν το νερό, ανεξάρτητα από το πόσο ενυδατωμένο μπορεί να είναι αυτό το ζώο.

Το τερματικό έλασμα (κίτρινο) είναι μια σειρά διασυνδεδεμένων εγκεφαλικών δομών που λειτουργούν ως κεντρικός κόμβος για τον έλεγχο των επιπέδων υγρών στο σώμα. Μερικά κύτταρα στα τερματικά του ελάσματος γειτνιάζουν με μεγάλα διαμερίσματα γεμάτα με υγρά στον εγκέφαλο, που ονομάζονται κοιλίες (μπλε) Όταν το σώμα αρχίζει να εξαντλείται στο νερό, η σύνθεση των υγρών του σώματος (συμπεριλαμβανομένου του υγρού στις κοιλίες του εγκεφάλου) αρχίζει να αλλάζει. Οι νευρώνες του τελικού άκρου που περιβάλλουν τις κοιλίες μπορούν να ανιχνεύσουν αλλαγές στα κοιλιακά υγρά, δίνοντας ένα στιγμιότυπο του εάν το σώμα έχει αρκετό νερό. Αυτοί οι νευρώνες λαμβάνουν επίσης μηνύματα από άλλα μέρη του εγκεφάλου για να δώσουν μια ακόμη πιο ολοκληρωμένη εικόνα των αναγκών σε νερό του σώματος.

Το τερματικό έλασμα βρίσκεται προς τα εμπρός του εγκεφάλου και καταλαμβάνει μια προνομιακή θέση ακριβώς κάτω από μια δεξαμενή υγρού που ονομάζεται τρίτη κοιλία. Σε αντίθεση με το μεγαλύτερο μέρος του υπόλοιπου εγκεφάλου, πολλά κύτταρα στα τερματικά του ελάσματος δεν προστατεύονται από αιματοεγκεφαλικό φράγμα. Αυτό το εμπόδιο εμποδίζει πολλούς παράγοντες κυκλοφορίας στο αίμα και άλλα υγρά να αλληλεπιδρούν με κύτταρα στον εγκέφαλο, προσφέροντας στον εγκέφαλο προστασία από δυνητικά επικίνδυνους εισβολείς όπως ορισμένα βακτήρια, ιούς και τοξίνες. Ωστόσο, το φράγμα αίματος-εγκεφάλου αποκόπτει επίσης τον εγκέφαλο από πολλά κυκλοφορούντα σήματα που μπορεί να περιέχουν χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με τη συνολική κατάσταση του σώματος. Επειδή ορισμένα κύτταρα στο τερματικό στρώμα βρίσκονται έξω από το φράγμα αίματος-εγκεφάλου, Αυτά τα κύτταρα μπορούν επίσης να αλληλεπιδράσουν με το υγρό στην τρίτη κοιλία για να παρακολουθούν παράγοντες που δείχνουν εάν το σώμα χρειάζεται περισσότερο ή λιγότερο νερό. Συγκεκριμένα, αυτά τα κύτταρα μπορούν να παρακολουθούν το υγρό στην κοιλία για να προσδιορίσουν την ωσμωτικότητα του και την ποσότητα νατρίου που υπάρχει.

Όταν άλλα μέρη του εγκεφάλου ανιχνεύουν πληροφορίες που σχετίζονται με την κατανόηση των αναγκών σε νερό του σώματος, τις μεταδίδουν συχνά και στα τερματικά του ελάσματος (Σχήμα 2). Με αυτόν τον τρόπο, το τερματικό έλασμα συλλέγει επίσης πληροφορίες για πράγματα όπως η αρτηριακή πίεση, ο όγκος του αίματος και αν έχετε φάει πρόσφατα (ακόμη και πριν το φαγητό μπορεί να προκαλέσει οποιαδήποτε αλλαγή στα επίπεδα του αλατιού ή του νερού που κυκλοφορούν, το σώμα σας προσπαθεί να διατηρήσει μια ισορροπία μεταξύ αυτών παράγοντες ενθαρρύνοντάς σας να πίνετε νερό κάθε φορά που τρώτε). Οι πληροφορίες από το τμήμα του εγκεφάλου που ελέγχει το κιρκαδικό ρολόι προωθούνται επίσης στο τερματικό έλασμα, ενθαρρύνοντας τα ζώα να πίνουν περισσότερο νερό πριν κοιμηθούν για να αποφύγουν την αφυδάτωση κατά τη διάρκεια μεγάλων περιόδων ύπνου. Συλλογικά, Αυτή η πληροφορία δίνει στο τερματικό έλασμα τους πόρους που απαιτούνται για να κάνει μια κλήση σχετικά με το εάν το σώμα χρειάζεται περισσότερο ή λιγότερο νερό. Με τη σειρά τους, τα κύτταρα στο τερματικό έλασμα προβάλλονται σε πολλές άλλες περιοχές του εγκεφάλου, στέλνοντας την απόφασή τους για τις τρέχουσες ανάγκες σε νερό. Παρόλο που οι επιστήμονες εξακολουθούν να προσπαθούν να καταλάβουν ακριβώς πώς οι πληροφορίες από το τερματικό έλασμα επηρεάζουν άλλες περιοχές του εγκεφάλου, είναι σαφές ότι αυτή η έξοδος μπορεί να επηρεάσει το κίνητρο ενός ζώου να αναζητήσει νερό, καθώς και φυσιολογικούς παράγοντες όπως η λειτουργία των νεφρών και ο καρδιακός ρυθμός (Εικόνα 2) .

Οι νευρώνες στα τερματικά του ελάσματος λαμβάνουν πολλά διαφορετικά μηνύματα σχετικά με τις ανάγκες σε νερό του σώματος. Χάρη στην τοποθεσία τους δίπλα στις κοιλίες στον εγκέφαλο, μπορούν να ανιχνεύσουν άμεσα βασικούς δείκτες της ανάγκης του νερού, όπως τα επίπεδα νατρίου και την ωσμωτικότητα (ο λόγος των σωματιδίων αλατιού προς μια δεδομένη ποσότητα υγρού). Λαμβάνουν επίσης πληροφορίες σχετικά με το τι ώρα της ημέρας είναι από άλλη περιοχή του εγκεφάλου, καθώς και στοιχεία από το στόμα και τα νεφρά. Οι νευρώνες στα τερματικά του ελάσματος μπορούν να συγκεντρώσουν όλες αυτές τις πληροφορίες για να προσδιορίσουν εάν το σώμα χρειάζεται περισσότερο ή λιγότερο νερό. Εάν χρειάζεται περισσότερα, μπορούν να προκαλέσουν αισθήματα δίψας και καταστολής της όρεξης. Εάν χρειάζεται λιγότερα, ο εγκέφαλος θα στείλει σήματα που θα σας λένε να σταματήσετε να πίνετε. Το τερματικό έλασμα στέλνει επίσης μηνύματα σε μια περιοχή του εγκεφάλου που ονομάζεται υποθάλαμος. Με τη σειρά του,

Τι κάνει το νερό τόσο δροσιστικό;

Μετά από λίγο να στέκεται έξω στον ζεστό ήλιο, ένα κρύο ποτό νερό τείνει να αισθάνεται αμέσως δροσιστικό. Μπορεί επίσης να διαπιστώσετε ότι η κατανάλωση ενός πολύ ζαχαρούχου ποτού είναι εξίσου αναζωογονητική, αλλά σας αφήνει να διψάτε ξανά αργότερα. Και στις δύο περιπτώσεις, χρειάζονται δεκάδες λεπτά για να επηρεάσει αυτό το ποτό σε χαρακτηριστικά όπως η ωσμωτικότητα ή η αρτηριακή πίεση, οι κύριοι δείκτες της κατάστασης ενυδάτωσης του σώματος. Αντ ‘αυτού, ο εγκέφαλος πρέπει να βασίζεται σε κάποια άλλη ένδειξη για να σας πει να σταματήσετε να πίνετε και να σας δώσει αυτή την άμεση αίσθηση ανανέωσης.

Μια ένδειξη προήλθε από την ανακάλυψη ότι οι νευρώνες στα τερματικά των ελασμάτων ανταποκρίνονται πραγματικά στη φυσική πράξη κατάποσης υγρών, ακόμη και πριν υπάρξουν αλλαγές στην ποσότητα νερού στο αίμα. Ερευνητές στο εργαστήριο του Zack Knight στο UCSF εντόπισαν μια ομάδα νευρώνωνστα τερματικά ελασμάτων των οποίων η δραστηριότητα απαιτείται για συμπεριφορές κατανάλωσης αλκοόλ: όταν απενεργοποιείτε τεχνητά τη δραστηριότητα σε αυτά τα κύτταρα, τα ποντίκια δεν πίνουν πλέον νερό, ακόμη και όταν στερούνται νερού. Όταν οι ερευνητές κατέγραψαν τη δραστηριότητα αυτών των κυττάρων καθώς τα ζώα έπιναν νερό, διαπίστωσαν ότι η δραστηριότητα του κυττάρου μειώθηκε σε κάθε μπύρα με νερό, πολύ πριν οι φυσιολογικές αλλαγές στην αρτηριακή πίεση ή την οσμωτικότητα θα μπορούσαν να έχουν αποτέλεσμα. Διαπίστωσαν επίσης ότι αυτή η αλλαγή δραστηριότητας συνέβη μόνο όταν τα ποντίκια έπιναν νερό και όχι όταν έπιναν διάλυμα αλατιού. Αυτή η μελέτη δείχνει ότι ο εγκέφαλός μας έχει έναν ενσωματωμένο μηχανισμό για να συγκρίνει πόση ποσότητα νερού χρειαζόμαστε με την ποσότητα νερού που πίνουμε αυτή τη στιγμή, μας λέει πότε είχαμε αρκετό και μας αφήνει να αισθανόμαστε αμέσως ενυδατωμένοι. Ακόμη,

Μια άλλη ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον Yuki Oka στο Caltech ξεκίνησε να αντιμετωπίζει το πρόβλημα γιατί βρίσκουμε το πόσιμο νερό τόσο ικανοποιητικό όταν είμαστε διψασμένοι. Οι νευροεπιστήμονες γνωρίζουν από καιρό ότι τα περισσότερα σήματα ανταμοιβής μεταφέρονται από ένα μόριο που ονομάζεται ντοπαμίνη. Για να εξετάσει το ρόλο που έχει αυτό το μόριο σε συμπεριφορές κατανάλωσης αλκοόλ, η ομάδα της Oka χρησιμοποίησε ένα νέο είδος αισθητήρα που λάμπει παρουσία ντοπαμίνης. Τοποθετώντας αυτόν τον αισθητήρα στον εγκέφαλο ενός ποντικιού, μπόρεσαν να καταγράψουν τα επίπεδα της ντοπαμίνης σε πραγματικό χρόνο καθώς το ποντίκι έκανε τα καθήκοντά του (Εικόνα 3).

Ερευνητές στην ομάδα του Yuki Oka στο Caltech διεξήγαγαν μια μελέτη για να δουν γιατί τα ζώα βρίσκουν νερό. Χρησιμοποιώντας ένα ειδικό είδος αισθητήρα που λάμπει παρουσία του ανταμοιβή μορίου ντοπαμίνης, θα μπορούσαν να δουν τι είδους υγρά προκάλεσαν απελευθέρωση ντοπαμίνης. Κατέγραψαν μεγάλες αιχμές απελευθέρωσης ντοπαμίνης όταν διψασμένοι ποντικοί έπιναν νερό και αλμυρό αλατούχο διάλυμα, υποδεικνύοντας ότι τα ποντίκια βρήκαν και τα δύο αυτά υγρά ανταμείβοντας. Όταν οι ερευνητές ένεσαν νερό σε διψασμένα ποντίκια, ωστόσο, δεν βρήκαν αλλαγές στα επίπεδα ντοπαμίνης, παρόλο που το ενέσιμο νερό θα ενυδατώνει επίσης τα διψασμένα ζώα.

Αυτοί οι ερευνητές εξέτασαν τα επίπεδα ντοπαμίνης αφού τα διψασμένα ποντίκια έπιναν νερό και άλλα υγρά. Επίσης, κατέγραψαν επίπεδα ντοπαμίνης μετά την ένεση νερού απευθείας στο γαστρεντερικό σύστημα. Αυτή η διαδικασία ενυδατώνει διψασμένα ζώα, αλλά σήμαινε ότι τα ποντίκια δεν έπιναν πραγματικά νερό. Η ομάδα της Oka διαπίστωσε ότι τα διψασμένα ποντίκια είχαν μεγάλη αύξηση στα επίπεδα της ντοπαμίνης μετά την κατανάλωση νερού ή φυσιολογικού ορού και ότι αυτές οι αλλαγές στη ντοπαμίνη συνέβησαν πριν από την κατανάλωση θα είχαν οποιαδήποτε επίδραση στα επίπεδα υγρών στο αίμα. Αντίθετα, τα ζώα δεν απελευθέρωσαν ντοπαμίνη μετά την άντληση νερού στο γαστρικό τους σύστημα, γεγονός που υποδηλώνει ότι είναι η πράξη της κατανάλωσης από μόνη της που ανταμείβει – όχι το αίσθημα της ενυδάτωσης. Αυτό το αποτέλεσμα αρχίζει επίσης να εξηγεί γιατί τα ποτά εκτός από το νερό μπορεί να είναι τόσο ικανοποιητικά

Αυτές οι δύο μελέτες επισημαίνουν τις διάφορες στρατηγικές που χρησιμοποιεί ο εγκέφαλος για την παρακολούθηση βασικών θρεπτικών συστατικών όπως το νερό. Επειδή κανένας αισθητήρας δεν μπορεί να μετρήσει τη στάθμη του νερού και να προβλέψει μελλοντικές ανάγκες σε νερό, ο εγκέφαλος βασίζεται σε μυριάδες συμπληρωματικές αισθήσεις και ενδείξεις. Καθώς οι ερευνητές πλησιάζουν στο να αποκαλύψουν το μυστήριο της δίψας, είναι βέβαιο ότι θα εντοπίσουν ακόμη περισσότερους τρόπους με τους οποίους το νευρικό σύστημα ευθύνεται για την έμφυτη ανάγκη μας για νερό.