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人体有足够的水吗?大脑的口渴神经元发信号

来源:大港医院 作者:大港田总医院虞编 发布时间:2019-03-28 12:03  
下丘脑中的口渴神经元(绿色和红色)监测饮料如何根据来自肠道的信号进行保湿。
如今,水瓶无处不在,还有关于你应该喝多少水的各种建议。但是,当你已经受够了并且可以停止感到口渴时,你的大脑是如何知道的?加州大学旧金山分校于2019年3月27日在Nature -may上发表的一项新研究得出了答案。


直到最近,科学家还认为,当检测到血液水合作用下降时,称为下丘脑的大脑区域会使我们口渴。不过,加州大学旧金山分校的神经学家扎卡里奈特博士,生理学和霍华德休斯医学研究所的研究员副教授,意识到这不可能是故事的全部,特别是因为一个清凉饮料开始解我们的渴,几乎只要它尽管需要10分钟或更长时间才能真正改变我们的整体水分,但触摸我们的嘴唇。

在2016年的一项研究中,奈特实验室的研究生克里斯托弗齐默曼通过显示口腔和喉咙的感觉信号使得下丘脑中的口渴神经元在小鼠喝酒时立即关闭,从而帮助解释了这一现象。这些传感器似乎根据动物吞咽的液体量来预测饮料的保湿程度,并且它们特别适合于冷饮液,这可以解释为什么冰镇饮料如此清爽。

“这种来自口腔和喉咙的快速信号似乎跟踪了你喝多少,并与你的身体所需要的相匹配,”齐默尔曼说。“但我们也知道这个快速信号无法解释所有事情。”

特别是,研究人员想知道大脑是如何确切知道饮料的保湿程度。毕竟,海水不解渴,但它会激活许多口腔和咽喉从冰箱里的冰水一样受体。

在一只清醒的,表现良好的老鼠中,科学家在大脑的一部分内部记录了神经活动的闪光,称为中位视前核。图片来源:Knight Lab / UCSF / HHMI
在他们的新研究中,Zimmerman及其同事使用植入下丘脑附近的柔性光纤来观察口渴神经元的活动,因为小鼠喝了咸水。与该团队早期的研究结果一致,这些神经元一旦口渴的动物喝了一杯就会变得安静,但随后迅速重新开启,好像其他一些传感器正在测试动物刚喝醉的水并提醒大脑:太咸了 - 保持口渴!“


为了观察这些信号是否来自肠道,研究人员将液体直接注入口渴的老鼠的胃中,同时观察他们的口渴神经元的活动。他们发现,注入淡水会使这些细胞失活,就像喝一杯饮料一样,但在注入盐水后,干渴神经元仍保持活跃状态​​。当小鼠接受盐输注,然后允许喝纯净水时,他们的口渴神经元最初在喝酒时保持安静,但很快又重新开始,好像发出了需要多喝酒以补充胃中添加的盐的信号。

这些结果表明,齐默尔曼在2016年发现的口腔和咽喉中的传感器让大脑暂时解渴以奖励动物喝酒,但口渴神经元然后根据肠道中的第二级传感器审查这一决定(可能在小肠开始时,作者建议)预测饮料对动物的补水效果,并告诉它是否需要继续饮用。
穿入小鼠脑(绿色)的光纤(灰色条)显示出口渴中涉及的神经元的活动。比例尺等于1毫米。
“有趣的是,盐水并没有在水分充足的小鼠中饮用,只是在已经口渴的老鼠身上,”齐默尔曼说。“这表明来自肠道的信号需要解渴,但实际上你需要脱水才能解渴。”

研究人员表明,肠道的水合信号通过迷走神经传播,以激活口渴神经元。研究人员使用一种称为光遗传学的技术,让科学家利用光束激活或关闭特定的神经元群,研究人员展示了这些位于下丘脑穹窿下器官(SFO)的细胞如何将信息传递到附近的中位视前核( MnPO),它可以通过驱动动物饮用并告诉肾脏保存血液中的水来做出反应。

研究人员很好奇地发现,MnPO中的一部分单个神经元似乎对来自口腔和咽喉的饮酒信号,来自肠道的饱食信号以及来自血流的动物整体水合水平的信息做出反应和整合。附近的其他细胞也编码其他信息,如动物的压力水平或水源的可用性。

“这是我们第一次能够实时观察,因为单个神经元整合来自身体不同部位的信号,以控制饮酒等行为,”奈特说。“这为研究所有这些信号如何相互作用打开了大门,例如压力或体温如何影响口渴和食欲。”

除了研究SFO和MnPO干渴神经元的正常功能外,研究人员希望利用这些见解来了解这些神经元如何调节体内液体平衡的缺陷,可以解释高血压等疾病的起源。

“下丘脑是将生理保持在健康范围内的关键中心,无论是水合作用,食欲,确保我们的温度适当,还是控制血压 - 所有这些需求都会相互竞争和相互改变,”奈特说过。“很难研究所有这些因素如何在活体动物的大脑中相互作用,但这样的研究开始让我们研究这个关键问题。”

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