Vasopresin and the Regulation of Thirst

Posted on by admin

Abstract

Nedávné experimenty využívající optogenetické nástroje umožňují identifikaci a funkční analýzu neuronů produkujících žízeň a vazopresin. Dva významné pokroky poskytují podrobnou anatomii chuti na vodu a uvolňování arginin-vazopresinu (AVP): (1) žízeň a uvolňování AVP jsou regulovány nejen klasickou homeostatickou, intersenzorickou negativní zpětnou vazbou osmolality plazmy, ale také novými, exterosenzorickými, anticipačními signály. Tyto anticipační signály pro žízeň a uvolňování vazopresinu se sbíhají na stejných homeostatických neuronech cirkumventrikulárních orgánů, které monitorují složení krve; (2) chuťové receptory vnímající kyselinu (které exprimují protein podobný polycystickému onemocnění ledvin 2) na jazyku, které byly dříve navrženy jako senzory kyselé chuti, také zprostředkovávají chuťové reakce na vodu. Jazyk má chuť na vodu. Mediální preoptické jádro (MnPO) hypotalamu by mohlo integrovat více podnětů vyvolávajících žízeň, včetně kardiopulmonálních signálů, osmolality, angiotenzinu II, orofaryngeálních a žaludečních signálů, přičemž poslední z nich by mohl představovat anticipační signály. Dehydratace je averzivní a aktivita neuronů MnPO je úměrná intenzitě tohoto averzivního stavu.

© 2018 The Author(s) Published by S. Karger AG, Basel

V předchozím čísle časopisu Annals of Nutrition and Metabolism , jsem uvedl přehled nedávných buněčných a optogenetických pokusů na zvířatech, které prokázaly, že senzory mozkových cirkumventrikulárních orgánů reagující na osmotický tlak a angiotenzin II (AII) suplují genezi žízně, regulaci objemu a behaviorální účinky vyhýbání se žízni.

Nyní popisuji podrobnou mapu zapojení pro žízeň (tj, včetně anticipačních signálů pro žízeň a uvolňování vazopresinu sbíhajících se na stejných homeostatických neuronech), cirkumventrikulární orgány, které monitorují složení krve , a identifikaci specifických chuťových buněk receptorů pro vodu. Mediální preoptické jádro (MnPO) hypotalamu by mohlo integrovat více podnětů vyvolávajících žízeň . Tyto nové údaje z optogenetických experimentů provedených na hlodavcích vysvětlují nálezy získané u lidí pomocí signálů závislých na hladině kyslíku v krvi (BOLD), které ukazují, že zvýšení signálu BOLD v lamina terminalis (LT) pozorované během infuze hypertonického fyziologického roztoku se po příjmu vody rychle sníží mnohem dříve, než dojde k absorpci vody v krvi .

Interosenzorická a exterosenzorická regulace žízně a uvolňování vazopresinu (obr. 1)

Interosenzorické podněty: vnímání osmolality (zvýšené při intracelulární dehydrataci) a prostřednictvím AII plazmatického objemu a perfuzního tlaku (obojí snížené při extracelulární dehydrataci). Význam signálů sodíku x (Nax) pro rozlišení podmínek s nedostatkem vody a soli

Obr. 1.

Anticipační žízeň a centrální kontrola volemie. SFO, subfornální orgán; MnPO, mediální preoptické jádro; PVH, paraventrikulární jádro; OVLT, organum vasculosum lamina terminalis; SON, supraoptické jádro; AII, angiotenzin II.

/WebMaterial/ShowPic/966676

(a) Osmoreceptorové buňky subfornálního orgánu (SFO) nesou receptory AII a promítají se do buněk produkujících vazopresin v supraoptickém jádru (SON) a paraventrikulárním jádru (PVH).

Homeostatické neurony SFO jsou osmoreceptorové buňky a prostřednictvím svých receptorů AII vnímají objem plazmy a cévní perfuzní tlak. Jedná se o klasickou intersenzorickou regulaci zodpovědnou za vědomé vnímání žízně, protože tyto neurony promítají do přední cingulární kůry . Tyto neurony SFO jsou také zodpovědné za uvolňování vazopresinu, protože se promítají do neuronů produkujících vazopresin v SON a PVH . Hyperosmolalita extracelulární tekutiny stimuluje pocit žízně, aby podpořila příjem vody a uvolnění vazopresinu, který zvýší reabsorpci vody v ledvinách. Naopak hypoosmolalita extracelulární tekutiny potlačuje bazální sekreci vazopresinu. Žízeň a uvolňování vazopresinu se zatím jeví jako čistě homeostatická odpověď na odchylky v interosmolálních podnětech: osmolalitě krve, tlaku nebo objemu.

(b) V subfornálním orgánu existují dva typy excitačních neuronů AII receptoru typu 1a pozitivních. Nax je exprimován v gliových buňkách obklopujících buňky SFO a slouží k rozlišení podmínek nedostatku vody a nedostatku soli, přičemž oba stavy jsou stimulovány AII.

AII vyvolává jak žízeň, tak chuť na sůl. Matsuda et al. ukázali, že žízeň a chuť na sůl jsou řízeny 2 odlišnými skupinami neuronů AII (receptor typu 1a pozitivní na vzruch) v subfornálním orgánu. Neurony promítající se do organum vasculosum LT řídí příjem vody, zatímco neurony promítající se do ventrální části lůžkového jádra stria terminalis řídí příjem soli. Neurony řídící žízeň jsou za podmínek ochuzení o sodík potlačeny. Naproti tomu neurony řídící chuť na sůl jsou potlačeny za podmínek dehydratace prostřednictvím aktivace GABAergních neuronů signály Nax . Tyto odlišné mechanismy v subfornálním orgánu mohou být základem selektivního příjmu vody a/nebo soli a mohou přispívat k homeostáze tělesných tekutin (obr. 2).

Obr. 2.

Anatomie pro chuť vody. SFO, subfornální orgán; MnPO, mediální preoptické jádro; PVH, paraventrikulární jádro; OVLT, organum vasculosum lamina terminalis; SON, supraoptické jádro; BNSTvl, lůžkové jádro lamina terminalis; SCN, suprachiasmatické jádro.

/WebMaterial/ShowPic/966674

Techniky používané v 60. a 70. letech 20. století k popisu těchto intersenzorických podnětů postrádaly schopnost sledovat neurony žízně LT a neurony vazopresinu promítající se do zadní části hypofýzy v reálném čase u zvířat při vědomí, a proto nemohly posoudit exterosenzorické informace regulující tyto procesy.

Exterosenzorická stimulace předjímá stimulaci žízně a uvolňování vazopresinu:

Nedávné experimenty s použitím optogenetických nástrojů u bdělých zvířat ukazují, že podstatná část normálního chování při pití a uvolňování vazopresinu není regulována přímo změnami v krvi. Místo toho se zdá, že toto chování předjímá homeostatické změny dříve, než k nim dojde . Anticipační signály pro žízeň a uvolňování vazopresinu se sbíhají na stejných homeostatických neuronech, neuronech subfornálních orgánů, které monitorují tonicitu krve . Aktivita excitačních neuronů subfornálních orgánů (SFONos1; obr. 1) , aktivovaných omezením příjmu vody, se po přístupu k vodě rychle vrací na výchozí úroveň, a to mnohem dříve, než dojde k jakékoli měřitelné změně osmolality plazmy . Tato rychlá anticipační reakce na pití byla naznačena měřeními v závislosti na hladině kyslíku v krvi (tj. funkční magnetická rezonance BOLD signál) během stimulace žízní u lidí. Signál BOLD z oblasti přední cingulární kůry, o níž je známo, že je zodpovědná za vědomé vnímání žízně, se po konzumaci vody rychle snížil, a to mnohem dříve, než došlo k systémové absorpci vody . Mezi požitím vody a jejím plným vstřebáním do krevního oběhu je prodleva přibližně 10 min. Tyto nové údaje vysvětlují, jak může pití uhasit žízeň během několika sekund, dlouho předtím, než požitá voda změní objem nebo osmolalitu krve. Rychlá anticipační reakce na pití má nejméně dvě složky: okamžitý signál, který sleduje požití tekutiny, a opožděný signál, který informuje o tonicitě tekutiny, pravděpodobně generovaný jícnovým nebo žaludečním osmosenzorem.

Nedávno popsané chuťové buňky pro vodu by mohly být tímto okamžitým signálem sledujícím požití tekutiny . Oka a spol. z Kalifornského technologického institutu v Pasadeně prokázali, že jazyk má chuť na vodu: zjistili, že aplikace deionizované vody na jazyk myší vyvolává aktivaci specifických chuťových nervů. To bylo způsobeno změnou pH slin, které byly vodou zředěny. Tým upravil myši tak, aby jejich receptory kyselé chuti (vnímající kyselinu) byly citlivé na světlo. V reakci na světelnou stimulaci se myši neustále snažily pít z prázdné láhve – ale pouze v případě, že jim předtím byla odepřena voda. To naznačuje, že aktivace těchto jazykových buněk řídí chování při pití, když má zvíře žízeň. Myši, kterým chyběly chuťové receptory vnímající kyselinu, ztratily schopnost rozlišovat vodu od nevodných tekutin, jako je například olej.

Senzory jícnu a/nebo žaludku by také mohly přenášet orgánově specifické informace prostřednictvím smyslového bloudivého nervu , a to způsobem podobným konceptu řízení chuti k jídlu, který navrhli Andermann a Lowell. Jedná se o dopřednou kontrolu hypotalamické aktivity prostřednictvím vnějších signálů týkajících se doby jídla, potravy a dostupnosti vody; tato aktivita reguluje krmení a vstřebávání vody, aby se zabránilo budoucím homeostatickým poruchám. Tyto rychlé, obousměrné zpětnovazební a dopředné prediktivní signály jsou všudypřítomné; byly popsány při řízení krmení, vodních okruhů a v kardiovaskulárním systému . Jak komentují Andermann a Lowell s odkazem na práci Carpentera , „celý mozek lze považovat za způsob, jak pomoci hypotalamu, aby lépe odváděl svou práci tím, že lépe předpovídá, co se stane příště a co bude pravděpodobně následovat z jednoho postupu spíše než z jiného.“

Z darwinovského hlediska je rychlý, objemově přesný příjem vody (tj, v důsledku žízně nebo slaného roztoku v případě vyčerpání sodíku), přináší vysokou výhodu pro přežití. Umožňuje živočichům přejít ke zdroji vody nebo soli, rychle napravit nedostatek a opustit místo, čímž se snižuje jejich vystavení predátorům, kteří se tam naučili čekat .

Koordinace příjmu potravy, pití a uvolňování vazopresinu

Příjem potravy zvyšuje potřebu vody ze dvou důvodů: (1) je potřeba nahradit tekutinu spotřebovanou při polykání (sliny) a trávení (voda odvedená z oběhu do gastrointestinálního traktu) a (2) působit proti zvýšení osmolality krve způsobené vstřebáváním solí a dalších osmolů z potravy. Jak bylo nedávno popsáno v přehledu o žízni, anticipační signály o probíhajícím příjmu potravy jsou LT sdělovány několika mechanismy. Například somatosenzorické signály z dutiny ústní informují o polykání potravy nebo o jejích účincích na sliny. Dále bylo navrženo několik hormonů spojených s jídlem a sytostí, které modulují neurony žízně a uvolňování vazopresinu, včetně amylinu, cholecystokininu, ghrelinu, histaminů, inzulinu a leptinu. Některé z těchto hormonů mohou být u pacientů s diabetes mellitus zvýšené a mohou vysvětlovat jejich vysokou plazmatickou koncentraci vazopresinu .

Odpovědi na pití a krmení jsou obousměrné, avšak asymetrické. Pomocí elektrofyziologických záznamů (tj. geneticky identifikovaných neuronů SON hypofýzy promítajících vazopresin (VPpp) u myší s omezeným přísunem vody) Mandelblat-Cerf a kol. pozorovali rychlý pokles aktivity neuronů během několika sekund po prezentaci signálů signalizujících dostupnost vody, a to před jejím požitím. Naproti tomu požití suché potravy – hyperosmotická výzva – vyvolalo rychlé zvýšení aktivity neuronů VPpp před jakýmkoli zvýšením osmolality plazmy. Pokud není prandiální žízeň uhasena pitím, snižuje se další příjem potravy; tento jev, známý jako anorexie vyvolaná dehydratací, lze pozorovat u mladých pacientů s vrozeným nefrogenním diabetes insipidus . Celkově tyto nové údaje vysvětlují rychlost nasycení žízně, skutečnost, že perorální chlazení hasí žízeň, a rozsáhlou koordinaci jídla, pití a uvolňování vazopresinu. Zpětnovazební signály pro žízeň nepůsobí paralelně a nebo odděleně od homeostatických neuronů pro žízeň, ale místo toho působí prostřednictvím homeostatických neuronů.

Zpětnovazební signály pro žízeň a uvolňování vazopresinu se sbíhají na stejných homeostatických neuronech detekujících zpětnovazební signály osmolality a cirkulujícího AII, jak je znázorněno na obrázku 1 . Předběžné signály vysvětlují rychlost nasycení žízní a rozsáhlou koordinaci jídla, pití a uvolňování vazopresinu (upravený obrázek z .

Ilustrace nových údajů popsaných v tomto přehledu o neuronálních obvodech specifických pro jednotlivé typy buněk, které jsou základem žízně a homeostázy tekutin v myším mozku (upraveno z ; , a z Gizowski a Bourque ), je znázorněna na obrázku 2. LT se skládá ze dvou senzorických cirkumventrikulárních orgánů (SFO a organum vasculosum LT ) a integrační struktury (MnPO). Informace o osmolalitě, objemu a tlaku plazmy vstupují do LT prostřednictvím specializovaných interoceptivních neuronů v SFO a OVLT, z nichž některé jsou vnitřně osmosenzitivní a citlivé na AII (například neurony SFOGLUT). Jádra LT spolu komunikují prostřednictvím rozsáhlé sítě obousměrných projekcí, která dosud nebyla plně zmapována s ohledem na specifičnost buněčných typů. Další dráhy: (1) mimo LT se SFOGLUT neurony promítají do PVH, SON a jádra ventrálního lůžka LT (BNSTvl); (2) projekce z MnPO a OVLT do PVH a SON jsou dobře zavedeny; (3) arginin-vasopresinové (AVP) neurony v suprachiasmatickém jádru (SCNAVP neurony) se promítají do OVLT a SON a zprostředkovávají cirkadiánní regulaci žízně a sekreci AVP.

Receptory chuti vody na fungiformních buňkách jazyka řídí chování při pití. Informace o plazmatickém sodíku vstupují do okruhu prostřednictvím specializovaných neuronů citlivých na aldosteron v jádru solitárního traktu (NTS), které exprimují 11β-hydroxysteroid dehydrogenázu typu 2 (neurony NTSHSD2), jež podporují chuť na sůl a promítají se do prelocus coeruleus (pre-LC), parabrachiálního jádra a BNSTvl.

Prohlášení o zveřejnění informací

D.G.B. obdržel od společnosti Danone Nutricia Research cestovní náklady a registrační poplatek za účast na vědecké konferenci Hydratace pro zdraví 2017.

  1. Bichet DG: Vasopresin na centrální úrovni a důsledky dehydratace. Ann Nutr Metab 2016; 68(suppl 2):19-23.
  2. Zimmerman CA, Leib DE, Knight ZA: Neural circuits underlying thirst and fluid homeostasis (Neuronální okruhy, které jsou základem žízně a homeostázy tekutin). Nat Rev Neurosci 2017; 18: 459-469.
  3. Zocchi D, Wennemuth G, Oka Y: Buněčný mechanismus detekce vody v chuťovém systému savců. Nat Neurosci 2017; 20: 927-933.
  4. Allen WE, DeNardo LA, Chen MZ, Liu CD, Loh KM, Fenno LE, Ramakrishnan C, Deisseroth K, Luo L: Thirst-associated preoptic neurons encode an aversive motivational drive. Science 2017; 357: 1149-1155.
  5. Gizowski C, Bourque CW: Neurons that drive and quench thirst. Science 2017; 357: 1092-1093.
  6. Hollis JH, McKinley MJ, D’Souza M, Kampe J, Oldfield BJ: The trajectory of sensory pathways from the lamina terminalis to the insular and cingulate cortex: a neuroanatomical framework for the generation of thirst. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 2008; 294:R1390-R1401.
  7. Oka Y, Ye M, Zuker CS: Thirst driving and suppressing signals encoded by distinct neural populations in the brain (Řídící a potlačující signály žízně kódované odlišnými nervovými populacemi v mozku). Nature 2015; 520: 349-352.
  8. Matsuda T, Hiyama TY, Niimura F, Matsusaka T, Fukamizu A, Kobayashi K, Kobayashi K, Noda M: Erratum: Distinct neural mechanisms for the control of thirst and salt appetite in the subfornical organ. Nat Neurosci 2017; 20: 230-241.
  9. Matsuda T, Hiyama TY, Niimura F, Matsusaka T, Fukamizu A, Kobayashi K, Kobayashi K, Noda M: Erratum: Distinct neural mechanisms for the control of thirst and salt appetite in the subfornical organ. Nat Neurosci 2017; 20: 896.
  10. Hiyama TY, Noda M: Sodium sensing in the subfornical organ and body-fluid homeostasis (Snímání sodíku v subfornálním orgánu a homeostáza tělesných tekutin). Neurosci Res 2016; 113: 1-11.
  11. Watts AG: Velká očekávání: anticipační kontrola magnocelulárních vazopresinových neuronů. Neuron 2017; 93: 1-2.
  12. Deisseroth K, Schnitzer MJ: Technické přístupy k osvětlení struktury a dynamiky mozku. Neuron 2013; 80: 568-577.
  13. Leib DE, Zimmerman CA, Knight ZA: Žízeň. Curr Biol 2016; 26:R1260-R1265.
  14. Zimmerman CA, Lin YC, Leib DE, Guo L, Huey EL, Daly GE, Chen Y, Knight ZA: Thirst neurons anticipate the homeostatic consequences of eating and drinking. Nature 2016; 537: 680-684.
  15. Mandelblat-Cerf Y, Kim A, Burgess CR, Subramanian S, Tannous BA, Lowell BB, Andermann ML: Bidirectional anticipation of future osmotic challenges by vasopressin neurons. Neuron 2017; 93: 57-65.
  16. Son SJ, Filosa JA, Potapenko ES, Biancardi VC, Zheng H, Patel KP, Tobin VA, Ludwig M, Stern JE: Dendritic peptide release mediates interpopulation crosstalk between neurosecretory and preautonomic networks. Neuron 2013; 78: 1036-1049.
  17. Zaelzer C, Hua P, Prager-Khoutorsky M, Ciura S, Voisin DL, Liedtke W, Bourque CW: ΔN-TRPV1: A molecular co-detector of body temperature and osmotic stress. Cell Rep 2015; 13: 23-30.
  18. Egan G, Silk T, Zamarripa F, Williams J, Federico P, Cunnington R, Carabott L, Blair-West J, Shade R, McKinley M, Farrell M, Lancaster J, Jackson G, Fox P, Denton D: Neurální koreláty vzniku vědomí žízně. Proc Natl Acad Sci U S A 2003; 100: 15241-15246.
  19. Bourque CW: Centrální mechanismy osmosenzace a systémové osmoregulace. Nat Rev Neurosci 2008; 9: 519-531.
  20. Williams EK, Chang RB, Strochlic DE, Umans BD, Lowell BB, Liberles SD: Sensory neurons that detect stretch and nutrients in the digestive system. Cell 2016; 166: 209-221.
  21. Andermann ML, Lowell BB: Toward a wiring diagram understanding of appetite control (K pochopení řízení chuti k jídlu pomocí schématu zapojení). Neuron 2017; 95: 757-778.
  22. Dampney RA: Centrální nervová kontrola kardiovaskulárního systému: současné perspektivy. Adv Physiol Educ 2016; 40: 283-296.
  23. Carpenter RH: Homeostáza: výzva k jednotnému přístupu. Adv Physiol Educ 2004; 28: 180-187.
  24. Saker P, Farrell MJ, Adib FR, Egan GF, McKinley MJ, Denton DA: Regionální mozkové reakce spojené s pitím vody během žízně a po jejím nasycení. Proc Natl Acad Sci U S A 2014; 111: 5379-5384.
  25. Kageyama K, Yamagata S, Akimoto K, Sugiyama A, Murasawa S, Suda T: Působení glukagonu podobného peptidu 1 a hladiny glukózy na expresi genů pro faktor uvolňující kortikotropin a vazopresin v buňkách 4b hypotalamu potkana. Mol Cell Endocrinol 2012; 362: 221-226.
  26. Bockenhauer D, Bichet DG: Nefrogenní diabetes insipidus. Curr Opin Pediatr 2017; 29: 199-205.
  27. Yarmolinsky DA, Zuker CS, Ryba NJ: Common sense about taste: from mammals to insects (Zdravý smysl pro chuť: od savců po hmyz). Cell 2009; 139: 234-244.

Kontakty autorů

Daniel G. Bichet

Profesor medicíny, farmakologie a fyziologie, University of Montreal a nefrologická služba, výzkumné centrum, Hôpital du Sacré-Coeur de Montreal

5400, Blvd Gouin Ouest, Montreal, QC, H4J 1C5 (Kanada)

E-Mail [email protected]

Údaje o článku / publikaci

Náhled první strany

Abstrakt The Multiple Roles of Vasopressin

Publikováno online: 20. června 2018
Datum vydání: červen 2018

Počet tiskových stran: Počet stran: 5
Počet obr:

ISSN: 0250-6807 (Print)
eISSN: 1421-9697 (Online)

Pro další informace: https://www.karger.com/ANM

Open Access License / Drug Dosage / Disclaimer

Tento článek je licencován pod licencí Creative Commons Uveďte autora-Neužívejte komerčně-Nezpracovávejte 4.0 Mezinárodní licence (CC BY-NC-ND). Použití a šíření pro komerční účely, stejně jako jakékoli šíření upraveného materiálu, vyžaduje písemný souhlas. Dávkování léků: Autoři a vydavatel vynaložili veškeré úsilí, aby výběr a dávkování léků uvedené v tomto textu byly v souladu s aktuálními doporučeními a praxí v době vydání. Vzhledem k probíhajícímu výzkumu, změnám ve vládních nařízeních a neustálému přísunu informací týkajících se farmakoterapie a reakcí na léky však čtenáře vyzýváme, aby si u každého léku zkontroloval příbalový leták, zda nedošlo ke změnám v indikacích a dávkování a zda nejsou doplněna varování a bezpečnostní opatření. To je zvláště důležité, pokud je doporučovaný přípravek novým a/nebo zřídka užívaným lékem. Prohlášení o vyloučení odpovědnosti: Prohlášení, názory a údaje obsažené v této publikaci jsou výhradně výroky jednotlivých autorů a přispěvatelů, nikoliv vydavatele a editora (editorů). Výskyt reklamy a/nebo odkazů na produkty v publikaci neznamená záruku, podporu nebo schválení inzerovaných produktů či služeb nebo jejich účinnosti, kvality či bezpečnosti. Vydavatel a redaktor(é) se zříkají odpovědnosti za jakoukoli újmu na zdraví osob nebo majetku, která by vznikla v důsledku myšlenek, metod, návodů nebo výrobků uvedených v obsahu nebo v reklamách.

.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.