Vasopressiini ja janon säätely

Abstract

Uudet kokeet optogeneettisiä työkaluja käyttäen mahdollistavat janoneuronien ja vasopressiinia tuottavien neuronien tunnistamisen ja toiminnallisen analysoinnin. Kaksi merkittävää edistysaskelta tarjoavat yksityiskohtaisen anatomian veden maun ja arginiini-vasopressiinin (AVP) vapautumisen suhteen: (1) janoa ja AVP:n vapautumista ei säädellä ainoastaan klassisella homeostaattisella, aistien välisellä plasman osmolaliteetin negatiivisella palautteella, vaan myös uusilla, aistien ulkopuolisilla, ennakoivilla signaaleilla. Nämä janoa ja vasopressiinin vapautumista ennakoivat signaalit yhtyvät samoihin verenkiertoelinten homeostaattisiin neuroneihin, jotka tarkkailevat veren koostumusta; (2) happoa aistivat makureseptorisolut (jotka ilmentävät polykystistä munuaistautia 2:n kaltaista 1-proteiinia) kielessä, joita aiemmin ehdotettiin hapanta makua aistiviksi sensoreiksi, välittävät myös makuvasteet vedelle. Kielessä on veden maku. Hypotalamuksen mediaanipreoptinen ydin (MnPO) voisi integroida useita janoa aiheuttavia ärsykkeitä, kuten kardiopulmonaalisia signaaleja, osmolaliteettia, angiotensiini II:ta, orofaryngeaalisia ja gastrisia signaaleja, joista jälkimmäiset mahdollisesti edustavat ennakoivia signaaleja. Kuivuminen on vastenmielistä ja MnPO-neuronien aktiivisuus on verrannollinen tämän vastenmielisen tilan voimakkuuteen.

© 2018 Tekijä(t) Julkaisija S. Karger AG, Basel

Edellisessä Annals of Nutrition and Metabolism -julkaisussa tarkastelin viimeaikaisia solu- ja optogeneettisiä eläinkokeita, jotka osoittavat, että aivojen circumventrikulaarisen elimen sensorit, jotka reagoivat osmoottiseen paineeseen ja angiotensiini II:een (AII), palvelevat janon synnystä, tilavuuden säätelyä ja janon välttämisen käyttäytymisvaikutuksia.

Kuvailen nyt yksityiskohtaisen johdotuskartan janoa varten (ts, mukaan lukien janoa ja vasopressiinin vapautumista ennakoivat signaalit, jotka konvergoituvat samoihin homeostaattisiin neuroneihin), veren koostumusta tarkkailevat circumventrikulaariset elimet , ja spesifisten vesireseptorin makusolujen tunnistamisen . Hypotalamuksen mediaani preoptinen ydin (MnPO) voisi integroida useita janoa aiheuttavia ärsykkeitä . Nämä jyrsijöillä tehdyistä optogeneettisistä kokeista saadut uudet tiedot selittävät havainnot, jotka on saatu ihmisillä käyttämällä veren happipitoisuudesta riippuvia (BOLD) signaaleja, jotka osoittavat, että hypertonisen keittosuolaliuoksen infuusion aikana havaittu lamina terminaliksen (LT) BOLD-signaalin lisääntyminen vähenee nopeasti veden saannin jälkeen hyvissä ajoin ennen veden imeytymistä vereen .

Janon ja vasopressiinin vapautumisen sisä- ja ulkoaistillinen säätely (kuva 1)

Interoaistilliset ärsykkeet: osmolaliteetin havaitseminen (lisääntyy solunsisäisen dehydraation myötä) ja AII:n kautta plasman tilavuus ja perfuusiopaine (molemmat vähenevät solunulkoisen dehydraation myötä). Natrium x (Nax) -signaalien merkitys veden ja suolan puutostilojen erottamisessa toisistaan.

(a) Subfornikaalisen elimen (SFO) osmoreseptorisolut kantavat AII-reseptoreita ja projisoituvat vasopressiinia tuottaviin soluihin supraoptisessa ytimessä (SON) ja paraventrikulaarisessa ytimessä (PVH).

SFO:n homeostaattiset neuronit ovat osmoreseptorisoluja, ja ne havainnoivat plasman tilavuutta ja verisuonten perfuusiopaineita AII-reseptoreidensa kautta. Tämä on klassista interaistien välistä säätelyä, joka vastaa tietoisesta janon havaitsemisesta, koska nämä neuronit projisoituvat anterioriseen cingulaariseen aivokuoreen . Nämä SFO-neuronit ovat myös vastuussa vasopressiinin vapautumisesta, koska ne heijastuvat SON:n ja PVH:n vasopressiinia tuottaviin neuroneihin . Solunulkoisen nesteen hyperosmolaliteetti stimuloi janon tunnetta edistääkseen veden saantia ja vasopressiinin vapautumista, mikä lisää veden takaisinimeytymistä munuaisissa. Solunulkoisen nesteen hypo-osmolaliteetti sitä vastoin tukahduttaa basaalista vasopressiinin eritystä. Jano ja vasopressiinin vapautuminen näyttävät toistaiseksi olevan puhtaasti homeostaattinen reaktio poikkeamiin interaistissa ärsykkeissä: veren osmolaalisuudessa, paineessa tai tilavuudessa.

(b) Subfornikaalisessa elimessä on kahdenlaisia AII-reseptorin tyypin 1a-positiivisia eksitatorisia hermosoluja. Nax ilmentyy SFO-soluja ympäröivissä gliasoluissa, ja sen tehtävänä on erottaa toisistaan veden ja suolan puutteelliset olosuhteet, joita molempia AII stimuloi.

AII ohjaa sekä janoa että suolan ruokahalua. Matsuda et al. osoittivat, että janoa ja suolan ruokahalua ohjaavat 2 erillistä AII-neuroniryhmää (reseptorityypin 1a-positiiviset eksitatoriset) subfornikaalisessa elimessä. Organum vasculosum LT:hen projisoituvat neuronit ohjaavat veden saantia, kun taas stria terminaliksen vuoriytimen ventraaliseen osaan projisoituvat neuronit ohjaavat suolan saantia. Janoa ohjaavat neuronit tukahdutetaan natriumin puutteessa. Sitä vastoin suolan ruokahalua ohjaavat neuronit tukahdutetaan dehydratoituneissa olosuhteissa aktivoimalla GABAergiset neuronit Nax-signaaleilla . Nämä erilaiset mekanismit subfornikaalisessa elimessä voivat olla veden ja/tai suolan valikoivan saannin taustalla ja vaikuttaa osaltaan kehon nestehomeostaasiin (kuva 2).

1960- ja 1970-luvuilla käytetyillä tekniikoilla, joilla kuvattiin näitä intero-sensorisia ärsykkeitä, ei pystytty seuraamaan LT:n janoneuroneja ja takimmaiseen aivolisäkkeeseen projisoituvia vasopressiinineuroneja reaaliajassa tajuissaan olevilla eläimillä, eikä näin ollen pystytty arvioimaan näitä prosesseja säätelevää extero-sensorista informaatiota.

Extero-sensorinen stimulaatio ennakoi janostimulaatioita ja vasopressiinien vapautumista: Makuvesireseptorien merkitys

Viimeaikaiset kokeet, joissa käytetään optogeneettisiä välineitä hereillä olevilla eläimillä, osoittavat, että huomattavaa osaa normaalista juomakäyttäytymisestä ja vasopressiinin vapautumisesta ei säädellä suoraan veressä tapahtuvilla muutoksilla. Sen sijaan tämä käyttäytyminen näyttää ennakoivan homeostaattisia muutoksia ennen kuin ne tapahtuvat . Janon ja vasopressiinin vapautumisen ennakoivat signaalit lähenevät samoja homeostaattisia neuroneja, subfornisia elinneuroneja, jotka valvovat veren toniciteettia . Veden rajoituksen aktivoimien subfornikaalisten elinten eksitatoristen neuronien (SFONos1; kuva 1) aktiivisuus palaa nopeasti lähtötasolle veden saannin jälkeen hyvissä ajoin ennen kuin plasman osmolaliteetin mitattavissa oleva muutos tapahtuu. Tätä nopeaa ennakoivaa vastetta juomiseen on ehdotettu veren happipitoisuudesta riippuvilla (eli toiminnallisen magneettiresonanssikuvauksen BOLD-signaalin) mittauksilla janostimulaation aikana ihmisillä. Anteriorisen cingulaarisen aivokuoren alueen BOLD-signaali, jonka tiedetään olevan vastuussa janon tietoisesta havaitsemisesta, väheni nopeasti veden kulutuksen jälkeen, hyvissä ajoin ennen veden systeemistä imeytymistä . Veden nauttimisen ja sen täydellisen imeytymisen verenkiertoon välillä on noin 10 minuutin viive. Nämä uudet tiedot selittävät, miten juominen voi sammuttaa janon muutamassa sekunnissa, kauan ennen kuin nautittu vesi muuttaa veren tilavuutta tai osmolaliteettia. Juomiseen liittyvässä nopeassa ennakoivassa vasteessa on ainakin kaksi osatekijää: välitön signaali, joka seuraa nesteen nauttimista, ja viivästynyt signaali, joka ilmoittaa nesteen toniciteetista ja jonka mahdollisesti tuottaa ruokatorven tai mahalaukun osmosensori.

Äskettäin kuvatut veden makuaistin reseptorisolut voisivat olla tämä välitön signaali, joka seuraa nesteen nauttimista . Oka et al. Kalifornian teknologiainstituutissa Pasadenassa osoittivat, että kieli maistaa vettä: he havaitsivat, että ionivaihdetun veden antaminen hiirten kielelle sai tietyt makuhermot syttymään. Tämä johtui syljen pH:n muutoksesta, kun vesi laimensi sitä. Ryhmä muokkasi hiiret niin, että niiden happaman maun (hapon aistivat) reseptorit herkistyivät valolle. Vastauksena valostimulaatioon hiiret yrittivät jatkuvasti juoda tyhjästä pullosta – mutta vain, jos ne olivat aiemmin menettäneet vettä. Tämä viittaa siihen, että näiden kielisolujen aktivoituminen ohjaa juomakäyttäytymistä, kun eläin on janoinen. Hiiret, joilta puuttui happoa aistivia makureseptoreita, menettivät kyvyn erottaa vesi muista kuin vesipitoisista nesteistä, kuten öljystä.

Esofageaaliset ja/tai gastriset sensorit voisivat myös välittää elinkohtaista informaatiota aistitun vagushermon välityksellä , tavalla, joka on samankaltainen kuin Andermannin ja Lowellin ehdottama ruokahalun hallinnan käsite. Tähän liittyy hypotalamuksen toiminnan feedforward-ohjaus ulkoisten vihjeiden kautta, jotka koskevat ateria-aikoja, ruokaa ja veden saatavuutta; tämä toiminta säätelee ruokintaa ja veden imeytymistä tulevien homeostaattisten häiriöiden estämiseksi. Nämä nopeat, kaksisuuntaiset takaisinkytkennät ja feedforward-ennustavat signaalit ovat kaikkialla läsnä; niitä on kuvattu ruokinnan, vesipiirien ja sydän- ja verisuonijärjestelmän valvonnassa. Kuten Andermann ja Lowell kommentoivat viitaten Carpenterin työhön , ”koko aivojen voidaan katsoa auttavan hypotalamusta tekemään parempaa työtä tekemällä parempia ennusteita siitä, mitä tapahtuu seuraavaksi ja mitä todennäköisesti seuraa yhdestä toimintatavasta pikemminkin kuin toisesta.”

Darwinistisesta näkökulmasta katsottuna nopea, tilavuudeltaan tarkka veden saanti (ts, seurauksena janosta tai suolaliuoksesta natriumin loppuessa), merkitsee suurta eloonjäämisetua. Se antaa eläimille mahdollisuuden mennä vesi- tai suolalähteelle, korjata vaje nopeasti ja poistua paikalta, mikä vähentää niiden altistumista petoeläimille, jotka ovat oppineet odottamaan siellä.

Syömisen, juomisen ja vasopressiinin vapautumisen yhteensovittaminen

Syöminen lisää vedentarvetta kahdesta syystä: (1) on tarpeen korvata nielemiseen (sylki) ja ruoansulatukseen käytetty neste (verenkierrosta ruoansulatuskanavaan ohjautuva vesi); ja (2) torjua veren osmolaalisuuden nousua, joka aiheutuu suolojen ja muiden osmolien imeytymisestä ruoasta. Kuten hiljattain janoa käsittelevässä katsauksessa kuvattiin, ennakoivia signaaleja meneillään olevasta ruoan nauttimisesta välitetään LT:lle useiden mekanismien avulla. Esimerkiksi suuontelosta tulevat somatosensoriset signaalit kertovat ruoan nielemisestä tai sen vaikutuksista sylkeen. Lisäksi useiden syömiseen ja kylläisyyteen liittyvien hormonien on ehdotettu moduloivan janoneuroneja ja vasopressiinin vapautumista, mukaan lukien amyliini, kolekystokiniini, greliini, histamiinit, insuliini ja leptiini. Jotkin näistä hormoneista saattavat olla koholla diabetes mellitusta sairastavilla potilailla, mikä saattaa selittää heidän korkeat vasopressiinipitoisuutensa plasmassa.

Vasteet juomiseen ja syömiseen ovat kaksisuuntaisia, mutta epäsymmetrisiä. Käyttämällä elektrofysiologisia nauhoituksia (eli geneettisesti tunnistettujen SON-aivolisäkkeen projisoimien vasopressiini- (VPpp) neuronien geneettisesti tunnistettujen SON-aivolisäkkeen projisoimien vasopressiini- (VPpp) neuronien vesirajoitetuissa hiirissä) Mandelblat-Cerf et ai. havaitsivat neuronien aktiivisuuden nopean vähenemisen muutamassa sekunnissa veden saatavuudesta viestivien vihjeiden esittämisen jälkeen, ennen veden nauttimista. Sitä vastoin kuivan ruoan nauttiminen – hyperosmoottinen haaste – aiheutti VPpp-neuronien aktiivisuuden nopean lisääntymisen ennen plasman osmolaliteetin nousua. Jos prandiaalista janoa ei sammuteta juomalla, ruoan lisäkulutus vähenee; tämä ilmiö tunnetaan nimellä dehydraation aiheuttama anoreksia, ja sitä voidaan havaita nuorilla potilailla, joilla on synnynnäinen nefrogeeninen diabetes insipidus . Kaiken kaikkiaan nämä uudet tiedot selittävät janon kyllästymisen nopeuden, sen, että suun kautta tapahtuva jäähdytys sammuttaa janoa, sekä syömisen, juomisen ja vasopressiinin vapautumisen laajan koordinoinnin. Janon feedforward-signaalit eivät toimi rinnakkain tai erillään homeostaattisista janoneuroneista, vaan ne toimivat homeostaattisten neuronien kautta.

Janon ja vasopressiinin vapautumisen feedforward-signaalit konvergoituvat samoihin homeostaattisiin neuroneihin, jotka havaitsevat palautesignaalit osmolaliteetista ja verenkierrossa olevasta AII:stä, kuten kuvassa 1 on esitetty. Ennakoivat signaalit selittävät janon kyllästymisen nopeuden ja syömisen, juomisen ja vasopressiinin vapautumisen laajalle levinneen koordinoinnin (muokattu kuva lähteestä .

Kuvassa 2 on esitetty havainnollistus tässä katsauksessa kuvatuista uusista tiedoista, jotka koskevat hiiren aivojen jano- ja nestehomeostaasin taustalla olevia solutyyppispesifisiä hermopiirejä (muokattu lähteestä ; , ja lähteestä Gizowski ja Bourque ). LT koostuu kahdesta sensorisesta circumventrikulaarisesta elimestä (SFO ja LT:n organum vasculosum ) ja integroivasta rakenteesta (MnPO). Tieto plasman osmolaliteetista, tilavuudesta ja paineesta tulee LT:hen SFO:ssa ja OVLT:ssä sijaitsevien erikoistuneiden interoceptiivisten hermosolujen kautta, joista osa on luontaisesti osmoosi- ja AII-herkkiä (esimerkiksi SFOGLUT-neuronit). LT:n ytimet kommunikoivat keskenään laajan kaksisuuntaisten projektioiden verkon kautta, jota ei ole vielä täysin kartoitettu solutyyppispesifisesti. Muut reitit: (1) LT:n ulkopuolella SFOGLUT-neuronit projisoituvat PVH:hen, SON:iin ja LT:n ventraaliseen vuodeydinytimeen (BNSTvl); (2) MnPO:n ja OVLT:n projisoinnit PVH:hen ja SON:iin ovat hyvin vakiintuneet; (3) suprachiasmaattisen ytimen arginiini-vasopressiini-neuronit (AVP-neuronit) projisoituvat OVLT:hen ja SON:iin välittäen vuorokautista jano-ongelman säätelyä ja AVP:n eritystä vastaavasti.

Kielen fungiformisten solujen veden makureseptorit ohjaavat juomakäyttäytymistä. Tieto plasman natriumista tulee piiriin erikoistuneiden aldosteronille herkkien hermosolujen kautta yksinäisen radan ytimessä (NTS), jotka ilmentävät 11β-hydroksisteroididehydrogenaasityyppiä 2 (NTSHSD2-neuronit), jotka edistävät suolan ruokahalua ja projisoituvat pre-lokus coeruleukseen (pre-LC), parabrachiaaliseen ytimeen ja BNSTvl: ään.

Disclosure Statement

D.G.B. sai Danone Nutricia Researchilta matkakuluja ja rekisteröintimaksun osallistuakseen 2017 Hydration for Health Scientific Conference -tapahtumaan.

Author Contacts

Artikkeli / julkaisun tiedot

Open Access -lisenssi / Lääkkeiden annostelu / Vastuuvapauslauseke

Tämä artikkeli on lisensoitu Creative Commons Nimeä-Ei-Kaupallinen-Ei-Johdannaisia 4.0 Kansainvälinen Lisenssi (CC BY-NC-ND). Käyttö ja jakelu kaupallisiin tarkoituksiin sekä kaikenlainen muutetun materiaalin jakelu edellyttää kirjallista lupaa. Lääkkeen annostus: Kirjoittajat ja kustantaja ovat pyrkineet kaikin tavoin varmistamaan, että tässä tekstissä esitetyt lääkevalinnat ja annostukset vastaavat julkaisuhetkellä voimassa olevia suosituksia ja käytäntöjä. Jatkuvan tutkimuksen, viranomaismääräysten muutosten sekä lääkehoitoon ja lääkevaikutuksiin liittyvän jatkuvan tiedonkulun vuoksi lukijaa kehotetaan kuitenkin tarkistamaan kunkin lääkkeen pakkausselosteesta mahdolliset muutokset käyttöaiheissa ja annostelussa sekä lisätyt varoitukset ja varotoimet. Tämä on erityisen tärkeää silloin, kun suositeltu lääke on uusi ja/tai harvoin käytetty lääke. Vastuuvapauslauseke: Tämän julkaisun sisältämät lausunnot, mielipiteet ja tiedot ovat yksinomaan yksittäisten kirjoittajien ja tekijöiden eivätkä kustantajien ja päätoimittajan (päätoimittajien) omia. Mainosten ja/tai tuoteviittausten esiintyminen julkaisussa ei ole takuu, suositus tai hyväksyntä mainostetuille tuotteille tai palveluille tai niiden tehokkuudelle, laadulle tai turvallisuudelle. Julkaisija ja päätoimittaja(t) eivät ole vastuussa mistään henkilö- tai omaisuusvahingoista, jotka johtuvat sisällössä tai mainoksissa viitatuista ideoista, menetelmistä, ohjeista tai tuotteista.