Vasopressin and the Regulation of Thirst

Abstract

Experimentele recente care utilizează instrumente optogenetice permit identificarea și analiza funcțională a neuronilor setei și a neuronilor producători de vasopresină. Două progrese majore oferă o anatomie detaliată a gustului pentru apă și a eliberării de arginină-vasopresină (AVP): (1) setea și eliberarea de AVP sunt reglementate nu numai de feedback-ul negativ homeostatic clasic, intero-senzorial al osmolalității plasmatice, ci și de semnale noi, extero-senzoriale, anticipative. Aceste semnale anticipative pentru setea și eliberarea de vasopresină converg către aceiași neuroni homeostatici ai organelor circumventriculare care monitorizează compoziția sângelui; (2) celulele receptoare ale gustului cu sensibilitate acidă (care exprimă proteina polycystic kidney disease 2-like 1) de pe limbă, care au fost sugerate anterior ca fiind senzori ai gustului acru, mediază, de asemenea, răspunsurile gustative la apă. Limba are un gust pentru apă. Nucleul preoptic median (MnPO) al hipotalamusului ar putea integra mai mulți stimuli generatori de sete, inclusiv semnalele cardiopulmonare, osmolalitatea, angiotensina II, semnalele orofaringiene și gastrice, acestea din urmă putând reprezenta semnale anticipative. Deshidratarea este aversivă, iar activitatea neuronilor MnPO este proporțională cu intensitatea acestei stări aversive.

© 2018 Autorul (autorii) Publicat de S. Karger AG, Basel

Într-un Annals of Nutrition and Metabolism anterior , am trecut în revistă experimentele recente pe animale celulare și optogenetice care demonstrează că senzorii organelor circumventriculare ale creierului care reacționează la presiunea osmotică și la angiotensina II (AII) subservesc geneza setei, reglarea volumului și efectele comportamentale ale evitării setei.

Descriu acum o hartă detaliată a cablajului pentru sete (de ex, inclusiv semnale anticipative pentru sete și eliberarea de vasopresină care converg către aceiași neuroni homeostatici), organe circumventriculare care monitorizează compoziția sângelui , și identificarea celulelor gustative specifice receptorilor de apă . Nucleul preoptic median (MnPO) al hipotalamusului ar putea integra mai mulți stimuli generatori de sete . Aceste noi date din experimentele optogenetice efectuate la rozătoare explică constatările obținute la om cu ajutorul semnalelor dependente de nivelul de oxigen din sânge (BOLD), demonstrând că creșterea semnalului BOLD din lamina terminalis (LT) observată în timpul unei perfuzii de soluție salină hipertonică este rapid diminuată după consumul de apă, cu mult înainte de orice absorbție de apă în sânge .

Reglarea intrasenzorială și extrasenzorială a setei și a eliberării de vasopresină (Fig. 1)

Stimuli intrasenzoriali: percepția osmolalității (crescută odată cu deshidratarea intracelulară) și, prin intermediul AII, a volumului plasmatic și a presiunii de perfuzie (ambele scăzute odată cu deshidratarea extracelulară). Importanța semnalelor de sodiu x (Nax) pentru a distinge condițiile de sărăcire a apei de cele de sărăcire a sării.

(a) Celulele osmoreceptoare ale organului subfornical (SFO) poartă receptori AII și se proiectează către celulele producătoare de vasopresină din nucleul supraoptic (SON) și nucleul paraventricular (PVH).

Neuronii homeostatici ai SFO sunt celule osmoreceptoare și, prin intermediul receptorilor lor AII, percep volumul plasmatic și presiunea de perfuzie vasculară. Aceasta este reglementarea intero-senzorială clasică responsabilă de percepția conștientă a setei, deoarece acești neuroni se proiectează către cortexul cingular anterior . Acești neuroni SFO sunt, de asemenea, responsabili de eliberarea vasopresinei, deoarece se proiectează la neuronii producători de vasopresină din SON și PVH . Hiperosmolalitatea lichidului extracelular stimulează senzația de sete pentru a promova aportul de apă și eliberarea de vasopresină care va spori reabsorbția apei în rinichi. În schimb, hipo-osmolalitatea lichidului extracelular suprimă secreția bazală de vasopresină. Setea și eliberarea de vasopresină apar, până în prezent, ca un răspuns pur homeostatic la deviațiile stimulilor intero-senzoriali: osmolalitatea sângelui, presiunea sau volumul.

(b) În organul subfornical există două tipuri de neuroni excitatori pozitivi la receptorul AII de tip 1a. Nax este exprimat în celulele gliale care înconjoară celulele SFO și servește pentru a distinge condițiile de sărăcire a apei de cele de sărăcire a sării, ambele stimulate de AII.

AII determină atât setea, cât și apetitul pentru sare. Matsuda și colab. au arătat că setea și apetitul pentru sare sunt conduse de 2 grupuri distincte de neuroni AII (receptori excitatori de tip 1a-pozitivi) în organul subfornical. Neuronii care se proiectează în organum vasculosum LT controlează aportul de apă, în timp ce cei care se proiectează în partea ventrală a nucleului patului stria terminalis controlează aportul de sare. Neuronii care controlează setea sunt suprimați în condiții de sărăcie de sodiu. În schimb, neuronii care conduc apetitul pentru sare sunt suprimați în condiții de deshidratare prin activarea neuronilor GABAergici de către semnalele Nax . Aceste mecanisme distincte din organul subfornical pot sta la baza aportului selectiv de apă și/sau sare și pot contribui la homeostazia fluidelor corporale (Fig. 2).

Tehnicile utilizate în anii 1960 și 1970 pentru a descrie acești stimuli intero-senzoriali nu aveau capacitatea de a urmări neuronii setei din LT și neuronii vasopresinei care se proiectează către hipofiza posterioară în timp real la animale conștiente și, prin urmare, nu au putut evalua informațiile extero-senzoriale care reglează aceste procese.

Stimularea extero-senzorială anticipează stimularea setei și eliberarea de vasopresină: Importanța receptorilor de apă gustativă

Experimentele recente care utilizează instrumente optogenetice la animale treze demonstrează că o fracțiune substanțială a comportamentului normal de băut și eliberarea de vasopresină nu sunt reglementate direct de modificările din sânge. În schimb, acest comportament pare să anticipeze schimbările homeostatice înainte ca acestea să apară . Semnalele anticipative pentru setea și eliberarea de vasopresină converg către aceiași neuroni homeostatici, neuronii organului subfornical, care monitorizează tonicitatea sângelui . Activitatea neuronilor excitanți ai organelor subfornice (SFONos1; Fig. 1) , activată de restricția de apă, revine rapid la nivelul de bază după accesul la apă, cu mult înainte de a se produce o modificare măsurabilă a osmolalității plasmatice . Acest răspuns anticipativ rapid la băutură a fost sugerat de măsurătorile dependente de nivelul de oxigen din sânge (de exemplu, semnalul BOLD al imagisticii prin rezonanță magnetică funcțională) în timpul stimulării setei la om. Semnalul BOLD din zona cortexului cingular anterior, cunoscut ca fiind responsabil pentru percepția conștientă a setei, a scăzut rapid după consumul de apă, cu mult înainte de orice absorbție sistemică de apă . Există o întârziere de aproximativ 10 min între ingestia de apă și absorbția completă a acesteia în fluxul sanguin. Aceste noi date explică modul în care băutura poate stinge setea în câteva secunde, cu mult înainte ca apa ingerată să modifice volumul sanguin sau osmolalitatea. Răspunsul anticipativ rapid la băutură are cel puțin 2 componente: un semnal imediat care urmărește ingestia de lichid și un semnal întârziat care raportează tonicitatea lichidului, posibil generat de un osmosenzor esofagian sau gastric.

Celele receptoare ale gustului apei descrise recent ar putea fi acest semnal imediat care urmărește ingestia de lichid . Oka et al. de la California Institute of Technology din Pasadena au demonstrat că limba are un gust pentru apă: ei au descoperit că aplicarea de apă deionizată pe limba șoarecilor a determinat declanșarea nervilor gustativi specifici. Acest lucru s-a datorat unei modificări a pH-ului salivei pe măsură ce aceasta era diluată de apă. Echipa a modificat șoarecii pentru a le face receptorii gustului acru (senzori de acid) sensibili la lumină. Ca răspuns la stimularea luminoasă, șoarecii au încercat continuu să bea dintr-o sticlă goală – dar numai dacă fuseseră privați anterior de apă. Acest lucru sugerează că activarea acestor celule ale limbii determină comportamentul de a bea atunci când unui animal îi este sete. Șoarecii lipsiți de receptori gustativi cu sensibilitate acidă au pierdut capacitatea de a distinge apa de lichidele neacvatice, cum ar fi uleiul.

Senzorii esofagieni și/sau gastrici ar putea, de asemenea, să transmită informații specifice unui organ prin intermediul nervului vag senzorial , într-o manieră similară cu conceptul de control al apetitului sugerat de Andermann și Lowell . Acesta implică un control feedforward al activității hipotalamice prin intermediul unor indicii externe privind orele de masă, hrana și disponibilitatea apei; această activitate reglează alimentația și absorbția de apă pentru a preveni viitoarele perturbări homeostatice. Aceste semnale predictive rapide, bidirecționale de feedback și feedforward sunt omniprezente; acestea au fost descrise în controlul alimentației, în circuitele de apă și în sistemul cardiovascular . După cum au comentat Andermann și Lowell citând lucrarea lui Carpenter , „întregul creier poate fi privit ca un mod de a ajuta hipotalamusul să facă o treabă mai bună, făcând previziuni mai bune despre ceea ce se va întâmpla în continuare și despre ceea ce este probabil să urmeze de la un curs de acțiune mai degrabă decât de la altul.”

Din punct de vedere darwinist, ingestia rapidă, volumetric exactă de apă (de ex, urmare a setei sau a unei soluții sărate în cazul epuizării sodiului), comportă un mare avantaj de supraviețuire. Ea permite animalelor să meargă la o sursă de apă sau de sare, să corecteze rapid deficitul și să părăsească locul, reducând expunerea lor la prădătorii care au învățat să aștepte acolo .

Coordonarea mâncării, a băuturii și a eliberării de vasopresină

Mâncatul crește nevoia de apă din 2 motive: (1) există nevoia de a înlocui lichidul utilizat pentru înghițire (salivă) și digestie (apă deviată din circulație în tractul gastrointestinal); și (2) pentru a contracara creșterea osmolalității sângelui cauzată de absorbția de săruri și alte osmoli din alimente. După cum a fost descris recent într-o analiză privind setea, semnalele anticipative privind ingestia de alimente în curs de desfășurare sunt comunicate către LT prin mecanisme multiple. De exemplu, semnalele somatosenzoriale din cavitatea bucală raportează despre înghițirea alimentelor sau despre efectele acestora asupra salivei. Mai mult, s-a propus ca mai mulți hormoni asociați cu alimentația și sațietatea să moduleze neuronii setei și eliberarea de vasopresină, inclusiv amilina, colecistochinina, grelina, histaminele, insulina și leptina. Unii dintre acești hormoni ar putea fi crescuți la pacienții cu diabet zaharat și pot explica concentrația plasmatică ridicată de vasopresină a acestora .

Răspunsurile la băutură și alimentație sunt bidirecționale, dar asimetrice. Folosind înregistrări electrofiziologice (adică ale neuronilor de vasopresină (VPpp) cu proiecție hipofizară SON identificați genetic la șoareci cu restricție de apă), Mandelblat-Cerf și colab. au observat scăderi rapide ale activității neuronilor în câteva secunde de la prezentarea unor indicii care semnalează disponibilitatea apei, înainte de ingestia de apă. În schimb, ingestia de hrană uscată – o provocare hiperosmotică – a provocat creșteri rapide ale activității neuronilor VPpp înainte de orice creștere a osmolalității plasmatice. Dacă setea prandială nu este potolită prin băutură, atunci consumul ulterior de alimente este redus; cunoscut sub numele de anorexie indusă de deshidratare, acest fenomen ar putea fi observat la pacienții tineri cu diabet insipid congenital nefrogenic . Împreună, aceste noi date explică viteza de sațietate a setei, faptul că răcirea orală stinge setea și coordonarea generalizată a mâncării, a băuturii și a eliberării de vasopresină. Semnalele feedforward pentru sete nu funcționează în paralel și sau separat de neuronii homeostatici ai setei, ci funcționează prin intermediul neuronilor homeostatici.

Semnale anticipative, feedforward pentru sete și eliberarea de vasopresină converg către aceiași neuroni homeostatici care detectează semnalele de feedback ale osmolalității și AII circulant, așa cum se arată în figura 1. Semnalele anticipative explică viteza de sațietate a setei și coordonarea generalizată a mâncării, a băuturii și a eliberării de vasopresină (figură modificată din .

O ilustrare a noilor date descrise în această recenzie privind circuitele neuronale specifice tipului de celule care stau la baza homeostaziei setei și a fluidelor în creierul de șoarece (modificată din ; , și din Gizowski și Bourque ) este prezentată în figura 2. LT este format din 2 organe circumventriculare senzoriale (SFO și organum vasculosum al LT ) și o structură integratoare (MnPO). Informațiile despre osmolalitatea plasmei, volum și presiune pătrund în LT prin intermediul neuronilor interoceptivi specializați din SFO și OVLT, dintre care unii sunt intrinsec osmo-sensibili și sensibili la AII (de exemplu, neuronii SFOGLUT). Nucleii LT comunică între ei printr-o rețea extinsă de proiecții bidirecționale care nu a fost încă cartografiată complet cu specificitate de tip celular. Alte căi: (1) în afara LT, neuronii SFOGLUT se proiectează către PVH, SON și nucleul patului ventral al LT (BNSTvl); (2) proiecțiile de la MnPO și OVLT către PVH și SON sunt bine stabilite; (3) neuronii arginină-vasopresină (AVP) din nucleul suprachiasmatic (neuronii SCNAVP) se proiectează către OVLT și SON pentru a media reglarea circadiană a setei și, respectiv, a secreției de AVP.

Receptorii gustului apei de pe celulele fungiforme ale limbii determină comportamentul de băut. Informațiile despre sodiul plasmatic intră în circuit prin intermediul neuronilor specializați sensibili la aldosteron din nucleul tractului solitar (NTS) care exprimă 11β-hidroxisteroid dehidrogenază de tip 2 (neuronii NTSHSD2), care favorizează apetitul pentru sare și se proiectează către pre-locus coeruleus (pre-LC), nucleul parabrahial și BNSTvl.

Declarație de dezvăluire

D.G.B. a primit cheltuieli de călătorie și taxa de înregistrare de la Danone Nutricia Research pentru a participa la Conferința științifică 2017 Hydration for Health.

Contacte de autor

Detalii articol / publicație

Licență Acces Deschis / Doze de medicamente / Disclaimer

Acest articol este licențiat sub licența Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License (CC BY-NC-ND). Utilizarea și distribuirea în scopuri comerciale, precum și orice distribuire de materiale modificate necesită permisiunea scrisă. Dozajul medicamentului: Autorii și editorul au depus toate eforturile pentru a se asigura că selecția și dozajul medicamentelor prezentate în acest text sunt în concordanță cu recomandările și practicile curente la momentul publicării. Cu toate acestea, având în vedere cercetările în curs de desfășurare, modificările reglementărilor guvernamentale și fluxul constant de informații referitoare la terapia medicamentoasă și la reacțiile medicamentoase, cititorul este îndemnat să verifice prospectul fiecărui medicament pentru orice modificări ale indicațiilor și dozelor și pentru avertismente și precauții suplimentare. Acest lucru este deosebit de important atunci când agentul recomandat este un medicament nou și/sau rar utilizat. Declinarea responsabilității: Declarațiile, opiniile și datele conținute în această publicație aparțin exclusiv autorilor și colaboratorilor individuali și nu editorilor și editorului (editorilor). Apariția anunțurilor publicitare sau/și a referințelor la produse în publicație nu reprezintă o garanție, o susținere sau o aprobare a produselor sau serviciilor anunțate sau a eficienței, calității sau siguranței acestora. Editorul și editorul (editorii) își declină răspunderea pentru orice vătămare a persoanelor sau a bunurilor care rezultă din ideile, metodele, instrucțiunile sau produsele la care se face referire în conținut sau în reclame.

.