Vasopresina y la regulación de la sed

Abstract

Experimentos recientes con herramientas optogenéticas permiten identificar y analizar funcionalmente las neuronas de la sed y las neuronas productoras de vasopresina. Dos avances importantes proporcionan una anatomía detallada del gusto por el agua y la liberación de arginina-vasopresina (AVP): (1) la sed y la liberación de AVP están reguladas no sólo por la clásica retroalimentación negativa homeostática e intersensorial de la osmolalidad plasmática, sino también por nuevas señales anticipatorias extrasensoriales. Estas señales anticipatorias para la sed y la liberación de vasopresina convergen en las mismas neuronas homeostáticas de los órganos circunventriculares que controlan la composición de la sangre; (2) las células receptoras del gusto que detectan el ácido (que expresan la proteína 2-like de la poliquistosis renal) en la lengua, que anteriormente se sugirió que eran los sensores del gusto ácido, también median las respuestas gustativas al agua. La lengua tiene gusto por el agua. El núcleo preóptico medio (MnPO) del hipotálamo podría integrar múltiples estímulos generadores de sed, incluidas las señales cardiopulmonares, la osmolalidad, la angiotensina II y las señales orofaríngeas y gástricas, estas últimas posiblemente representen señales anticipatorias. La deshidratación es aversiva y la actividad de las neuronas MnPO es proporcional a la intensidad de este estado aversivo.

© 2018 El autor(es) Publicado por S. Karger AG, Basilea

En un anterior Anales de Nutrición y Metabolismo , revisé recientes experimentos celulares y optogenéticos en animales que demuestran que los sensores de órganos circunventriculares cerebrales que reaccionan a la presión osmótica y a la angiotensina II (AII) subsumen la génesis de la sed, la regulación del volumen y los efectos conductuales de la evitación de la sed.

Ahora describo un mapa de cableado detallado para la sed (es decir, incluyendo las señales anticipatorias de la sed y la liberación de vasopresina que convergen en las mismas neuronas homeostáticas), los órganos circunventriculares que controlan la composición de la sangre , y la identificación de células gustativas receptoras de agua específicas. El núcleo preóptico medio (MnPO) del hipotálamo podría integrar múltiples estímulos generadores de sed . Estos nuevos datos procedentes de experimentos optogenéticos realizados en roedores explican los hallazgos obtenidos en humanos utilizando señales dependientes del nivel de oxígeno en sangre (BOLD) que demuestran que el aumento de la señal BOLD de la lámina terminal (LT) observado durante una infusión de solución salina hipertónica disminuye rápidamente tras la ingesta de agua mucho antes de cualquier absorción de agua en sangre .

Regulación intrasensorial y extrasensorial de la sed y de la liberación de vasopresina (Fig. 1)

Estímulos intrasensoriales: percepción de la osmolalidad (aumenta con la deshidratación intracelular) y, a través de la AII, del volumen plasmático y la presión de perfusión (ambos disminuyen con la deshidratación extracelular). Importancia de las señales de sodio x (Nax) para distinguir las condiciones de falta de agua de las de falta de sal.

(a) Las células osmorreceptoras del órgano subfornical (OFS) llevan receptores de AII y se proyectan a las células productoras de vasopresina del núcleo supraóptico (SON) y del núcleo paraventricular (PVH).

Las neuronas homeostáticas del OFS son células osmorreceptoras y, a través de sus receptores de AII, perciben el volumen plasmático y la presión de perfusión vascular. Se trata de la clásica regulación intersensorial responsable de la percepción consciente de la sed, ya que estas neuronas se proyectan al córtex cingulado anterior . Estas neuronas de la OFS también son responsables de la liberación de vasopresina, ya que se proyectan a las neuronas productoras de vasopresina en el SON y el PVH . La hiperosmolalidad del líquido extracelular estimula la sensación de sed para promover la ingesta de agua y la liberación de vasopresina que aumentará la reabsorción de agua en el riñón. Por el contrario, la hipoosmolalidad del líquido extracelular suprime la secreción basal de vasopresina. La sed y la liberación de vasopresina aparecen, hasta ahora, como una respuesta puramente homeostática a las desviaciones de los estímulos interoficiales: osmolalidad, presión o volumen de la sangre.

(b) En el órgano subfornical existen dos tipos de neuronas excitadoras positivas para el receptor AII tipo 1a. El Nax se expresa en las células gliales que rodean a las células del OFS y sirve para distinguir las condiciones de falta de agua de las de falta de sal, ambas estimuladas por el AII.

El AII impulsa tanto la sed como el apetito de sal. Matsuda et al. demostraron que la sed y el apetito de sal son impulsados por 2 grupos distintos de neuronas AII (receptor tipo 1a-positivo) en el órgano subfornical. Las neuronas que se proyectan al organum vasculosum LT controlan la ingesta de agua, mientras que las que se proyectan a la parte ventral del núcleo del lecho de la estría terminal controlan la ingesta de sal. Las neuronas que controlan la sed se suprimen en condiciones de escasez de sodio. Por el contrario, las neuronas que impulsan el apetito de sal se suprimen en condiciones de deshidratación a través de la activación de las neuronas GABAérgicas por señales Nax . Estos mecanismos distintos en el órgano subfornical pueden subyacer a la ingesta selectiva de agua y/o sal y pueden contribuir a la homeostasis de los fluidos corporales (Fig. 2).

Las técnicas utilizadas en las décadas de 1960 y 1970 para describir estos estímulos interosensoriales carecían de la capacidad de rastrear las neuronas de la sed del LT y las neuronas de la vasopresina que se proyectan a la hipófisis posterior en tiempo real en animales conscientes, por lo que no podían evaluar la información exterosensorial que regula estos procesos.

La estimulación exterosensorial anticipa la estimulación de la sed y la liberación de vasopresina: Importancia de los receptores de agua del gusto

Experimentos recientes con herramientas optogenéticas en animales despiertos demuestran que una fracción sustancial del comportamiento normal de beber y de la liberación de vasopresina no está regulada directamente por los cambios en la sangre. En cambio, este comportamiento parece anticiparse a los cambios homeostáticos antes de que se produzcan. Las señales anticipatorias de la sed y la liberación de vasopresina convergen en las mismas neuronas homeostáticas, las neuronas del órgano subfornical, que controlan la tonicidad de la sangre . La actividad de las neuronas excitadoras del órgano subfornical (SFONos1; Fig. 1), activadas por la restricción de agua, vuelve rápidamente a la línea de base tras el acceso al agua, mucho antes de que se produzca cualquier cambio medible en la osmolalidad del plasma. Esta rápida respuesta anticipatoria a la bebida ha sido sugerida por las mediciones dependientes del nivel de oxígeno en sangre (es decir, la señal BOLD de la resonancia magnética funcional) durante la estimulación de la sed en humanos. La señal BOLD de la zona del córtex cingulado anterior, conocida por ser la responsable de la percepción consciente de la sed, disminuyó rápidamente tras el consumo de agua, mucho antes de cualquier absorción sistémica de agua . Hay un retraso de aproximadamente 10 minutos entre la ingestión de agua y su plena absorción en el torrente sanguíneo. Estos nuevos datos explican cómo beber puede calmar la sed en cuestión de segundos, mucho antes de que el agua ingerida altere el volumen sanguíneo o la osmolalidad. La rápida respuesta anticipatoria a la bebida tiene al menos 2 componentes: una señal inmediata que rastrea la ingesta de líquidos, y una señal retardada que informa de la tonicidad del líquido, posiblemente generada por un osmosensor esofágico o gástrico.

Las células receptoras del sabor del agua recientemente descritas podrían ser esta señal inmediata que rastrea la ingesta de líquidos . Oka y otros, del Instituto Tecnológico de California en Pasadena, demostraron que la lengua tiene gusto por el agua: descubrieron que la aplicación de agua desionizada en la lengua de ratones hacía que se dispararan nervios gustativos específicos. Esto se debía a un cambio en el pH de la saliva al ser diluida por el agua. El equipo modificó a los ratones para que sus receptores del gusto ácido fueran sensibles a la luz. En respuesta a la estimulación lumínica, los ratones intentaban continuamente beber de una botella vacía, pero sólo si se les había privado previamente de agua. Esto sugiere que la activación de estas células linguales impulsa el comportamiento de beber cuando un animal tiene sed. Los ratones que carecen de receptores gustativos sensibles al ácido perdieron la capacidad de distinguir el agua de los líquidos no acuosos, como el aceite.

Los sensores esofágicos y/o gástricos también podrían transmitir información específica del órgano a través del nervio vago sensorial , de forma similar al concepto de control del apetito sugerido por Andermann y Lowell . Esto implica el control de la actividad hipotalámica a través de señales externas relativas a los horarios de las comidas, los alimentos y la disponibilidad de agua; esta actividad regula la alimentación y la absorción de agua para evitar futuras perturbaciones homeostáticas. Estas señales rápidas y bidireccionales de retroalimentación y predicción son omnipresentes; se han descrito en el control de la alimentación, los circuitos de agua y el sistema cardiovascular. Como comentan Andermann y Lowell citando el trabajo de Carpenter , «todo el cerebro puede ser considerado como una forma de ayudar al hipotálamo a hacer un mejor trabajo, haciendo mejores predicciones de lo que va a suceder a continuación, y lo que es probable que siga un curso de acción en lugar de otro»

Desde un punto de vista darwiniano, la ingesta rápida y volumétricamente exacta de agua (es decir, consecuente a la sed o a una solución salina en el caso de agotamiento de sodio), conlleva una gran ventaja de supervivencia. Permite a los animales ir a una fuente de agua o de sal, corregir rápidamente el déficit y abandonar el lugar, reduciendo su exposición a los depredadores que han aprendido a esperar allí.

Coordinación de la alimentación, la bebida y la liberación de vasopresina

La alimentación aumenta la necesidad de agua por 2 razones: (1) existe la necesidad de reponer el líquido utilizado para la deglución (saliva) y la digestión (agua desviada de la circulación al tracto gastrointestinal); y (2) para contrarrestar el aumento de la osmolalidad de la sangre causado por la absorción de sales y otros osmoles de los alimentos. Como se ha descrito recientemente en una revisión sobre la sed, las señales anticipatorias sobre la ingestión de alimentos en curso se comunican al LT mediante múltiples mecanismos. Por ejemplo, las señales somatosensoriales de la cavidad oral informan sobre la deglución de alimentos o sus efectos en la saliva. Además, se ha propuesto que varias hormonas asociadas a la alimentación y la saciedad modulan las neuronas de la sed y la liberación de vasopresina, como la amilina, la colecistoquinina, la grelina, las histaminas, la insulina y la leptina. Algunas de estas hormonas podrían estar elevadas en pacientes con diabetes mellitus y podrían explicar su elevada concentración plasmática de vasopresina.

Las respuestas a la bebida y la alimentación son bidireccionales, aunque asimétricas. Utilizando registros electrofisiológicos (es decir, de las neuronas de la pituitaria que proyectan la vasopresina (VPpp), identificadas genéticamente, en ratones con restricción de agua), Mandelblat-Cerf et al. observaron una rápida disminución de la actividad de las neuronas a los pocos segundos de la presentación de las señales que indican la disponibilidad de agua, antes de la ingestión de ésta. Por el contrario, la ingestión de comida seca -un desafío hiperosmótico- provocó un rápido aumento de la actividad de las neuronas VPpp antes de cualquier aumento de la osmolalidad del plasma. Si la sed prandial no se calma bebiendo, se reduce el consumo de alimentos; este fenómeno, conocido como anorexia inducida por la deshidratación, podría observarse en pacientes jóvenes con diabetes insípida nefrogénica congénita. En conjunto, estos nuevos datos explican la rapidez con la que se sacia la sed, el hecho de que el enfriamiento por vía oral apague la sed y la coordinación generalizada de la alimentación, la bebida y la liberación de vasopresina. Las señales anticipatorias de la sed no funcionan en paralelo ni separadas de las neuronas homeostáticas de la sed, sino que funcionan a través de las neuronas homeostáticas.

Las señales anticipatorias de la sed y la liberación de vasopresina convergen en las mismas neuronas homeostáticas que detectan las señales de retroalimentación de la osmolalidad y el AII circulante, como se muestra en la figura 1. Las señales anticipatorias explican la velocidad de la saciedad de la sed y la coordinación generalizada de la alimentación, la bebida y la liberación de vasopresina (figura modificada de .

Una ilustración de los nuevos datos descritos en esta revisión sobre los circuitos neuronales específicos del tipo de célula que subyacen a la sed y la homeostasis de los fluidos en el cerebro del ratón (modificada de ; , y de Gizowski y Bourque ) se muestra en la Figura 2. El LT consta de 2 órganos sensoriales circunventriculares (el SFO y el organum vasculosum del LT ) y una estructura integradora (el MnPO). La información sobre la osmolalidad, el volumen y la presión del plasma entra en el LT a través de neuronas interoceptivas especializadas en el SFO y el OVLT, algunas de las cuales son intrínsecamente osmosensibles y sensibles al AII (por ejemplo, las neuronas del SFOGLUT). Los núcleos del LT se comunican entre sí a través de una extensa red de proyecciones bidireccionales que aún no ha sido completamente mapeada con especificidad de tipo celular. Otras vías: (1) fuera del LT, las neuronas SFOGLUT se proyectan al PVH, al SON y al núcleo del lecho ventral del LT (BNSTvl); (2) las proyecciones desde el MnPO y el OVLT al PVH y al SON están bien establecidas; (3) las neuronas de arginina-vasopresina (AVP) del núcleo supraquiasmático (neuronas SCNAVP) se proyectan al OVLT y al SON para mediar en la regulación circadiana de la sed y la secreción de AVP, respectivamente.

Los receptores del sabor del agua en las células fungiformes de la lengua impulsan la conducta de beber. La información sobre el sodio plasmático entra en el circuito a través de neuronas especializadas sensibles a la aldosterona en el núcleo del tracto solitario (NTS) que expresan 11β-hidroxiesteroide deshidrogenasa tipo 2 (neuronas NTSHSD2), que promueven el apetito por la sal y se proyectan al preloco coeruleus (pre-LC), al núcleo parabraquial y al BNSTvl.

Declaración de divulgación

D.G.B. recibió gastos de viaje y cuota de inscripción de Danone Nutricia Research para asistir a la Conferencia Científica de Hidratación para la Salud 2017.

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