Тело взрослого человека примерно на 70 процентов состоит из воды, а мозг – на все 80. Но откуда такой «жидкий» орган знает, насколько гидратирован организм? Ответить на этот вопрос попытались исследователи из Университета Калифорнии в Сан-Франциско и Алленовского института мозга, а результаты своей работы они опубликовали в журнале Nature.
Нейроны медленного преоптического ядра гипоталамуса
Гипотез о способе регуляции содержания воды в организме всегда было в достатке: считается, что гипоталамус отвечает за контроль содержания воды к крови. Кроме этого, учитывается и информация о поступлении жидкости в организм: достаточно сделать пару глотков, чтобы в мозг поступил сигнал о насыщении организма водой, хотя для изменения системной гидратации требуется не менее 10 минут. Однако, при этом не учитывается состав жидкости – ведь, например, соленая вода не способствует утолению жажды, а только отбирает у клеток драгоценную воду.
Чтобы в прямом смысле «пролить свет» на вопрос, авторы работы имплантировали в мозг мышей оптические волокна для отслеживания активности нейронов, участвующих в водном обмене.
В чем «вся соль»?
Экспериментальных мышей поили подсоленой водой. Передающие сигнал о жажде нейроны действительно «затихли» сразу же после нескольких глотков, однако через небольшой промежуток времени напоминали мыши, что она снова хочет пить – восполнить запасы жидкости не удалось. Откуда же был получен новый, «взвешенный» сигнал?
Непосредственное всасывание воды для распределения по кровотоку происходит, в основном, в тонком кишечнике. Возможно, именно там совершается анализ пригодности и качества жидкости? Эту гипотезу ученые из Сан-Франциско и проверили в первую очередь в ходе эксперимента, в котором подсоленную воду черед специальный катетер вводили прямо в желудок подопытным мышам. Поведение нейронов, отвечающих за чувство жажды, оставалось неизменным. От подсоленной воды они даже активнее передавали сигнал о необходимости попить. Поэтому, когда мышам давали доступ к чистой воде, они пили даже больше, чем те, кто изначально пил пресную воду.
Таким образом, мозг дважды проверяет один из важнейших параметров для адекватного функционирования организма: сам факт питья, а затем его пригодность для поддержания процессов жизнедеятельности.
Каков нейронный путь?
Чуть подробнее об этом механизме: благодаря методам оптогенетики, ученые проследили путь нервного импульса из кишечника. Оказалось, что сигнал гидратации передается через блуждающий нерв. В ходе его пересечения (ваготомии) и активации светом структур мозга выяснилось, что далее сигнал идет в субфорникальный орган (SFO, это один из так называемых цирукмвентрикулярных органов), а из него – в соседнее медианое преоптическое ядро (MnPO). Именно этот путь подавляет выведение жидкости почками, позволяя сохранить достаточно воды в кровотоке.
Исследователи предполагают, что нарушение какого-либо звена в этой системе может быть первопричиной ряда патологий, таких как, например, повышенное артериальное давление. Но чтобы это достоверно установить, потребуются дальнейшие исследования.
Текст: Дарья Тюльганова
A gut-to-brain signal of fluid osmolarity controls thirst satiation by Christopher A. Zimmerman, Erica L. Huey, Jamie S. Ahn, Lisa R. Beutler, Chan Lek Tan, Seher Kosar, Ling Bai, Yiming Chen, Timothy V. Corpuz, Linda Madisen, Hongkui Zeng & Zachary A. Knight in Nature (2019)
doi:10.1038/s41586-019-1066-x