Быстро реагируя на поступление воды в организм, они за минуту снижают желание пить, а регистрируя медленные изменения осмотического давления крови - проверяют, все ли прошло, как ожидалось. Об этом рассказывает статья американских биологов, опубликованная в журнале Nature.
Чувство жажды мотивирует животных пить, поддерживая водно-солевой баланс организма. Принято считать, что оно возникает в ответ на уменьшение объема и увеличение вязкости крови. Однако механизмы, запускающие и останавливающие поиски влаги, действуют быстрее и часто справляются со своей работой еще до того, как мы почувствуем настоящую жажду или напьемся. «К тому же, мы часто пьем в процессе еды… при этом жажда возникает прежде, чем питательные вещества переварятся и поступят в кровь, меняя ее тоничность», - пишут Захари Найт (Zachary Knight) и его коллеги из Калифорнийского университета в Сан-Франциско. Ученые полагают, что эта регуляция достигается действием особых «нейронов жажды» в древнем переднем мозге.
Главный интерес исследователей привлек субфорникальный орган (СО), расположенный у желудочков переднего мозга и участвующий в регуляции водного обмена и давления крови. Предыдущие попытки томографических обследований СО не позволили обнаружить изменения в активности его нейронов при утолении жажды. Однако Найт с коллегами провели более детальные эксперименты с помощью оптогенетики, получив ГМ-линию мышей, нейроны СО у которых реагировали на воздействие света. Эта работа показала, что стимуляция СО вызывала сильную жажду у животных, совершенно не нуждавшихся в воде. И наоборот: подавление активности СО полностью блокировало поиск влаги у испытывавших жажду мышей.
Авторы продемонстрировали, что нейроны СО можно активировать инъекциями ангиотензина (гормона, сообщающего о падении кровяного давления). Серия экспериментов с инъекциями солевых растворов разного состава и концентраций показала, что этот механизм реагирует не на содержание натрия, а на изменение осмотического давления крови.
После ночи без воды у ГМ-мышей регистрировалась повышенная активность клеток СО, которая начинала падать с первым же глотком влаги. Ученые показали, что животные продолжали пить, пока активность «нейронов жажды» не возвращалась к базовому уровню, что происходило менее чем за минуту, когда (как показали прямые измерения) водный баланс крови еще не успел измениться. «В противоположность общепринятым моделям, жажда снимается не механизмом, обратным ее возникновению, - пишут авторы. - Питье 'перезапускает' создающие жажду нейроны СО, предвосхищая ожидаемое восстановление гомеостаза».
Пытаясь выяснить механизм, снижающий активность «нейронов жажды» при питье, авторы показали, что она не меняется при простой демонстрации животным воды (в отличие от пищи, сам вид которой снижает чувство голода). Не влияли на них и обстоятельства, ассоциированные у животных с утолением жажды, а также лакающие движения. Кроме того, ученые проследили за работой нейронов СО у мышей, пытающихся утолить жажду пересоленным раствором, неспособным снизить осмотическое давление крови, - как потерпевшие кораблекрушение в океане. В этом случае «нейроны жажды» снижали активность так же быстро, как и у животных, пивших нормальную чистую воду. Лишь около минуты спустя СО «распознавали подмену», и клетки его снова начинали работать с повышенной активностью. По-видимому, это указывает на два параллельных пути, которым регулируется их действие: быстрый сигнал, реагирующий на сам факт поступления воды, и медленный, связанный с регистрацией изменений тоничности жидкостей тела.
Интересно, что этот эффект зависел от температуры. Число глотков, которые требовались для возвращения активности нейронов СО к базовому уровню, было тем меньше, чем холоднее вода. Дополнительные эксперименты показали, что даже простое охлаждение ротовой полости ведет к некоторому ослаблению работы «нейронов жажды». Отдельно Захари Найт и его соавторы изучили возникновение жажды во время еды, продемонстрировав, что активность нейронов СО быстро подскакивает с началом потребления пищи, еще до каких-либо изменений в балансе крови, и в отсутствие воды выходит на плато примерно за 15 минут.
По мнению ученых, работа нейронов субфорникального органа позволяет объяснить давнюю загадку стремительности, с которой жажда проходит - еще до наступления изменений в водно-солевом балансе тела. Способность этих клеток реагировать и на поступление воды, и на осмотическое давление крови позволяет постоянно корректировать поведение, реагируя не только на ожидаемое насыщение организма влагой, но и на реальное изменение тоничности крови, которое развивается намного медленнее.
Роман Фишман