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神奇的“口渴神经元”

神奇的“口渴神经元”

更新于9/30/16: 补充了另一篇非常相似的文章和一点点点评。


今天看到一篇文章: 《口渴神经元预测吃饭和喝水对内稳态的影响》[1],一下子解决了好几个问题:

为什么口渴时洗冷水脸后就不渴了? - 生物学

为什么会觉得凉水比热(温)水解渴? - 冷知识

为什么人在口渴时倾向于选择喝冷水而非温水或热水? - 生理学

吃饭时为什么想喝水? - 吃饭

以及我一直很好奇的:

为什么口渴时吸吮冰块会解渴?


必要的背景知识:经典的内稳态理论认为动物喝水是为了维持血液的渗透压:可以理解为水和盐分等溶剂的比例。当血液中的盐分过多时动物开始喝水,当盐分恢复到正常水平时停止喝水。这个理论无法解释为什么我们喝水时迅速解渴——从喝水的动作到血液渗透压恢复需要数十分钟的时间;同样也无法解释为什么吃饭的时候会口渴——从进食到血液渗透压升高同样需要数十分钟时间。


作者们 Zimmerman et al. 发现,小鼠大脑中的一组神经元(SFO_Nos1, 穹窿下器中表达氧化氮合酶1的刺激性神经元,下称口渴神经元)控制小鼠何时喝水,并能够预测进食和饮水对血液渗透压的影响,从而控制饮水量正好能够抵消进食带来的渗透压变化。有趣的是,这些神经元的活动受到口腔低温的抑制,因此凉水更能解渴


下面为懒得读文章(很短喔!)的同学划重点:

  1. 小鼠口渴时,口渴神经元活动增强。让小鼠口渴有若干种方法,包括不给喝水和注射盐溶液。
  2. 血液渗透压越高,口渴神经元的活动越强这里是通过改变注射盐或甘露醇溶液的浓度实现。
  3. 口渴的小鼠开始喝水时,口渴神经元的活动开始减弱。
  4. 当口渴神经元的活动恢复到正常水平时,小鼠停止喝水。
  5. 抑制口渴神经元的活动,则理应口渴的小鼠也不会喝水。
  6. 仅仅是喝水的动作(对小鼠来说是舔出水口)不会解渴,也不会降低口渴神经元的活动水平。
  7. 冷水比温水能更快地降低口渴神经元的活动,从而使得小鼠喝更少量水。
  8. 用冷的金属棒直接降低口腔温度也可以降低口渴神经元的活动,并且是可逆的:温度恢复时,口渴神经元的活动也会恢复。
  9. 当小鼠进食时,口渴神经元会增强活动,导致小鼠同时也去喝水。
  10. 在小鼠进食时抑制口渴神经元的活动,则小鼠只会吃饭,不会去喝水。

说了那么多,所以为什么喝凉水更解渴?

在找到这个现象的神经基础的意义上,这个问题已经被解决了:低温抑制口渴神经元。但在另一个可能是更有趣的意义上,它仍然没有得到解决:那么口渴神经元为什么在乎温度呢?

正确的答案只有做实验才能知道(找到口渴神经元的上游细胞,分析它们如何处理温度信息以”告知“口渴神经元,以及口渴神经元是如何综合不同信息的)。

但是这里不妨大胆猜测一下:也许这和出汗散热有关

——————下面是我随便猜的——————

人每天通过出汗排水最多可达10到14升[2]*。温度较高时,身体通过增加出汗量散热,意味着会损失更多的水分;如果喝到水的温度较低,则在一定程度上补偿了这个效应,即通过降温减少了出汗量,那么就不需要喝那么多水了。

验证这个猜想需要比较两种情况的出汗量:喝凉水和喝热水。如果喝热水比喝凉水多喝的水量与多出的汗量相等,那么就可以认为喝水神经元同样预测了不同温度水对出汗量的影响。

——————上面是我随便猜的——————

最后再强调一次,低温水为何抑制口渴神经元,只有做实验才能知道。


9/30/16 编辑:

感谢@Andrew Xu 介绍了另一篇研究口渴机制的文章 [3]. (两篇文章发表在自然同一期)

传送门:为什么睡前总想喝水? - 修普诺斯的翅膀 - 知乎专栏

一句话总结的话就是我们的昼夜节律(体内时钟)会在入睡前刺激口渴神经元,使我们在睡觉前喝水,以避免睡着睡着缺水了。

感觉很巧妙呀!

首先,这两篇文章从完全不同的角度出发,同时得到了非常相似的过程(情景不同)。很好奇作者们(一组在UCSF 一组在McGill)之前有没有交流过彼此的发现呢?

当然更重要的是,这两篇文章从两个完全不同的行为背景揭示了同一个普遍原则:与直觉相反,动物对饮水的控制是前馈控制而非反馈控制。考虑到饮水的功能极为古老(从一上陆地开始?),这一原则可能适用于非常广泛的行为。




*这个数据是实验室环境下的最大排汗量,日常平均排汗量则没有找到好的数据。一说范围在0.1-8升/天。可以想象由于温度和体重的不同群体间变化范围很大。

[1] Zimmerman, C. A. et al. Thirst neurons anticipate the homeostatic consequences of eating and drinking. Nature537, 680–684 (2016).

[2] Jessen, C. (2000). Temperature Regulation in Humans and Other Mammals. Berlin: Springer.

[3] Gizowski, C., Zaelzer, C. & Bourque, C. W. Clock-driven vasopressin neurotransmission mediates anticipatory thirst prior to sleep. Nature537, 685–688 (2016).

编辑于 2016-10-01

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