تشنگی اسرارآمیز؛ مغز چگونه نیاز به آب را کنترل می‌کند؟

آب اساسی‌ترین نیاز برای تمام موجودات زنده روی زمین است. همه موجودات به اکسیژن نیاز ندارند و بسیاری غذای خود را تولید می‌کنند، اما برای تمامی موجودات، از میکروب‌های اعماق دریا و کپک‌ها تا درختان و انسان‌ها، آب جایگزین‌شدنی نیست. همان‌طور که دو زیست‌شناس عصبی در مقاله‌ای تازه نوشته‌اند: «اولین عمل حیات، به دام‌انداختن آب در داخل غشای سلولی بود.» از آن زمان تاکنون، سلول‌ها باید به اندازه کافی مرطوب بمانند تا از مرگ اجتناب کنند.

گرچه اثرات کمبود آب توسط تمام سلول‌های بدن احساس می‌شود، خود سلول‌ها تشنگی را فریاد نمی‌زنند. در عوض، این مغز است که سطح آب بدن را کنترل می‌کند و تجربه تشنگی مانند خشکی زبان و گرم‌شدن گلو را که باعث رفتار مصرف آب می‌شود، ایجاد می‌کند.

زکری نایت، عصب‌شناس دانشگاه کالیفرنیا سان‌فرانسیسکو که به‌تازگی مقاله‌ای مروری درباره نوروبیولوژی تشنگی در مجله‌ی Neuron منتشر کرده است، توضیح می‌دهد: «مدارهای عصبی که گرسنگی و تشنگی را کنترل می‌کنند، در ساختارهای اولیه مغز مانند هیپوتالاموس و ساقه مغز واقع شده‌اند.»

به دلیل محل قرارگیری و ترکیب پیچیده نواحی مغزی مرتبط با کنترل گرسنگی و تشنگی، مدت زمان زیادی نیست که دانشمندان علوم عصبی شروع به درک چگونگی عملکرد بنیادی تشنگی کرده‌اند. پژوهشگران دریافته‌اند که بدن پر از حسگرهایی است که اطلاعاتی درباره میزان آب یا نمک مورد نیاز به مغز می‌دهند. اینکه این حسگرها چگونه کار می‌کنند یا دقیقاً چه هستند، هنوز برای دانشمندان معما است.

برای درک تشنگی در پستانداران، باید آن را کمتر به عنوان اعلام واقعیت بدن به مغز یعنی «من به آب نیاز دارم» و بیشتر به عنوان نظارت مغز بر محیطش، یعنی بدن، در نظر گرفت. مانند بوم‌شناسی که نمونه‌ای از رودخانه می‌گیرد، مغز ترکیب شیمیایی خون را بررسی می‌کند تا بفهمد بدن به چه چیزی نیاز دارد.

دو مورد از اندام‌های دور بطنی یعنی OVLT و SFO، اندام‌های حسی هستند که عملکردی شبیه بینی یا گوش دارند. آن‌ها مانند دانشمندان خون بدن را بررسی می‌کنند تا سلامت آن را بسنجند. مغز اطلاعات بدن درباره‌ی میزان نمک و آب را جمع‌آوری می‌کند، آن را به بخش‌های عمیق‌تر مغز می‌فرستد و این بخش‌ها سپس احساس تشنگی را ایجاد می‌کنند.

ارگان‌های تست‌کننده خون، میزان آب را اندازه نمی‌گیرند، بلکه غلظت نمک را بررسی می‌کنند که محدوده سالم آن تقریباً همان غلظتی است که در آب کم‌نمک نواحی جزر و مد وجود دارد، یعنی همان محیطی که مهره‌داران برای اولین بار در آن زندگی و تکامل یافتند.

سارا ارجمند

چرا وقتی تشنه هستیم، نوشیدن آب بسیار لذت‌بخش است؟

مطالعه '3

وقتی نسبت آب به نمک خیلی پایین باشد، تشنه می‌شویم. حدود ۶۰ درصد بدن انسان از آب تشکیل شده است، اگرچه این عدد بین بافت‌ها متفاوت است (استخوان ۳۱ درصد، مغز ۷۳ درصد، ریه‌ها ۸۳ درصد). تغییر ۱ تا ۳ درصدی در محتوای آب خون که معمولاً حدود ۶۰ درصد است، برای OVLT و SFO کافی است تا احساسات ناخوشایند آشنا را ایجاد کنند که به رفتار مصرف آب منجر می‌شود. اگر سطح نمک بالا باشد، حیوان آب می‌نوشد.

اما بین نوشیدن آب و اصلاح تعادل آب و نمک فاصله وجود دارد. ورود آب به جریان خون پس از مصرف، ۳۰ تا ۶۰ دقیقه طول می‌کشد و مغز نمی‌تواند این مدت صبر کند تا ببیند بدن آب کافی دارد یا نه. مغز باید تقریباً فوراً تصمیم بگیرد چراکه حیوان نمی‌تواند فقط بنشیند و نیم ساعت آب بنوشد.

بنابراین، مغز حدس می‌زند. حسگرهای اسرارآمیز بیشتری فعال می‌شوند. یکی حجم آب عبوری از دهان و گلو را تخمین می‌زند و سیگنال اولیه‌ای به مغز ارسال می‌کند. سیگنال دوم از نوع خاصی از سلول‌ها می‌آید که به آب و حتی کشش مکانیکی معده هنگام ورود آب پاسخ می‌دهند. طی یک دقیقه، این سیگنال‌ها به مغز می‌رسند و نورون‌های فعال شده در OVLT و SFO که تشنگی را تحریک کرده بودند، خاموش می‌شوند. پاسخ تشنگی متوقف می‌شود، گلو خنک شده و دهان دوباره مرطوب می‌گردد.

تشنگی فقط یک سوی حفظ تعادل داخلی بدن است. نمک و به‌طور خاص سدیم، یکی از مهم‌ترین موادی است که حیوان مصرف می‌کند. حیوانات به سدیم نیاز دارند تا نورون‌ها پتانسیل عمل ایجاد کنند، پروتئین‌ها شکل و عملکرد خود را حفظ کنند و واکنش‌های شیمیایی در سلول‌ها رخ دهند. حفظ غلظت یون‌های سدیم در مایعات بدن برای انجام همه این عملکردها ضروری است.

با‌این‌حال، ما تمایل به نمک را به اندازه‌ی نیاز به اکسیژن، غذا و آب به‌عنوان انگیزه قوی و کنترل‌کننده تجربه نمی‌کنیم. حسگرهای مختلف سطح نمک را به مغز گزارش می‌دهند اما مانند تشنگی، احساس شدید نمک وجود ندارد، بلکه نیاز به مصرف نمک توسط طعم و مسیرهای پاداش مغز مدیریت می‌شود. نایت می‌گوید: «طعم نمک دوگانه است. در مقادیر کم خوشایند و در مقادیر بالا ناخوشایند است.»

دانشمندانی که رودخانه‌ها را بررسی می‌کنند، داده‌ها را جمع‌آوری کرده و سپس تصمیم می‌گیرند بر اساس یافته‌ها عمل کنند یا نه. به همین ترتیب، فقط به این دلیل که مغز سطح سدیم خون را اندازه می‌گیرد، به این معنا نیست که باید بر اساس آن عمل کند.

مثال: النا گراچوا، عصب‌فیزیولوژیست مدرسه پزشکی ییل برای درک چگونگی کنترل تشنگی توسط نواحی خاص مغز، سنجاب زمینی پلنگی را مورد مطالعه قرار داده است. این سنجاب‌ها بدون خوردن یا نوشیدن، بیشتر از نصف سال را در خواب زمستانی می‌گذرانند. اما چگونه تشنه نمی‌شوند؟

آب ننوشیدن سنجاب‌های زمینی پلنگی در طول خواب زمستانی بدان معنا نیست که آن‌ها به آب نیاز ندارند، آن‌ها به آب نیاز دارند و بدن آن‌ها این نیاز را فریاد می‌زند. اما طبق تحقیقات گراچوا، در طول خواب زمستانی مغز آن‌ها سیگنال‌های بدنشان را نادیده می‌گیرد.

در پستانداران، کاهش سطح آب خون موجب تحریک دو فرآیند مرتبط می‌شود: هیپوتالاموس هورمون وازوپرسین ترشح می‌کند. این هورمون به کلیه‌ها دستور می‌دهد که آب موجود در بدن را نگه دارند و کمتر ادرار تولید کنند. همزمان، بخشی از مغز به نام SFO فعال می‌شود و باعث می‌گردد حیوان احساس تشنگی کند و به سمت نوشیدن آب برود. با‌این‌حال، در سنجاب‌های درحال خواب زمستانی، سطح وازوپرسین افزایش می‌یابد، اما حیوان همچنان آبی نمی‌نوشد.

شبکه عصبی که گراچوا در سنجاب‌ها مطالعه می‌کند، در تمام پستانداران ازجمله انسان‌ها وجود دارد. اما همان منطق عصبی به رفتارهای یکسان منجر نمی‌شود. انسان هنگام تشنگی آب می‌نوشد. گربه‌ها و خرگوش‌ها بیشتر آب را از غذا دریافت می‌کنند. شترها می‌توانند چربی‌های خود را برای آب بسوزانند و همچنین مقادیر زیادی آب مصرف و ذخیره کنند. سمورهای دریایی می‌توانند آب دریا بنوشند و ادراری شورتر از آب دریا تولید کنند.

نحوه مدیریت آب و نمک توسط هر حیوان به اکوسیستم، سبک زندگی و فشارهای انتخابی آن بستگی دارد. بنابراین، سؤال «تشنگی به چه معناست؟» پاسخ واحدی ندارد. هر موجودی به شیوه خاص خودش تشنه می‌شود.