在數(shù)百萬(wàn)年后，干燥的陸地上爬行的陸棲動(dòng)物，面臨著截然相反的問(wèn)題，至少在水方面是這樣。液體守恒而非液體丟失是主要的關(guān)注點(diǎn)。陸地脊椎動(dòng)物不是丟棄它們現(xiàn)在不必要的壓力過(guò)濾器，而是重新設(shè)計(jì)它們的腎臟，將腎臟作為有效的分泌器官，并修改和擴(kuò)增它們現(xiàn)有的系統(tǒng)以挽救濾液中的寶貴水分。
-RobertF. Pitts
       偉大的生理學(xué)家羅伯特·皮茨（Robert F. Pitts）描述了從海洋到陸地的生物進(jìn)化。海洋動(dòng)物通過(guò)各種機(jī)制以便能在高張力的海水（500-1000 mOsm / kg）中存活。鯊魚(yú)的體液是高張的，而從海豚從食品中吸收水分，同時(shí)通過(guò)復(fù)雜的多級(jí)網(wǎng)狀（譯者：葡萄狀）的腎臟產(chǎn)生高度濃縮的尿液。然而，對(duì)于我們這些陸地人來(lái)說(shuō)，在我們的咖啡店，瓶裝水和“健康保濕”理念的世界中，挑戰(zhàn)不僅僅是節(jié)約用水而且還有水的排出。
        水是人體中最大的成分，約占體重的50％-60％。將細(xì)胞隔開(kāi)的細(xì)胞膜和構(gòu)成血管內(nèi)成分的血管內(nèi)皮細(xì)胞都是透水的。因此，細(xì)胞內(nèi)空間構(gòu)成最大的體腔，容納了約三分之二的體液，體內(nèi)水平衡的變化主要影響細(xì)胞；水過(guò)量導(dǎo)致細(xì)胞腫脹，缺水導(dǎo)致細(xì)胞收縮。每1升水的變化，其中大約666ml影響細(xì)胞空間隙，而僅有約110ml是影響血管內(nèi)的。
       雖然，當(dāng)細(xì)胞外滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）改變時(shí)，細(xì)胞具有對(duì)細(xì)胞體積變化作出反應(yīng)的先天能力，但機(jī)體主要是通過(guò)嚴(yán)格調(diào)節(jié)細(xì)胞外滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）來(lái)保護(hù)細(xì)胞。盡管攝入了大量的飲用水，而且有多種途徑可以排出水分，包括呼吸道和胃腸道，皮膚和腎臟，但體內(nèi)水量仍然非常穩(wěn)定。在這篇綜述中，我們探討了使我們的身體對(duì)各種外部影響作出反應(yīng)的機(jī)制，微調(diào)尿液排泄的精確數(shù)量以符合身體的直接需要。
維持腦細(xì)胞大小
        隨著大量的毛細(xì)血管通過(guò)蛛網(wǎng)膜下腔進(jìn)入實(shí)質(zhì)，大腦顯著血管化。星形膠質(zhì)細(xì)胞，星形神經(jīng)細(xì)胞，包裹著毛細(xì)血管，形成“血腦屏障”并控制許多重要的神經(jīng)功能。雖然以前認(rèn)為（血腦屏障）是不可滲透的，星形膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)水通道蛋白 (AQP) 的發(fā)現(xiàn)闡明了該屏障是有透水性的（圖1）。AQP4位于星形膠質(zhì)細(xì)胞的血管周?chē)推は�，并控制水流出和流入，以及調(diào)節(jié)鉀的穩(wěn)態(tài)，神經(jīng)元興奮性，炎癥和神經(jīng)元信號(hào)。通過(guò)控制水從腦實(shí)質(zhì)到全身循環(huán)的流動(dòng)，AQP4調(diào)節(jié)腦的含水量和體積。通過(guò)控制水流入，AQP4在低滲性腦水腫引起的信號(hào)級(jí)聯(lián)中發(fā)揮作用。



                                         圖1 血腦屏障

        穿透性毛細(xì)血管通過(guò)蛛網(wǎng)膜下腔進(jìn)入實(shí)質(zhì)，并被星形膠質(zhì)細(xì)胞包裹，星形膠質(zhì)細(xì)胞除控制重要的神經(jīng)功能外，還形成血腦屏障。沿著血管周隙和終足細(xì)胞膜的AQP4水通道賦予血腦屏障的透水性。AQP，水通道蛋白； CSF，腦脊液。
       因?yàn)榧?xì)胞內(nèi)含水量影響細(xì)胞內(nèi)容物和細(xì)胞大小的濃度，所以滲透壓的變化會(huì)擾亂協(xié)調(diào)細(xì)胞功能的復(fù)雜信號(hào)網(wǎng)絡(luò)。鑒于腦功能的復(fù)雜性，神經(jīng)元離子組成和大小，即便是微小變化也會(huì)對(duì)神經(jīng)元信號(hào)的處理和傳遞產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。因此，大腦已經(jīng)形成了復(fù)雜的滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）調(diào)節(jié)機(jī)制，以抵御血漿滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）的變化。在滲透性挑戰(zhàn)（原文：osmolar challenges）的幾分鐘內(nèi)，腦細(xì)胞的反應(yīng)要么是無(wú)機(jī)滲透物的丟失，要么是積累（或增加），細(xì)胞大小就會(huì)恢復(fù)正常。在低張性的情況下，如圖2所示，細(xì)胞的快速膨脹激活靜止的細(xì)胞膜通道，并立刻引起的Cl -，K +和隨之而來(lái)的水分流失，這一過(guò)程被稱(chēng)為調(diào)節(jié)性的體積減少。在隨后的24小時(shí)內(nèi)，細(xì)胞進(jìn)一步丟失有機(jī)溶質(zhì)，例如肌醇，和氨基酸，例如谷氨酰胺，谷氨酸和�；撬�。隨著高滲性誘導(dǎo)的細(xì)胞收縮，腦細(xì)胞的反應(yīng)是立即吸收周?chē)腘a +，K +和Cl -，糾正細(xì)胞體積的過(guò)程稱(chēng)為調(diào)節(jié)性的體積增加。隨著更長(zhǎng)時(shí)間的暴露，細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)溶質(zhì)濃度會(huì)升高，以代替高水平的離子。



                                          圖2

       細(xì)胞通過(guò)激活膜載體蛋白和通道調(diào)節(jié)其細(xì)胞體積以應(yīng)對(duì)滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）的變化。在該圖中，正常細(xì)胞受高滲（左）或低滲（右）環(huán)境的攻擊。在高滲應(yīng)激的情況下，細(xì)胞隨著水的流出而收縮，然后神經(jīng)元通過(guò)快速集聚Na +，K +和Cl -離子做出反應(yīng)，之后細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生有機(jī)溶質(zhì)。然后，細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)含量的增加會(huì)促進(jìn)水的吸收，使得細(xì)胞膜的濃度恢復(fù)正常，從而恢復(fù)細(xì)胞大小。低滲誘發(fā)的腫脹，激活K +和Cl -通道，以及K.+-Cl -協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，導(dǎo)致溶質(zhì)和隨之而來(lái)的水的丟失，從而恢復(fù)細(xì)胞體積。
       盡管存在這些重要的細(xì)胞保護(hù)機(jī)制，但血漿滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）的改變可能會(huì)有災(zāi)難性的后果。低滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）的典型神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，包括頭痛，惡心，嘔吐，如果嚴(yán)重，癲癇發(fā)作，通常被認(rèn)為發(fā)生在125 mEq / L（mmol/L）的血清鈉，雖然具有廣泛的敏感性, 并很大程度上受到滲透變化速度的影響。再輕微的血漿滲透性變化也與神經(jīng)癥狀有關(guān),，包括步態(tài)不穩(wěn)定，記憶障礙和認(rèn)知能力下降。某些人群對(duì)血漿滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）的變化具有高度敏感性。兒童被認(rèn)為患有低滲性腦病的風(fēng)險(xiǎn)增加，可能是與成人相比，其腦顱內(nèi)容量相對(duì)較大的緣故。相反，由于大腦從60歲開(kāi)始萎縮，老年人可能因急性低鈉血癥而患嚴(yán)重并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)較低。除年齡外，性別也被認(rèn)為是神經(jīng)系統(tǒng)敏感性的重要決定因素。絕大多數(shù)報(bào)道的術(shù)后低鈉血癥引起致命性結(jié)果的病例發(fā)生在女性，包括產(chǎn)后和絕經(jīng)后婦女。
       與低滲透性引起的腦腫脹不同，大腦在高滲條件下會(huì)縮小。當(dāng)嚴(yán)重高滲狀態(tài)時(shí)，保護(hù)性的強(qiáng)烈口渴反射可能消失，取而代之的是嗜睡，意識(shí)模糊和肌肉無(wú)力。如果足夠嚴(yán)重，萎縮的大腦將會(huì)被從顱骨中拉開(kāi)，撕裂豐富的毛細(xì)血管叢，并引起蛛網(wǎng)膜下腔出血，腦出血和死亡。成人文獻(xiàn)報(bào)道的血清鈉含量最高為255 mEq / L（mmol/L），這是飲用咸水作為驅(qū)魔儀式的一部分所導(dǎo)致的致命性后果。據(jù)推測(cè)，由于將食鹽作為常見(jiàn)的止吐劑使用，無(wú)論是意外還是自愿地?cái)z入致命的鹽，以及偶然的醫(yī)源性給藥，都有報(bào)道。海水淹溺也會(huì)引起嚴(yán)重的高鈉血癥�？傊�，盡管細(xì)胞的自身（調(diào)節(jié)）機(jī)制保護(hù)著細(xì)胞體積，但細(xì)胞仍然存在水平衡被破壞的風(fēng)險(xiǎn); 因此，預(yù)防血漿滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）的顯著變化對(duì)于生存而言至關(guān)重要。
感知機(jī)體濃度的變化：滲透壓感受器
        機(jī)體監(jiān)測(cè)血漿滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）的能力是維持水穩(wěn)態(tài)的基礎(chǔ)。正如Sharif-Naeini等人所述，已經(jīng)在闡明“滲透壓感受器”的機(jī)制方面取得了很大進(jìn)展。特殊的神經(jīng)元位于大腦的幾個(gè)部位，包括（血管脈叢終端器官OVLT）和視上核，以及下丘腦的室旁核，都能夠感測(cè)血漿滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）變化，并作出復(fù)雜的神經(jīng)元命令。來(lái)自大鼠下丘腦視上核的電生理記錄表明，缺水時(shí)，細(xì)胞去極化的發(fā)生率增加，而補(bǔ)充液體后（發(fā)生率）降低。最近的研究表明，高滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）通過(guò)激活非選擇性鈣陽(yáng)離子通道引起滲透壓感受器膜的去極化是與細(xì)胞脫水相關(guān)的特定細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)的變化，還是與細(xì)胞膜收縮相關(guān)的機(jī)械效應(yīng)，誰(shuí)是準(zhǔn)確的刺激，仍然有些未能解決。瞬時(shí)受體電位香草酸（TRPV）陽(yáng)離子通道家族作為一種可能“機(jī)械 - 拉伸”受體，有力地支持了滲透壓監(jiān)測(cè)是一種機(jī)械過(guò)程的概念（圖3），并且其多態(tài)性都與低鈉血癥有關(guān)。OVLT神經(jīng)元的收縮，無(wú)論是因?yàn)槊撍蜇?fù)性吸引力，都是通過(guò)TRPV1 來(lái)刺激細(xì)胞而活化的。細(xì)胞體積在神經(jīng)元活化中的重要性，可以解釋為什么穿過(guò)細(xì)胞膜的無(wú)效滲透物質(zhì)，例如尿素和葡萄糖（在胰島素存在下）不會(huì)激活滲透壓感受器。滲透壓感受器，可能是因?yàn)樗趨f(xié)調(diào)保水途徑中的作用，會(huì)減輕調(diào)節(jié)性體積減少的效應(yīng)，由此保持高滲性引起的自身收縮，由于持續(xù)存在的刺激口渴和加壓素釋放直至血漿滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）得到糾正。在接下來(lái)的部分中，我們將討論滲透壓感受器如何調(diào)節(jié)口渴和加壓素（同義稱(chēng)為抗利尿激素）的釋放。



                                                             圖3


        OVLT細(xì)胞核和SON的滲透性感受功能分別控制口渴和加壓素的釋放。為了應(yīng)對(duì)高滲性誘導(dǎo)的細(xì)胞收縮，特殊的機(jī)械拉伸TRPV陽(yáng)離子通道被激活，允許正電荷的流入和隨后的細(xì)胞去極化，激發(fā)刺激口渴中樞的動(dòng)作電位和加壓素釋放。相反，低滲性細(xì)胞腫脹使這些通道失活，導(dǎo)致細(xì)胞超極化，抑制口渴和加壓素釋放。雖然TRPV渠道的確切作用仍在研究中，但它的存在對(duì)于這一機(jī)制至關(guān)重要。OVLT，organum vasculosum laminae terminalis血管脈叢終端器官; SON，視上核; TRPV，瞬時(shí)受體電位香草素。
口渴
        口渴的感覺(jué)是驅(qū)動(dòng)飲水的復(fù)雜的生理體驗(yàn)。神經(jīng)影像學(xué)研究已經(jīng)明確了口渴的解剖學(xué)起源，在第三腦室的前壁，前扣帶回，海馬旁回，腦島和小腦中具有高滲性刺激活性。這些大腦區(qū)域也與復(fù)雜的功能相關(guān)聯(lián)，包括情緒行為和思想，或許這可以解釋為什么除了生理基礎(chǔ)之外，口渴的感知與社會(huì)和行為的關(guān)系如此緊密相關(guān)。
        高滲性是一種可重復(fù)的口渴刺激。對(duì)于口渴，傳統(tǒng)上認(rèn)為它的滲透閾值比血管加壓素釋放閾值高約5 mOsm / kg，也有些人提出類(lèi)似的調(diào)定點(diǎn)。高于口渴閾值，促使血管加壓素去滴定尿液的排出，而無(wú)需頻繁地飲水。隨著滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）的增加，OVLT滲透壓感受器通過(guò)幾個(gè)位于中間位置的丘腦核繼續(xù)刺激島葉和扣帶皮質(zhì)，刺激增加口渴的感覺(jué)。飲水后，口渴的感覺(jué)幾乎立即熄滅，表明水對(duì)舌頭和頰膜的直接滿足作用以及對(duì)液體攝入的認(rèn)知意識(shí)可能是解決口渴的一種方案。此外，最近，發(fā)現(xiàn)位于胃腸道和門(mén)靜脈系統(tǒng)內(nèi)的外周滲透壓感受器，提示了一種直接感知胃水吸收的局部機(jī)制。支配肝臟的胸神經(jīng)節(jié)內(nèi)的TRPV陽(yáng)性神經(jīng)元監(jiān)測(cè)局部滲透壓的變化，并可刺激多種生理反應(yīng)，包括調(diào)節(jié)血壓，代謝和水的穩(wěn)態(tài)。這些外周滲透壓感受器是否可能導(dǎo)致肝硬化患者常見(jiàn)的滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）障礙仍然未知。
       除滲透刺激外，還有重要的非滲透性的口渴刺激。出血的血流動(dòng)力學(xué)是可以明顯出現(xiàn)這種情況的。在戰(zhàn)場(chǎng)上的口渴是周所皆知的，出血的士兵要求喝水。在動(dòng)物模型中，出血強(qiáng)烈刺激飲水的訴求，飲用鹽水比普通水更容易熄滅渴感。當(dāng)血管緊張素II注射入大腦敏感區(qū)，或全身注射成為增加水的攝入量的有力刺激，是因?yàn)槟I素-血管緊張素軸的激活，為口渴與體液量異常之間的關(guān)聯(lián)提供機(jī)械（機(jī)制上）的解釋�？诳适浅溲孕呐K衰竭常見(jiàn)的主訴，并經(jīng)常困擾著透析患者，并可能導(dǎo)致低鈉血癥在這些人群中的很常見(jiàn)。盡管理論上具有吸引力，腎素 - 血管緊張素軸的藥理學(xué)阻斷似乎不會(huì)減少口渴。除了液體紊亂之外，精神疾病患者也經(jīng)常遇到口渴，高達(dá)25％的精神分裂癥住院患者報(bào)告了這種情況。雖然這可能部分歸因于精神藥物的強(qiáng)迫行為或抗膽堿能副作用，但研究表明，精神疾病患者口渴感覺(jué)改變，滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）閾值較低。
血管加壓素
        血管加壓素是一種有效的內(nèi)源肽，影響多種生物功能,包括水平衡調(diào)節(jié)、血壓調(diào)節(jié)、血小板功能調(diào)節(jié)和熱調(diào)節(jié)。它在下丘腦后腦室和視上核的巨細(xì)胞體中合成為激素原，并通過(guò)與神經(jīng)垂體的載體蛋白結(jié)合，沿著視上垂體束運(yùn)輸?shù)酱贵w后葉的大細(xì)胞神經(jīng)元的軸突末端。合成和儲(chǔ)存大約需要2小時(shí)，t 1/2為20-30分鐘，通過(guò)肝臟和腎臟中的加壓素酶代謝。血管加壓素作用于V 1，V 2，V 3和催產(chǎn)素型受體。V 1受體位于血管系統(tǒng)，子宮肌層和血小板上。V 3受體主要存在于垂體中。V 2受體沿遠(yuǎn)端小管和集合管分布。
        對(duì)血管加壓素釋放最敏感的刺激是血漿滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）的增高。禁食時(shí)，正常的加壓素濃度為0.5-5 pg / ml，血漿滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）的微小增加，往往在機(jī)體總水量的<2％范圍內(nèi)，刺激滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）受體以釋放血管加壓素，血清濃度迅速增加3倍。垂體中存儲(chǔ)的加壓素，保證可以進(jìn)行快速有效的水調(diào)節(jié)。當(dāng)水被保留，并且血漿滲透壓恢復(fù)正常時(shí)，加壓素釋放的刺激被消除。
        此外，還有非滲透性刺激，包括NE，多巴胺，疼痛，缺氧和酸中毒，最重要的是，循環(huán)的血流動(dòng)力學(xué)。心血管塌陷與大量的加壓素釋放有關(guān)，其濃度比正常值高100倍，可能是因?yàn)樵黾邮湛s壓比控制抗利尿作用需要更高的加壓素濃度。如此高的濃度會(huì)迅速耗盡垂體后葉儲(chǔ)存的加壓素，并且考慮到加壓素產(chǎn)生是需要時(shí)間的，血管加壓素耗盡被認(rèn)為是導(dǎo)致休克的生理學(xué)機(jī)制。體液量的細(xì)微變化改變了加壓素釋放對(duì)滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）的反應(yīng)能力。出血或輸血的狗的早期生理實(shí)驗(yàn)表明，循環(huán)血容量改變了血漿滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）和血管加壓素之間的關(guān)系。對(duì)于任何給定的血漿滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓），出血與較高的血管加壓素濃度相關(guān)，而輸血與較低的血管加壓素濃度相關(guān)。在這些實(shí)驗(yàn)中，出血和輸血與左心房壓力的變化有關(guān)，但與血壓無(wú)關(guān)。
       雖然無(wú)數(shù)術(shù)語(yǔ)，如血管內(nèi)容量，有效動(dòng)脈容積或循環(huán)量，已被用于描述重要器官的有效灌注的體液成分，這些術(shù)語(yǔ)暗示血管腔易于測(cè)量，但這在實(shí)驗(yàn)室中很難實(shí)現(xiàn)，而在床邊是不可能的。此外，因?yàn)樗外c可自由地通過(guò)血管內(nèi)皮，所以血管內(nèi)和間質(zhì)隔室間自由地和動(dòng)態(tài)地連通，進(jìn)一步限制了單獨(dú)的，可量化的血管內(nèi)空間的想法。相反，由于位于心臟中的壓力感受器和頸內(nèi)動(dòng)脈中的頸動(dòng)脈和受體是體液量的傳感器，我們贊成簡(jiǎn)單的術(shù)語(yǔ)張力性容積。動(dòng)脈壓力感受器，通過(guò)顱神經(jīng)IX和X，與下丘腦相通，可以改變血管加壓素的釋放。在真正的容量消耗（例如，腹瀉或嘔吐）或容量超負(fù)荷（例如，心力衰竭和肝硬化）的情況下，二者都放大了對(duì)加壓素的敏感性，使得對(duì)于任何給定的血漿滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓），尿滲透壓（摩爾濃度滲透壓，摩爾滲透壓）變得更大。
       總之，滲透感受器受到滲透和非滲透刺激的刺激，以引發(fā)口渴和釋放血管加壓素以維持水平衡。