身体每个细胞都会感受到缺水影响，但大脑才是感受口渴的关键

丹·萨莫罗德尼茨基特约撰稿人

是什么促使狗喝水？我们对口渴的体验——舌头干燥、喉咙灼热、精神错乱——是由大脑深处的器官构建的一种动机状态。

水是地球上所有生命最基本的需求。并非所有生物都需要氧气，许多生物都需要自己制造食物。但对所有生物来说，从深海微生物和黏菌到树木和人类，水都是不可或缺的。“生命的最初阶段是利用细胞膜吸收水分，”两位神经生物学家在最近的一篇综述中写道。从那时起，细胞就必须保持足够的湿度才能存活。

水是生物体所有化学反应发生的介质，而这些反应的进行需要水和盐（生命化学中另一种必不可少的成分）之间一个狭窄的比例范围的精细调节。人体细胞对水具有渗透性，因此，如果周围液体（例如血液、淋巴液或脑脊液）的水盐平衡超出健康范围，细胞就会肿胀或收缩、萎缩，甚至可能破裂。这种失衡会导致脑细胞功能失调，失去管理跨膜离子浓度和传递动作电位的能力。

虽然身体的每个细胞都会感受到缺水的影响，但细胞本身并不会发出口渴的呼喊。相反，大脑会监测身体的水分水平，并产生口渴的感觉——舌头干燥、喉咙发热、身体迅速感到不适——从而迫使身体做出一种行为：获取水分。

扎卡里·奈特说：“这些控制饥饿和口渴的神经回路位于下丘脑和脑干等原始大脑结构的深处。”（打开新标签页）加州大学旧金山分校的神经科学家，最近在《神经元》杂志上合作撰写了一篇评论论文（打开新标签页）关于口渴的神经生物学。

骆驼感觉口渴的方式与我们不同：当它们需要水时，它们会燃烧脂肪储备或从胃中吸取储存的水。

由于这些大脑区域难以研究——不仅因为它们的位置，还因为它们的组成——包含多种不同类型的细胞和纵横交错的神经回路——直到最近十年左右，神经科学家才开始理解口渴的根本机制。研究人员发现，人体充满了传感器，它们会向大脑提供生物体需要摄入多少水或盐的线索。这些传感器是如何工作的，或者它们到底是什么，科学家们仍然不得而知。它们的存在提供了一个诱人的见解：水或许是生命的基础，但口渴却是一个有根据的猜测。

要理解哺乳动物的口渴，与其说是身体向大脑发出“我需要水”这样的信息，不如说是大脑在监测其环境——身体。就像生态学家在河流中取样一样，大脑会检查血液的化学成分，以了解身体的需求。

在几乎所有情况下，所谓的血脑屏障都能保护大脑免受血液循环中细菌、病毒或其他危险物质的侵害。但也有一些例外，大脑会直接与血液接触，例如位于大脑深处、靠近下丘脑的脑室周围器官。

就像生态学家弯腰采集河流样本一样，大脑会检查血液的化学成分以了解身体需要什么。

其中两个器官——终板血管器（OVLT）和穹窿下器（SFO）——是类似于鼻子或耳朵的感觉器官。它们就像科学家将水桶浸入人体血液循环系统来检测其健康状况一样。大脑根据这些数据推断出身体对盐和水的需求，并将信息传递到更深层的神经回路，进而引发我们口渴的感受——伴随对水的渴望，喉咙发痒、口干舌燥、大脑混乱。

血液检测机构不测量水位，而是测量盐的浓度，其健康范围几乎与盐的浓度完全相同（打开新标签页）就像脊椎动物最初进化的咸潮间带水域一样（其盐度约为海水的三分之一）。当水盐比过低时，我们会感到口渴。人体约60%由水组成，但不同组织含水量不同（骨骼31%，大脑73%，肺部83%）。血液含水量通常约为60%，而当血液含水量变化1%到3%时，就足以使OVLT和SFO引发熟悉的、不愉快的感觉，从而引发某种行为。如果盐度高，动物就会喝水。

但喝水和纠正水盐平衡之间存在脱节。水被摄入后需要30到60分钟才能进入血液，大脑无法等待那么长时间来判断身体是否有足够的水分。它必须或多或少立即做出决定；动物不可能坐着半个小时什么也不做，只喝水。

所以，大脑会猜测。更多神秘的传感器开始发挥作用。一个传感器粗略地估计流经口腔和喉咙的水量，并向大脑发送初始信号。第二个信号来自肠道——来自对水甚至机械拉伸做出反应的特定细胞类型。（打开新标签页）胃吸收水分时，胃会发出信号。不到一分钟，这些信号就会传到大脑，阻断OVLT和SFO中被激活并触发口渴的神经元。口渴反应被关闭；喉咙变凉，口腔再次变得湿润。

然而，口渴只是维持体内平衡的一个方面。盐——更具体地说是钠——是动物摄取的最重要的物质之一。动物需要钠来维持神经元发出动作电位，维持蛋白质维持其形状和功能，以及维持细胞内化学反应——这些都是生命活动的日常活动。我们需要维持体液中钠离子的浓度来维持所有这些功能。这是口渴的另一面。

“只有几样东西对你的身体如此重要，以至于当你缺乏营养时，你会有一种与生俱来的动力去获取它们，”奈特说。“氧气、食物、水和钠。”

然而，像我们这样的动物，对盐的渴望不像我们对氧气、食物和水那样，是一种强大的控制性驱动力。传感器会将盐含量信号传递给大脑；除了OVLT和SFO，心脏中的传感器还能检测心房和心室的扩张。但当我们真正需要它时，却不会像胃部翻腾着寻找食物或喉咙发痒地渴望水那样，感受到类似的盐的痛苦。相反，对盐的需求是由味觉和大脑的奖赏通路介导的。“盐的味道是双峰的，”奈特说。“少量时味道很好；大量时味道令人作呕，就像喝海水一样。”

想象一下想吃一大包薯片的冲动。如果身体需要盐，这些薯片就会引发大脑中令人愉悦的多巴胺激增。如果身体不需要盐，多巴胺的分泌就会消失。“这基本上就是强化学习，” Yuki Oka说。（打开新标签页）加州理工学院的神经生物学家，研究人体如何维持体内平衡。“多巴胺越多，重复行为就越多。”

监测河流的科学家会收集数据，然后根据他们的发现做出选择。同样，大脑测量血液中的钠含量并不意味着它必须根据这些信息采取行动。

以 Elena Gracheva 的 13 行地松鼠为例。格拉切娃（打开新标签页）耶鲁大学医学院的神经生理学家格拉切娃（Gracheva）研究这些原产于北美草原的啮齿动物，以了解特定大脑区域如何控制口渴。她说，十三纹地松鼠是研究这一问题的理想模型，因为它一年中超过半年的时间都在冬眠，不吃不喝。“它们就像僧侣一样，”格拉切娃说。“它们八个月不出门。它们的地下洞穴里没有水。”它们怎么会不口渴呢？

松鼠并非不需要水。它们需要水。它们的身体渴望水。但根据格拉切娃的研究，冬眠期间，它们的大脑会忽略身体发出的信号。

在哺乳动物中，血液中水分含量的下降（在其他条件相同的情况下，这意味着盐浓度同时上升）会触发两个相互关联的过程。下丘脑会分泌一种激素——抗利尿激素（VAP），它会指示肾脏保留水分而不是将其以尿液形式排出；而SFO则会启动口渴驱动机制，引导动物饮水。然而，当地松鼠冬眠时，它们的抗利尿激素水平会飙升。（打开新标签页），但动物仍然不喝水。“加压素回路正常，但口渴神经元被下调了，”格拉切娃说。“这两条通路是分离的。”身体试图保留现有的水分，但不会消耗更多水分。

被破坏的电路逻辑极其强大。“即使你在冬眠中唤醒它们，它们也不会喝水，”格拉切娃说。

Gracheva 在松鼠身上研究的底层网络在哺乳动物中普遍存在，甚至包括人类。但同样的神经逻辑并不会导致同样的行为。人类口渴时会喝一杯水。猫和兔子主要从食物中获取水分。骆驼可以燃烧脂肪储存来获取水分（这会产生二氧化碳和水），但它们也会消耗大量的脂肪并将其储存在胃里以备不时之需。海獭可以饮用海水，排出的尿液比它们游泳时的水还要咸。（打开新标签页）；它们是唯一主动这样做的海洋哺乳动物。

每种动物对水和盐的管理方式都与其生态系统、生活方式和自然选择压力息息相关。“口渴意味着什么？”这个问题没有唯一的答案。我们每个人的口渴方式都不一样。