Eine neue Studie kartiert die Gehirnschaltungen, die uns sagen, wann wir Wasser trinken müssen und wann wir genug getrunken haben. Die Forschung deckte eine neuronale Hierarchie auf, indem sie den Drang zu trinken bei Mäusen stimulierte und unterdrückte.

Das Gefühl, Durst zu haben, ist ein Gefühl, das jeder Mensch und jedes Tier kennt.

Es ist eine so alltägliche Erfahrung, dass nur wenige von uns darüber nachdenken. Doch die Neurowissenschaftler sind davon fasziniert.

In Bezug auf das Überleben eines Organismus ist der Durst unglaublich wichtig. Ein Tier, das keine Flüssigkeit aufnimmt, wenn es sie braucht, wird nicht lange am Leben sein.

Ohne Wasser kommen die meisten Prozesse im Körper ins Stocken, und beim Menschen folgt der Tod innerhalb weniger Tage.

Obwohl die Idee, dass unser Gehirn den Wassergehalt im Körper erkennen kann und unser Verlangen zu trinken antreibt, nicht neu ist, wird die genaue Neurowissenschaft dahinter erst langsam erforscht.

Die jüngste Studie, die den Durst-Mechanismus untersuchte, wurde von Yuki Oka durchgeführt, einem Assistenzprofessor für Biologie am Caltech in Pasadena, CA. Die Ergebnisse wurden diese Woche in Natur.

Das durstige Gehirn

Einige Arbeiten wurden bereits auf diesem Gebiet durchgeführt. Studien haben gezeigt, dass eine blattartige Struktur im Vorderhirn, die Lamina terminalis (LT), eine wichtige Rolle bei der Durstregulation spielt. Die LT besteht aus drei Teilen: dem Organum vasculosum laminae terminalis (OVLT), dem subfornischen Organ (SFO) und dem medianen präoptischen Nukleus (MnPO).

Der größte Teil des Gehirns ist durch die Blut-Hirn-Schranke vom Blutkreislauf getrennt. Neben anderen Aufgaben schützt diese Membran das Gehirn vor Krankheitserregern, wie z. B. Bakterien. Ungewöhnlich sind jedoch die SFO und OVLT, die nicht durch die Blut-Hirn-Schranke geschützt sind und direkt mit dem Blutkreislauf in Kontakt treten können.

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Diese direkte Kommunikation mit dem Blut ermöglicht es ihnen, die Natriumkonzentration zu beurteilen, so dass der „Salzgehalt“ des Blutes ein guter Hinweis darauf ist, wie hydriert ein Tier ist.

Frühere Arbeiten haben bereits gezeigt, dass der LT erregende Neuronen enthält. Wenn diese bei einer Maus stimuliert werden, löst dies Trinkverhalten aus.

In dieser neuen Studie fanden die Wissenschaftler heraus, dass der MnPO besonders wichtig ist, da der Nukleus erregenden Input vom SFO erhält, aber nicht umgekehrt.

Sie zeigten, dass, wenn die erregenden Neuronen des MnPO genetisch zum Schweigen gebracht werden, die Stimulation des SFO oder des OVLT“ kein Trinkverhalten mehr bei den Mäusen hervorruft.

Die Dursthierarchie

Diese Studie ist die erste, die die hierarchische Organisation des LT beschreibt: Das MnPO sammelt Informationen vom SFO und OVLT und leitet sie an andere Gehirnzentren weiter, um die Trinkaktivität auszulösen.

Die Wissenschaftler gehen auch einen Schritt weiter bei der Beantwortung einer anderen Frage zum Trinkverhalten: Woher wissen wir, wann wir aufhören müssen? Prof. Oka erklärt das Rätsel: „Wenn man dehydriert ist, kann es sein, dass man einige Sekunden lang Wasser hinunterschluckt, und man fühlt sich zufrieden.“

„Allerdings“, fügt er hinzu, „ist Ihr Blut zu diesem Zeitpunkt noch nicht rehydriert: Das dauert normalerweise etwa 10 bis 15 Minuten. Daher wären der SFO und der OVLT nicht in der Lage, die Rehydrierung des Blutes kurz nach dem Trinken zu erkennen. Trotzdem weiß das Gehirn irgendwie, wann es mit dem Trinken aufhören muss, noch bevor der Körper vollständig rehydriert ist.“

Daraus lässt sich schließen, dass es ein anderes, schnelleres Signal gibt, das dem Gehirn mitteilt, mit dem Trinken aufzuhören. Studien haben gezeigt, dass erregende Neuronen im LT beruhigt werden, wenn eine Maus zu trinken beginnt, aber wie genau dies geschieht, ist nicht bekannt.

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Prof. Oka und sein Team konnten zeigen, dass hemmende Neuronen im MnPO auf die physikalische Wirkung des Trinkens reagieren und die Aktivität der Durstneuronen im SFO unterdrücken. Interessanterweise tun die hemmenden Neuronen ihre Arbeit nur als Reaktion auf die Aufnahme von Flüssigkeiten – und nicht von Nahrung.

Sie glauben, dass diese Unterscheidung zwischen Flüssigkeiten und Feststoffen möglich ist, indem sie die Bewegung des Oropharynx überwachen, das ist der Teil des Rachens, der am Schluckmechanismus beteiligt ist. Seine Aktivität beim Trinken ist anders als beim Essen.

„Wenn man wirklich durstig ist und schnell Flüssigkeit hinunterschluckt, bewegt sich der Rachen auf eine bestimmte Art und Weise, die sich von der Nahrungsaufnahme unterscheidet. Wir denken, dass die hemmende Population auf diese Bewegung der schnellen Wasseraufnahme reagiert.“

Der Hauptautor der Studie, Vineet Augustine, ist ein Doktorand.

Mehr zu lernen

Die Ergebnisse tragen zu unserem Verständnis des komplexen Netzwerks von Interaktionen bei, die uns sagen, wann wir trinken müssen. Aber, so die Studienautoren, es gibt noch viel zu lernen.

Prof. Oka erklärt: „Die hemmenden Signale, die wir entdeckt haben, sind nur während des Trinkvorgangs aktiv. Das Sättigungsgefühl hält aber tatsächlich viel länger an. Das deutet darauf hin, dass die hemmenden Neuronen des MnPO nicht die einzige Quelle des Durstsättigungsgefühls sein können.“

„Dies wird ein Thema für zukünftige Studien sein.“

Natürlich wurde die Studie an Mäusen durchgeführt, aber ähnliche Regionen finden sich auch im menschlichen Gehirn. Die Forscher glauben daher, dass die Erkenntnisse auch auf uns übertragbar sind.