Neuroendocrine Regulation of Hydromineral Homeostasis

Abstract

Since the crucial evolutionary change from an aqueous to a terrestrial environment, all living organisms address the primordial task of equilibrating the ingestion/production of water and electrolytes (primarily sodium) with their excretion. In mammals, the final route for the excretion of these elements is mainly through the kidneys, which can eliminate concentrated or diluted urine according to the requirements. Despite their primary role in homeostasis, the kidneys are not able to recover water and solutes lost through other systems. Therefore, the selective stimulation or inhibition of motivational and locomotor behavior becomes essential to initiate the search and acquisition of water and/or sodium from the environment. Indeed, imbalances affecting the osmolality and volume of body fluids are dramatic challenges to the maintenance of hydromineral homeostasis. In addition to behavioral changes, which are integrated in the central nervous system, most of the systemic responses recruited to restore hydroelectrolytic balance are accomplished by coordinated actions of the cardiovascular, autonomic and endocrine systems, which determine the appropriate renal responses. The activation of sequential and redundant mechanisms (involving local and systemic factors) produces accurate and self-limited effector responses. From a physiological point of view, understanding the mechanisms underlying water and sodium balance is intriguing and of great interest for the biomedical sciences. Therefore, the present review will address the biophysical, evolutionary and historical perspectives concerning the integrative neuroendocrine control of hydromineral balance, focusing on the major neural and endocrine systems implicated in the control of water and sodium balance.

Oestradiol effects on neuroendocrine responses induced by water deprivation in rats

“…Hydromineral homeostasis is a vital process in which body fluid volume and osmolality are strictly controlled by complex behavioural and systemic mechanisms (for review see: Mecawi et al 2015). Water deprivation (WD) is an experimental model extensively used to study these responses.…”

The effects of aging on biosynthetic processes in the rat hypothalamic osmoregulatory neuroendocrine system

“…AVP is synthesized in magnocellular neurons of the supraoptic nucleus (SON) and paraventricular nucleus (PVN) of the hypothalamus. A change in plasma osmolality is detected by osmosensitive neurons in circumventricular organs of the brain that provide direct inputs to shape the firing of AVP magnocellular neurons that are osmosensitive themselves and to coordinate AVP synthesis and secretion from the posterior (neural) lobe of the pituitary gland ( Mecawi Ade et al., 2015 , Nissen et al., 1994 , Zhang and Bourque, 2003 ). Once released, following incidences such as rise in plasma osmolality or decrease in blood volume ( Kondo et al., 2004 ), AVP promotes sodium and water reabsorption by the kidney ( Ares et al., 2011 , Breyer and Ando, 1994 ).…”

Estudo dos mecanismos neuronais hipotalâmicos e bulbares envolvidos no modelo de hipertensão induzida por sobrecarga de sódio.

“…O fenômeno da osmose foi primeiramente descrito pelo cientista francês René Henri Dutrochet no século XVIII. René observou que ao inserir em um recipiente com água, um tubo vedado com uma membrana semipermeável e contendo soluto, ocorria o movimento da água para dentro deste tubo e, que a quantidade de água deslocada era proporcional a concentração de soluto diluído (Mecawi et al, 2015). Além disso, o movimento de água era capaz de gerar, no lado da membrana em se encontrava o soluto, uma pressão hidráulica que era contrária ao fluxo de água; à pressão hidráulica desenvolvida no recipiente contendo soluto que contrapõe a osmose deu-se o nome de pressão osmótica (Mecawi et al, 2015).…”

“…A pressão osmótica é proporcional a concentração de soluto e depende somente do número de partículas diluídas e não da natureza do soluto sendo, portanto, uma propriedade coligativa. Deste modo, é necessário que um soluto não eletrolítico esteja em uma concentração duas vezes maior que um eletrólito monovalente para desenvolver a mesma pressão osmótica (Mecawi et al, 2015). Em laboratórios a pressão osmótica é medida em aparelhos denominados osmomêtros que empregam outras propriedades coligativas como a depressão do ponto de congelamento e a depressão da pressão de vapor da água, para estimar a quantidade de partículas osmoticamente ativas presentes em um determinado volume de soluto, ou seja, a osmolaridade dada em miliosmol por litro.…”

“…Alterações da osmolaridade detectadas pelos osmorreceptores periféricos são conduzidas, via nervo vago, até o sistema nervoso central (SNC), mais especificamente para uma região bulbar conhecida como núcleo do trato solitário (NTS) (Mecawi et al, 2015).…”