Nesteen osmolaliteetti ja Na+-konsentraatio
Pitkään on tunnustettu, että janoa stimuloi solunulkoisten läpäisemättömien osmolyyttien, kuten Na+:n, konsentraation nousu, joka saa aikaan veden osmoottisen liikkeen elimistön soluista. Näin ollen glukoosin ja urean hyperosmoottiset liuokset eivät lisää veden saantia, mutta NaCl:n tai sorbitolin hypertoniset liuokset kyllä. Tämä plasman tehokkaan osmolaliteetin (pOsm) nousu stimuloi aivojen osmoreseptoreita, jotka sijaitsevat lamina terminaliksen verisuonielimessä (OVLT), joka on etuaivojen tyvitumakkeessa sijaitseva rakenne, josta puuttuu veri-aivoeste ja joka voi siksi reagoida herkästi pOsm:n muutoksiin. Itse asiassa pOsm:n nousu vain 1-2 %:lla stimuloi janoa eläimissä, ja sitä suuremmat nousut aiheuttavat veden saannin suhteellista lisääntymistä. Jano stimuloituu, kun OVLT:n projektiot aktivoivat hermosoluja keskimmäisellä preoptisella alueella lamina terminalis ventralis anterior commissuressa, vaikka myöhempää hermopiiriä, joka välittää janoa ja juomakäyttäytymistä, ei ole määritetty. Muut projektiot OVLT:stä hypotalamuksen paraventrikulaarisiin ja supraoptisiin ytimiin stimuloivat VP-eritystä. OVLT:n kirurginen tuhoaminen eliminoi sekä veden juomisen että neurohypofyysisen VP-erityksen vasteena lisääntyneelle pOsm:lle.
Tämän järjestelyn vuoksi osmoregulaatio kuviteltiin alun perin yksisilmukkaiseksi negatiivisen takaisinkytkennän systeemiksi, jossa dehydraatio kasvattaa pOsm:aa ja antaa siten ärsykkeen janolle, kun taas veden saanti laskee pOsm:aa takaisin normaaliin tasoon ja aiheuttaa siten kylläisyyden poistamalla janoa herättelevän signaalin. Osmoregulatorisen janon säätelyjärjestelmä ei kuitenkaan voi olla näin yksinkertainen organisaatioltaan, koska veden nauttimisen ja sen verenkiertoon joutumisen (josta se voi vaikuttaa pOsm:ään ja aivojen osmoreseptoreihin) välillä on huomattava viive. Sekä koirilla että ihmisillä kestää 10-20 minuuttia, ennen kuin nautittu vesi aiheuttaa merkittävää pOsm:n laskua, kun taas jano ja veden saanti loppuvat paljon nopeammin (samoin kuin VP:n eritys). Näin ollen täytyy tapahtua varhainen ärsyke, joka antaa aivoille signaalin, joka ennakoi myöhempää nesteytystä. Tällainen vaikutus muistuttaa feed-forward-refleksiä, joita esiintyy lukuisten autonomisten toimintojen ohjauksessa (esim. insuliinin eritys vastauksena ruoan makuun ennen sen sulattamista ja assimilaatiota).
Tämä ennakoiva elementti veden saannin ohjauksessa selvitettiin Ramsayn ja kollegoiden raportoimassa tyylikkäässä tutkimussarjassa. Heidän tutkimuksissaan käytettiin koiria koehenkilöinä, vaikka myöhemmässä työssä heidän havaintonsa laajennettiin koskemaan ihmisiä ja kädellisiä. Lyhyesti sanottuna kuivattujen koirien havaittiin juovan vettä nopeasti, mutta lopettavan juomisen jo muutaman minuutin kuluttua, hyvissä ajoin ennen kuin veriplasman laimeneminen alkoi näkyä. Tämä janon (ja VP:n erityksen) varhainen estyminen tapahtui myös silloin, kun koirille asennettiin mahalaukun fisteli, joka tyhjensi niellyn veden niiden vatsasta ja esti siten nesteytymisen. Samat nopeat vaikutukset ilmenivät, kun koirat joivat hypertonista NaCl-liuosta (vaikka lopulta, kun suolaliuos oli imeytynyt ja pOsm-arvo kohonnut, koirista tuli vielä janoisempia ja ne erittivät enemmän VP:tä kuin aikaisemmin, kuten oli odotettavissa). Nämä havainnot korostavat varhaisen estävän signaalin merkitystä veden saannin hallinnassa ja viittaavat sen perustaan: neuraalinen tulo aivoihin suunielusta, joka liittyy nopeaan nielemiseen juomisen aikana ja jonka avulla koirat pystyivät mittaamaan saantinsa. Tällä signaalilla oli nopea mutta väliaikainen janoa ja VP-eritystä estävä vaikutus. Kun nautittu vesi myöhemmin imeytyi ja pOsm laimennettiin takaisin normaalille tasolle, janon ja VP-erityksen pysyvämpi loppuminen johtui rehydraatiosta. Tämä hypoteettinen järjestely on sopusoinnussa sen havainnon kanssa, että janon ja VP-erityksen nopeaa estymistä ei havaittu dehydratoituneilla koirilla, kun niiden vatsaan intuboitiin nautittua vesimäärää vastaava määrä vettä ohittaen niiden suulakihalkion.
Myös rotat hyödyntävät juomisen aiheuttamia varhaisia takaisinkytkentäsignaaleja, vaikkakin erilaisen mekanismin kautta. Kun rotille infusoitiin suonensisäisesti hypertonista NaCl-liuosta VP-erityksen stimuloimiseksi, 5 minuutin vedenotto aiheutti nopean laskun plasman VP-pitoisuuksissa ilman havaittavia muutoksia pOsm:ssä. Nämä vaikutukset eivät liittyneet juomiseen, koska saman isotonisen suolaliuoksen nauttiminen ei vaikuttanut plasman VP-tasoihin. Näin ollen eläimet näyttivät reagoivan nautitun nesteen koostumukseen eivätkä sen määrään. Lisäksi aiemmat havainnot olivat osoittaneet, että janoiset rotat joivat lisääntyneitä vesimääriä, kun pylorinen sulkijalihas oli sidottu (ja siten estetty mahalaukun tyhjeneminen), ja että rottien mahalaukun vesikuormat aiheuttivat plasman VP-tasojen nopean laskun, ennen kuin pOsm:n merkittävä lasku tapahtui. Nämä havainnot viittaavat yhdessä viskeraalisen osmo- tai Na+ -reseptorin olemassaoloon, joka havaitsee nautitun veden sen jälkeen, kun neste on poistunut mahalaukusta ja ennen kuin se pääsee yleiseen verenkiertoon.
Vagushermon kuidut projisoituvat vatsan sisäelimistä aivorungossa sijaitsevaan postrema-alueeseen ja siihen rajoittuvaan yksinäisen radan ytimeen (AP/NTS). Sen mahdollisuuden kanssa, että nämä kuidut välittävät nautitun veden varhaisia vaikutuksia, sopusoinnussa on se, että janoisilla rotilla esiintyi huomattavaa ylijuomista, kun nämä sensoriset hermosäikeet tuhoutuivat hermomyrkkyä kapsaisiinia sisältävän systeemisen injektion avulla. Ylijuomista havaittiin myös, kun projektiokohdat eliminoitiin AP/NTS:n vaurioilla. Molemmissa tapauksissa eläimet käyttäytyivät ikään kuin ne eivät enää olisi saaneet varhaista viestiä siitä, että vesi oli kulutettu, eli ne jatkoivat juomista. Vasta myöhemmin, kun nautittu vesi oli imeytynyt ja laimentanut kiertävää plasmaa, OVLT:n osmoreseptoreihin vaikutettiin ja jano väheni. Viskeraalisiin osmo- tai Na+ -reseptoreihin on viitattu myös havainnoista, joiden mukaan janoa voidaan stimuloida hypertonisen NaCl-liuoksen syöttämisellä mahalaukkuun ennen kuin systeeminen pOsm:n nousu havaitaan. Samoin yön yli kestävästä vedenpuutteesta johtuva jano lisääntyy huomattavasti hypertonisen keittosuolaliuoksen antamisella mahalaukkuun.
Joissa, joilla on AP/NTS:n vaurioita, on muitakin osmoregulaation häiriöitä. Sen lisäksi, että ne juovat liiallisia määriä vettä janotessaan, niillä on myös heikentynyt VP:n eritys vasteena suonensisäisesti infusoituun hypertoniseen suolaliuokseen ja heikentynyt annostellun NaCl-kuorman erittyminen virtsaan. Lisäksi ne juovat hypertonista NaCl-liuosta epätavallisen suurina erinä, ikään kuin ne eivät saisi varhaisia signaaleja nestettä poistavasta liuoksesta viskeraalisista Na+-reseptoreista. Nämä tulokset viittaavat AP/NTS:n tärkeään rooliin rottien osmoregulaatiossa. Koska AP:ltä puuttuu veri-aivoeste, on mahdollista, että se havaitsee suoraan jonkin asiaankuuluvan piirteen kehon nestekoostumuksesta sen lisäksi, että se vastaanottaa syötteitä sisäelimistä. Havainnot siitä, että rotat, joilla on AP/NTS-vaurioita, erittävät VP:tä normaalisti vasteena hypertoniselle mannitoliliuokselle, mutta eivät vasteena tasaosmolaariselle suolaliuokselle, antavat lisätietoa siitä, että tällä aivorungon alueella on rooli Na+ -säätelyssä eikä niinkään osmoregulaatiossa.
Yhteenvetona voidaan todeta, että on vakiintunutta näyttöä siitä, että aivo-osmoreseptorit välittävät janoa ja VP:n eritystä vasteena pOsm:n nousulle. Muilla tekijöillä on kuitenkin myös merkitystä, koska juomiseen ja neurohypofyysiseen eritykseen voidaan vaikuttaa silloinkin, kun muutoksia kiertävässä pOsm:ssä ei ole havaittavissa. Esimerkiksi viskeraalisten osmo- tai Na+ -reseptoreiden ”ennakoiva signaali” vaikuttaa merkittävästi näihin säätelyreaktioihin rotilla. Nämä reseptorit heijastuvat AP/NTS:ään, mikä viittaa näiden aivorunkorakenteiden rooliin Na+-säätelyssä, joka on yhdenmukainen muiden löydösten kanssa, joissa AP/NTS tuhoutui kirurgisesti. Vedenottoa ja neurohypofyysistä VP-eritystä säätelevien asiaankuuluvien hermopiirien organisointi on vielä selvittämättä, samoin kuin ero niiden toiminnassa vasteena NaCl-kuormituksille ja osmoottisille kuormituksille, jotka eivät sisällä Na+:aa, ja niiden erilliset osuudet NaCl-ruokahalun, janon ja VP-erityksen säätelyssä.