為什麼一喝水,口渴馬上就消了?
― 水還沒進入血液,喉嚨就先把「喝了多少」告訴大腦
口渴,是因為大腦感覺到血液變得稍微濃了一點。可是喝下去的水要進入血液,得花10分鐘以上。即使如此,口渴卻在喝的當下就消失了。身體不等結果出來,就先估算「喝這麼多就夠了」。
在大熱天走了一段路,喉嚨乾得快冒煙。你從冰箱拿出麥茶倒進杯子,一口氣喝光。
喝完的時候,剛才那麼強烈的口渴,已經悄悄退去。一兩杯下來,就會覺得「夠了」。
但仔細想想,真是奇怪。喝下去的水應該還在胃裡,並沒有送到身體的每個角落。
口渴消失得快,有兩個原因
身體的水分減少時,血液中的鹽分等會變得稍微濃一些。大腦裡有個地方負責監看這個濃度,據說只要變化1~2%,就會引起口渴。
吞嚥的動作,以及進入腸胃的水量和鹹度,會立刻傳到大腦。大腦不等血液變化,就依據這些訊息讓口渴停下來。
也就是說,「引起」口渴和「停止」口渴的機制,看的是不同的資訊。我們依序來看看。
口渴,是大腦測量血液濃度後引起的
流汗時,水分會離開身體。汗比血液稀,所以流失的主要是水。剩下的血液,鹽分等會變得稍微濃一點。
大腦深處有一個小地方,能直接監看血液的濃度。一般來說,大腦受到保護,血液中的物質不會隨便進入。但唯獨這個地方的防護比較薄,可以直接接觸血液、測量濃度。
濃度升高時,這裡就會判斷「水不夠了」。於是在引起口渴的同時,也向腎臟發出訊號:「把尿液濃縮,節省水分」。
體重60公斤的人,如果因流汗失去相當於3杯(0.6公升)的水,血液濃度會上升近2%。這個計算放在最後的摺疊區塊。這個程度的變化,剛好會讓人強烈感到口渴。
讓口渴停下來的,是「喝了多少」的搶先回報
那麼,為什麼血液還沒恢復,口渴就消失了呢?請看圖1。虛線和實線之間的落差,就是本文的主角。
在老鼠的實驗中,研究人員記錄了引起口渴的腦神經活動。這些神經在開始喝水後幾秒內就安靜下來,而那時血液的濃度還完全沒有改變。
最先報告的是口腔和喉嚨。吞了幾次、有多少冰涼的水通過,這些就成了「剛剛大概喝了這麼多」的快報。
接著,胃和腸會確認進來的液體量和鹹度。如果是淡水,口渴就會持續停止。但如果讓老鼠喝鹽水,原本因口腔和喉嚨的快報而安靜下來的神經,又重新活躍起來。
這種「先用快報讓口渴停下,之後再核對答案」的機制,有重要的意義。如果口渴要等到血液恢復才停,人就會一直喝10分鐘以上,結果會比需要的量多喝好幾倍。
人們很早就知道,如果動物的食道中途有開口讓水流出體外,喝完後一小段時間內會感到滿足。但水沒有到達胃,過一會兒牠又會開始喝水。口腔的快報,必須搭配腸胃的核對,效果才能持久。
已知到了高齡,即使血液變濃,也比較不容易感到口渴。等到覺得口渴才喝水,往往已經慢了一步。定好時間、少量多次地喝,會比較安心。
總結
口渴,是大腦感覺到血液稍微變濃而引起的。但是讓口渴停下來時,並不等待血液的結果,而是依據口腔、喉嚨與腸胃回報的「剛喝了多少」,搶先讓它停止。所以一喝水,在水還沒傳遍全身之前,就已經覺得舒服多了。
引起口渴的是血液,讓它停下的是喉嚨。
身體在水送達之前,就先估算「夠了」。
關於身體水分的進出,也可以一併讀讀駱駝能好幾天不喝水也能走的原因,以及海水魚喝了鹽水也沒事的原因,就能看出不同生物各有各的巧思。天氣冷時會變得更常跑廁所的故事,請看這裡。
- 運動或泡澡後覺得口渴時,看著時鐘喝下一杯水。
- 在剛喝完、1分鐘後、5分鐘後,各用10分滿分記下口渴的強度。
- 換另一天,用10分鐘的時間分次慢慢喝下同樣的量,比較分數下降的方式。
即使一口氣喝完,從剛喝完的那一刻起,分數應該就會明顯下降。身體不舒服,或醫師有指示要限制水分攝取時,請不要做這個觀察。
想知道更多的人 ― 術語、算式與課本的關聯從國中理化到大學專業課程,明確標示這是哪個程度的內容
- 國中國中自然科學會學到的範圍
- 高中高中「生物」會學到的範圍
- 高中+高中的進階內容,或課本專欄的內容
- 大學高中不會學到、大學專業課程(生理學、神經科學)的內容
- 研究連大學也不當作「定論」來教、目前研究者還在探討的內容
國中術語:這個現象有名字
- 滲透壓:表示水中溶解物質濃度的量。血液滲透壓升高,就是引發口渴的開關。
- 口渴(口渇):醫學上用來表示喉嚨乾渴的詞。
- 恆定性:努力把體內的狀態維持在一定範圍內的作用。血液濃度的調節就是代表例子。
國中高中用算式確認:流汗失去水分,血液會變濃多少?
計算體重60公斤的人,因流汗失去0.6公升水時,血液濃度的變化。汗比血液稀得多,所以這裡視為「只有水減少」。
| 用符號寫 | C = n ÷ V |
| 用文字寫 | 濃度 = 溶解物質的量 ÷ 水的量 |
| 這個式子從哪來 | 濃度的定義本身。溶解物質(n)不變、只有水(V)減少時,濃度會上升,倍數等於水減少比例的倒數 |
| C | 體內水的濃度(滲透壓的參考值) |
| n | 體內水中溶解的鹽分等的量(此處視為固定) |
| V | 體內水的量(單位為公升) |
| 體重 | 60 公斤 |
| 水占體重的比例(成人的參考值) | 0.6 |
| 因流汗失去的水 | 0.6 公升 |
| 平常血液的滲透壓(參考值) | 約290 毫滲透莫耳/公斤 |
| 開始感到口渴的濃度上升幅度 | 據說是1~2% |
| 喝下的水有一半進入血液為止 | 約12分鐘(據說是10多分鐘) |
| 體內水的量 | 60 × 0.6 = 36 公升 |
| 流汗後水的量 | 36 − 0.6 = 35.4 公升 |
| 濃度變成幾倍(n 相同,所以是水量的比) | 36 ÷ 35.4 ≒ 1.017 倍 |
| 流汗後的滲透壓 | 290 × 1.017 ≒ 295 |
| 口渴消失(約1分鐘)與血液恢復一半的時間差 | 12 ÷ 1 = 12 倍 |
流失3杯份量的汗,血液濃度約上升1.7%。剛好落在開始感到口渴的1~2%範圍內。而且口渴消失的速度,比血液恢復一半快了大約12倍。從數字上也能確認,身體並沒有等待血液的結果。
高中高中+口渴與尿液的雙軌調節
高中血液滲透壓升高時,大腦的視丘下部會感應到,並由腦下垂體後葉釋出一種叫抗利尿激素(血管加壓素)的荷爾蒙。它會在腎臟增加水的再吸收,讓尿液變濃。這是「減少流出的水」這一側的調節。
高中+口渴則是「增加進來的水」這一側的調節。光靠尿液的調節,無法補回已經失去的水,所以需要口渴。有趣的是,人體觀察報告指出,一開始喝水,抗利尿激素也會比血液的變化更早下降。
大學穹窿下器官與預測式控制
感應血液滲透壓的,據說是穹窿下器官和終板血管器等缺少血腦屏障的「腦室周圍器官」。這裡的神經會在滲透壓上升時提高活動、引起口渴。2016年的研究在老鼠身上直接記錄到,這些神經在開始喝水後幾秒內就安靜下來。這不是等身體狀態出現偏差再去修正,而是事先估算行為的結果並讓它停下,被視為預測式(前饋)控制的例子而受到矚目。
📖 算式的推導,以及更進一步的內容:滲透壓(維基百科) / 顯示口渴神經能預見喝水結果的論文(英文)
研究目前還不清楚的事
- 腸胃是如何測量鹹度的? 目前已知似乎是靠腸道附近的血管和神經來感應濃度,但究竟是哪種細胞負責,仍在研究中。
- 為什麼冰水比較容易讓口渴消失? 有人指出,感受冰涼的口腔神經可能參與了讓口渴停止的過程,但詳細的機制還不清楚。
- 為什麼年紀大了口渴會變遲鈍? 是感應器的靈敏度下降,還是讓口渴停止的訊號變強了,目前還沒有明確的答案。
也就是說,本文的內容也只是「就目前所知範圍內的說明」。尤其是神經活動的記錄,大多是老鼠身上的結果,人類是否也一樣快,仍持續在確認中。
與課本的關聯(依程度區分)
| 程度 | 科目・單元 | 本文的哪裡 |
|---|---|---|
| 國中 | 自然科學二年級「動物的身體構造與作用」、一年級「水溶液的濃度」 | 流汗使水分減少,血液就會變濃 |
| 高中 | 生物「體內環境的維持(荷爾蒙與自律神經)」 | 抗利尿激素與腎臟的水再吸收 |
| 高中+ | 生物進階(行為的調節) | 口渴與尿液的雙軌調節 |
| 大學 | 生理學・神經科學(體液滲透壓調節) | 穹窿下器官與預測式控制 |
| 研究 | 攝食・飲水行為的神經科學 | 腸胃的鹽分感應器、老化與口渴 |
| ― | 與生活的關聯 | 家中的長輩不要等到口渴,而是定時提醒他們喝水 |
- Zimmerman CA, et al. (2016) Thirst neurons anticipate the homeostatic consequences of eating and drinking. Nature 537
- Augustine V, et al. (2019) Temporally and spatially distinct thirst satiation signals. Neuron 103
- Péronnet F, et al. (2012) Pharmacokinetic analysis of absorption, distribution and disappearance of ingested water labeled with D2O in humans. European Journal of Applied Physiology 112
- 口渇(口渴)― 維基百科(日文版)
- 小澤瀞司・福田康一郎 總編『標準生理学』(標準生理學)醫學書院(體液調節章節)
※本文是寫給一般讀者的科學解說。所列數值是為了理解機制的參考值與概算。如果因慢性疾病等而對水分攝取有限制,請遵從醫師的指示。