Front Nutr. 2016; 3: 6.
Gepubliseer aanlyn 2016 Feb 15. doi: 10.3389 / fnut.2016.00006
PMCID: PMC4753312
Inleiding
Met die wêreldwye vetsugkrisis wat steeds sy tol neem, het die vraag na oplossings toegeneem. Die bespreking oor die natuur teen versorging en biologie teen sielkunde het gelei tot die verklaring van vetsug as 'n siekte deur sommige mediese organisasies. Omgewingsfaktore en genetiese aanleg, eerder as persoonlike verantwoordelikheid, is om te blameer, soos vir enige ander siekte. Hierdie siening impliseer dat die biologiese prosesse wat liggaamsgewig reguleer, hoofsaaklik in die onbewuste wêreld funksioneer. Alhoewel dit al lankal aanvaar is vir die sogenaamde homeostatiese regulering van energiebalans, is dit minder duidelik vir die hedoniese beheer. Hier evalueer ons die belangrike vraag krities, hoe knaagdiamodelle die bydrae van hedonale neurale prosesse tot liggaamsgewigregulering kan help verstaan. As ons kyk na die konsepte beloning, versterking, motivering, plesierverslawing en hul neurale meganismes in die konteks van eet en oefening, kom die nuwe siening na vore dat homeostatiese en hedoniese beheermaatreëls nou verwant is en dikwels op die onbewustelike vlak in harmonie optree om Biologiese aanpassingsreaksies te bereik. Alhoewel die bespreking van 'n liggaamsgewig-opsetpunt in die afgelope jare verwaarloos is, word hierdie onderwerp meer druk as 'n belangrike aspek vir effektiewe behandeling van vetsug.
Hedoniese meganismes oorweldig homeostatiese regulasie
Wanneer die liggaamsgewig van diere en mense versteur word deur periodes van onder- of oorvoeding, word dit onmiddellik terug na voorversteuringsvlakke deur middel van 'n proses wat homeostatiese regulasie genoem word wat die beheer van beide energie-inname en energieverbruik behels (1, 2). Die basiese hipotalamiese kringloop onderliggend aan hierdie regulasie is lank reeds bekend (3) en was baie verfyn, veral oor die laaste 20 jaar in die nasleep van die ontdekking van leptien. Kortliks, twee afsonderlike neurale populasies in die mediobasale hipotalamus tree op as primêre energie sensors en betrek 'n komplekse netwerk van effektorbane wat beide energie-in en energie-out beheer op 'n biologies-adaptiewe wyse [vir hersiening, sien Ref. (4-7)].
Alhoewel die meeste met sulke basiese homeostatiese regulasies saamstem, is daar baie bespreking oor die presiese vlak van verdedigde liggaamsgewig en die betrokke meganismes (8-13). Dit is duidelik dat daar geen vaste stelpunt is oor watter soogdierspesies hul liggaamsgewig reguleer nie. Inteendeel, dit is buigsaam, afhangende van beide interne en eksterne toestande, insluitend genetiese en epigenetiese aanleg, voedsel beskikbaarheid, smaaklikheid van voedsel en ander omgewingsfaktore (10). Dit word die beste geïllustreer deur die seisoenale veranderlike en homeostaties verdedigde liggaamsgewig-punt van hibernators (14).
Een faktor wat wyd beskou word as baie belangrik vir die beïnvloeding van die individuele liggaamsgewig-opsetpunt, is voedsel-hedonika, veral die verskuiwing na hoër liggaamsgewig deur hoogs smaaklike, kalorie-digte kosse (Figuur (Figure1A) .1A). Die duidelikste voorbeeld van hierdie verskuiwing in verdedig liggaamsgewig is die kafeteria dieet-geïnduseerde vetsugtige rat en muis (15). Alhoewel daar vermoed word dat die verhoogde beskikbaarheid van hoogs smaaklike, energie-digte voedsel ook meestal verantwoordelik is vir die huidige vetsug-epidemie, is dit baie moeiliker om te bewys weens probleme om die energiebalans en omgewingstoestande in mense streng te beheer oor lang periodes van tyd soos dit moontlik is in diermodelle. 'N Wyd aanvaarde siening is dat die obesogene voedselomgewing in geneties en / of epigeneties vatbare individue 'n nuwe, hoër liggaamsgewig-stelpunt kan vestig wat op dieselfde wyse teen gedwonge vas en oorvoeding verdedig word soos in normale gewigspersoneel (bv.11). Daarom is een van die sleutelkwessies in die begrip liggaamsgewigregulering die neurologiese verklaring vir hierdie verskuiwing in verdedigde liggaamsgewig. Wat is die neurale meganismes wat beskikbaarheid en smaaklikheid van energie-digte kos toelaat om die basiese homeostatiese verdedigingstelsel te oorweldig? Om hierdie meganismes te verstaan, kan lei tot die ontwikkeling van meer spesifieke dwelms of gedragsintervensies in die stryd teen vetsug.
Hedonic Processing is 'n integrale deel van die homeostatiese regulerende stelsel
Die siening dat die hedoniese en homeostatiese neurale kringe nie afsonderlike entiteite is nie, maar deel is van dieselfde regulatoriese stelsel, is vinnig besig om traksie te verkry. Dit is gebaseer op bewyse vir tweerigting modulasie van kortikolimbiese breinareas deur interceptiewe seine, en van die hipotalamus deur eksteroceptiewe seine en hul kognitiewe en emosionele korrelate (Figuur (Figure11B).
Bottom-up Modulasie van kortikolimbiese stroombane van kognisie en motivering deur interceptiewe seine van voedingstowwe beskikbaarheid
Die bottom-up beheer van hedoniese en kognitiewe prosesse deur interne seine is nie 'n nuwe insig nie. Gegewe die belangrike belangrikheid van voedingstowwe vir oorlewing, is dit 'n fundamentele kenmerk van die uitdrukking van honger en gaan terug na die begin van die evolusie van die senuweestelsel. Spesifiek, die hongerstaat word gekenmerk deur verhoogde aansporingstoewysing (die meganisme waardeur 'n doelvoorwerp soos voedsel hoogs verlang word en 'n gedragsmagneet wil hê), wat neurologies gemanifesteer word deur verhoogde aktiwiteit van die mesolimbiese dopamienstelsel (16-18). Wat is nuut, is sommige van die boodskappers en neurale meganismes om betrokke te wees. Byvoorbeeld, dit is nou duidelik dat een van die mees vooraanstaande homeostatiese reguleerders van liggaamsgewig - leptien - aptyt moduleer deur nie net op die hipotalamus op te tree nie, maar ook op komponente van die mesolimbiese dopamienstelsel (19-22) en op orefaktoriese en smaak sensoriese verwerking (23-25). Net so is baie ander interne seine van nutriënt beskikbaarheid, soos ghrelien, derm GLP-1 en PYY, en insulien, sowel as glukose en vet, ook deels op kortikolimbiese strukture betrokke by die kognitiewe en lonende aspekte van voedselinname beheer (26-36). Effekte op kognitiewe funksies deur hierdie hormone is interessant in die konteks van menslike studies wat gestremdhede toon van beide kognitiewe en metaboliese funksies by vetsugtige pasiënte (37-39). Alhoewel die gemeenskaplike skakel nog nie bekend is nie, dui 'n leidende hipotese daarop dat intestinale disbiose wat voortspruit uit 'n interaksie tussen suboptimale voeding, derm mikrobiota en die aangebore immuunstelsel met daaropvolgende veranderinge in die gut-tot-brein sein en bloed-brein versperring integriteit is belangrik (40-43).
Top-down modulasie van die klassieke hipotalamiese regulator deur sensoriese, kognitiewe en motiverende seine
Die ander bestuurder van hierdie geïntegreerde siening is nuwe insig in die top-down modulasie van klassieke homeostatiese kringe deur kognitiewe en emosionele prosessering in kortikolimbiese sisteme (44). Cue-geïnduceerde, gekondisioneerde voedsel inname word beskou as 'n belangrike meganisme in ooreet deur mense in 'n obesogene omgewing (45, 46) en is al geruime tyd in knaagdiere bestudeer (47). Sommige van die relevante paaie betrokke by hierdie kognisie-afhanklike voedselinname is in die rot geïdentifiseer deur die afhanklikheid van amygdala en prefrontale korteks-tot-laterale hipotalamusprojeksies te toon (48, 49). Onlangs is bewyse vir top-down modulasie van AGRP neurone in die mediobasale hipotalamus, die episentrum van klassieke homeostatiese regulering, aangebied. Hierdie kragtige neurone word vermoedelik hoofsaaklik beheer deur sirkulerende hormone en metaboliete in 'n relatief stadige groeiende en afnemende manier wat ooreenstem met die gevaste en gevoed state. Deur gebruik te maak van moderne geneties gebaseerde neuronspesifieke tegnologie, is getoon dat aktiwiteit van AGRP neurone ook op 'n tweede tot tweede basis beheer word deur die gekondisioneerde verwagting van naderende voedselinname (50, 51). Hierdie akute eksterne sensoriese en kognitiewe beheer oor AGRP-neuron-vuurkoers word waarskynlik bereik deur direkte of indirekte insette uit 'n aantal kortikale en subkortiese areas, soos aangetoon deur neuronspesifieke retrograde virale opsporing (52).
Beheer van voedselinname en regulering van energiebalans is hoofsaaklik onderbewussyn
Dit is duidelik dat die klassieke hipotalamiese neurale stroombaan verantwoordelik vir die homeostatiese regulering van energiebalans en liggaamsgewig, soortgelyk aan homeostatiese regulering van ander liggaamsfunksies, soos bloedglukose of bloeddruk, op die onbewustelike vlak grootliks buite bewustheid funksioneer. Daarbenewens en soos hierbo bespreek, is die aansporings sensibiliseringsmeganisme waarvolgens interceptiewe seine van energie-uitputting soos lae leptien-dryf "wil" deur die mesolimbiese dopamienstelsel (16, 18, 53) werk ook grootliks buite bewusmaking soos gedemonstreer in menslike neuroimaging studies (54-56). Selfs in die afwesigheid van metaboliese hongersnood en gepaardgaande interceptiewe sensitiwiteitsseine, lyk dit nie nodig om bewus te wees van die cue nie. Dit is getoon by rotte met cue-geïnduceerde gekondisioneerde voedsel inname (47, 48). Verder kan die menslike brein die waarde van monetêre belonings leer en dit gebruik vir besluitneming sonder die bewuste verwerking van kontekstuele leidrade (57). Alhoewel optimale besluitneming selfbeheersing vereis, verteenwoordig in die dorsolaterale prefrontale korteks (58, 59), is die transformasie van beloningsgedrewe gedragsaksie nie onder verpligte beheer van hierdie breinarea nie en beperk dit dikwels die vrye wil om op te tree (60). Laastens kan neurale aktiwiteit in sekere breinareas al 'n hele paar keer aangaan voordat mense bewus word van hul eie besluit (61, 62), wat daarop dui dat baie van die prosesse wat lei tot 'n besluit, op die onbewuste vlak plaasvind.
Bewegingsgedrag by beide mense en knaagdiere blyk besonder weerstandbiedend teenoor kognitiewe beheermaatreëls wanneer dit hoogs gewoonte is (63, 64). Onder normale omstandighede is inligting oor moontlike uitkomste belangrik vir cue-geïnduceerde doelgerigte aksies wat sulke aksies sensitief maak vir devaluasie. Gewoonlike gedrag hang egter nie meer af van verwagtinge van geleerde belonings nie en is dus grootliks ongevoelig vir meganismes van beloning-devaluasie (64, 65). Die neurale stroombane wat nie-gewoontegedrag reguleer, is anders georganiseer as dié vir gewone of outomatiese gedrag. Nie-gewoonte-gedrag hang sterk af van die ventrale striatum (nukleus accumbens) en die ventromediale prefrontale korteks, terwyl gewone gedrag meer afhang van die dorsolaterale striatum (65, 66). Die geheue stoor en herroep meganismes is ook verskillend vir gewone en nie-gewone aksies en gedrag. In onderskeiding van verklarende herinneringe wat 'n bewuste verstand vereis, werk prosedure herinneringe grootliks onder die vlak van bewustelike bewustheid en stoor is meer versprei (67-69). As gevolg hiervan, prosedure herinneringe en die gewoonte ingestel gedrag wat hulle lei is relatief bestendig teen inhibitiewe kognitiewe beheer en uitvoerende funksies.
Gevolgtrekking
Diere modelle is van kritieke belang vir die dissektering van die komplekse meganismes wat onderliggend aan vetsug lê. Gegee dat die oorweldigende meerderheid van genetiese loci gekoppel aan menslike vetsug geassosieer word met neurale funksies (70), is dit nie verbasend dat die neurale beheermaatreëls van voedselinname en regulering van energiebalans 'n hoofkomponent van hierdie meganismes is nie. Alhoewel funksionele neuroimaging by mense ook belangrike bydraes begin maak, het slegs die meer indringende benaderings in knaagdiere meganistiese verduidelikings verskaf. Gevolglik is die tradisionele digotomie tussen homeostatiese en nie-homeostatiese / hedoniese stelsels wat verantwoordelik is vir die beheer van eetlus en regulering van liggaamsgewig, alhoewel heuristies steeds bruikbaar, nie meer die uitgebreide anatomiese en funksionele interaksies tussen die twee sisteme beskryf nie. Daarbenewens het baie van die uitset van hierdie groter interaktiewe stelsel die bewustheid omseil. Die implikasies van hierdie nuwe insigte is verreikend aangesien dit nie net toekomstige navorsing sal lei nie, maar ook die ontwerp van farmakologiese en gedragsterapieë vir vetsug en eetversteurings.
Skrywer Bydraes
HM en CM het gehelp om die opinie te begryp, die literatuur hersien, dele van die manuskrip geskryf en die voorfinale weergawe van die manuskrip geredigeer. EQ-C en SY was betrokke by besprekings van die oorspronklike idee, hersiene dele van die literatuur, het dele van die manuskrip geskryf en die voorfinale manuskrip geredigeer. H-RB het die oorspronklike idee vir die opinie bedink, verskeie konsepversies van die manuskrip met alle mede-outeurs bespreek, die literatuur ondersoek en die finale manuskrip geskryf.
Konflik van belangstelling
Die skrywers verklaar dat die navorsing gedoen is in die afwesigheid van enige kommersiële of finansiële verhoudings wat as 'n potensiële botsing van belange beskou kan word.
Befondsing
Hierdie werk is ondersteun deur die Nasionale Instituut van Gesondheidstoelae DK047348 (H-RB), DK092587 (HM) en DK081563 (CM).
Verwysings
;