دانا إم سمول ، ألكسندرا جي ديفيليسينتونيو
علوم 25 Jan 2019:
المجلد. 363، Issue 6425، pp. 346-347
دوى: 10.1126 / science.aav0556
الإشارات التي تنقل المعلومات الغذائية من القناة الهضمية إلى الدماغ تنظم تعزيز الغذاء واختيار الغذاء (1-4). على وجه التحديد ، على الرغم من أن الحسابات العصبية المركزية تنفذ الاختيار ، فإن الجهاز العصبي الهضمي ينقل المعلومات حول النتائج الغذائية للخيارات إلى الدماغ بحيث يمكن تحديث تمثيل القيم الغذائية. هنا ، نناقش النتائج التي توصلت إليها مؤخرًا والتي توحي بإخلاص إشارة القناة الهضمية والتمثيل الناتج عن القيمة الغذائية للخطر بسبب الأطعمة المصنعة (3, 4). فهم هذا المحور يمكن أن يبلغ عن سلوك التغذية الذي يشمل الأطعمة المصنعة والسمنة.
في 1947 ، كشفت التجارب التي تم فيها تغذية القوارض على الوجبات الغذائية المتناظرة والتي تفاوتت في الحجم ، أن القوارض تقيس بدقة حجم الطعام المستهلك للحفاظ على السعرات الحرارية المستمرة عبر الأيام ، مما يشير إلى أن "الفئران تأكل مقابل السعرات الحرارية" (5). هذا يعني أنه يجب إنشاء إشارة لإيصال القيمة النشطة للأغذية إلى الدماغ لتوجيه المدخول. في وقت لاحق ، أكد آخرون أن هذه الإشارات "اللاحقة للابتلاع" يمكن أن تعزز من خلال إظهار أن الحيوانات قادرة على تكوين تفضيلات للنكهات المستهلكة بالسعرات الحرارية مقارنة بتلك المستهلكة دون - شكل من أشكال التعلم يسمى تكييف النكهات الغذائية (FNC) (6). الأهم من ذلك ، يحدث FNC حتى في حالة عدم وجود تحفيز الحواس الفموي المصاحب ، الذي يعزل إشارات ما بعد الابتلاع كمعزز رئيسي (7). على سبيل المثال ، فإن الحيوانات التي تفتقر إلى الآلية العصبية الحيوية التي تحول الذوق الحلو مع ذلك تشكل تفضيلات للمياه التي تحتوي على السكروز مقارنة بالماء وحده ، ويرافق هذا السلوك ارتفاعات في الدوبامين خارج الخلية في المخطط ، وهي منطقة دماغية ضرورية للتحفيز والتعلم. ولكن من الأهمية بمكان أن تسريب العامل المضاد للأيض 2-deoxyglucose ، الذي يمنع قدرة الخلايا على استخدام الجلوكوز كوقود ، يخفف تكوين الدوبامين خارج الخلية وتشكيل التفضيل (1). من المحتمل أن تكون هذه الإشارات عصبية وليست صماء (أي هرمونية) لأن ارتفاع الدوبامين خارج الخلوي سريع بعد التسريب داخل المعدة من الجلوكوز (8). علاوة على ذلك ، فإن ضخ الجلوكوز ولكن ليس الجلوكوز غير القابل للاستئصال في الوريد البابي يزيد الدوبامين خارج الخلية (8). بشكل جماعي ، يشير هذا إلى أن الحافز غير المشروط الذي يدفع تسليح (الكربوهيدرات) في الحيوانات هو إشارة استقلابية تنتج عندما تستخدم الخلايا الجلوكوز للوقود ؛ ثم يتم استشعار هذه الإشارة من خلال آلية في الوريد البابي ويتم نقلها لاحقًا إلى الدماغ لتنظيم إشارات الدوبامين (انظر الشكل). الطبيعة الدقيقة للإشارة الأيضية ومستشعرها وكيفية انتقالها إلى الدماغ غير معروفة.
هناك أدلة على أن آلية مماثلة تعمل في البشر. أثبتت دراسات التصوير العصبي أن إشارات الغذاء ، التي تنبئ بالسعرات الحرارية ، تنشط المخطط في البشر وأن حجم هذه الاستجابات ينظمه إشارات استقلابية (9). على وجه التحديد ، تتنبأ الزيادات في نسبة الجلوكوز في بلازما الدم بعد تناول مشروب يحتوي على الكربوهيدرات بحجم الاستجابة الشرطية المشروطة لمشهد وتذوق المشروبات. نظرًا لأن الجلوكوز يجب أن يكون موجودًا لاستخدامه كوقود ، فإن هذا يشير إلى أنه في البشر ، كما هو الحال في الحيوانات ، يعتمد تعزيز الكربوهيدرات على إشارة استقلابية مرتبطة بوجود الجلوكوز. بالإضافة إلى ذلك ، تشير الملاحظات في البشر إلى أن تمثيل الدماغ للإشارات الأيضية مستقل عن التصورات الواعية ، مثل تروق الطعام. كانت نفس الاستجابات المميتة لجديل النكهة التي تنبئ بالسعرات الحرارية والتي اقترنت بإحكام شديد بالتغيرات في الجلوكوز في البلازما لا علاقة لها بتقييم المشاركين للمشروبات. يتماشى ذلك مع دراسات التصوير العصبي الإضافية التي وجدت أن كثافة الطاقة الفعلية ، وليس كثافة الطاقة المقدرة أو تروق الصور الغذائية ، تتنبأ بالرغبة في الدفع مقابل الأغذية واستجابات دائرة المكافآت الهجومية (3, 10). تشير هذه الملاحظات إلى أن التمثيل العصبي لهذه الإشارات الغذائية المعززة مستقل عن التصورات الواعية عن الطعام. من الاحتمالات المثيرة للاهتمام أن الإشارات الأيضية هي من المولدات المهمة لبروز الحوافز (كيف تصبح الإشارات ذات معنى تحفيزي) وأن المسارات المتميزة التي بدأتها هذه الإشارات ترسم خريطة للدوائر العصبية التي تريد الغذاء مقابل دوائر الطعام (11).
الدهون هي مصدر مهم آخر للطاقة التي يتم استقلابها بشكل مختلف عن الكربوهيدرات. تبعا لذلك ، يختلف المسار الذي يتم من خلاله نقل القيمة النشطة للدهون إلى المخ. يؤدي حظر أكسدة الدهون إلى زيادة الشهية الدهنية ، كما يؤدي حظر أكسدة الجلوكوز إلى زيادة شهية السكر. ومع ذلك ، فإن قطع المبهم (عملية جراحية لقطع العصب المبهم) في الفئران يؤدي فقط إلى تعطيل الشهية المتزايدة للدهون ، مما يؤدي إلى عدم تأثر شهية الجلوكوز (12). على نحو متسق ، مثل الجلوكوز ، فإن التسريب المباشر للدهون في القناة الهضمية ينتج عنه ارتفاع فوري في الدوبامين المميت خارج الخلية. ومع ذلك ، يحدث هذا من خلال مستقبلات تنشيط البيروكسيسوم α (PPARα) - آلية محددة (2). يتم التعبير عن PPARα عن طريق الخلايا المعوية الاثنا عشرية و jejunal في الأمعاء الدقيقة وإشارات إلى العصب المبهم من خلال آليات غير معروفة حتى الآن. مثل إطلاق الدوبامين المسبب للجلوكوز ، فإن الارتفاع في الدوبامين سريع ، وهو ما يتسق مع الإشارات العصبية بدلاً من الغدد الصماء. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تنشيط هذه الخلايا العصبية الحسية المهبلية في الأمعاء العلوية التي تُظهر العقدة العُقْدِيَّة الصحيحة ، والدماغ المؤخر ، والدلالة السوداء ، والمخطط الظهري كافية لدعم تعلم المكافآت (تفضيل المكان) وإطلاق الدوبامين المميت في الفئران (13). ما إذا كان هذا المسار موجودًا في البشر غير واضح ، وما إذا كان يتم العثور على مثل هذه المسارات العصبية الأيضية (MNA) الخاصة بالدهون والعناصر الغذائية الأخرى.
اكتشاف أن الحافز غير المشروط الذي يدعم تعزيز الغذاء هو إشارة MNA - التي تكون على الأقل مستقلة في بعض الأحيان عن المتعة الحسية - أمر مفاجئ. ومع ذلك ، فإن الانعكاس الأعمق يكشف عن أناقة هذا الحل. يجب على جميع الكائنات الحية الحصول على الطاقة للبقاء على قيد الحياة ، ومعظمها يفتقر إلى وظائف الدماغ العليا التي تدعم الوعي. وبالتالي ، من المحتمل أن تعكس الآلية نظامًا محفوظًا يهدف إلى نقل الخصائص الغذائية للأغذية إلى الدوائر المركزية في الدماغ التي تنظم التغذية بشكل مستقل عن الوعي ، بحيث يكون الغذاء معزّزًا بقدر كونه مصدرًا مفيدًا للطاقة. وفقًا لذلك ، يعد نقل المعلومات الغذائية بدقة عالية من الأمعاء إلى المخ أمرًا ضروريًا لتقدير القيمة بدقة.
على الرغم من أنه من الواضح أن البيئة الغذائية الحديثة تعزز السمنة ومرض السكري ، إلا أن الجدل يحيط بالآليات الدقيقة التي يحدث بها هذا. تميل الأطعمة المصنعة الحديثة إلى أن تكون كثيفة الطاقة ، حيث تم تصميمها لتكون لا تقاوم قدر الإمكان ، كما أنها توفر العناصر الغذائية بجرعات ومجموعات لم يتم مواجهتها من قبل. نظرًا لأن الإشارات النشطة تقود إلى التعزيز ، فقد تزيد الجرعات الزائدة من التعزيز ، وبالتالي الإمكانات "المسببة للإدمان" للأطعمة المصنعة. ومع ذلك ، قد لا تكون هذه هي العوامل الوحيدة التي تسهم في زيادة مرض السكري والسمنة.
لزيادة الاستساغة ، كثيرا ما تضاف المحليات غير المغذية (المواد التي لا تحتوي على السعرات الحرارية) إلى الأطعمة والمشروبات التي تحتوي أيضا على السكريات والنشويات الغذائية. على سبيل المثال ، تحتوي المشروبات المحلاة بالسكر على السكريات الغذائية التي تحتوي على الجلوكوز والفركتوز ، بالإضافة إلى المحليات غير المغذية سوكرالوسي وأسيسولفام ك. تحتوي الزبادي في كثير من الأحيان على سكريات مغذية ومحليات غير مغذية مثل خلاصة أوراق ستيفيا. سوف تكشف لمحة موجزة عن الملصقات الغذائية في محل بقالة العديد من الأمثلة على الأطعمة والمشروبات التي تحتوي على كل من السكريات الغذائية والمحليات غير الغذائية. على النقيض من ذلك ، في الأطعمة غير المجهزة ، تتناسب الحلاوة مع محتوى السكر ، وبالتالي المحتوى (الطاقة) من السعرات الحرارية. تشير الدلائل الحديثة إلى أن المنتجات التي تحتوي على مزيج من السكريات الغذائية والمحليات غير المغذية تنتج تأثيرات استقلابية مثيرة للدهشة. على سبيل المثال ، سوف يؤدي تناول مشروب 115-kcal إلى إحداث تأثيرات حرارية أكبر إذا تمت مطابقة "الحلاوة" مع السعرات الحرارية مقارنةً إذا كانت حلوة جدًا أو غير حلوة بدرجة كافية (4). نظرًا لأن التوليد الحراري الناجم عن النظام الغذائي (DIT) هو علامة على استقلاب المغذيات ومحركات الاستجابة الأيضية المعززة من خلال MNA ، فإن المشروبات "المتطابقة" ذات السعرات الحرارية المنخفضة يمكن أن تحظى بمزيد من الإعجاب والاستجابة الهجومية من المشروبات "غير المطابقة" ذات السعرات الحرارية العالية (4). الأهم من ذلك ، يحدث هذا التأثير على الرغم من ارتفاع الجلوكوز في البلازما. هذا يدل على أنه في البشر ، كما هو الحال في الحيوانات ، ليس وجود المغذيات في القناة الهضمية أو الدم هو الذي يدفع التعزيز بل بالأحرى توليد الحمض النووي متعدد الأطراف عندما يتم استخدام المغذيات كوقود بالغ الأهمية. الآلية الكامنة وراء هذا التأثير "عدم التطابق" في البشر غير معروفة وتحتاج إلى مزيد من الدراسة. على وجه الخصوص ، فهم مصير الجلوكوز غير المستقلب ، وتحديد ما إذا كانت هناك آثار لمرض السكري والسمنة ، هو اتجاه حاسم في المستقبل. ما هو واضح هو أن القيمة النشطة للمشروبات التي تحتوي على سكريات مغذية ومحليات غير مغذية لا يتم توصيلها بدقة إلى المخ ، على الأقل في بعض الحالات ، وقد يؤدي هذا إلى توليد إشارات غير دقيقة ليس فقط لتنظيم المكافأة ولكن أيضا عمليات مثل تخزين الطاقة وتقسيم المواد الغذائية.
تعزيز إشارات التمثيل الغذائي للدماغ
في هذا النموذج المقترح لتعزيز إشارات التكرار العصبي الأيضي (MNA) ، تعتمد إشارة الدهون على التنشيط بوساطة PPARα للوكلاء الحسيين المهبليين الذين يخططون لعقدة العقدة اليمنى الصحيحة ، والدماغ المؤخر ، والدلالة السوداء ، والمخطط الظهري. يتم إنشاء إشارة الكربوهيدرات أثناء أكسدة الجلوكوز وتنشيط مستشعر الوريد البابي غير معروف ، والذي يحفز إشارة تنشط الخلايا العصبية الدوبامين في الدماغ المتوسط التي تنطلق إلى المخطط. شبكة قشرية مستقلة تدمج إشارات MNA مع قيمة واعية.
جرافيك: أ. كيتيرمان /علم
والمثال الثاني للإخطار المهدد بالإشارة إلى دماغ الأمعاء يأتي من دراسة تمت فيها مقارنة القيمة المعززة للأطعمة التي تحتوي في المقام الأول على الدهون ، أو الكربوهيدرات في المقام الأول ، أو كل من الدهون والكربوهيدرات (3). لا توجد الأطعمة التي تحتوي على نسبة عالية من الدهون والكربوهيدرات بسهولة في الأطعمة غير المجهزة ، ولكنها غالبًا ما تكون موضع الرغبة في تناول الطعام (مثل الشوكولاته والكعك). أوضحت الدراسة أنه من خلال اختيار الأطعمة ذات السعرات الحرارية والمحبوبة على قدم المساواة ، أراد الأشخاص الأطعمة التي تحتوي على الدهون والكربوهيدرات أكثر من تلك التي تحتوي على الدهون أو الكربوهيدرات وحدها ، وهذا انعكس في الاستجابات القاتلة فوق المضافات (3). قد يسهم ذلك في بعض الأطعمة التي تكون شهوة أو لا تقاوم أكثر من غيرها ، وبالتالي تلعب دوراً في الإفراط في تناول الطعام.
تشير هذه النتائج الناشئة إلى نظامين منفصلين يقودان اختيار الغذاء. نظام واحد يعكس مباشرة القيمة الغذائية للأغذية ويعتمد على إشارات التمثيل الغذائي التي تصل إلى المخ (MNAs). يبدو أن نظام استشعار المغذيات هذا يلعب دوراً حاسماً في تنظيم الدوبامين الهابط ، وتحديد قيمة الأطعمة ، ودفع اختيار الغذاء. في النظام الثاني ، تعتبر التصورات الواعية مثل النكهة والمعتقدات حول المحتوى من السعرات الحرارية والتكلفة وصحة الأطعمة من العوامل المهمة في اختيار الغذاء (14, 15). يبدو أن الحسابات العصبية المتعلقة بالمساهمين الواعيين في القيمة تختلف عن تلك المتعلقة بإشارات التعزيز التغذوي للـ MNAs وتعتمد على الدوائر داخل القشرة المخية قبل الجبهية والقشرة المعزولة (9). يعد تحديد كيفية تفاعل النظامين لتنظيم سلوك الابتلاع واستقلاب المغذيات موضوعًا مهمًا للبحث.
الأدلة تكدس أن المحتوى الغذائي للأطعمة المصنعة لا يتم نقله بدقة إلى المخ. وهذا يثير احتمال أن تؤثر طريقة تحضير الأطعمة ومعالجتها ، إلى جانب كثافة الطاقة أو استساغة طاقتها ، على علم وظائف الأعضاء بطرق غير متوقعة يمكن أن تعزز الإفراط في تناول الطعام وضعف التمثيل الغذائي. إن الفهم الأفضل لكيفية تفاعل خصائص الأطعمة المصنعة مع مسار الأمعاء أمر بالغ الأهمية ، مثل تحديد ما إذا كانت هذه التأثيرات تؤثر على إشارات الشبع ، والخصائص التي تسبب الإدمان للأطعمة ، وصحة التمثيل الغذائي ، والسمنة. بالإضافة إلى ذلك ، على الرغم من أننا نركز على الدهون والكربوهيدرات ، فمن المحتمل أن تكون هناك مسارات متعددة للإشارة لنقل مجموعة من المعلومات الغذائية إلى الدماغ لتوجيه اختيار الغذاء — وقد تتأثر هذه المسارات بالمثل بالأطعمة المصنعة.
http://www.sciencemag.org/about/science-licenses-journal-article-reuse
هذا هو مقال وزعت بموجب شروط المجلات العلمية الترخيص الافتراضي.
المراجع والملاحظات
- ↵
- LA Tellez et al
. ، جي. فيزيول. 591 ، 5727 (2013).
CrossRefمجلاتالباحث العلمي من Google
- ↵
- LA Tellez et al
. ، علوم 341 ، 800 (2013).
الملخص / النص الكامل المجانيالباحث العلمي من Google
- ↵
- AG DiFeliceantonio et al
. ، خلية Metab. 28 ، 33 (2018).
- ↵
- MG Veldhuizen et al
، Curr. بيول. 27 ، 2476 (2017).
- ↵
- EF أدولف
، أنا. جي فيزيول. 151 ، 110 (1947).
- ↵
- GL هولمان
، J. Comp. الفيزيولوجيا. Psychol. 69 ، 432 (1969).
CrossRefمجلاتشبكة العلومالباحث العلمي من Google
- ↵
- X. Ren et al
. ، جي نيوروسي. 30 ، 8012 (2010).
الملخص / النص الكامل المجانيالباحث العلمي من Google
- ↵
- L. Zhang et al
.، أمامي. Integr. Nuerosci. 12 ، 57 (2018).
- ↵
- IE de Araujo et al
، Curr. بيول. 23 ، 878 (2013).
CrossRefمجلاتالباحث العلمي من Google
- ↵
- DW تانغ وآخرون
. ، Psychol. الخيال العلمي. 25 ، 2168 (2014).
CrossRefمجلاتالباحث العلمي من Google
- ↵
- KC Berridge
، Neurosci. Biobehav. القس 20 ، 1 (1996).
CrossRefمجلاتشبكة العلومالباحث العلمي من Google
- ↵
- س. ريتر ،
- شبيبة تايلور
، أنا. جي فيزيول. 258 ، R1395 (1990).
- ↵
- دبليو هان وآخرون
. ، الخلية 175 ، 665 (2018).
- ↵
- تا هير وآخرون
. ، علوم 324 ، 646 (2009).
الملخص / النص الكامل المجانيالباحث العلمي من Google
- ↵
- H. Plassmann et al
. ، جي نيوروسي. 30 ، 10799 (2010).
الملخص / النص الكامل المجانيالباحث العلمي من Google
شكر وتقدير: نشكر كل من I de Araujo و A. Dagher و S. La Fleur و S. Luquet و M. Schatzker و M. Tittgemeyer على مساعدتهم في تشكيل وجهة نظرنا. نقدر ب. ميلنر لعملها الرائد في مجال التعلم الضمني.
;
