Sborník Výživové společnosti
Listopad 2012, str. 478-487
Hans-Rudolf Berthoud (a1)
DOI: https://doi.org/10.1017/S0029665112000602
Publikováno online: 17 Červenec 2012
Abstraktní
Cílem tohoto nesystematického přehledu literatury je vyzdvihnout některé nervové systémy a cesty, které jsou ovlivněny různými aspekty moderního potravinového prostředí podporujícího příjem, a prozkoumat možné způsoby interakce mezi základními systémy, jako je hypotalamus a brainstem. primárně vnímavý k interním signálům dostupnosti paliva a předních mozkových oblastí, jako je kortex, amygdala a mezokortikoidní dopaminový systém, primárně zpracovávající vnější signály. Moderní životní styl s drastickými změnami ve způsobu, jakým jíme a pohybujeme, vyvíjí tlak na homoostatický systém zodpovědný za regulaci tělesné hmotnosti, což vedlo ke zvýšení nadváhy a obezity. Síla potravinových tág zaměřených na citlivé emoce a kognitivní mozkové funkce, zejména u dětí a dospívajících, je stále více využívána moderními nástroji pro neuromarketing. Zvýšený příjem energeticky hustých potravin s vysokým obsahem tuku a cukru nejenže zvyšuje přidávání energie, ale může také narušit nervové funkce mozkových systémů zapojených do snímání živin a do hedonického, motivačního a kognitivního zpracování. Dospělo se k závěru, že k identifikaci kritických environmentálních faktorů a souvisejících příslušných nervových systémů jsou nezbytné pouze dlouhodobé prospektivní studie na lidských subjektech a zvířecích modelech se schopností prokázat trvalé nadměrné stravování a rozvoj obezity. Statistiky z těchto studií az moderního výzkumu v oblasti neuromarketingu by měly být stále více využívány k podpoře konzumace zdravých potravin.
Vzhledem k obrovskému množství konzumovaného jídla je pozoruhodné, že pro většinu z nás zůstává tělesná hmotnost po celou dospělost stabilní. Tato stabilita hmotnosti je připisována homoostatickému regulačnímu systému v hypotalamu, který snímá nutriční a metabolický stav těla a řídí příjem a výdaj energie. Přesto se u rostoucí části populace, včetně mnoha dětí a dospívajících, rozvine obezita a náchylnost k řadě dalších vysilujících nemocí. Hádanka s vysokou mírou obezity tváří v tvář regulaci homeoostatické energetické rovnováhy vedla k intenzivní vědecké debatě a objevily se nejméně tři různé názory. První je, že aby se tělesná hmotnost (zde používaná zaměnitelně s adipozitou) odklonila od normy, musí být něco špatného s homoostatickým regulátorem umístěným v hypotalamu.(1). Další charakteristikou často spojenou s tímto pohledem je přísně bráněná „nastavená hodnota“ tělesné hmotnosti. Tento názor je podporován skutečností, že pokud je s homoeostatickým regulátorem něco špatného, např. Narušená signalizace leptinem a / nebo melanokortinem, je obezita nevyhnutelná(2). Avšak pouze velmi malé procento obezity může být alokováno k defektům v současném známém aparátu homoostatického regulátoru.(3). Zdá se, že drtivá většina obézních lidí nemá chybné geny, které jsou v současné době spojovány s obezitou.
Druhým názorem je, že homoostatický regulátor působí hlavně na obranu proti nedostatečné nabídce, ale nikoli nadměrné nabídce živin, že je organizován se značnou flexibilitou, aby vyhověl různým vnitřním a vnějším nepředvídaným událostem, jako je těhotenství a sezónní výkyvy, a že neexistuje přísně bráněná tělesná hmotnost. 'žádaná hodnota'(4-7). Důsledkem by bylo, že odchylky od ideální tělesné hmotnosti nemusí být vždy patologické, ale mohou to být fyziologické přizpůsobení zvláštním okolnostem.
Třetí pohled má zahrnovat, kromě hypothalamu, další mozkové oblasti, jako je mozkový systém, bazální ganglie a kortiko-limbický systém, ve větších obvodech homoostatického regulátoru.(8-12). Tento pohled je podporován pozorováním trvalých účinků na příjem potravy a energetickou rovnováhu manipulací s takovými hypothalamickými oblastmi. Bylo by také mnohem lepší vysvětlit, jak se může obezita vyvíjet v rychle se měnícím prostředí, které primárně interaguje s kognitivním a emočním mozkem.
V následujícím nesystematickém přezkumu budu diskutovat o tom, jak by se tento větší nervový obvod, uvažovaný podle třetího pohledu uvedeného výše, mohl podílet na řízení někdy konkurenčních vlivů intero- a exterosenzorických signálů na řízení příjmu potravy, energie regulace výdajů a tělesné hmotnosti.
Moderní prostředí: pokušení jíst a vyhýbat se fyzické aktivitě
Způsob, jakým žijeme, zejména co, kdy a jak jíme a pracujeme, se během posledních 50 let drasticky změnil s postupnou transformací z zemědělství založeného na spotřebitelskou společnost. Potraviny jsou snadno dostupné velké části populace, zatímco příležitost fyzicky pracovat a spotřebovat energii se snížila. Se vzestupem elektronické komunikace hraje mozek mnohem významnější roli při získávání a konzumaci potravin a při řízení každodenních činností. Denně se vyskytují nápory spojené s jídlem a obrázky jídla(13, 14). Reklamní a potravinářský průmysl se stále více spoléhá na odborné znalosti neurovědců a psychologů a neuromarketing je novým heslem. Neuromarketing u dětí je obzvláště výnosný, protože generuje věrné budoucí kupce značkových produktů. Nefiltrované vyhledávání PubMed s použitím termínů „marketing potravin“ a „děti“ přineslo papíry 756, z nichž 600 byl publikován po roce 2000. Zohlednění mnohahodinového vystavení dětí a dospívajících médiím a elektronickým zařízením(15-17) a použité přesvědčivé techniky(18-21), termín „mozkové mytí“ není nepřesný. Stejně silné metody by samozřejmě mohly být použity k přimění dětí ke konzumaci zdravých potravin(22, 23), ale tato možnost zůstává málo prozkoumána. Přestože potravinářský průmysl používá nejmodernější technologii k nalezení neurologických markerů pro chuť a chuť k jídlu, velká část tohoto vhledu bohužel není sdílena s výzkumnou komunitou.
Podmíněný příjem potravy při absenci metabolické potřeby
Protože jsme stále více vystaveni narážkám vyvolávajícím vzpomínky a obrazy potravin po celý den, stává se to stále častěji, když jsme nasyceni a metabolicky naplnění. Není jasné, jak může být tento hedonický hlad vyvolán v nepřítomnosti metabolických deplečních signálů nebo během postprandiální fáze, kdy je ve střevě stále dostatek absorbovatelné energie. Proč prostě ignorujeme takové podněty a podněty? Je možné několik vysvětlení.
Weingarten vyvinul model pro podněcovaný, podmíněný příjem potravy u saturovaných krys(24). Po dočasném spárování tónu nebo světla (podmíněný stimul, CS+) s prezentací výsuvného potravinového šálku u zvířat s omezeným přístupem k potravě se krysy rychle naučily chodit do potravinového šálku pokaždé, když CS+ byl na. Poté, co byly krysy vráceny do podle libosti krmení a byli plně nasycení, CS+ pokračoval v vyvolávání přístupu k šálku jídla a malému jídlu(24), úzce napodobující podmíněný příjem potravy prostřednictvím vnějších podnětů u lidských subjektů. V řadě elegantních studií ukázal Petrovich důležitost neurální sítě včetně amygdaly, mediální prefrontální kůry a laterálního hypotalamu pro tento jev.(25-27). Zdá se, že vstupy do hypotalamu z amygdaly i mediální prefrontální kůry (viz Obr. 1) jsou nezbytné k propojení konkrétních podmíněných podnětů s apetitivním působením. Bude zajímavé prozkoumat roli laterálních hypothalamických neuronů orexinu a jejich projekce do mezolimbického dopaminového systému, protože tyto neurony se podílejí na příjmu potravy indukované μ-opioidy.(28), příjem soli indukovaný vyčerpáním(29) a znovuzavedení vyhledávání drog(30). Protože laterální hypothalamus je hlavním behaviorálním a autonomním výstupním místem pro mediobasální hypothalamický integrační senzor energie, může tento modulační vstup z amygdaly a prefrontální kůry poskytnout základ pro potlačení homoeostatické regulace externími signály. Je však třeba poznamenat, že ani Weingarten(24) ani Petrovičova studia(25) testováno, zda je opakované CS delší+ expozice vedla k chronickému přejídání a rozvoji obezity a tomu, zda tomu zabránila transekce kritických amygdala-hypothalamických projekcí.
Obr. 1. (color online) Hlavní nervové systémy a cesty zapojené do kontroly ingestivního chování a regulace energetické bilance s důrazem na interakce mezi klasickým homoeostatickým regulačním systémem energie v hypotalamu a mozkovém kmeni (modré rámečky a šipky v dolní polovině) a kognitivní / emoční mozek systémy (červené rámečky a šipky v horní polovině). Modulace kognitivních a emocionálních procesů zdola nahoru metabolickými signály a jejich deriváty se provádí (a) cirkulujícími hormony a metabolity působícími nejen na hypotalamus a mozkový kmen, ale také na vnější smyslové dráhy zpracování, jakož i na složky kortikolimbického systému ( otevřené modré šipky s přerušovanými čarami, b) proud vaginálních a míšních senzorických informací z těla do všech úrovní neuraxe, včetně kůry (plné modré šipky s plnými čarami) a c) nervové signály generované integrační hypothalamický energetický senzor a distribuovaný do oblastí zapojených do rozhodování založeného na odměnách (plné modré šipky s plnými čarami). Společně tyto vzestupné modulační vlivy určují úroveň motivační orientace zaměřené na specifické živiny. Modulace příjmu potravy a výdeje energie shora dolů pomocí kognitivních a emocionálních / odměnových systémů se provádí (a) přímým externím (chuť a vůně) senzorickým vstupem do hypothalamického energetického senzoru a alokátorem reakce (tmavě žluté čáry), (b) vstupem od systémů zpracování amygdaly, kůry a odměn po hlavně laterální hypotalamus, odpovědný za podmíněné vnější signály k vyvolání příjmu potravy (plné červené čáry a šipky), (c) vstupy od kůry, amygdaly a bazálních ganglií k extrapyramidovým motorickým cestám midbrain (emoční) motorický systém, přerušované červené čáry a plné šipky) a d) pyramidální motorický systém pro dobrovolnou kontrolu chování (přerušené červené čáry vpravo). N. Accumbens, nucleus accumbens; SMA, doplňková oblast motoru; BLA, basolaterální amygdala; CeA, centrální jádro amygdaly; VTA, ventrální tegmentální oblast; PAG, periaqueductal grey; GLP-1, glukagonu podobný peptid-1; PYY, peptid YY; AT, tuková tkáň; SPA, spontánní fyzická aktivita. Převzato z(12).
Fenomén smyslově specifické sytosti(31) může usnadnit příjem potravy v nasyceném stavu. Příkladem tohoto usnadnění je přitažlivost nového smyslového potravinového zážitku, obvykle dezert, na konci nasyceného jídla. Co se týče nervových mechanismů tohoto jevu, je známo jen málo, ale ukázalo se, že snížení elektrické aktivity neuronů v orbitofrontální kůře, část čelní kůry makaků, může odrážet smyslově specifickou sytost.(32). Je možné si představit, že některé neurony v orbitofrontální kůře směřují svůj výstup na laterální hypotalamus a tím zvyšují zranitelnost vůči kondicionovaným potravinám mezi jídly.
Je také možné, že tzv. Reakce na cefalickou fázi na zrak a čich (nebo jen přemýšlení) jídlo mohou vyvolat chutný apetitiv (33, 34). Možná malé zvýšení vylučování slin, žaludeční kyseliny, inzulínu a ghrelinu, které tvoří cefalickou reakci, stimuluje chuť k jídlu působením na smyslové nervy nebo přímo na mozek, a tím zvyšuje nervové účinky podmíněných podnětů. Můžeme být také více ohroženi kondicionovanými jídly, když jsou ve stresu. Byla prokázána konzumace potravin jako forma samoléčby pro zmírnění stresu(35), ačkoli neznáme zapojené nervové mechanismy. A konečně, historie nejistoty ohledně zásobování potravinami by také mohla zvýšit reaktivitu na potravinové podněty při neexistenci přímého metabolického hladu.
Souhrnně bylo jasně ukázáno, že upravené podněty mohou u saturovaných krys indukovat příjem potravy a byly identifikovány některé kritické nervové obvody. Stimuly z prostředí tak mají jednoznačně schopnost dočasně přemoci homoeostatickou regulaci. Neexistuje však žádná studie na zvířatech ani na lidech, která by přímo prokázala, že dlouhodobá expozice podmíněným podnětům vede k obezitě.
Amplifikace hedonického hladu metabolickou potřebou
Pokud jsou v době metabolické deplece, například krátce před jídlem nebo během jídla, přítomny upravené podněty, jako je reklama na potraviny, je pravděpodobnější, že stimulují nadměrné trávení, protože metabolická deplece zvyšuje jejich motivaci(36, 37). Je dobře známo, že díky metabolickému hladu jsme citlivější na signály signalizující odměnu za jídlo a léky(38, 39). Neurální dráhy a mechanismy, které se podílejí na tomto přisuzování výběžků, nejsou zcela pochopeny, ale v poslední době došlo k pokroku. Konkrétně bylo prokázáno, že metabolické depleční signály ve formě vysokých hladin cirkulujícího ghrelinu, jakož i nízkých hladin leptinu, inzulínu, střevních hormonů a různých metabolitů, mohou působit nejen na klasické oblasti mozku zapojené do homoeostázy energetické rovnováhy, jako je hypothalamus a brainstem, ale také na mozkové oblasti podílející se na smyslovém zpracování, poznání a odměně (Obr. 1; také vidět(40) pro podrobnější diskusi).
Moderní stravovací návyky: zvýšená dostupnost, rozmanitost a velikost porcí
I při absenci reklam na jídlo jsme stále více vystaveni příležitostem k jídlu. Ve srovnání s relativně pevnými stravovacími zvyklostmi v minulosti se dostupnost jídla drasticky zvýšila doma, na pracovišti i v širší komunitě. Kromě narozeninových dortů a prodejních automatů v práci a ve škole a zvyšujícího se počtu míst rychlého občerstvení je lednička doma také vždy naskládaná na hotová jídla. Kromě toho se dramaticky zvýšila typická velikost talířů a porcí a běžné servírovací bufety jsou běžné(41). Ačkoli existuje spousta studií, které ukazují, že manipulace s dostupností, rozmanitostí a velikostí porcí mají krátkodobé účinky na příjem potravy u lidských subjektů(42-45), několik studií se zabývalo dlouhodobějšími důsledky pro příjem a přírůstek hmotnosti. V jedné takové kontrolované klinické studii bylo jasně prokázáno, že zvyšující se velikost porce vedla k trvalému zvyšování příjmu potravy a přírůstku hmotnosti během pozorovacího období 11 d(46). Je však přirozeně obtížné a nákladné přesně měřit příjem potravy u lidských subjektů v dlouhodobých studiích. Přímý důkaz, že dostupnost, příležitost a rozmanitost potravin může způsobit lidskou obezitu, není tak silný, jak se běžně předpokládá. Dále nepřímé důkazy z průřezových studií srovnávajících štíhlé a obézní subjekty(45) je omezena skutečností, že nemůže rozlišovat příčinu a následek.
Studie na zvířatech poskytují mnohem lepší experimentální kontrolu v delším časovém období. Je zřejmé, že vystavení zvířat podle libosti strava s vysokým obsahem tuku a rozmanitost (jídelna) může způsobit hyperfágii a obezitu(47). Standardizovaná dieta s vysokým obsahem tuku je nyní komerčně dostupná již více než deset let a byly provedeny tisíce studií; role složení stravy a chutnosti je diskutována v následující části. Na rozdíl od toho existuje pouze jedna studie zkoumající roli dostupnosti u hlodavců. Potkani, kteří měli přístup ke čtyřem výtokům sacharózy a jednom výtoku vody, spotřebovávají více energie a získali větší váhu během pozorovacího období 30 d než potkani, kteří měli přístup k jednomu výtoku sacharózy a čtyřem výtokům vody(48). Tato zjištění jsou skutečně překvapivá. I když lze akutní nadměrné zkoumání snadno vysvětlit počáteční zvědavostí odebrat vzorky z každého dostupného výtoku, je těžké pochopit, proč v průběhu času nedochází k adaptaci a proč selhaly mechanismy homoeostatické regulace. Autoři nazvali článek „Obezita podle volby“, což naznačuje, že potkan nedokázal učinit rozumnou volbu(48). Je důležité ověřit výsledky tohoto experimentu, protože jej nemohla replikovat jiná skupina vědců (A Sclafani, osobní komunikace).
Jaké jsou nervové mechanismy odpovědné za konzumaci více energického jídla, když je dostupnost, rozmanitost a velikost porcí vysoká? Hyperfágie vyvolaná dostupností u subjektů s normální hmotností bude pravděpodobně záviset na nervových mechanismech podobných těm, které jsou zapojeny do hyperfágie vyvolané jídlem, jak bylo diskutováno výše. Rozdíl je v tom, že při přejídání vyvolaném tágem jsou podněty bezprostřednější. To znamená, že pokud se signály naznačující dostupnost jídla shodují se signály metabolické deplece krátce před jídlem, jejich význam bude zesílen, což má za následek dřívější zahájení jídla. Za metabolicky plných podmínek se ukázalo, že obvody zahrnující amygdalu, prefrontální kůru a laterální hypotalamus jsou odpovědné za podmíněný příjem potravy u saturovaných krys(25, 27, 49) bude pravděpodobně zapojen.
Moderní jídla: od chutných po návykové
Chutnost je zjevně jedním z hlavních faktorů příjmu potravy a u vnímavých jedinců může vést k rozvoji obezity. Souvislost mezi chutností a rozvojem obezity však stále není jasná. Spotřeba vysoce chutné francouzské / středomořské kuchyně, známá jako „francouzský paradox“, představuje menší riziko obezity, což naznačuje, že existují jiné faktory než chutnost, které vedou k chronické nadměrné spotřebě. Důležitějším faktorem mohou být energeticky náročné potraviny s vysokým obsahem cukru a tuků a s nízkým obsahem vitamínů a minerálů (nazývané také prázdné energie). Potraviny, jako je tato, mohou být návykové.
Neurální reprezentace potěšení z jídla
Je zřejmé, že hodnotu odměny jídla nepředstavuje pouze její chuť a chuť během konzumní fáze. K zážitku odměny přispívají různé smyslové podněty a emoční stavy nebo pocity s výrazně odlišnými časovými profily. Konkrétně během post-konzumační fáze interagují živiny se senzory v gastrointestinálním traktu, dalšími periferními orgány a samotným mozkem. Nedávno bylo prokázáno, že i když je veškeré zpracování chuti odstraněno genetickou manipulací, myši se stále učí dávat přednost cukru před vodou, což naznačuje, že při procesu využití glukózy je generována potravinová odměna.(50).
Vzhledem k mnohostrannému zapojení potěšení a odměny do požitého chování je jasné, že se jedná o více nervových systémů (podrobnější analýza viz(51)). Stručně řečeno, nejprimitivnější forma zalíbení a zalíbení se zdá být inherentní složkám periferních chodnících v mozkovém kmeni.(52-55). Avšak pro plný smyslový dopad chutného jídla a subjektivní pocit potěšení u lidských subjektů je chuť integrována s dalšími smyslovými modalitami, jako je vůně a pocit v ústech. Integrace probíhá v předních mozkových oblastech, včetně amygdaly, jakož i v senzorických kortikálních oblastech primárního a vyššího řádu včetně ostrovní a orbitofrontální kůry, kde se vytvářejí smyslové reprezentace jednotlivých potravin.(56-62). Přesné nervové dráhy, kterými takové smyslové vnímání nebo reprezentace vedou ke vzniku subjektivního potěšení, nejsou jasné. Neuroimagingové studie na lidských subjektech naznačují, že potěšení, měřeno subjektivními hodnoceními, je počítáno v částech orbitofrontální a možná ostrovní kůry.(55, 63).
Nervové systémy představující motivaci k jídlu
Konečným cílem reklamy na potraviny je nalákat jednotlivce, aby si koupil konkrétní potravinový produkt a byl na něj závislý. Tento cíl může být spojen s tím, co se stane ve závislosti na drogách a alkoholu, a není divu, že podobné nervové mechanismy byly implikovány. Ačkoli se „líbilo“ značkové potravině zdá být nezbytné, „chtít“ ji a koupit je důležitější pro úspěšný marketing. Podle laskavého / toužícího rozdílu v odměně za jídlo je možné „chtít“ něco, co se nelíbí(64). Berridge definoval, že chce „motivující motivaci, nebo motivaci k odměně obvykle vyvolané odměnami souvisejícími s odměnami“(36). Mezolimbický dopaminový systém s projekcemi z ventrální tegmentální oblasti do nucleus accumbens, prefrontální kůry, amygdaly a hippocampu se zdá být klíčovým neurálním substrátem pro touhu (Obr. 1). Fázická aktivita dopaminových neuronů vyčnívajících z ventrální tegmentální oblasti do jádra accumbens ve ventrálním striatu je zapojena do rozhodovacího procesu během přípravné (chutné) fáze požitého chování(65, 66). Navíc, když se konzumují chutná jídla, jako je sacharóza, dochází v jádru accumbens k trvalému a na sladkosti závislému zvýšení a obratu hladin dopaminu.(67-69). Zdá se tedy, že dopaminová signalizace v nucleus accumbens hraje roli jak v chutné, tak konzumní fázi požití. Skořápka nucleus accumbens je tedy součástí nervové smyčky včetně laterálního hypotalamu a ventrální tegmentální oblasti, přičemž klíčovou roli hrají neurony orexinu(28, 70-74). Zdá se, že tato smyčka je důležitá pro přenos signálů metabolického stavu z laterálního hypotalamu a tedy přiřazení motivační důležitosti cílovým objektům, jak bylo uvedeno výše.
Stravování a „svobodná vůle“
U lidských subjektů existuje také potřeba na vědomější úrovni, kterou popsal Berridge jako „kognitivní touha po deklarativním cíli v běžném smyslu slova, které chce“.(36). Kromě mezolimbického dopaminového systému je pravděpodobně zapojeno množství kortikálních oblastí, jako je dorsolaterální prefrontální kůra a další složky rozhodovacího systému.(75). Nakonec je možné vědomé rozhodnutí jíst potravu nebo se jí zdržet. Ačkoli se zdá, že to odpovídá „svobodné vůli“ každého jednotlivce, i zjevně vědomá rozhodnutí mohou mít podvědomou složku. To bylo prokázáno v neuroimagingové studii na lidských subjektech, která byla navržena tak, aby dekódovala výsledek rozhodnutí před a po dosažení vědomí.(76). Je pozoruhodné, že když rozhodnutí subjektu dosáhlo vědomého vědomí, bylo již po dobu 10 s ovlivňováno nevědomou (nevědomou) mozkovou aktivitou v laterální a mediální frontopolární i přední cingulární kůře a precuneus(76). Tato prefrontální aktivita je nezbytná, aby bylo možné s výhodou vybrat při hraní hazardních her, byla prokázána ve studii u pacientů s prefrontálními lézemi(77). Normální subjekty si začaly vybírat výhodněji, než si uvědomily, která strategie fungovala nejlépe, a projevily předvídavé reakce na vodivost pokožky, než výslovně věděly, že je to riskantní volba. Naproti tomu prefrontální pacienti pokračovali v nevýhodných volbách a nikdy nevykazovali předvídatelnou autonomní odpověď(77). Tato zjištění silně naznačují, že podvědomá neurální aktivita může vést požité chování dříve, než to vědomé explicitní znalosti udělá. Neurální cesty pro behaviorální a autonomní kontrolu, které unikají vědomí, nejsou dobře známy. Cesty z různých prefrontálních kortikálních oblastí a zvláště silné sestupné cesty z amygdaly do oblastí ve středním mozku (včetně periaqueductal grey), mozkového kmene a míchy jsou však známy jako součást emočního motorického systému, který existuje mimo hranice vědomí řízení(78-80) (Obr. 1). Je zajímavé, že mnoho oblastí limbického systému, včetně kůry, má přímé, monosynaptické vstupy do autonomních pregangliových neuronů.(81), poskytující cestu pro podvědomou modulaci periferních orgánů zapojených do metabolických procesů (Obr. 1).
Překrývání nervových drah pro příjem potravy a drogovou závislost
Na základě pozorování, že dostupnost dopaminového receptoru-2 v dorzálním striatu je podobně snížena u obézních subjektů i závislých na kokainu(82), následovala prudká diskuse o podobnostech mezi závislostí na jídle a drogách(83-92).
Protože opakovaná expozice zneužívání drog způsobuje neuroadaptivní změny vedoucí ke zvýšení prahů odměny (tolerance vedoucí ke snížené odměně), které vedou k urychlenému příjmu léčiva(93-98), podobné nervové a behaviorální změny lze předvídat z opakovaného vystavení návykovým potravinám. Je například známo, že opakovaný přístup k sacharóze up-reguluje uvolňování dopaminu(99) a expresi dopaminového transportéru(100)a také ke změně dostupnosti dopaminového D1 a D2-receptoru v nucleus accumbens(99, 101). Tyto změny mohou být zodpovědné za pozorovanou eskalaci sacharózového bingingu, zkříženou senzibilizaci na amfetaminem indukovanou lokomotorickou aktivitu, abstinenční příznaky, jako je zvýšená úzkost a deprese.(99) a sníženou posilovací účinnost normálních potravin(102).
Vystavení chutné stravovací stravě u potkanů Wistar vedlo k trvalé hyperfágii nad 40 da laterální hypothalamická elektrická stimulační prahová hodnota se zvýšila souběžně se zvyšováním tělesné hmotnosti.(103). Podobná necitlivost systému odměn byla dříve pozorována u závislých krys, které si samy podaly intravenózní kokain nebo heroin(93, 94). Exprese dopaminového D2-receptoru v dorzálním striatu byla významně snížena, souběžně se zhoršením prahu odměny(103), na hladiny zjištěné u potkanů závislých na kokainu(104). Je zajímavé, že po 14 d abstinence z chutné stravy se práh odměny normalizoval, i když krysy byly hypofagické a ztratily přibližně 10% tělesné hmotnosti(103). To je v kontrastu s relativně rychlou (asi 48 h) normalizací prahů odměny u potkanů, kteří se zdrželi sebepodávání kokainu.(94), a může naznačovat přítomnost nevratných změn způsobených vysokým obsahem tuku ve stravě (viz další část). Vzhledem k pozorování, že osoby závislé na kokainu a obézní lidské subjekty vykazují nízkou dostupnost D2-receptorů v dorzálním striatu(105), plasticita dopaminu v důsledku opakované konzumace chutného jídla může být podobná jako u opakované konzumace drog zneužívaných. Na druhé straně existuje méně přesvědčivých důkazů o vývoji závislosti na vysokotučných potravinách(106, 107), ačkoli přerušovaný přístup ke kukuřičnému oleji může stimulovat uvolňování dopaminu v jádru accumbens(108).
Moderní potraviny: od energetické husté po jedovaté
Ze studií na hlodavcích je zřejmé, že konzumace stravy s vysokým obsahem tuků nejen vyvíjí tlak na energetickou rovnováhu tím, že poskytuje extra energii, ale že může také způsobit poškození mozku. Zdá se, že samotná oblast mozku, která má přísně regulovat energetickou rovnováhu, hypothalamus, je poškozena jídlem s vysokým obsahem tuku(109-115). Ryan nedávno přezkoumal komplexní kaskády molekulárních změn, díky nimž se zdá, že krmení s vysokým obsahem tuků narušuje signalizaci leptinu a inzulínu, nejdůležitější pro regulaci tělesné hmotnosti a glukózovou homeostázu. et al.(116).
Pozorování z experimentů s podáváním mastných kyselin nebo blokáda zánětu vyvolaného mastnými kyselinami v mozku naznačují, že krátké období krmení tukem(115, 117) a dokonce jediné jídlo s vysokým obsahem tuku(118, 119) jsou dostatečné k rychlému poškození hypotalamu a narušení normálních funkcí hypothalamu pro snímání živin a energetickou rovnováhu. Ještě horším scénářem je, že expozice plodu stravě s vysokým obsahem tuků u myší přehrady je zjevně dost na to, aby způsobila dysfunkci hypotalamu(120). Proto se prozánětlivá signalizace již nepovažuje za důsledek obézního stavu, ale zdá se, že je jedním z prvních příčinných kroků u obezity s vysokým obsahem tuku vyvolané dietou. Jedinou povzbudivou zprávou je, že nenasycené mastné kyseliny přímo infundované do mozku myší se zdají téměř úplně zvrátit hypotalamický zánět a obezitu vyvolanou jídlem s vysokým obsahem tuků bohatým na nasycené tuky po dobu 8 týdnů.(121). Je tedy možné, že konkrétně nasycené tuky mohou způsobit tyto oslabující účinky na mozek(122).
Kromě přímých škodlivých účinků na hypotalamus se zdá, že diety s vysokým obsahem tuku rovněž narušují normální signalizaci sytosti ze střev. Strava s vysokým obsahem tuků může stimulovat zánětlivou signalizaci prostřednictvím zvýšené permeability sliznice a receptorů typu Toll u potkanů, kteří se stanou hyperfagickými a obézními, ale nikoli u potkanů, které jsou rezistentní(123). Stále více se jeví jako zřetelná možnost, že změny ve složení střevní mikrobioty stimulací vrozené imunitní odpovědi, zánětlivého svalu, jsou původcem střevního a nakonec systémového a mozkového zánětu(124-127); a podívejte se na poslední recenzi od Harrisa et al.(128). Jelikož lze mikrobiotu přenášet mezi subjekty, lze na výslednou obezitu a onemocnění tuků a jater dokonce pohlížet jako na přenosné onemocnění(129). Citlivost vagálních aferentních chemo- a mechanických senzorů komunikujících do mozku je také snížena u obézních potkanů a myší s vysokým obsahem tuku.(130-135).
Tato nová zjištění diskutovaná dříve vyvolala mnoho nových otázek. Je těžké uvěřit, že konzumace jednoho jídla bohatého na tuky by měla zahájit kaskádu událostí, které nakonec povedou k obezitě, cukrovce a demenci. Proč by měl mít tuk makronutrient, který poskytuje cennou energii a zabraňuje hladovění, takové jasné maladaptivní důsledky? Je nepravděpodobné, že jíst jen jedno „zakázané ovoce“ je nutriční hřích, a je třeba zjistit, zda akutní účinky získané farmakologickými manipulacemi v mozku napodobují skutečné fyziologické mechanismy. Dále není známo, zda k těmto akutním účinkům dochází u lidských subjektů. Pokud k tomu dojde, mohlo by být akutní znecitlivění snímání živin hypothalamovou stravou bohatou na tuky v minulosti adaptivní poskytováním mechanismu pro využití vzácných okamžiků hojnosti výživy.
Chronické účinky jídla s vysokým obsahem tuku je obtížnější ignorovat, i když se zdají stejně maladaptivní jako akutní účinky. Proč se myš nevyhýbá jídlu s vysokým obsahem tuku, které je zjevně nemocné? Co se stalo s „moudrostí těla“? Jak je možné, že se u zvířat a lidí vyvinuly komplikované mechanismy vnímání chuti a rychlé učení, aby se zabránilo toxickým potravinám, ale toxický tuk je snadno oklamá?
Moderní prostředí: méně příležitostí ke spalování energie
Tento přehled se téměř úplně zaměřil na příjem energie, ale je zřejmé, že moderní prostředí ovlivňuje energetické výdaje také několika způsoby. Přestože začneme chápat neurobiologii příjmu potravy v moderním světě, téměř ignorujeme neurobiologické kontroly fyzické aktivity a cvičení a integrační procesy, které zahrnují regulaci energetické bilance.(136). Jedním z důvodů by mohlo být to, že máme omezené porozumění hormonální (nebo nervové) meziregionální komunikace. Ačkoli víme hodně o signalizaci střeva, mozku a tukové tkáně, mozku, víme prakticky nic o komunikaci mezi cvičícím svalem a mozkem a jinými orgány. Teprve nedávno byl objeven svalový hormon irisin, který podle všeho vyvolává zhnědnutí bílé tukové tkáně(137). Bude zajímavé sledovat, zda tento hormon také signalizuje mozkovým systémům regulujícím energetickou rovnováhu.
Závěry
Je zřejmé, že chuť k jídlu a příjem potravy jsou ovlivňovány signály z těla a životního prostředí, a to je využíváno potravinářským průmyslem prostřednictvím nově zavedené oblasti neuromarketingu. Ačkoli by tyto techniky byly stejně výkonné pro stimulaci stravování zdravých potravin, nebylo k tomuto cíli vyvinuto žádné úsilí. Signály prostředí ovlivňující příjem potravy interagují téměř výhradně s kortikolimbickými oblastmi mozku zapojenými do poznání, emocí, motivace a rozhodování. Tyto systémy, i když jsou modulovány zdola nahoru metabolickými signály, mohou uplatňovat silnou a silnou kontrolu shora dolů nad příjmem potravy a regulací energetické bilance, jak bylo prokázáno tím, že se jí potravina při úplné absenci nutriční potřeby. Většina z těchto demonstrací kontroly shora dolů však působí pouze akutním způsobem a pro prokázání trvalého dopadu na tělesnou hmotnost jsou nutné dlouhodobější studie. Nakonec je třeba lépe definovat nervové dráhy spojující kortikolimbické funkce s hypothalamickými a brainstemovými strukturami zapojenými do kontroly příjmu potravy a energetické bilance. Konkrétně by měly být dále zkoumány příslušné příspěvky vědomých a podvědomých determinant chování a autonomní kontroly.
Poděkování
Chtěl bych poděkovat Katie Baileyové za redakční pomoc a Christopheru Morrisonovi, Heikeovi Münzbergovi a Brendě Richardsové za cenné připomínky k dřívějšímu návrhu tohoto rukopisu. Tuto práci podpořili Národní ústavy zdravotních grantů DK047348 a DK0871082. Autor prohlašuje, že nedochází ke střetu zájmů.
Reference