Přední Nutr. 2016; 3: 6.
Publikováno online 2016 Feb 15. dva: 10.3389 / fnut.2016.00006
PMCID: PMC4753312
Úvod
Vzhledem k tomu, že se globální krize obezity nadále vybírá, zvyšuje se poptávka po řešeních. Diskuse o přírodě vs. výživě a biologii vs. psychologii vyvrcholila tím, že některé lékařské organizace prohlásily obezitu za nemoc. Na vině jsou environmentální faktory a genetická predispozice, nikoli osobní odpovědnost, jako u každé jiné choroby. Z tohoto pohledu vyplývá, že biologické procesy regulující tělesnou hmotnost v podstatě fungují v nevědomé říši. Ačkoli to již dlouho bylo přijato pro tzv. Homeostatickou regulaci energetické bilance, pro hedonické kontroly je to méně jasné. Zde kriticky hodnotíme důležitou otázku, jak modely hlodavců mohou pomoci pochopit přínos hedonických nervových procesů k regulaci tělesné hmotnosti. Když se podíváme na pojmy odměňování, posilování, motivace, závislost na potěšení a jejich nervové mechanismy, v souvislosti s jídlem a cvičením se ukazuje nový názor, že homeostatické a hedonické kontroly jsou úzce propojeny a často jednají unisono na úrovni bezvědomí, aby dosáhnout biologicky adaptivní odpovědi. Ačkoli diskuse o nastavené hodnotě tělesné hmotnosti byla v posledních letech opomíjena, toto téma se stává naléhavějším důležitým aspektem účinného léčení obezity.
Hedonické mechanismy přemohou homeostatickou regulaci
Když je tělesná hmotnost zvířat a lidí narušena obdobími podvýživy nebo nadměrného krmení, rychle se vrací k hladinám před poruchami prostřednictvím procesu nazývaného homeostatická regulace, který zahrnuje kontrolu jak příjmu energie, tak výdajů energie (1, 2). Základní hypothalamické obvody, na nichž je tato regulace založena, jsou již dlouho známy (3) a byl hodně rafinovaný, zejména v posledních 20 letech po objevu leptinu. Stručně řečeno, dvě odlišné neurální populace v mediobasálním hypotalamu fungují jako senzory primární energie a zapojují komplexní síť efektorových obvodů, které biologicky adaptivním způsobem regulují jak energii in-out, tak i out-out [pro přehled viz Ref. (4-7)].
Přestože většina souhlasí s takovou základní homeostatickou regulací, proběhlo mnoho diskusí o přesné úrovni chráněné tělesné hmotnosti a příslušných mechanismech (8-13). Je zřejmé, že neexistuje žádný pevný nastavený bod, kolem kterého by savčí druhy regulovaly svou tělesnou hmotnost. Spíše je flexibilní, závisí na vnitřních i vnějších podmínkách, včetně genetické a epigenetické predispozice, dostupnosti potravin, chutnosti potravin a dalších faktorů prostředí (10). To nejlépe ilustruje sezónně variabilní a homeostaticky chráněná žádaná hodnota hibernací (14).
Jedním z faktorů, o kterém se obecně hovoří, že je velmi důležitý pro ovlivnění nastavené hodnoty individuální tělesné hmotnosti, je hedonika potravin, zejména posun směrem k vyšší tělesné hmotnosti pomocí vysoce chutných, kaloricky hustých potravin (Postava (Obrázek 1A) .1A). Nejjasnějším příkladem tohoto posunu v hájené tělesné hmotnosti jsou obézní potkani a myši indukované stravovací stravou (15). Přestože existuje podezření, že za současnou epidemii obezity je také většinou odpovědná zvýšená dostupnost vysoce chutných, energeticky hustých potravin, je mnohem těžší dokázat, že je obtížné přísně kontrolovat energetickou rovnováhu a podmínky prostředí u lidí po delší dobu. čas, jak je to možné u zvířecích modelů. Všeobecně přijímaný názor je, že u geneticky a / nebo epigeneticky citlivých jedinců je obezogenní potravinové prostředí schopno vytvořit nový, vyšší bod nastavení tělesné hmotnosti, který je podobně chráněn proti nucenému půstu a nadměrnému krmení jako u jedinců s normální hmotností (11). Jedním z klíčových problémů při porozumění regulaci tělesné hmotnosti je proto neurologické vysvětlení tohoto posunu v bráněné tělesné hmotnosti. Jaké jsou nervové mechanismy, které umožňují dostupnost a chutnost potravin s hustou energií přemoci základní homeostatický obranný systém? Porozumění těmto mechanismům by mohlo vést k vývoji konkrétnějších drog nebo behaviorálních zásahů v boji proti obezitě.
Hedonické zpracování je nedílnou součástí homeostatického regulačního systému
Názor, že hedonické a homeostatické nervové obvody nejsou oddělené entity, ale jsou součástí stejného regulačního systému, rychle získává trakci. Toto je založeno na důkazu pro obousměrnou modulaci kortikolimbických mozkových oblastí interoceptivními signály a hypotalamu pomocí exteroceptivních signálů a jejich kognitivních a emočních korelací (obrázek) (Obrázek 11B).
Modulace zdola nahoru kortikolimbických obvodů poznávání a motivace interoceptivními signály dostupnosti živin
Řízení zdola nahoru hedonických a kognitivních procesů interními signály není novým pohledem. Vzhledem k zásadní důležitosti živin pro přežití je základním atributem projevu hladu a vrací se na začátek vývoje nervového systému. Konkrétně je hladový stav charakterizován zvýšeným motivačním významem (mechanismus, kterým se cílový objekt, jako je jídlo, stává velmi žádaným a hledaným - behaviorální magnet), který se neurologicky projevuje zvýšenou aktivitou mezolimbického dopaminového systému (16-18). Co je nového, ukazuje se, že jsou zapojeny některé posly a nervové mechanismy. Například je nyní jasné, že jeden z nejvýznamnějších homeostatických regulátorů tělesné hmotnosti - leptin - moduluje chuť k jídlu působením nejen na hypotalamus, ale také na složky mezolimbického dopaminového systému (19-22) a čichovým a chuťovým zpracováním (23-25). Podobně mnoho dalších interních signálů dostupnosti výživy, jako je ghrelin, střevní GLP-1 a PYY, a inzulín, stejně jako glukóza a tuk, také částečně působí na kortikolimbické struktury zapojené do kognitivních a odměňujících aspektů kontroly příjmu potravy (26-36). Účinky na kognitivní funkce těchto hormonů jsou zajímavé v souvislosti s lidskými studiemi, které vykazují poškození kognitivních i metabolických funkcí u obézních pacientů (37-39). Přestože společná souvislost dosud není známa, přední hypotéza naznačuje, že střevní dysbióza vyplývající z interakce mezi suboptimální výživou, střevní mikrobiotou a vrozeným imunitním systémem s následnými změnami signalizace střeva do mozku a integritou bariéry krev-mozek jsou důležité (40-43).
Modulace klasického hypothalamického regulátoru shora dolů pomocí senzorických, kognitivních a motivačních signálů
Dalším hybatelem tohoto integrovaného pohledu je nový pohled na modulaci klasických homeostatických obvodů shora dolů pomocí kognitivního a emočního zpracování v kortikolimbických systémech (44). Podmíněný příjem potravy indukovaný podnětem je považován za důležitý mechanismus při přejídání lidmi v obezogenním prostředí (45, 46) a byl u hlodavců studován již nějakou dobu (47). Některé z relevantních cest zahrnutých do tohoto poznání závislého příjmu potravy byly identifikovány u potkanů prokazováním závislosti na projekcích hypotalamu z amygdaly a prefrontální kortex-k-laterální hypothalamus (48, 49). V poslední době byl předložen důkaz pro modulaci neuronů AGRP shora dolů v mediobasálním hypotalamu, epicentru klasické homeostatické regulace. Předpokládá se, že tyto silné neurony jsou ovládány hlavně cirkulujícími hormony a metabolity v relativně pomalém voskování a mizení způsobem odpovídajícím stavu nalačno a nasycení. Pomocí moderní, geneticky založené neuronově specifické technologie bylo prokázáno, že aktivita neuronů AGRP je také kontrolována na sekundovém základě podmíněným očekáváním bezprostředního požití potravy (50, 51). Tato akutní vnější smyslová a kognitivní kontrola nad rychlostí vypouštění neuronů AGRP je pravděpodobně prováděna přímými nebo nepřímými vstupy z řady kortikálních a subkortikálních oblastí, jak prokazuje neuronově specifický retrográdní virový dohled (52).
Kontrola příjmu potravy a regulace energetické bilance je převážně podvědomí
Je zřejmé, že klasické hypothalamické nervové obvody odpovědné za homeostatickou regulaci energetické rovnováhy a tělesné hmotnosti, podobné homeostatické regulaci jiných tělesných funkcí, jako je například krevní glukóza nebo krevní tlak, fungují z velké části nad vědomím na úrovni bezvědomí. Kromě toho a jak bylo uvedeno výše, mechanismus stimulační senzibilizace, pomocí kterého interoceptivní signály vyčerpání energie, jako je nízká hladina leptinu, „chtějí“ prostřednictvím mezolimbického dopaminového systému (16, 18, 53) také z velké části funguje mimo povědomí, jak je prokázáno ve studiích o neuroimagingu u lidí (54-56). I při absenci metabolického hladu a souvisejících interoceptivních senzibilizačních signálů se vědomé vědomí tága nezdá být nezbytné. Toto bylo prokázáno u krys s podněcovaným indukovaným příjmem potravy (47, 48). Lidský mozek se dále může naučit hodnotu peněžních odměn a používat je pro rozhodování bez vědomého zpracování kontextových narážek (57). Ačkoli optimální rozhodování vyžaduje sebekontrolu, reprezentovanou v dorsolaterální prefrontální kůře (58, 59) není transformace chování založeného na odměňování pod povinnou kontrolou této oblasti mozku a často omezuje svobodnou vůli jednat (60). Konečně může nervová aktivita v určitých oblastech mozku probíhat docela dlouho, než si lidé uvědomí své vlastní rozhodnutí (61, 62), což naznačuje, že většina procesů vedoucích k rozhodnutí probíhá na úrovni bezvědomí.
Zdá se, že požité chování u lidí i hlodavců je zvláště odolné vůči kognitivním kontrolám, pokud je vysoce obvyklé (63, 64). Za normálních podmínek jsou informace o možných výsledcích důležité pro cíleně zaměřené akce, díky nimž jsou tyto akce citlivé na devalvaci. Obvyklé chování však nadále nezávisí na očekáváních získaných odměn, a je tedy do velké míry necitlivé na mechanismy devalvace odměn (64, 65). Nervové obvody, které řídí neobvyklé chování, jsou organizovány odlišně než obvody pro obvyklé nebo automatické chování. Neobvyklé chování silně závisí na ventrálním striatu (nucleus accumbens) a ventromediální prefrontální kůře, zatímco obvyklé chování závisí více na dorsolaterálním striatu (65, 66). Mechanismy pro ukládání a vyvolání paměti se liší také u obvyklých a neobvyklých akcí a chování. Na rozdíl od deklarativních vzpomínek, které vyžadují vědomou mysl, fungují procedurální vzpomínky z velké části pod úrovní vědomého vědomí a ukládání je více distribuováno67-69). V důsledku toho jsou procedurální vzpomínky a obvyklé požité chování, které řídí, relativně odolné vůči inhibiční kognitivní kontrole a výkonným funkcím.
Proč investovat do čističky vzduchu?
Zvířecí modely byly rozhodující pro rozložení složitých mechanismů, které jsou základem predispozice k obezitě. Vzhledem k tomu, že drtivá většina genetických lokusů spojených s lidskou obezitou je spojena s nervovými funkcemi (70), není divu, že nervové kontroly příjmu potravy a regulace energetické bilance jsou hlavní složkou těchto mechanismů. Ačkoli funkční neuroimaging u lidí také začíná významně přispívat, pouze invazivnější přístupy u hlodavců byly schopny poskytnout mechanistická vysvětlení. Výsledkem je, že tradiční dichotomie mezi homeostatickými a nehomeostatickými / hedonickými systémy zodpovědnými za kontrolu chuti k jídlu a regulaci tělesné hmotnosti, ačkoli je heuristicky stále užitečná, již dostatečně neopisuje rozsáhlé anatomické a funkční interakce mezi těmito dvěma systémy. Kromě toho většina výstupu z tohoto většího interaktivního systému obchází povědomí. Důsledky těchto nových poznatků jsou dalekosáhlé, protože povedou nejen budoucí výzkum, ale také návrh farmakologických a behaviorálních terapií obezity a poruch příjmu potravy.
Autorské příspěvky
HM a CM pomohli vymyslet názor, prostudovali literaturu, psali části rukopisu a upravili předběžnou verzi rukopisu. EQ-C a SY byly zapojeny do diskusí o původní myšlence, přezkoumávaly části literatury, psaly části rukopisu a upravovaly předběžný rukopis. H-RB vymyslel původní myšlenku na názor, prodiskutoval několik návrhových verzí rukopisu se všemi spolupořadateli, prozkoumal literaturu a napsal konečný rukopis.
Prohlášení o konfliktu zájmů
Autoři prohlašují, že výzkum byl proveden bez obchodních či finančních vztahů, které by mohly být považovány za potenciální střet zájmů.
Reference
;
