Vědecké zprávy 5, Číslo produktu: 10041 (2015)
doi: 10.1038 / srep10041
AbstrBramborové lupínky s občerstvením indukují příjem potravy u potkanů krmených ad libitum, což je spojeno s modulací systému odměňování mozku a dalších obvodů. Zde ukazujeme, že příjem potravy u nasycených krys je spouštěn optimálním poměrem tuk / sacharid. Stejně jako bramborové lupínky, směs isokalorického tuku a uhlohydrátů ovlivňovala celý průběh mozkové aktivity potkanů, ovlivňujících obvody související např. S odměnou / závislostí, ale počet modulovaných oblastí a rozsah modulace byl ve srovnání se samotným občerstvením samotným nižší.
Úvod
Dostupnost chutného jídla podle chuti může vést k hedonické hyperfágii, tj. Ke zvýšení příjmu energie a následně ke zvýšení přírůstku tělesné hmotnosti v důsledku změny v chování při příjmu potravy1. Pro spuštění příjmu potravy mimo sytost musí být zapojeny faktory, které potlačují homeostatickou energetickou rovnováhu a sytost pomocí různých signálních drah systému bez homeostatického odměňování.2. Jak je uvedeno výše, příjem bramborových lupínků s občerstvením silně moduluje aktivitu v systému odměňování mozku u potkanů krmených ad libitum. Navíc vede k významně odlišné aktivaci mozkových oblastí regulujících příjem potravy, sytost, spánek a lokomotorickou aktivitu3. Behaviorální studie potvrdily, že příjem energie a lokomotorická aktivita související s krmením byly zvýšeny, když byly k dispozici bramborové lupínky3. Přestože je neurobiologická regulace příjmu potravy mnohem složitější než regulace závislosti na drogách, diskutovalo se o některých nápadných překryvech neurofyziologických mechanismů, modelu aktivace mozku a důsledcích chování.4,5,6,7. Zapojené mozkové obvody jsou silně aktivovány příjmem potravy po omezení, ale také přijetím zvláště chutných potravin8,9,10. Obecně je vysoce chutné jídlo vysoce kalorické a / nebo bohaté na tuky a / nebo uhlohydráty. Proto se předpokládalo, že energetická hustota potravin může být rozhodujícím faktorem, který způsobuje příjem potravy mimo sytost, což má za následek zvýšenou hmotnost a nakonec obezitu.11,12.
Nedávná behaviorální studie odhalila, že tuky a uhlohydráty jsou hlavními molekulárními určujícími vlastnostmi chutnosti lehkého jídla13. Kromě toho je energetický obsah bramborových lupínků hlavně (94%) určen obsahem tuku a uhlohydrátů. Lze tedy předpokládat, že energetický obsah je v případě bramborových lupínků hnací silou hedonické hyperfagie. Následně jsme provedli behaviorální preferenční testy za účelem zkoumání příjmu potravin s různým obsahem tuku / uhlohydrátů a provedli jsme měření magnetickou rezonancí (MRI), abychom prozkoumali modulaci celé mozkové aktivity indukované u potkanů.
Výsledky a diskuse
Pro preferenční testy byla do každé testované potravy (1: 1) přidána standardní prášková strava (STD), aby se vyloučil vliv organoleptických vlastností (Obr. 1a)13. Již dříve se ukázalo, že pořadí a trvání testovacích epizod neovlivnilo výsledek13. Zpočátku se relativní příjem zvyšoval se zvyšujícím se obsahem tuku a tím i energetickým obsahem testovaných potravin s maximem při složení 35% tuku a 45% sacharidů. Vyšší obsah tuku však vedl ke snížení příjmu potravy (Obr. 1a). Protože tuk má vyšší energetickou hustotu než uhlohydráty, tato zjištění naznačují, že energetický obsah není jediným určujícím faktorem příjmu potravy u potkanů bez deprivace. Je pozoruhodné, že průměrný poměr tuk / sacharid v nejatraktivnějších testovaných potravinách téměř přesně odpovídal složení bramborových lupínků (Obr. 1a). Zbývá prozkoumat, zda lze výše uvedený závěr rozšířit na další potravinářské výrobky s podobným poměrem tuk / sacharid, jako je čokoláda nebo jiné občerstvení.
Obrázek 1: (a) Aktivita testovaných potravin s různými poměry tuk / sacharid k vyvolání dalšího příjmu potravy během krátkodobé prezentace testované potravy (10 minut) ve dvou-preferenčních testech.
Rozdíly v příjmu energie na testovanou potravinu ve srovnání s referenčním (17.5% tuk, 32.5% uhlohydráty a 50% STD) jsou zobrazeny jako relativní příspěvek příslušné testované potraviny k celkovému příjmu testované a referenční potraviny (průměr ± SD). Níže je ukázáno složení testovaných potravin a nejatraktivnější průměrné složení je porovnáno se složením bramborových lupínků. b) Příjem energie a příslušná lokomotorická aktivita související s krmením během fází nepřetržité prezentace potravy 7 dní. Oba faktory se projevují v závislosti na testovaných potravinách [standardní krmivo (STD) nebo směs 35% tuku a 65% sacharidů (FCH)] v tréninkové fázi (TP) a manganové fázi (MnP) během 12 / 12 hodin cykly světlo / tma po dobu 7 dnů. Data ukazují průměr ± SD 16 zvířat ve 4 klecích po 7 po sobě jdoucích dní. Dále jsou uvedeny odpovídající statistické údaje (** p <0.01, *** p <0.001, ns = nevýznamné).
Nedávno jsme prokázali, že konzumace bramborových lupínků u potkanů krmených ad libitum silně moduluje celou mozkovou aktivitu, což má vliv především na systém odměňování a systémy související s příjmem potravy, spánkem a lokomotorickou aktivitou3. Tato studie proto zkoumala vliv poměru tuk / sacharid testované potravy na tyto modulace. Za tímto účelem byly potkany krmené ad libitum vystaveny testované potravě obsahující 35% tuk a 65% uhlohydráty (FCH) jako téměř izokalorický (565 vs. 535 kcal / 100 g) pro bramborové lupínky. Kontrolní skupina místo toho obdržela práškovou STD. Poté byly zaznamenávány změny ve vzorci celé mozkové aktivity během fáze krmení pomocí zobrazování magnetickou rezonancí se zvýšeným obsahem manganu (MEMRI).14,15 jak bylo popsáno výše3. Podle návrhu studie uvedeného v Obr. 1b, po tréninkové fázi (TP), která nabídla testovaná jídla ad libitum, následovala přechodná fáze bez testovaného krmiva (každá sedm dní). Před měřením MEMRI byl kontrastní činidlo chlorid manganičitý podán dorzálně subkutánně implantovanými osmotickými pumpami, aby se zmapovala integrovaná mozková aktivita během následujících sedmi dnů. Během této manganové fáze (MnP) krysy obnovily přístup ke svému již známému pokusnému krmivu. Standardní pelety chow a voda z vodovodu byly dostupné po celou dobu studie ad libitum (Obr. 1b). Toto testovací nastavení porovnávalo příjem energie i celkový mozkový účinek obou skupin a vedlo k významně zvýšenému příjmu energie ve skupině FCH během TP a MnP ve světle, stejně jako v temném cyklu dne ve srovnání s kontrolou (Obr. 1b). Kromě toho byla spočítána lokomotorická aktivita jednotlivých potkanů v blízkosti dávkovačů potravy. Na rozdíl od jiných lokomotorických testů, jako je test na otevřeném poli, který měří obecnou lokomotorickou aktivitu a úzkost, lokomotorická aktivita spojená s krmením, která byla hodnocena v této studii, spíše odráží chování při hledání potravy. Lokomotorická aktivita spojená s krmením však byla pouze mírně zvýšena, když byl FCH k dispozici místo práškového STD během tmavého cyklu TP (průměrná lokomotorická aktivita [počet] STD 205 ± 46, FCH 230 ± 41, n = 4, p = 0.0633 ) a MnP (průměrná lokomotorická aktivita [počet] STD 155 ± 24, FCH 164 ± 17, n = 4, p = 0.2123) (Obr. 1b). Naproti tomu přístup k bramborovým lupínkům vedl k mnohem vyšší lokomotorické aktivitě související s krmením ve srovnání se stejnou kontrolní skupinou STD během tmavého cyklu.3, který byl významný jak u TP (průměrná pohybová aktivita [počty] STD 205 ± 46, bramborové lupínky 290 ± 52, n = 4, p <0.001), tak u MnP (průměrná pohybová aktivita [počty] STD 155 ± 24, bramborové lupínky 197 ± 29, n = 4, p = 0.0011). Lze tedy dojít k závěru, že poměr tuků a sacharidů určuje chutnost bramborových lupínků, ale že chování při krmení je ovlivněno také jinými složkami ve svačině. Zůstává však spekulativní, pokud se tyto rozdíly týkají aspektů „chcení“ a „lajkování“ příjmu potravy16.
Monitorování celé mozkové aktivity pomocí MEMRI odhalilo významné rozdíly v aktivaci mozkových oblastí příjmem FCH ve srovnání s STD (Obr. 2a, b. Obr, Obr. 3, první sloupec, Tabulka 1). Současné výsledky byly porovnány s předchozími analýzami MEMRI o modulaci vzorce mozkové aktivity během příjmu bramborových lupínků oproti STD za velmi stejných podmínek.3. Předchozí údaje jsou uvedeny ve druhém sloupci Obr. 2 a 3. Ačkoli FCH měl podobný poměr tuk / uhlohydrát a téměř identickou hustotu energie ve srovnání s bramborovými lupínky, FCH aktivoval mnohem menší počet (33) oblastí mozku výrazně odlišně od STD než bramborové lupínky (oblasti 78, Obr. 2). Účinky byly detekovány ve funkčních skupinách souvisejících s odměnou a závislostí (Obr. 3a), příjem potravy (Obr. 3b), spánek (Obr. 3c) a lokomotorická aktivita (Obr. 3d). Obrázek 2b ukazuje přehled všech výrazně odlišně aktivovaných oblastí mozku ve srovnání účinků FCH a bramborových lupínků s účinky STD. Frakční změna v aktivaci, tj. Absorpce manganu odrážející neuronální aktivitu, se navíc rozhodně liší, pokud jde o spotřebu FCH vs. STD ve srovnání s bramborovými lupínky vs. STD (Obr. 3, třetí sloupec). Coreus accumbens je považován za hlavní strukturu systému odměn17. Spotřeba FCH vedla k významně 7.8-násobně zvýšené aktivaci v jedné ze čtyř substruktur, jádrovém subregionu levé hemisféry. Nárůst skořepinových podoblastí i jádrového podoblastí pravé hemisféry nebyl významný (Obr. 3a). Příjem bramborových lupínků za podobných podmínek také vedl k nejvyšší aktivaci zdaleka od levého jádra podoblasti nucleus accumbens. Ve srovnání s FCH však byla úroveň aktivace v této substruktuře ještě dvakrát vyšší. Na rozdíl od FCH byly ve srovnání s kontrolou také významně aktivovány další tři substruktury (Obr. 3a). Lze tedy dojít k závěru, že FCH aktivuje systémy odměňování v mozku, ale s menším účinkem než bramborové lupínky. Tento závěr se odráží také v dalších strukturách systému odměn / závislostí, které byly významně aktivovány příjmem bramborových lupínků a FCH, jako je jádro postele stria terminalis (levá hemisféra)17,18, dorzální subkulum19nebo prelimbická kůra (pravá a levá hemisféra)20. Naproti tomu jiné struktury mozku nebyly příjemem FCH významně ovlivněny, i když jsou důležitými součástmi odměnovacích obvodů a byly jasně modulovány příjmem bramborových lupínků, jako je ventrální pallidum, ventrální tegmentální oblast nebo caudate putamen (Tabulka 1)3.
Obrázek 2: (a) výrazně odlišně aktivované mozkové oblasti (směs 35% tuku / 65% sacharidů (FCH) vs. standardní strava (STD) a bramborové lupínky vs. STD3) pomocí morfometrické analýzy založené na voxelu, příkladem pro tři řezy zobrazené na průměrném povrchu mozku potkana.
Průměrné údaje o potravinové skupině tuk / uhlohydrát (FCH, levý sloupec) jsou porovnány se změnami struktury mozkové aktivity vyvolané bramborovými lupínky za stejných podmínek (přehled Hocha) et al. 20133, pravý sloupec). (b) 3D distribuce výrazně odlišně aktivovaných mozkových oblastí zobrazených v axiálním a sagitálním pohledu (35% tuk / 65% uhlohydrát testované jídlo FCH vs. STD, levý sloupec a bramborové lupínky vs. STD, pravý sloupec, přezkoumáno Hochem et al. 20133). Modré koule symbolizují mozkové oblasti s nižšími, červené koule s mozkovými oblastmi s vyšší aktivitou po příjmu příslušných testovaných potravin FCH nebo bramborových lupínků3, každý ve srovnání s STD. Velikost koulí symbolizuje úrovně významnosti (malé: p ≤ 0.05, střední: p ≤ 0.01, velké: p ≤ 0.001, n = 16).
Obrázek 3: Oblasti mozku přiřazené funkčním skupinám (a) „odměna a závislost“, (b) „příjem potravy“, (c) „spánek“ a (d) „pohybová aktivita“ na schematickém sagitálním pohledu na krysu mozek s významně odlišnou (p <0.05) akumulací manganu v mozkových strukturách potkanů krmených ad libitum s dodatečným přístupem k 35% tuku / 65% sacharidové testovací potravě (FCH, první sloupec) nebo bramborovým lupínkům s občerstvením (recenze Hoch et al. 20133, druhý sloupec).
Červené obdélníky symbolizují oblasti mozku významně aktivované bramborovými lupínky s lehkým jídlem nebo FCH, oba vs. práškové standardní krmivo (STD), modré obdélníky příslušné oblasti mozku s vyšší aktivitou v důsledku příjmu práškového STD vs. bramborové lupínky s lehkým jídlem nebo FCH. Trojúhelníky připojené k obdélníkům vlevo a / nebo vpravo označují polokouli významných rozdílů. Obdélníky bez trojúhelníků představují centrální mozkové struktury. Třetí sloupec ukazuje zlomkovou změnu občerstvení a FCH v porovnání s STD (*** p <0.001, ** p <0.01, * p <0.05, n = 16). Acb jádro: oblast jádra nucleus accumbens; Acb skořápka: oblast skořápky nucleus accumbens, oblouk: obloukovité jádro hypotalamu, BNST: jádro lůžka stria terminalis, CgCx: cingulate cortex, CPu: caudate putamen (stratium), DS: dorzální subikulum, Gi: gigantocelulární jádro, GPV: ventrální pallidum, HyDM: dorsomediální hypotalamus, HyL: laterální hypotalamus, IlCx: infralimbická kůra, InsCx: ostrovní kůra, IP: interpedunulární jádro, LPBN: laterální parabrachiální jádro, LPGi: laterální paragigantocelulární jádro, LRt: laterální retikulární motor, MCx1: , MCx2: sekundární motorická kůra, OrbCx: orbitální kůra, PCRt: parvicelulární retikulární jádro, PnO: pontinní retikulární jádro orálně, PrlCx: prelimbická kůra, PTA: pretektální oblast, PVN: paraventrikulární thalamické jádro přední, Raphe: raphe jádro, septum: septum , Sol: solitární trakt, Teg: tegmentální jádra, thMD: mediodorsal thalamic, VS: ventrální subiculum, VTA: ventrální tegmentální oblast, ZI: zona incerta.
Tabulka 1: Z-skóre výrazně odlišně aktivovaných oblastí mozku porovnávajících krysy s přístupem buď pouze ke standardnímu krmivu nebo ke směsi tuků a uhlohydrátů a odpovídajícím p-hodnotám t-statistiky, n = 16.
Podobné závěry lze vyvodit z analýzy mozkových obvodů, které jsou spojeny s příjmem potravy. Například dorsomediální hypotalamus, septum i paraventrikulární thalamické jádro, které byly aktivovány během příjmu FCH a bramborových lupínků, lze spojit s kontrolou příjmu potravy21,22. FCH však opět nedokázal modulovat jiné struktury saturačních obvodů, které byly deaktivovány bramborovými lupínky, jako je například obloukový hypothalamický jádro nebo solitérní trakt. Kromě toho byla intenzita aktivace nižší u FCH než u bramborových lupínků, což se projevilo například 2.3-krát významně vyšší aktivací paraventrikulárního thalamického jádra předního (Obr. 3b). Tato data naznačují, že FCH moduluje mozkové struktury související s příjmem potravy odlišně od STD, což se může projevit vyšším příjmem energie prostřednictvím FCH (Obr. 1b).
Příjem FCH také vedl k silné deaktivaci mozkových struktur spojených se spánkem. Některé oblasti mozku byly deaktivovány pouze FCH, jako je zona incerta (Obr. 3c), zatímco jiné oblasti byly deaktivovány pouze bramborovými lupínky, jako jsou tegmentální jádra. Ačkoli osm struktur souvisejících se spánkem bylo modulováno pomocí FCH a jedenáct bramborovými lupínky, zdá se, že účinek obou testovaných potravin je v podobném rozsahu. Protože tento výsledek nebyl očekáván, nebyla v této studii měřena doba spánku, takže není jasné, zda modulace spánkových obvodů indukovaná FCH koreluje s modulací spánkového chování.
Oblasti mozku odpovědné za pohybovou aktivitu a pohyb obecně nebyly příjemem FCH ve srovnání s STD významně ovlivněny (Obr. 3d, první sloupec). Toto je souběžné s behaviorálními pozorováními, že FCH vyvolala jen mírně, ale nevýznamně vyšší lokomotorickou aktivitu související s jídlem ve srovnání s STD (Obr. 1b). Naproti tomu se ukázalo, že aktivace struktur motorického systému v mozcích potkanů s přístupem k bramborovým lupínkům byla doprovázena zvýšenou lokomotorickou aktivitou související s krmením.3.
Není zcela jasné, zda pozorovaný model aktivace souvisí s hedonickou hyperfágií. Na rozdíl od homeostatického příjmu potravy, který je řízen energetickou hladinou organismu, je hedonický příjem potravy zprostředkován odměnou generovanou některými potravinami23. Protože hedonický příjem potravy není silně spojen s potřebami energie, vede často k hyperfagii. Byly vyvinuty modely, které popisují nervové koreláty hedonické hyperfagie. Berthoud například navrhuje, že homeostatický příjem potravy je spojen s obvody citlivými na leptin, které zahrnují hlavně obloukovité jádro a jádro solitárního traktu, ale zahrnují také celou řadu dalších oblastí včetně hypothalamických míst, jako je paraventrikulární jádro nebo jádro accumbens23,24. Tato homeostatická regulace příjmu potravy však může být potlačena signály odměňování, jako jsou součásti laskavosti a touhy25. Pěstování jídla bylo spojeno s mu-opioidní signalizací v nucleus accumbens, ventrálním pallidum, parabrachiálním jádru a jádru solitárního traktu24, zatímco touha po jídle souvisí s dopaminovým systémem ve ventrální tegmentální oblasti, nucleus accumbens, prefrontální kůra, amygdala a hypothalamus. Kenny navíc zdůraznil přínos ostrovní kůry, která má uchovávat informace o hedonických vlastnostech jídla a může být také spojena s touhou10. Na rozdíl od modelu aktivace mozku spojeného s příjmem bramborových čipů, jen málo z těchto oblastí spojených s hedonickou hyperfágií bylo skutečně ovlivněno příjmem FCH. Proto je nutné rozšířit behaviorální experimenty, aby se zjistilo, zda je preference FCH skutečně doprovázena hyperfágií.
Dosud není jasné, které molekulární složky bramborových lupínků jsou zodpovědné za silnější účinky modulace mozku u této testované potravy. Protože byl použit solený, ale neopodstatněný produkt bez přídavku látky zlepšující chuť, byla kromě hlavních složek tuku a sacharidů přítomna sůl, příchuť a menší množství proteinů. Dále je třeba vzít v úvahu molekulární změny, ke kterým dochází během zpracování. Již dříve se ukázalo, že chuť soli indukuje expresi Fos v jádru accumbens krys zbavených soli. Naproti tomu příjem soli u nevyčerpaných zvířat nevedl k aktivaci této struktury systému odměn26. Kromě toho se uvádí, že příjem soli v pevném krmivu vyvolával u potkanů spíše averzivní účinek27. Proto se nezdá pravděpodobné, že by sůl byla hlavním modulátorem systému odměňování mozku v současných experimentech. Dříve zavedený preferenční test se dvěma možnostmi výběru může nyní sloužit k dalšímu zkoumání vlivu dalších složek bramborových lupínků na příjem potravy.
Z našich behaviorálních údajů jsme dospěli k závěru, že poměr tuků a uhlohydrátů, ale nikoli absolutní hustota energie, je hlavním determinantem chutnosti a příjmu lehkého jídla během krátkodobých dvouvýběrových preferenčních testů na potkanech. Navíc příjem směsi FCH, která je téměř izokalorická vůči bramborovým lupínkům, vyvolal maximální příjem energie u potkanů krmených ad libitum, což bylo doprovázeno výrazně odlišnou aktivací mozkových struktur souvisejících s odměnou, příjmem potravy a spánkem. Příjem bramborových lupínků za stejných podmínek vedl k mnohem většímu počtu různě aktivovaných mozkových struktur v těchto obvodech a také k výrazně vyšší zlomkové změně ve srovnání s STD. Z zobrazovacího přístupu je tedy možné dospět k závěru, že energetická hustota sama o sobě je pouze mírným určujícím faktorem prospěšných vlastností občerstvení. Ačkoli se zdá, že poměr tuku a uhlohydrátů bramborových lupínků je velmi atraktivní, lze předpokládat, že v této svačině existují další molekulární determinanty, které modulují aktivitu mozkových obvodů, zejména systému odměn, ještě silnější a vedou ke zvýšení potravy hledající chování.
Metody
Etické prohlášení
Tato studie byla provedena v přísném souladu s doporučeními Příručky pro péči o laboratorní zvířata a jejich používání u Národních zdravotnických ústavů. Protokol byl schválen Výborem pro etiku zvířecích experimentů Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (Regierung Mittelfranken, číslo povolení: 54-2532.1-28 / 12).
Preferenční test
Preferenční testy byly prováděny, jak bylo popsáno dříve, třikrát denně během světelného cyklu po dobu 10, každý s opakováním 20 – 36 celkem na testovanou potravu proti referenční hodnotě.13. Tento testovací plán poskytuje dostatečné datové body pro vyhodnocení preference potravin. Testy byly prováděny na krysách samců Wistar 8 (klece 2 se zvířaty 4, 571 ± 41 g, zakoupené od Charles River, Sulzfeld, Německo) a reprodukovány s krysy 10 samců Sprague Dawley (2 klece, každá 5 se zvířaty, 543 počáteční hmotnosti) ± 71 g, zakoupený od Charles River, Sulzfeld, Německo), který byl pro test vyškolen. Počet zvířat, která provedla každý test, byl tedy 18 a počet klecí 4 (čtyři biologické repliky). Každý experiment byl opakován 5-6 krát s každou skupinou zvířat. Všechny krysy byly chovány v cyklu 12 / 12 h tmavý / světlý. Krysy měly přístup ke standardním chow peletám (Altromin 1324, Lage, Německo, 4 g / 100 g tuk (F), 52.5 g / 100 g sacharidy (CH), 19 g / 100 g protein (P)) po celou dobu studie testujte potraviny a tekte vodou podle potřeby. Pro porovnání příslušné aktivity k vyvolání příjmu potravy byly použity testované potraviny s různými poměry F (slunečnicový olej, zakoupené v místním supermarketu) a CH (maltodextrin, dextrin 15 z kukuřičného škrobu, Fluka, Německo), smíšené s 50% práškovým STD. . Byl přidán práškový STD pro minimalizaci texturních a senzorických vlivů na spotřebu. Jako referenční jídlo pro všechny testy preferencí chování byla použita směs 50% práškové STD, 17.5% F a 32.5% CH, která má velmi podobné složení F / CH jako 50% bramborové lupínky v STD a byla použita jako model pro 50% bramborové lupínky v STD dříve13. Dále jsme testovali potraviny složené z 50% práškové STD s přídavkem následujících směsí F a CH (% F /% CH): 5 / 45, 10 / 40, 17.5 / 32.5, 25 / 25, 30 / 20, 35 / 15, 40 / 10, 45 / 5 a 50 / 0. S ohledem na složení 50% STD, referenční potraviny obsažené celkem (% F /% CH) 20 / 59, ostatní testované potraviny 7 / 71, 12 / 66, 20 / 59, 27 / 51, 32 / 46, 37 / 41, 42 / 36, 47 / 31 a 52 / 26. Obsah všech ostatních složek práškového STD jako proteinu (9%), vlákniny (3%) nebo minerálů (popel, 3.5%) byl ve všech testovaných potravinách konstantní.
Příjem energie závislý na příslušné testované potravě byl vypočítán vynásobením požitého množství testované potravy s příslušným energetickým obsahem. Relativní příspěvek jedné testované potravy k součtu přijímané testované potravy a referenční hodnoty byl vypočten vydělením množství příslušné testované potravy celkovým příjmem testované potravy a referenční hodnoty.
Zaznamenávání behaviorálních údajů o příjmu energie a pohybové aktivitě související s krmením
Behaviorální data byla zaznamenána, jak bylo popsáno výše3. Stručně, denní příjem potravy byl měřen denně a příjem energie byl vypočten vynásobením hmotnosti přijímané testované potravy příslušným energetickým obsahem. Lokomotorická aktivita související s krmením byla kvantifikována pomocí obrázků z webkamer, které byly pořizovány každých 10 sekund z klece. Jeden počet byl definován jako „jedna krysa vykazuje lokomotorickou aktivitu v blízkosti jednoho potravinového automatu“. Pro statistické vyhodnocení byly provedeny Studentovy t-testy (dvoustranné) za použití průměrné hodnoty (příjem energie nebo lokomotorická aktivita související s krmením) během 7 dní (TP nebo MnP) na klec (n = 4 klece, s krysy 16 celkem v každá skupina).
Záznam vzoru celé mozkové aktivity pomocí MEMRI
Samci potkanů Wistar (počáteční hmotnost 261 ± 19 g, zakoupené od Charles River, Sulzfeld, Německo) chované v cyklu 12 / 12 h temno / světlo byli náhodně rozděleni do dvou skupin. Obě skupiny měly po celou dobu studie přístup ke standardním chow peletám (Altromin 1324, Altromin, Lage, Německo).
Jedna skupina (n = 16, počáteční tělesná hmotnost 256 ± 21 g) obdržela práškový STD (Altromin 1321) a druhá skupina (n = 16, počáteční tělesná hmotnost 266 ± 16 g) obdržela směs 35% F (slunečnicový olej, zakoupené v místním supermarketu) a 65% CH (maltodextrin, dextrin 15 z kukuřičného škrobu, Fluka, Taufkirchen, Německo) navíc ke standardním chow peletám. Tato studie probíhala souběžně s dříve publikovanou studií o bramborových lupíncích3, aby mohla být použita stejná kontrolní skupina umožňující maximální srovnatelnost datových souborů.
MEMRI (na 4.7 T Bruker MRI pomocí optimalizované modifikované řízené rovnovážné Fourierovy transformační sekvence (MDEFT) sekvence) bylo použito k mapování aktivace mozku s jemným rozlišením 109 × 109 × 440 μm (podrobnosti viz Hoch et al. 20133). Protože citlivost MEMRI je ve srovnání s preferenčními testy nižší, byly testované potraviny prezentovány po delší dobu. Záznamy vyžadují relativně vysoké koncentrace potenciálně toxického kontrastního činidla manganu, který se dostane do mozku pouze několik hodin po aplikaci. Aby se zabránilo negativním vedlejším účinkům na základní fyziologii a chování zvířat v důsledku injekce roztoku chloridu manganatého v dávkách dostatečných pro měření MEMRI, osmotické pumpy sloužily pro jemné, ale spíše časově náročné nepřetržité používání netoxických množství manganu. , které se akumulovaly v aktivovaných oblastech mozku během celého časového průběhu 7-denní potravinové testovací fáze28. Návrh studie, příprava osmotických pump, parametry pro měření MRI, zpracování dat, jakož i zaznamenávání příjmu potravy a lokomotorické aktivity související s krmením3. Původní šedé hodnoty MRI segmentovaného mozku na zvíře byly registrovány neprůhledným pracovním postupem registrace3. Na základě těchto registrovaných datových souborů byla provedena morfometrická analýza založená na voxelu a výsledné statistické parametry byly vizualizovány. Pro zjištění významných rozdílů v aktivaci mozku byly provedeny Studentovy t-testy založené na Z-skóre. Pro vizualizaci distribuce výrazně odlišně aktivovaných mozkových struktur 3D jsme každou mozkovou strukturu reprezentovali jako kouli v jejím těžišti. Souřadnice byly odvozeny z digitálního mozkového atlasu 3D. Poloměr každé koule byl použit pro kódování její úrovně významnosti a intenzita stínování kóduje rozdíl aktivity vůči STD.
dodatečné informace
Jak citovat tento článek: Hoch, T. et al. Poměr tuk / uhlohydrát, ale nikoli hustota energie, určuje příjem občerstvení a aktivuje oblasti odměňování mozku. Sci. Rep. 5, 10041; dva: 10.1038 / srep10041 (2015).
Reference
- 1.
La Fleur, SE, Luijendijk, MCM, van der Zwaal, EM, Brans, MAD & Adan, RAH Snack krysa jako model lidské obezity: účinky volně se stravující stravy s vysokým obsahem tuku a vysokým obsahem cukru na stravovací vzorce. Int. J. Obes. 38, 643-649 (2014).
· 2.
Berthoud, H.-R. Homeostatické a nehomeostatické cesty podílející se na řízení příjmu potravy a energetické bilance. Obezita. 14 S8, 197S – 200S (2006).
· 3.
Hoch, T., Kreitz, S., Gaffling, S., Pischetsrieder, M. & Hess, A. Manganem zesílené magnetické rezonance pro mapování vzorců celé mozkové aktivity spojené s příjmem občerstvení u potkanů krmených ad libitum. PLoS ONE. 8, e55354; 10.1371 / journal.pone.0055354 (2013).
· 4.
Volkow, ND & Wise, RA Jak nám může drogová závislost pomoci pochopit obezitu? Nat. Neurosci. 8, 555-560 (2005).
· 5.
Berthoud, H.-R. Metabolické a hedonické pohony v nervové kontrole chuti k jídlu: kdo je šéfem? Curr. Opin. Neurobiol. 21, 888-896 (2011).
· 6.
Gearhardt, AN, Grilo, CM, DiLeone, RJ, Brownell, KD & Potenza, MN Může být jídlo návykové? Důsledky pro veřejné zdraví a politiku. Závislost. 106, 1208-1212 (2011).
· 7.
Hebebrand, J. et al. „Závislost na jídle“ spíše než „závislost na jídle“ lépe zachycuje návykové stravovací chování. Neurosci. Biobehav. Rev. 47, 295-306 (2014).
· 8.
Epstein, DH & Shaham, Y. Potkany jíst sýrový koláč a otázka závislosti na jídle. Nat. Neurosci. 13, 529-531 (2010).
· 9.
DiLeone, RJ, Taylor, JR & Picciotto, MR Pohon k jídlu: srovnání a rozdíly mezi mechanismy odměňování potravin a drogovou závislostí. Nat. Neurosci. 15, 1330-1335 (2012).
· 10.
Kenny, PJ Běžné buněčné a molekulární mechanismy při obezitě a závislosti na drogách. Nat. Rev. Neurosci. 12, 638-651 (2011).
· 11.
Rolls, BJ & Bell, EA Příjem tuku a uhlohydrátů: úloha hustoty energie. Eur. J. Clin. Nutr. 53 (Doplněk 1), S166 – 173 (1999).
· 12.
Shafat, A., Murray, B. & Rumsey, D. Hustota energie ve stravě vyvolaná hyperfágií u potkanů. Chuť. 52, 34-38 (2009).
· 13.
Hoch, T., Pischetsrieder, M. & Hess, A. Příjem občerstvení u potkanů krmených ad libitum je spouštěn kombinací tuku a uhlohydrátů. Přední. Psychol. 5, 250; 10.3389 / fpsyg.2014.00250 (2014).
· 14.
Lin, YJ & Koretsky, AP Manganový ion zvyšuje T1-váženou MRI během aktivace mozku: Přístup k přímému zobrazování mozkové funkce. Magn. Reson. Med. 38, 378-388 (1997).
· 15.
Koretsky, AP & Silva, AC Manganem zesílené magnetické rezonance (MEMRI). NMR Biomed. 17, 527-531 (2004).
· 16.
Berridge, KC Potěšení mozku. Brain Cogn. 52, 106-128 (2003).
· 17.
Haber, SN & Knutson, B. Okruh odměn: propojení anatomie primátů a zobrazování člověka. Neuropsychopharmacology 35, 4-26 (2010).
· 18.
Epping-Jordan, MP, Markou, A. & Koob, GF Antagonista dopaminového receptoru D-1 SCH 23390 injikovaný do jádra dorsolaterálního lože stria terminalis snížil u kokainu posílení kokainu. Brain Res. 784, 105-115 (1998).
· 19.
Martin-Fardon, R., Ciccocioppo, R., Aujla, H. & Weiss, F. Dorsální subkulum zprostředkovává získávání podmíněného obnovení vyhledávání kokainu. Neuropsychopharmacology. 33, 1827-1834 (2008).
· 20.
Limpens, JHW, Damsteegt, R., Broekhoven, MH, Voorn, P. & Vanderschuren, LJMJ Farmakologická inaktivace předběžné kůry emuluje hledání kompulzivních odměn u potkanů. Brain Res.; 10.1016 / j.brainres.2014.10.045 (2014).
21.
Bellinger, LL & Bernardis, LL Dorsomediální hypothalamické jádro a jeho role při požití a regulaci tělesné hmotnosti: poučení získané ze studií lézí. Physiol. Behav. 76, 431-442 (2002).
· 22.
Stratford, TR & Wirtshafter, D. Injekce muscimolu do paraventrikulárního thalamického jádra, ale nikoli mediodorsálních thalamických jader, vyvolávají krmení u potkanů.. Brain Res. 1490, 128-133 (2013).
· 23.
Harrold, JA, Dovey, TM, Blundell, JE & Halford, JCG Regulace chuti k CNS. Neurofarmakologie 63, 3-17 (2012).
· 24.
Berthoud, H.-R. Neuronové ovládání chuti k jídlu: vzájemné rozhovory mezi homeostatickými a nehomeostatickými systémy. Chuť. 43, 315-317 (2004).
· 25.
Berridge, KC Odměna za jídlo: mozkové substráty, které chtějí a mají rádi. Neurosci. Biobehav. Rev. 20, 1-25 (1996).
· 26.
Voorhies, AC & Bernstein, IL Indukce a exprese slané chuti: účinky na expresi Fos v nucleus accumbens. Behav. Brain Res. 172, 90-96 (2006).
· 27.
Beauchamp, GK & Bertino, M. Krysy (Rattus norvegicus) nemají přednost solené pevné stravě. J. Comp. Psychol. 99, 240-247 (1985).
· 28.
Eschenko, O. et al. Mapování funkční mozkové aktivity u volně se chovajících potkanů během dobrovolného běhu pomocí MRI se zvýšeným obsahem manganu: implikace pro longitudinální studie. Neuroimage 49, 2544-2555 (2010).
· 29.
Denbleyker, M., Nicklous, DM, Wagner, PJ, Ward, HG & Simansky, KJ Aktivace mu-opioidních receptorů v laterálním parabrachiálním jádru zvyšuje expresi c-Fos v předních mozkových oblastech spojených s kalorickou regulací, odměnou a poznáváním. Neurovědy 162, 224-233 (2009).
· 30.
Hernandez, L. & Hoebel, BG Odměna za jídlo a kokain zvyšují extracelulární dopamin v nucleus accumbens, měřeno mikrodialýzou. Life Sci. 42, 1705-1712 (1988).
· 31.
Zahm, DS et al. Fos po jednorázovém a opakovaném podání kokainu a solného roztoku u potkanů: důraz na základní mozek a rekalibraci exprese. Neuropsychopharmacology 35, 445-463 (2010).
· 32.
Oliveira, LA, Gentil, CG & Covian, MR Úloha septa v chování při krmení vyvolaná elektrickou stimulací laterálního hypotalamu krysy. Braz. J. Med. Biol. Res. 23, 49-58 (1990).
· 33.
Chase, MH Potvrzení shody, že za atonii REM spánku je zodpovědná glycinergní postsynaptická inhibice. Spát. 31, 1487-1491 (2008).
· 34.
Sirieix, C., Gervasoni, D., Luppi, P.-H. & Léger, L. Úloha laterálního paragigantocelulárního jádra v síti paradoxního (REM) spánku: elektrofyziologická a anatomická studie na potkanech. PLoS ONE. 7, e28724; 10.1371 / journal.pone.0028724 (2012).
· 35.
Trepel, M. Neuroanatomie. Struktur und Funktion 3rd ed. Urban & Fischer, München, 2003).
36.
Miller, AM, Miller, RB, Obermeyer, WH, Behan, M. & Benca, RM Předsudek zprostředkuje rychlou regulaci spánku očí pohybem světla. Behav. Neurosci. 113, 755-765 (1999).
· 37.
Léger, L. et al. Dopaminergní neurony exprimující Fos během probuzení a paradoxního spánku u potkanů. J. Chem. Neuroanat. 39, 262-271 (2010).
37.
o
Poděkování
Studie je součástí projektu Neurotrition, který je podporován iniciativou FAU Emerging Fields Initiative. Dále děkujeme Christine Meissnerové za korekturu rukopisu.
Informace o autorovi
Mezinárodní spolupráce
1. Oddělení chemie potravin, oddělení chemie a farmacie, Centrum Emila Fischera, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Německo
o Tobias Hoch
o & Monika Pischetsrieder
2. Ústav experimentální a klinické farmakologie a toxikologie, Centrum Emila Fischera, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Německo
o Silke Kreitz
o & Andreas Hess
3. Laboratoř rozpoznávání vzorů, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Německo
o Simone Gaffling
4. Škola pokročilých optických technologií (SAOT), Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Německo
o Simone Gaffling
Příspěvky
Koncipované a navržené experimenty: THMPAH Provedené experimenty: THAH Analyzované údaje: THSKSGAH Interpretováno údaje THMPAH Přispívající činidla / materiály / analytické nástroje: AHMP Napsal příspěvek: THMPAH
Konkurenční zájmy
Autoři neuvádějí žádné konkurenční finanční zájmy.
Odpovídající autor
Korespondence na Monika Pischetsrieder.
;
