Neurální souvislost stresu a potravinového cue-indukovaného jídla touží po obezitě (2013)

. 2013 Feb; 36 (2): 394 – 402.

Publikováno online 2013 Jan 17. doi:  10.2337 / dc12-1112

PMCID: PMC3554293

Souvislost s hladinami inzulínu

Ania M. Jastreboff, MD, PHD,1,2 Rajita Sinha, PHD,3,4,5 Cheryl Lacadie, BS,6 Dana M. Small, PHD,3,7 Robert S. Sherwin, MD,1 a Marc N. Potenza, MD, PHD3,4,5

Abstraktní

OBJEKTIVNÍ

Obezita je spojena se změnami mozkových oblastí kortikolimbicky striatálních, které se podílejí na motivaci a odměňování potravin. Stres a přítomnost stravovacích návyků mohou motivovat k jídlu a zapojit kortiklimibicko-striatální neurocircuitry. Není známo, jak tyto faktory interagují, aby ovlivnily mozkové reakce a zda jsou tyto interakce ovlivněny obezitou, hladinami inzulínu a citlivostmi na inzulín. Předpokládali jsme, že obézní jedinci budou vykazovat větší odezvy v kortikolimbicko-striatální neurocircuitrii po vystavení stresu a potravním narážkám a že mozkové aktivace budou korelovat s subjektivní touhou po jídle, hladinami inzulínu a HOMA-IR.

VÝZKUMNÝ DESIGN A METODY

Hladiny inzulinu nalačno byly hodnoceny u obézních a štíhlých jedinců, kteří byli vystaveni individualizovaným stresům a oblíbeným jídlům během funkční MRI.

VÝSLEDKY

Obézní, ale ne štíhlí jedinci vykazovali zvýšenou aktivaci ve striatálních, ostrovních a hypotalamických oblastech během expozice oblíbeným potravinám a stresovým podnětům. U obézních, ale nikoli štíhlých jedinců, hlad po jídle, hladina inzulínu a HOMA-IR pozitivně korelovala s nervovou aktivitou v mozkových oblastech kortikolimbicky striatálních během populárních potravin a stresových podnětů. Vztah mezi inzulínovou rezistencí a touhou po jídle u obézních jedinců byl zprostředkován aktivitou v oblastech motivace a odměny, včetně striata, insula a thalamu.

ZÁVĚRY

Tato zjištění ukazují, že obézní, ale nikoliv štíhlí jedinci vykazují zvýšenou aktivaci kortikolimbicko-striatální reakcí na oblíbené jídlo a stresové podněty a že tyto mozkové reakce zprostředkovávají vztah mezi HOMA-IR a touhou po jídle. Zlepšení citlivosti na inzulín a následně snížení reaktivity na kortikolimbicko-striatální reakci na podněty a stres potravin může snížit chuť k jídlu a ovlivnit stravovací chování u obezity.

Obezita je celosvětový problém veřejného zdraví, který predisponuje více než 500 milionů lidí na celém světě () na chronické zdravotní stavy, jako je diabetes typu 2 a kardiovaskulární onemocnění (). Role centrálního nervového systému v obezitě je v současnosti zkoumána pomocí sofistikovaných technik neuroimagingu, které umožňují zkoumat funkci lidského mozku (,). Strava a stres, dva faktory prostředí, které ovlivňují chování při jídle,), vyvolávají odlišné chování (,-) a nervové reakce (-) u obézních ve srovnání s chudými jedinci. Tyto nervové alterace zahrnují, ale nejsou omezeny na striatum (), struktura zapojená do zpracování motivace k odměňování a odezvy na stres () a ostrov, který se podílí na vnímání a integraci pocitů, jako je chuť (), v těle () v reakci na potravinové podněty (,,) a stresové události (). Bylo naznačeno, že rozdíly v těchto nervových oblastech u obézních jedinců () mohou souviset s vyšší touhou po jídle () a dysregulované stravovací chování (), pravděpodobně ovlivňující výběr a spotřebu potravin (,,). Nové intervence s obezitou tedy mohou být usnadněny získáním lepšího porozumění rozsahu, v jakém mohou jiné faktory spojené s obezitou (např. Hormonální a metabolické faktory) souviset s nervovými mechanismy, které jsou základem stresových a potravinových reakcí, a jak tyto rozdíly mohou ovlivnit potraviny - hledání motivací, jako je touha po jídle.

Hormonální signály a metabolické faktory regulují energetickou homeostázi prostřednictvím periferních a centrálních akcí (). V nastavení obezity dochází často ke změnám hladiny inzulínu a citlivosti na inzulín () a může udržovat maladaptivní fyziologii a chování (). Bylo navrženo, že centrální inzulinová rezistence může být důležitým faktorem přispívajícím ke změně motivace k jídlu a ke změnám cest motivace a odměny (). Receptory inzulínu jsou skutečně exprimovány v mozkových homeostatických oblastech, jako je hypotalamus (), jakož i regiony motivující odměny spojené s chováním souvisejícím s potravinami, včetně ventrální tegmentální oblasti (VTA) a substantia nigra (SN) (), dvě struktury, které přenášejí signály přes dopaminergní neurony na kortikální, limbické a striatální mozkové oblasti (). Tento názor dále podporují studie na hlodavcích i na lidech. U myší s knockoutem na inzulínový receptor specifický pro neurony se rozvíjí hyperinzulinémie a rezistence na inzulín ve spojení s obezitou vyvolanou stravou (). U lidí bylo hlášeno, že síla konektivity v klidovém stavu v putamenové a orbitofrontální kůře (OFC) pozitivně koreluje s hladinami inzulínu nalačno a negativně s inzulínovou senzitivitou () a u inzulín-rezistentních subjektů byla pozorována snížená kapacita inzulínu zvýšit absorpci glukózy ve ventrálním striatu a prefrontální kůře (). Kromě toho, v reakci na obrázky potravin, obézní jedinci s diabetem typu 2 vykazovali zvýšenou aktivaci na ostrovech, OFC a striatum ve srovnání s jedinci bez diabetu typu 2 (). Byly zaznamenány také korelace mezi dodržováním diet a účinnými opatřeními a aktivacemi na ostrově Insula a OFC a mezi emočním jídlem a aktivacemi v amygdale, caudate, putamen a nucleus accumbens ().

Není však známo, zda rozdíly v hladinách inzulínu a citlivosti na inzulín ovlivňují specifické reakce lidského mozku během expozice běžně se vyskytujícím podnětům, jako jsou podněty k jídlu a stresové události, a zda takové nervové reakce ovlivňují chuť k jídlu, která může vyvolat stravovací chování. Předpokládali jsme, že obézní, ale ne štíhlí jedinci by během krátkého vedení projevovali zvýšenou nervovou odezvu u neurocitů motivace a odměny, které zahrnují smyslové a somatické integrace - interocepce (kortikální), emoční paměť (limbická) a motivační odměna (striatální). - expozice snímků oblíbeným jídlům, stresu a neutrální relaxaci; že tyto nervové odpovědi by korelovaly s touhou po jídle, stejně jako s hladinami inzulínu a inzulínovou rezistencí (jak bylo hodnoceno homeostázovým hodnocením inzulínové rezistence [HOMA-IR]); a že vztah mezi inzulínovou rezistencí a touhou po jídle by byl zprostředkován regionálními mozkovými aktivacemi.

VÝZKUMNÝ DESIGN A METODY

Muži a ženy, ve věku 19 a 50, s BMI ≥30.0 kg / m2 (obézní skupina) nebo 18.5 – 24.9 kg / m2 (štíhlá skupina), kteří byli jinak zdraví, byli přijati prostřednictvím místní reklamy. Kritéria pro vyloučení zahrnovala chronické zdravotní stavy, psychiatrické poruchy (kritéria DSM-IV), neurologická poranění nebo nemoci, užívání jakýchkoli léků na předpis, IQ <90, nadváha (25.0 ≤ BMI ≤ 29.9 kg / m2), neschopnost číst a psát v angličtině, těhotenství a klaustrofobii nebo kov v těle neslučitelné se zobrazováním magnetickou rezonancí (MRI). Studie byla schválena komisí Yale Human Investigation Committee. Všechny subjekty poskytly podepsaný informovaný souhlas.

Biochemické hodnocení

V den hodnocení před funkční relací MRI (fMRI) byly odebrány vzorky krve pro měření hladiny plazmatického inzulínu a glukózy na lačno v 8: 15 am a uloženy při -80 ° C. Glukóza (plazmatická glukóza nalačno [FPG]) byla měřena pomocí Delta Scientific glukózového činidla (Henry Schein) a inzulínu pomocí radioimunoanalýzy s dvojitou protilátkou (Millipore [dříve Linco]). Každý vzorek byl pro ověření zpracován ve dvojím vyhotovení. HOMA-IR byla vypočtena následujícím způsobem: [glukóza (mg / dl) x inzulín (μU / ml)] / 405. Neuroimaging byl proveden během 7 dnů od získání laboratorních dat.

Vývoj skriptů snímků

Před každou relací fMRI každého jednotlivce byly pomocí dříve zavedených metod vyvinuty skripty s průvodcem snímků pro cue oblíbených potravin, stres a neutrální relaxační podmínky (). Personalizované skripty byly vyvinuty, protože osobní události vyvolávají větší fyziologickou reaktivitu a generují intenzivnější emoční reakce než zobrazení standardizovaných neosobních situací (). (Vidět Doplňková data a Doplňková tabulka 7 pro příklady potravin zahrnutých do táborů oblíbených potravin a příklad skriptu tága oblíbených potravin a doplňkových materiálů v Jastreboff et al. [] pro reprezentativní stresové a neutrální relaxační skripty.)

relace fMRI

Účastníci představení k zobrazování odpoledne v 1: 00 pm nebo 2: 30 pm s pokyny, aby se jedli ~ 2 h před skenovací relací, aby nebyli ani intenzivně hladoví, ani plní. Posoudili jsme subjektivní hodnocení hladu před a po skenování; nebyl statisticky významný rozdíl mezi průměrem těchto dvou skupin [t(46) = 1.15, P > 0.1]. Každý účastník byl aklimatizován ve zkušebně na specifické aspekty studijních postupů fMRI. Subjekty byly umístěny do MRI skeneru a podstoupily fMRI během 90minutové relace. V randomizovaném vyváženém pořadí byli vystaveni osobním narážkám na oblíbené jídlo, stresu a neutrálním relaxačním snímkovým podmínkám. Bylo získáno šest fMRI pokusů (dva za podmínek) s použitím blokového designu, z nichž každý trval 5.5 minuty. Každá studie zahrnovala 1.5minutovou tichou výchozí dobu, po které následovalo 2.5minutové období zobrazování (včetně 2 minut na představení jejich konkrétního příběhu, jak se jim přehrával z dříve vytvořeného zvukového záznamu a 0.5 minuty tichého času zobrazování, během kterého i nadále si představoval příběh, když ležel v tichu) a 1minutové tiché období zotavení.

Ověření paradigmatu řízených snímků

K posouzení subjektivních odpovědí na podmínky stresového snímkování byla od subjektů před a po každém skriptu snímkování získána hodnocení úzkosti. Pro posouzení úzkosti byli účastníci dotázáni jako dříve () ohodnotit, jak se cítili napjatí, úzkostní a nervózní pomocí bodové stupnice Likert 10 před a po každém pokusu s fMRI. U obézních i štíhlých jedinců se po stresovém stavu zvýšilo hodnocení úzkosti [obézní: F(1.96) = 7.11, P <0.0001; opírat se: F(1.96) = 6.94, P <0.0001]. Mezi skupinami na začátku nebyly žádné rozdíly v hodnocení úzkosti [F(1.48) = 0.13, P = 0.72] nebo za snímky [F(1.48) = 0.23, P = 0.64]. Kromě toho byla získána subjektivní hodnocení živosti, kde subjekty uváděly, jak dobře byly schopny vizualizovat každý ze svých jednotlivých příběhů, když byly ve skeneru. Mezi skupinami nebyl žádný rozdíl v hodnocení živosti snímků [t(4) = 1.3, P = 0.26].

Získávání fMRI a statistické analýzy dat

Snímky byly získány ve výzkumném středisku Yale Magnetic Resonance Research Center za použití systému 3-Tesla Siemens Trio MRI vybaveného standardní kvadraturní hlavovou cívkou, s použitím jednorázové echo-planární sekvence s jednorázovou ozvěnou T2 * citlivou na gradient. Vidět Doplňková data pro další podrobnosti o získávání a analýze fMRI. Pro popisnou statistiku byly testovány rozdíly mezi skupinami v subjektivních a klinických měřeních t test, Fisher přesný, a χ2 testy. K odhadu mediačních modelů jsme použili makro SPSS s 10,000 bootstrapem ().

VÝSLEDKY

Skupinová demografie a metabolické parametry nalačno

Padesát zdravých obézních a štíhlých dobrovolníků bylo individuálně přiřazeno podle věku (průměr 26 let), pohlaví (38% žen), rasy (68% kavkazských) a vzdělání (Doplňková tabulka 1). Obézní skupina (N = 25) měl průměr ± SD BMI 32.6 ± 2.2 kg / m2a štíhlou skupinu (N = 25) měl střední BMI 22.9 ± 1.5 kg / m2. Ačkoli u žádného subjektu nebyla diagnostikována cukrovka, obézní a chudí jedinci se lišili, pokud jde o rezistenci na inzulín, jak bylo stanoveno pomocí HOMA-IR [průměrná hodnota obézních skupin 3.8 ± 1.4 a chudá skupina 2.5 ± 1.0, t(41) = -3.42, P = 0.0013] a hladiny inzulinu nalačno [obézní skupina 16.3 ± 5.8 μU / ml a štíhlý 11.1 ± 3.7 μU / ml, t(33.7) = -3.53, P = 0.0012]. Hladiny FPG se mezi skupinami nelišily [t(41) = -1.34, P = 0.19] (Doplňková tabulka 1).

Kontrastní mozkové mapy: Obézní jedinci projevují zvýšenou nervovou odpověď v kortikolimbicko-striatálních oblastech

Jak by se dalo očekávat, jak libové, tak obézní skupiny vykazovaly aktivaci kortikolimbicko-striatálních oblastí v reakci na stresové a oblíbené cue podmínky a pouze thalamickou a zvukovou kortikální aktivaci během neutrálně uvolňujícího stavu (P <0.01, opravena chyba rodiny [FWE] (Doplňkový obrázek 1). V kontrastních mapách nervových aktivací obézních versus štíhlých jedinců nebyl mezi střední skupinou rozdíl v průměrné aktivaci v reakci na neutrální relaxační stav. Neutrální relaxační podmínka byla tedy použita jako aktivní srovnávací stav v kontrastech mezi skupinami jako v předchozích studiích (). Obézní jedinci projevili zvýšenou nervovou aktivaci na podnětech oblíbených potravin, v porovnání s neutrálně relaxačním stavem, u putamenů, ostrovů, thalamu, hypotalamu, parahippocampu, dolních frontálních gyrů (IFG) a středních temporálních gyrusů (MTG), zatímco štíhlí jednotlivci neprokázali zvýšenou aktivaci v těchto regionech (P <0.01, opraveno FWE) (Obr. 1A). Během vystavení stresu ve vztahu k neutrální relaxaci vykazovali opět obézní, ale ne štíhlí jedinci zvýšenou aktivaci v putamenu, insulátu, IFG a MTG (P <0.01, opraveno FWE) (Obr. 1B a Doplňková tabulka 2). Srovnání obézních versus štíhlé subjekty během stavu s oblíbeným jídlem ukázalo relativně zvýšenou aktivaci striatum (putamen), insulů, amygdaly, frontální kůry včetně oblasti Broca a kůry premotorů. Ve stresovém stavu vykazovali obézní versus štíhlí jedinci větší aktivaci na ostrově, lepší frontální gyrus a nižší týlní gyrus (Doplňkový obrázek 2).

Obrázek 1 

Rozdíly nervové odezvy ve skupinách v kontrastních podmínkách kontrastu. Axiální řezy mozku v obézních a libových skupinách nervových aktivačních rozdílů pozorovaných v kontrastech porovnávajících oblíbenou stravu a neutrální relaxační podmínky (A) a stres versus ...

Korelační mozkové mapy: Inzulinová rezistence koreluje s pozorovanými nervovými odpověďmi u obézních jedinců

Abychom prozkoumali, jak inzulinová rezistence ovlivňuje aktivaci mozku pozorovanou u tágů s oblíbenými jídly a podnětů se stresovými událostmi, použili jsme korelační analýzy založené na voxelu, abychom zkoumali asociaci hladin HOMA-IR, inzulínu nalačno a FPG s individuální variabilitou v nervové reakce na tyto cue podmínky. Nejdrobnější korelace v oblíbeném jídle a stresových podmínkách byly pozorovány s HOMA-IR. U obézních, ale nikoli štíhlých jedinců korelovaly hodnoty HOMA-IR pozitivně s nervovými aktivacemi v kortikolimbicko-striatálních regionech v každém startovacím stavu. Konkrétně byly zjištěny pozitivní korelace s nervovou aktivací v putamenu, insulátu, thalamu a hippocampu během stavu tábora oblíbeného jídla (Obr. 2A a Doplňkový obrázek 3A); v putamen, caudate, insula, amygdala, hippocampus a parahippocampus během stavu zátěžového stresu (Obr. 2B a Doplňkový obrázek 3A); a v putamen, caudate, insula, thalamus a přední a zadní cingulate během neutrálně uvolňujícího stavu (Doplňkový obrázek 3A a Doplňková tabulka 3).

Obrázek 2 

Korelační analýzy založené na voxelu na celém mozku s HOMA-IR. Axiální řezy mozku a odpovídající rozptyly ukazují korelaci mezi neurální aktivací (β hmotnosti) v obézní skupině během stavu s oblíbeným jídlem pomocí HOMA-IR (A) a ...

Není divu, že hladiny inzulínu nalačno u obézních, ale ne chudých jedinců korelovaly pozitivně v oblastech podobných regionům korelovaným s HOMA-IR. Dále byly zjištěny pozitivní korelace s hladinami inzulínu ve stresovém stavu s aktivací ventrálního striatalu a amygdalaru a pozitivní korelace byla pozorována v neutrálně relaxačním stavu s aktivací ventrálního striatalu (Doplňkový obrázek 3B). Kromě toho hladiny FPG u obézních jedinců pozitivně korelovaly s aktivacemi během stavu cue oblíbeného jídla v putamenu a thalamu a během neutrálně relaxačního stavu v putamenu, caudate, insula, thalamu a předním a zadním cingulátu (Doplňkový obrázek 3C a Doplňková tabulka 3).

Po jídle s oblíbeným jídlem a stresu se zvyšuje chuť na jídlo

Pro hodnocení subjektivních odpovědí byla od pacientů před a po každém pokusu se snímky získána hodnocení touhy po jídle v měřítku od 0 do 10. Mezi obézními a chudými skupinami nebyly před každým pokusem o snímky žádné rozdíly v základních hodnotách chuť k jídlu [F(1.46) = 0.09, P = 0.76]. Když byly chutě jídla porovnávány po podmínkách zobrazování, došlo k významnému efektu stavu [F(1.92) = 34.68, P = 0.0001] (tága oblíbeného jídla, obézní 6.1 ± 2.9, chudá 5.8 ± 2.7; stresová tága, obézní 4.4 ± 3.2, chudá 3.1 ± 2.2; neutrální relaxační tága, obézní 3.9 ± 3.4, chudá 3.4 ± 2.4) hlavní efekt skupiny [F(1.46) = 0.99, P = 0.32] nebo interakční efekt podle skupin [F(1.92) = 1.34, P = 0.27)]. Hodnocení náklonnosti k potravinám se zvýšilo po cue oblíbených potravin oproti neutrálním relaxačním podmínkám [t(92) = 7.33, P <0.0001] a po narážce na oblíbené jídlo versus stresové podmínky [t(92) = 7.09, P <0.0001] a žádný významný rozdíl po stresu versus neutrální relaxační podmínky [t(92) = 0.25, P = 0.81].

Korelační mozkové mapy: Subjektivní reakce na touhu po jídle na cue oblíbeného jídla a stresové podmínky pozitivně korelují s aktivacemi v kortikolimbicko-striatálních oblastech u obézních jedinců

Abychom prozkoumali souvislost mezi nervovými odezvami a touhou po jídle, zkoumali jsme asociaci individuálně ohlášených hodnocení touhy po jídle s neurálními odezvami na tágo oblíbeného jídla a stresové podmínky. U obézních, ale nikoli štíhlých jedinců, chuť na jídlo v reakci na populární jídlo a stresové podmínky pozitivně korelovala s aktivacemi ve více kortikolimbicko-striatálních regionech (Obr. 3, Doplňkový obrázek 4, a Doplňková tabulka 4).

Obrázek 3 

Korelační analýzy založené na voxelu s touhou po jídle. Axiální řezy mozku ukazující korelaci mezi hodnocením chuť do jídla a aktivací nervů ve stresovém stavu u obézních (A) a štíhlé (B) skupiny (prahové hodnoty na P <0.05, ...

Oblasti mozku, které korelují jak s touhou po jídle, tak s rezistencí na inzulin: účinky zprostředkování

Nakonec jsme vyhodnotili, zda inzulinová rezistence korelovala s touhou po jídle v každém stavu a zda byly tyto vztahy zprostředkovány nervovými odpověďmi. Úrovně HOMA-IR korelovaly s hodnotami touhy po jídle během expozice oblíbeného jídla u obézních subjektů (r2 = 0.20; P = 0.04), ale ne štíhlí jednotlivci (r2 = 0.006; P = 0.75) (Obr. 4A). HOMA-IR hladiny nekorelují s touhou po jídle ve stresu (obézní: r2 = 0.12, P = 0.12; opírat se: r2 = 0.003, P = 0.82) nebo neutrální relaxace (obézní: r2 = 0.04, P = 0.38; opírat se: r2 = 0.004, P = 0.80) podmínky.

Obrázek 4Obrázek 4 

Model zprostředkování: Překrývající se oblasti mozku zprostředkovávají účinek pozorovaný mezi HOMA-IR a touhou po jídle u obézních jedinců. A: Korelace mezi hladinami HOMA-IR a hodnotami chuť do jídla v obézních a libových skupinách. B: Překrývající se oblasti nervových ...

Abychom prozkoumali, zda touha po potravě modulovaná inzulínovou rezistencí prostřednictvím nervových odpovědí, nejprve jsme posoudili specifické překrývání v regionech, které byly běžné v jejich nervových souvislostech s rezistencí na inzulín a s touhou po jídle. U obézních jedinců korelovala aktivita v thalamu a VTA / SN jak s inzulinovou rezistencí, tak s touhou po jídle ve stavu oblíbeného jídla (Obr. 4B a Doplňková tabulka 5). Podobné vzorce byly pozorovány u putamenů a ostrovů ve stresovém stavu a thalamu, caudátů, putamenů a ostrovů v neutrálně relaxačních podmínkách (Obr. 4B a Doplňková tabulka 5). Ve štíhlých předmětech jsme nenašli žádné takové překrývající se regiony.

Dále jsme zkoumali, zda vztahy mezi HOMA-IR a touhou po jídle byly zprostředkovány překrývajícími se regionálními mozkovými aktivacemi, které korelovaly jak s HOMA-IR, tak s touhou po jídle (Obr. 4C). Statistické mediační analýzy mohou být použity k prozkoumání vztahu mezi dvěma proměnnými a k ​​určení míry, do jaké může být za sledovaný vztah odpovědná třetí, potenciálně zasahující proměnná (). Jinak řečeno, zkoumali jsme, zda pozorované nervové aktivace v kortikolimbicko-striatálních mozkových oblastech statisticky zprostředkovaly vztah mezi HOMA-IR a touhou po jídle u obézních účastníků. Jak naznačuje významný nepřímý efekt (a × b cesta) hodnoty (Doplňková tabulka 6), vztah mezi HOMA-IR a touhou po jídle byl zprostředkován nervovými odezvami v thalamu, mozkovém kmeni (včetně VTA / SN) a mozečku v kondici oblíbeného jídla a v putamen a insula ve stavu stresového podnětu.

ZÁVĚRY

Pozorovali jsme výrazné kortikolimbicko-striatální aktivace u obézních, ale nikoliv štíhlých jedinců v reakci na oblíbenou stravu a stres ve srovnání s neutrálně relaxačními podmínkami. Nervové reakce v těchto regionech během expozice potravinové cue jsou konzistentní s předchozími studiemi (,,,). Výraznější nervové reakce pozorované u obézních jedinců v mozkových oblastech zapletené do odměny-motivace, emoční paměti, zpracování chuti a interocepce, korelovaly s HOMA-IR, měřením inzulínové rezistence a hyperinzulinemií. Kromě toho tyto nervové reakce statisticky zprostředkovaly vztah mezi inzulínovou rezistencí a touhou po jídle u obézních osob, což naznačuje, že u obézních lidí může inzulínová rezistence přímo nebo nepřímo ovlivňovat nervové dráhy, což vede k touze konzumovat oblíbené a často vysoce kalorické potraviny.

Naše zjištění jsou v souladu s předchozí prací a ukazují, že inzulín působí jako regulační signál centrálního nervového systému o příjmu potravy a tělesné hmotnosti (,). V souladu s údaji, které naznačují hypothalamus a dopaminergní cesty odměny při obezitě a působení inzulínu (-), 1) obézní jedinci prokázali zvýšenou aktivaci v kortikolimbicko-striatálních regionech, včetně striata (putamen i caudate), insula a thalamu a 2) velikost inzulínové rezistence, jak byla stanovena pomocí HOMA-IR, pozitivně korelovala s aktivací striata a insula v reakci na narážku na oblíbené jídlo a stresové podmínky u obézních jedinců. Tato data jsou podporována dřívější prací, která ukazuje, že změny v citlivosti na inzulín ve VTA modifikují následné reakce projekcí na striatum (); metabolismus glukózy stimulovaný inzulínem ve ventrálním striatu je u subjektů rezistentních na inzulín snížen (); a ostrovní a hippocampální aktivace v reakci na potravinové podněty přímo souvisí s hyperinzulinémií (). Tato pozorování společně mohou mít důležité klinické důsledky pro chování související s jídlem a naznačují, že inzulínová rezistence může narušit schopnost inzulínu potlačovat propagační dráhy, a tím u obézních jedinců selektivně zdůrazňovat nervové reakce související se stresem a jídlem.

Nebylo zjištěno, že by subjektivní, samostatně hlášené hodnocení touhy po jídle, které jsou závislé na individuálním vnímání, byly u obézních a štíhlých jedinců statisticky významně odlišné. Kromě toho obézní a štíhlé subjekty identifikovaly pozoruhodně podobné oblíbené potraviny pro své individualizované tábory s oblíbenými jídly (Doplňková tabulka 7), přičemž většina potravin má vysoký obsah tuku a kalorický obsah. Zjištěné rozdíly tedy nezahrnují rozdíly v požadovaných potravinách, ale spíše to, jak jsou tyto informace zpracovávány a interpretovány, a pravděpodobné, jaké důsledky konzumního chování následně vzniknou po vystavení oblíbeným potravinám v reálném životě. Je však pozoruhodné, že hladiny HOMA-IR u obézních, ale nikoliv štíhlých jedinců korelovaly s hodnotami chuť do jídla spojenými s oblíbenými potravinami. V souladu s tímto pozorováním, když jsme zkoumali, které aktivace mozkových oblastí korelovaly jak s hodnotami HOMA-IR, tak s hodnotami chuť k jídlu, jsme zjistili překrývající se oblasti mozku u obézních, ale nikoli štíhlých jedinců. Mezi tyto regiony patřily nejen VTA a SN, ale také striatum, insula a thalamus, které přispívají ke zpracování motivace k odměňování a odezvě na stres (), aroma a interoceptivní signalizace (,) a přenos periferních senzorických informací do kůry (). Tato data naznačují, že inzulínová rezistence a / nebo důsledky inzulínové rezistence mohou zesílit nebo senzitizovat reakce v nervových obvodech, které ovlivňují touhu po jídle pro vysoce žádaná jídla a v konečném důsledku ovlivňují další přírůstek hmotnosti. Významný vztah mezi hladinami inzulínu a HOMA-IR s touhou po jídle a aktivací mozku pozorovanou u obézních, ale nikoli štíhlých jedinců, může souviset s nedostatečnou variabilitou hladin inzulínu u štíhlých jedinců a / nebo jinými faktory, které významně přispívají k touze po jídle .

Asociace dat podporují vysoký nekontrolovatelný stres, chronický stres, vysoký BMI a nárůst hmotnosti (,). Stres ovlivňuje stravovací chování (,), zvyšující se četnost konzumace rychlého občerstvení (), občerstvení () a kaloricky a vysoce chutná jídla () a stres byl spojen se zvýšením tělesné hmotnosti (). V naší studii, během stresové expozice, hodnotila chuť k jídlu u obézních, ale ne štíhlých, jednotlivci pozitivně korelovali s aktivací v caudate, hippocampu, insulach a putamenu. Tyto různé vztahy naznačují, že touha po jídle související se stresem je u obézních jedinců vyvolávána odlišnými nervovými korelací a zvyšuje se tak možnost, že tento rozdíl může zvýšit riziko konzumace požadovaných, vysoce chutných potravin během stresu u obézních jedinců. Tato zjištění jsou v souladu s údaji, které naznačují, že u obézních žen je stravování založené na stresu zhoršeno (), zatímco zdá se, že stravování založené na stresu má nekonzistentní účinek na spotřebu potravin u štíhlých jedinců). Po vystavení psychickému stresu mají saturovaní lidé s nadváhou větší touhu po dezertech a lehkém občerstvení a vyšší kalorický příjem ve srovnání s chudými jedinci za stejných podmínek (). Ve srovnání s jednotlivci s nižšími BMI vykazují osoby s vyššími BMI silnější souvislosti mezi psychologickým stresem a budoucím přírůstkem na váze (). Dohromady tyto studie a naše zjištění naznačují, že obézní jedinci mohou být zranitelnější vůči stresu a konzumaci potravin souvisejících se stresem a následnému nárůstu hmotnosti. Vzhledem k tomu, že touha po jídle vyvolaná oblíbeným jídlem i stresem souvisí s aktivací kortikolimbicko-striatální nervové aktivace, bylo by v budoucích studiích vhodné simulovat vysoce stresové situace v reálném životě a zkoumat funkci nervových obvodů, když jsou obézní lidé vystaveni současně akutní stresové látky a populární jídla.

Konečně je pozoruhodné, že obézní jedinci se známkou inzulínové rezistence vykazovali změny v touze po jídle i v uvolněném stavu. Kortikolimbicko-striatální aktivace pozorované u obézních jedinců během neutrálně uvolňujícího stavu korelovaly se subjektivní touhou po jídle. Hladiny HOMA-IR u obézních jedinců také korelovaly s nervovými odezvami během neutrálně uvolňujícího stavu, což naznačuje, že chronický stav rezistentní na inzulín je spojen s přetrvávající aktivací v mozkových oblastech kortikolimbicky striatálních i při nepotravinářských a nestresových podmínkách (např. (v klidových nebo uvolněných stavech) u obézních jedinců a tento vztah může udržovat touhu po jídle a podporovat stravovací chování během necitovaných nebo výchozích stavů.

Průřezová povaha této studie vylučuje posouzení příčinné souvislosti. Podélné studie by umožnily posoudit, zda obezita vede ke zvýšené citlivosti na potravinové podněty a stres v mozkových oblastech s motivací a odměnou, nebo zda jsou na počátku přítomny nervové rozdíly a jejich asociace s inzulínovou rezistencí. Měření inzulínové rezistence pomocí HOMA-IR postrádá přesnost poskytovanou technikou euglykemické svorky, ačkoli to úzce souvisí s reakcí na periferní inzulín a široce se používá ve výzkumu a klinické praxi (). Hladiny inzulinu a glukózy byly stanoveny ráno, aby bylo možné stanovit citlivost na inzulín pomocí vzorků krve nalačno pro výpočet HOMA-IR; zobrazovací postupy fMRI byly prováděny odpoledne, takže subjekty nebyly intenzivně hladové ani plné. V budoucích studiích může měření krve bezprostředně před, během a po MRI poskytnout užitečné informace, ačkoli mohou existovat potenciální komplikace (např. Možné vlivy flebotomie na systémy reakce na stres). Vzorky krve nalačno nebyly získány v den relace fMRI; nelze tedy vytvořit dočasný vztah mezi metabolickými parametry a nervovými odpověďmi a potenciální rozdíly mezi skupinami ve stabilitě měření HOMA-IR u obézních a štíhlých jedinců by mohly ovlivnit korelace pozorované v této studii. Zejména však bylo prokázáno, že míry HOMA-IR mají relativně nízkou intra- a interindividuální variabilitu u nediabetických obézních () a nadváhou () u jedinců a plazmatický inzulín a glukóza v ustáleném stavu byly u zdravých jedinců stabilní v intervalu 4 (). Variační koeficienty pro HOMA jsou navíc mezi 7.8 a 11.7% (). Navzdory těmto studijním omezením, naše data poskytují první důkaz, že rezistence na inzulín přímo nebo nepřímo hraje důležitou roli v nervových aktivacích spojených s oblíbenými jídly a stresem a že takové nervové reakce modulují chuť na jídlo u obézních jedinců. Zda primární rezistence na inzulín je primární událostí nebo ke změnám mozkových odpovědí dochází sekundárně po chronické expozici systémové hyperinzulinémii a naopak downregulace inzulínových receptorů centrálního nervového systému zůstává nejistá; tyto výsledky však mají potenciální důležité terapeutické důsledky.

S podstatným zvýšením prevalence obezity v posledních třech desetiletích mají tato zjištění značné klinické důsledky pro léčbu metabolické dysfunkce a prevenci diabetu typu 2. Současná zjištění naznačují, že inzulínová rezistence u obezity se týká nervových mechanismů, které regulují motivační stavy nebo chování související s jídlem, jako je touha po jídle nebo touha po jídle a jídle. Tato zjištění naznačují, že jedinci s tímto pozměněným metabolickým fenotypem mohou být ohroženi pokračujícím nebo trvalým nárůstem hmotnosti. Navíc, protože mnoho zapojených nervových oblastí je subkortikálních, uvažujeme, že u těchto obézních jedinců může dojít ke snížené vědomé kontrole nad výsledným chováním souvisejícím s jídlem, což vede k dalšímu přetrvávání obezity a inzulínové rezistence.

Došli jsme k závěru, že expozice scénám oblíbeného jídla a stresových událostí podporuje aktivaci oblastí odměňování motivace mozku a touhu po jídle u obézních jedinců rezistentních na inzulín. Je zajímavé spekulovat, že inzulínová rezistence se může vyskytovat centrálně v obezitě a přispívat k deregulovaným motivacím ke konzumaci jídla, které může zase předisponovat jedince k přejídání, což vede ke zvyšování hmotnosti viskózního cyklu. Proto zkoumání centrálních účinků a behaviorálních důsledků léků, které mění rezistenci na inzulín, může poskytnout nahlédnutí do nových léčebných postupů, které zmírní touhu po vysoce kalorických potravinách s vysokou chutí.

 

Doplňkový materiál

Doplňkové údaje: 

Poděkování

Tato práce byla podporována Národním institutem pro cukrovku a trávicí a nemoci ledvin / Národní zdravotní ústavy T32 DK07058, diabetes mellitus a poruchy metabolismu; T32 DK063703-07, Výcvik v pediatrické endokrinologii a výzkumu cukrovky; Výzkumné centrum pro cukrovku a endokrinologii P30DK045735; a R37-DK20495 a NIH Plán pro společný fond lékařského výzkumu udělují RL1AA017539, UL1-DE019586, UL1-RR024139 a PL1-DA024859.

Nebyly zaznamenány žádné potenciální střety zájmů relevantní pro tento článek.

AMJ provedl analýzu dat, přispěl k interpretaci dat a napsal rukopis. RS byla zodpovědná za návrh studie, financování a sběr dat; přispěl k interpretaci dat; a napsal rukopis. CL provedla analýzu dat. DMS přispěl k interpretaci dat. RSS přispěl k interpretaci dat a napsal rukopis. MNP byl zodpovědný za návrh studie, financování a sběr dat; přispěl k interpretaci dat; a napsal rukopis. MNP je garantem této práce a jako takový měl plný přístup ke všem údajům ve studii a nese odpovědnost za integritu dat a správnost analýzy dat.

Části této studie byly prezentovány v abstraktní podobě na vědeckých zasedáních 71ST American Diabetes Association, San Diego, Kalifornie, 24 – 28, červen 2011.

Poznámky pod čarou

 

Tento článek obsahuje doplňková data online na adrese http://care.diabetesjournals.org/lookup/suppl/doi:10.2337/dc12-1112/-/DC1.

 

Reference

1. Informační list Světové zdravotnické organizace o obezitě a nadváhě [článek online], 2011. Přístup na 15, červenec 2012
2. Ogden CL, Carroll MD, McDowell MA, Flegal KM. Obezita mezi dospělými ve Spojených státech - od 2003 – 2004 neexistuje statisticky významná šance. NCHS Data Brief, 2007, str. 1 – 8 [PubMed]
3. Berthoud HR. Homeostatické a nehomeostatické cesty podílející se na řízení příjmu potravy a energetické bilance. Obezita (Silver Spring) 2006; 14 (Suppl. 5): 197S – 200S [PubMed]
4. Tataranni PA, DelParigi A. Funkční neuroimaging: nová generace studií lidského mozku ve výzkumu obezity. Obes Rev 2003; 4: 229 – 238 [PubMed]
5. Adam TC, Epel ES. Stres, stravování a systém odměn. Physiol Behav 2007; 91: 449 – 458 [PubMed]
6. Lowe MR, van Steenburgh J, Ochner C, Coletta M. Neural koreluje individuálních rozdílů souvisejících s chutí k jídlu. Physiol Behav 2009; 97: 561 – 571 [PubMed]
7. Blok JP, He Y, Zaslavsky AM, Ding L, Ayanian JZ. Psychosociální stres a změna hmotnosti u dospělých v USA. Am J Epidemiol 2009; 170: 181 – 192 [PMC bezplatný článek] [PubMed]
8. Castellanos EH, Charboneau E, Dietrich MS, et al. Obézní dospělí mají vizuální zaujatost pro obrazy tága: důkaz o změně funkce systému odměn. Int J Obes (Lond) 2009; 33: 1063 – 1073 [PubMed]
9. Coelho JS, Jansen A, Roefs A, Nederkoorn C. Chování při jídle v reakci na expozici vyvolané jídlem: zkoumání modelů reaktivity a kontroly kontrastu. Psychol Addict Behav 2009; 23: 131 – 139 [PubMed]
10. Lemmens SG, Rutters F, Born JM, Westerterp-Plantenga MS. Stres zvyšuje „chuť“ potravy a příjem energie u viscerálních pacientů s nadváhou bez hladu. Physiol Behav 2011; 103: 157 – 163 [PubMed]
11. Tetley A, Brunstrom J, Griffiths P. Individuální rozdíly v reaktivitě potravin. Role BMI a každodenní výběr velikosti porcí. Chuť k jídlu 2009; 52: 614 – 620 [PubMed]
12. Jastreboff AM, Potenza MN, Lacadie C, Hong KA, Sherwin RS, Sinha R. Index tělesné hmotnosti, metabolické faktory a striatální aktivace během stresových a neutrálně relaxačních stavů: studie FMRI. Neuropsychofarmakologie 2011; 36: 627 – 637 [PMC bezplatný článek] [PubMed]
13. Martin LE, Holsen LM, Chambers RJ, et al. Nervové mechanismy spojené s motivací jídla u obézních a zdravých dospělých dospělých. Obezita (Silver Spring) 2010; 18: 254 – 260 [PubMed]
14. Rothemund Y, Preuschhof C, Bohner G., et al. Diferenciální aktivace dorzálního striatu pomocí vysoce kalorických vizuálních potravinových podnětů u obézních jedinců. Neuroimage 2007; 37: 410 – 421 [PubMed]
15. Stice E, Spoor S, Bohon C, Veldhuizen MG, Small DM. Vztah odměny od příjmu potravy a předpokládaného příjmu potravy k obezitě: funkční zobrazovací studie magnetické rezonance. J Abnorm Psychol 2008; 117: 924 – 935 [PMC bezplatný článek] [PubMed]
16. Stoeckel LE, Weller RE, Cook EW, 3rd, Twieg DB, Knowlton RC, Cox JE. Rozsáhlá aktivace systému odměn u obézních žen v reakci na obrázky vysoce kalorických potravin. Neuroimage 2008; 41: 636 – 647 [PubMed]
17. Volkow ND, Wang GJ, Fowler JS, Telang F. Překrývající se neuronové obvody v závislosti a obezitě: důkaz systémové patologie. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 2008; 363: 3191 – 3200 [PMC bezplatný článek] [PubMed]
18. Malý DM. Chuť je v mozku. Physiol Behav. 17 Duben 2012 [Epub před tiskem] [PubMed]
19. Mayer EA, Naliboff BD, Craig AD. Neuroimaging osy mozek-střeva: od základního porozumění k léčbě funkčních poruch GI. Gastroenterologie 2006; 131: 1925 – 1942 [PubMed]
20. Karhunen LJ, Lappalainen RI, Vanninen EJ, Kuikka JT, Uusitupa MI. Regionální průtok krve mozkem během expozice potravy u obézních žen a žen s normální hmotností. Mozek 1997; 120: 1675 – 1684 [PubMed]
21. Pepino MY, Finkbeiner S, Mennella JA. Podobnosti v chutích potravin a náladových stavech mezi obézními ženami a ženami, které kouří tabák. Obezita (Silver Spring) 2009; 17: 1158 – 1163 [PMC bezplatný článek] [PubMed]
22. Volkow ND, Wang GJ, Baler RD. Odměna, dopamin a kontrola příjmu potravy: důsledky pro obezitu. Trendy Cogn Sci 2011; 15: 37 – 46 [PMC bezplatný článek] [PubMed]
23. Chechlacz M, Rotshtein P, Klamer S, et al. Diabetes dietní management mění odpovědi na obrázky potravin v mozkových oblastech spojených s motivací a emocemi: funkční zobrazovací studie magnetické rezonance. Diabetologia 2009; 52: 524 – 533 [PubMed]
24. Sharkey KA. Od tuku k plnému: periferní a centrální mechanismy řízení příjmu potravy a energetické bilance: pohled ze židle. Obezita (Silver Spring) 2006; 14 (Suppl. 5): 239S – 241S [PubMed]
25. Kahn SE, Hull RL, Utzschneider KM. Mechanismy spojující obezitu s inzulinovou rezistencí a diabetem typu 2. Příroda 2006; 444: 840 – 846 [PubMed]
26. Gao Q, Horvath TL. Neurobiologie výživy a energetické výdaje. Annu Rev Neurosci 2007; 30: 367 – 398 [PubMed]
27. Anthony K, Reed LJ, Dunn JT, et al. Zmírnění inzulinem vyvolaných odpovědí v mozkových sítích, které řídí chuť k jídlu a odměnu v inzulínové rezistenci: mozkový základ pro zhoršenou kontrolu příjmu potravy u metabolického syndromu? Diabetes 2006; 55: 2986 – 2992 [PubMed]
28. Schwartz MW. Biomedicína. Zůstat štíhlý s inzulínem v mysli. Science 2000; 289: 2066 – 2067 [PubMed]
29. Figlewicz DP, Evans SB, Murphy J, Hoen M, Baskin DG. Exprese receptorů pro inzulín a leptin ve ventrální tegmentální oblasti / substantia nigra (VTA / SN) krysy. Brain Res 2003; 964: 107 – 115 [PubMed]
30. Interakce Redgrave P, Coizet V. Brainstem s bazálními gangliemi. Parkinsonismus Relat Disord 2007; 13 (Suppl. 3): S301 – S305 [PubMed]
31. Brüning JC, Gautam D, Burks DJ, et al. Role mozkového inzulínového receptoru při kontrole tělesné hmotnosti a reprodukce. Science 2000; 289: 2122 – 2125 [PubMed]
32. Kullmann S, Heni M, Veit R, et al. Obézní mozek: Asociace indexu tělesné hmotnosti a citlivosti na inzulín s funkční konektivitou v klidové stavu. Hum Brain Mapp 2012; 33: 1052 – 1061 [PubMed]
33. Sinha R. Modelování stresu a touhy po drogách v laboratoři: důsledky pro vývoj léčby závislosti. Addict Biol 2009; 14: 84 – 98 [PMC bezplatný článek] [PubMed]
34. Sinha R. Chronický stres, užívání drog a zranitelnost vůči závislosti. Ann NY Acad Sci 2008; 1141: 105 – 130 [PMC bezplatný článek] [PubMed]
35. Kazatel KJ, Hayes AF. Asymptotické a převzorkovací strategie pro hodnocení a srovnávání nepřímých účinků u více mediátorových modelů. Metody Behav Res 2008; 40: 879 – 891 [PubMed]
36. Davids S, Lauffer H, Thoms K, et al. Zvýšená aktivace dorsolaterální prefrontální kůry u obézních dětí při pozorování potravinových podnětů. Int J Obes (Lond) 2010; 34: 94 – 104 [PubMed]
37. Schwartz MW, Figlewicz DP, Baskin DG, Woods SC, Porte D., Jr Inzulin v mozku: hormonální regulátor energetické rovnováhy. Endocr Rev 1992; 13: 387 – 414 [PubMed]
38. Woods SC, Lotter EC, McKay LD, Porte D., Jr Chronická intracerebroventrikulární infuze inzulínu snižuje příjem potravy a tělesnou hmotnost paviánů. Příroda 1979; 282: 503 – 505 [PubMed]
39. Sandoval D, Cota D, Seeley RJ. Integrační role mechanismů snímání paliv CNS v energetické rovnováze a regulaci glukózy. Annu Rev Physiol 2008; 70: 513 – 535 [PubMed]
40. Wallner-Liebmann S, Koschutnig K, Reishofer G., et al. Aktivace inzulínu a hippocampu v reakci na obrázky vysoce kalorického jídla u normální hmotnosti a obézních dospívajících. Obezita (Silver Spring) 2010; 18: 1552 – 1557 [PubMed]
41. Sherman SM. Thalamus je víc než jen relé. Curr Opin Neurobiol 2007; 17: 417 – 422 [PMC bezplatný článek] [PubMed]
42. Steptoe A, Lipsey Z, Wardle J. Stress, problémy a variace ve spotřebě alkoholu, výběru jídla a fyzické námaze: studie deníku. Br J Health Psychol 1998; 3: 51 – 63
43. Oliver G, Wardle J. Vnímané účinky stresu na výběr jídla. Physiol Behav 1999; 66: 511 – 515 [PubMed]
44. Epel E, Lapidus R, McEwen B, Brownell K. Stres může u žen přidávat skus: laboratorní studie stresu vyvolaného kortizolu a stravovacího chování. Psychoneuroendokrinologie 2001; 26: 37 – 49 [PubMed]
45. Laitinen J, Ek E, Sovio U. Stravování a pití související se stresem a index tělesné hmotnosti a prediktory tohoto chování. Předchozí Med 2002; 34: 29 – 39 [PubMed]
46. Greeno CG, Wing RR. Stresem vyvolané stravování. Psychol Bull 1994; 115: 444 – 464 [PubMed]
47. Wallace TM, Levy JC, Matthews DR. Použití a zneužití modelování HOMA. Diabetes Care 2004; 27: 1487 – 1495 [PubMed]
48. Jayagopal V, Kilpatrick ES, Jennings PE, Hepburn DA, Atkin SL. Biologická variabilita homeostázového modelu založená na hodnocení inzulínové rezistence u diabetu typu 2. Diabetes Care 2002; 25: 2022 – 2025 [PubMed]
49. Jayagopal V, Kilpatrick ES, Holding S, Jennings PE, Atkin SL. Biologická variabilita inzulínové rezistence u syndromu polycystických vaječníků. J Clin Endocrinol Metab 2002; 87: 1560 – 1562 [PubMed]
50. Facchini F, Humphreys MH, Jeppesen J, Reaven GM. Měření likvidace glukózy zprostředkované inzulínem je v průběhu času stabilní. J Clin Endocrinol Metab 1999; 84: 1567 – 1569 [PubMed]