Dana M. Small, Alexandra G. DiFeliceantonio
Věda 25 Jan 2019:
Sv. 363, vydání 6425, s. 346-347
DOI: 10.1126 / science.aav0556
Signály, které přenášejí nutriční informace ze střeva do mozku, regulují posilování potravin a výběr potravin (1-4). Konkrétně, ačkoli centrální nervové výpočty provádějí výběr, nervový systém střev předává informace o nutričních výsledcích volby mozku, takže lze aktualizovat reprezentaci hodnot potravin. Zde diskutujeme nedávná zjištění, která naznačují, že věrnost signalizace mozku ve střevech a výsledné znázornění hodnoty jídla jsou ohroženy zpracovanými potravinami (3, 4). Porozumění této ose by mohlo informovat o chování při krmení zpracovaných potravin a obezitě.
V 1947u experimenty, ve kterých byly hlodavci krmeny izokalorickou stravou, která se měnila v objemu, odhalily, že hlodavci přesně titrují objem potravy spotřebované k udržení konstantního příjmu kalorií ve dnech, což naznačuje, že „krysy jedí kalorií“ (5). To znamenalo, že musí být generován signál, který sděluje energetickou hodnotu jídla do mozku, aby vedl příjem. Později jiní potvrdili, že tyto „požité“ signály mohou být posíleny tím, že ukazují, že zvířata jsou schopna vytvářet preference pro příchutě konzumované kaloriemi ve srovnání s těmi, které byly konzumovány bez - forma učení zvaná kondicionování výživných látek (FNC) (6). Důležité je, že FNC se vyskytuje i při absenci souběžné ústní smyslové stimulace, která izoluje post-požité signály jako klíčový zesilovač (7). Například zvířata, která postrádají neurobiologický aparát k převádění sladké chuti, přesto vytvářejí preference pro vodu obsahující sacharózu ve srovnání se samotnou vodou a toto chování je doprovázeno zvýšením extracelulárního dopaminu ve striatu, mozkové oblasti, která je nezbytná pro motivaci a učení. Kriticky však infúze antimetabolika 2-deoxyglukózy, která blokuje schopnost buněk používat glukózu jako palivo, zeslabuje extracelulární dopamin a tvorbu preferencí (1). Tyto signály jsou pravděpodobně neurální spíše než endokrinní (tj. Hormonální), protože vzestup extracelulárního dopaminu je rychlý po intragastrické infuzi glukózy (8). Dále infuze glukózy, ale nemetabolizovatelné glukózy v portální žíle zvyšuje extracelulární dopamin (8). Souhrnně to naznačuje, že u zvířat je nepodmíněný stimul, který řídí zesílení cukru (sacharidů), metabolickým signálem produkovaným, když buňky používají glukózu jako palivo; tento signál je pak snímán mechanismem v portální žíle a následně přenesen do mozku k regulaci dopaminové signalizace (viz obrázek). Přesná povaha metabolického signálu, jeho senzoru a způsob jeho přenosu do mozku nejsou známy.
Existují důkazy, že podobný mechanismus funguje u lidí. Neuroimagingové studie prokázaly, že potravinové narážky, které predikují kalorie, aktivují striata u lidí a že velikost těchto odpovědí je regulována metabolickými signály (9). Konkrétně zvýšení hladiny glukózy v krevní plazmě po konzumaci nápoje obsahujícího uhlohydráty předpovídá velikost podmíněné striatální odpovědi na zrak a chuť nápoje. Protože glukóza musí být přítomna, aby mohla být použita jako palivo, naznačuje to, že u lidí, stejně jako u zvířat, závisí uhlohydrátová zesílení na metabolickém signálu spojeném s přítomností glukózy. Navíc pozorování u lidí naznačují, že mozková reprezentace metabolických signálů je nezávislá na vědomém vnímání, jako je například jídlo. Stejné striatální odezvy na kaloricky prediktivní chuťové znamení, které byly tak pevně spojeny se změnami hladiny glukózy v plazmě, nesouvisely s hodnocením likéru nápojů účastníky. To je v souladu s dalšími neuroimagingovými studiemi, které zjišťují, že skutečná hustota energie, a nikoli odhadovaná hustota energie nebo hodnocená podobnost obrázků potravin, předpovídá ochotu platit za potraviny a odezvy na striatální odměny (3, 10). Tato pozorování naznačují, že nervová reprezentace těchto posilujících nutričních signálů je nezávislá na vědomém vnímání potravy. Zajímavou možností je, že metabolické signály jsou důležitými generátory motivačních význačných rysů (jak se podněty stávají motivačně smysluplnými) a že odlišné cesty iniciované těmito signály se mapují na nervové okruhy, které chtějí potravu, proti jídlu, které mají rádi jídlo (11).
Lipidy jsou dalším důležitým zdrojem energie, která je metabolizována odlišně od uhlohydrátů. V souladu s tím se liší cesta, kterou je do mozku sdělována energetická hodnota tuku. Blokování oxidace tuku zvyšuje chuť k jídlu a blokování oxidace glukózy zvyšuje chuť k jídlu. Avšak vagotomie (operace k odtržení vagusového nervu) u myší pouze narušuje zvýšenou chuť k jídlu pro tuk a nechává chuť na glukózu neovlivněna (12). Stejně jako glukóza, přímá infuze lipidů do střeva vytváří okamžitý vzestup extracelulárního striatálního dopaminu. K tomu však dochází prostřednictvím specifického mechanismu receptoru α (PPARα) aktivovaného proliferátorem peroxisomů (2). PPARa je exprimován duodenálními a jejunálními enterocyty v tenkém střevě a signalizuje nervu vagus prostřednictvím dosud neznámých mechanismů. Podobně jako striatální uvolňování dopaminu glukózou je nárůst dopaminu rychlý, což je v souladu s neurální než endokrinní signalizací. Kromě toho aktivace těchto vagálních senzorických neuronů v horním střevě, které vyčnívají do pravého uzlového ganglionu, zadního mozku, substantia nigra a dorzálního striata, je dostatečná pro podporu učení odměny (místo preference) a uvolnění striatálního dopaminu u myší (13). To, zda tato cesta existuje u lidí, není jasné a zkoumá se, zda takové metabolické neurální aferentní dráhy (MNA) existují pro jiné lipidy a živiny.
Objev, že nepodmíněný stimul podporující potravu je signál MNA - který je alespoň někdy nezávislý na smyslovém požitku - je překvapující. Hlubší reflexe však odhaluje eleganci tohoto řešení. Všechny organismy musí zajistit energii, aby přežily, a většina postrádá mozkové funkce vyššího řádu, které podporují vědomí. Mechanismus tedy pravděpodobně odráží konzervovaný systém navržený tak, aby přenášel výživné vlastnosti potravin do centrálních obvodů v mozku, které regulují krmení nezávisle na vědomí, takže jídlo je stejně posilující, jako je užitečným zdrojem energie. V souladu s tím je pro přesný odhad hodnoty kritický přenos věrných informací ze střeva do mozku.
I když je zřejmé, že moderní potravinářské prostředí podporuje obezitu a cukrovku, diskuse obklopuje přesné mechanismy, kterými k tomu dochází. Moderní zpracované potraviny mají tendenci být energeticky husté, jsou zkonstruovány tak, aby byly neodolatelné, jak je to možné, a nabírají živiny v dávkách a kombinacích, s nimiž se dosud nesetkaly. Vzhledem k tomu, že energetické signály řídí posilování, mohou zvýšené dávky zvyšovat posilovací a tedy „návykový“ potenciál zpracovaných potravin. Nemusí to však být jediné faktory, které přispívají ke zvýšené cukrovce a obezitě.
Aby se zvýšila chutnost, jsou do potravin a nápojů, které obsahují také výživné cukry a škroby, často přidávána ne výživná sladidla (látky bez kalorického obsahu). Například nápoje sladené cukrem obsahují výživné cukry glukózu a fruktózu, stejně jako ne-výživná sladidla sukralóza a acesulfam K. Jogurty často obsahují výživné cukry a ne výživná sladidla, jako je extrakt z listů stevia. Krátké prozkoumání potravinových štítků v obchodě s potravinami odhalí mnoho příkladů potravin a nápojů, které obsahují jak výživné cukry, tak i jiná než výživná sladidla. Naproti tomu v nezpracovaných potravinách je sladkost úměrná obsahu cukru, a tedy kalorickému (energetickému) obsahu potraviny. Nedávné důkazy naznačují, že produkty, které obsahují kombinaci výživných cukrů a neživných sladidel, mají překvapivé metabolické a posilující účinky. Například konzumace nápoje 115-kcal vyvolá větší termogenní účinky, pokud je sladkost „sladěna“ s kalorickou zátěží ve srovnání s tím, zda je příliš sladká nebo nedostatečně sladká (4). Protože dietogenem indukovaná termogeneze (DIT) je ukazatelem metabolismu živin a metabolická odezva vede k posílení prostřednictvím MNA, může nápoj „s nízkým obsahem kalorií“ vyhovovat většímu vkusu a striatální reakci než nápoj „s nesprávným sladěním“ s vyšším obsahem kalorií (4). Důležité je, že k tomuto účinku dochází, i když se zvyšuje hladina glukózy v plazmě. To ukazuje, že u lidí, stejně jako u zvířat, není přítomnost živiny ve střevech nebo krvi hnací silou, ale spíš tvorba MNA, když je živina používána jako palivo, které je kritické. Mechanismus tohoto účinku „nesouladu“ u lidí není znám a vyžaduje další studium. Zejména pochopení osudu nemetabolizované glukózy a určení, zda existují důsledky pro cukrovku a obezitu, je kritickým budoucím směrem. Je zřejmé, že energetická hodnota nápojů, které obsahují výživné cukry a jiná než výživná sladidla, není do mozku přinejmenším přesně komunikována, což může vést ke generování nepřesných signálů nejen pro regulaci odměny, ale také procesy, jako je ukládání energie a rozdělení živin.
Posílení metabolických signálů do mozku
V tomto navrhovaném modelu pro zesílení signálů metabolické neurální aferentní (MNA) signál pro tuk závisí na aktivaci vagálních senzorických aferentů zprostředkovaných PPARa, které promítají do pravého uzlového ganglionu, zadního mozku, substantia nigra a dorzálního striata. Signál pro uhlohydráty je generován během oxidace glukózy a aktivuje neznámý portální žilní senzor, který indukuje signál, který aktivuje dopaminové neurony midbrainu promítající se do striata. Nezávislá kortikální síť integruje signály MNA s vědomou hodnotou.
GRAFICKÝ: A. KITTERMAN /VĚDA
Druhý příklad kompromitované věrnosti signalizace střeva a mozku pochází ze studie, ve které byla porovnána hodnota zesílení potravin, které obsahují především tuk, primárně sacharidy nebo jak tuk, tak sacharidy (3). Potraviny s vysokým obsahem jak tuků, tak uhlohydrátů se v nezpracovaných potravinách snadno nenacházejí, ale často jsou předmětem chuti k jídlu (například čokoláda a koblihy). Studie prokázala, že z výběru stejně kalorických a oblíbených jídel lidé chtěli potraviny, které měly více tuků a sacharidů než ty, které obsahovaly pouze tuk nebo sacharidy, a to se projevilo supraaditivními striatálními odpověďmi (3). To může přispět k tomu, že některé potraviny jsou toužené nebo neodolatelnější než jiné, a proto hrají roli při přejídání.
Tato objevující se zjištění ukazují na dva oddělitelné systémy, které řídí výběr potravin. Jeden systém přímo odráží nutriční hodnotu potravin a spoléhá na metabolické signály dosahující mozku (MNA). Zdá se, že tento systém snímání živin hraje rozhodující roli při regulaci striatálního dopaminu, určování hodnoty potravin a řízení výběru potravin. Ve druhém systému jsou vědomé vjemy, jako je příchuť a přesvědčení o kalorickém obsahu, ceně a zdraví potravin, také důležitými faktory určujícími volbu potravin (14, 15). Nervové výpočty související s vědomými přispěvateli k hodnotě se zdají být odlišné od výpočtů souvisejících s nutričními zesilujícími signály MNA a jsou závislé na obvodech v prefrontální kůře a ostrovní kůře (9). Důležitým tématem výzkumu je určování interakce obou systémů s cílem regulovat požité chování a metabolismus živin.
Je prokázáno, že nutriční obsah zpracovaných potravin není do mozku přesně přenášen. To zvyšuje možnost, že způsob, jakým jsou potraviny připravovány a zpracovávány, přesahují jejich energetickou hustotu nebo chutnost, nepředpokládaným způsobem ovlivňuje fyziologii, která by mohla podpořit přejídání a metabolickou dysfunkci. Lepší porozumění tomu, jak vlastnosti zpracovaných potravin interagují s cestou střeva-mozek, je rozhodující, stejně jako je určování, zda tyto účinky ovlivňují signalizaci sytosti, návykové vlastnosti potravin, metabolické zdraví a obezitu. Kromě toho, i když se zaměřujeme na tuk a uhlohydráty, existuje pravděpodobně více signálních drah, které do mozku přenášejí celou řadu výživných informací, které řídí výběr potravin - a tyto cesty mohou být podobně ovlivněny zpracovanými potravinami.
http://www.sciencemag.org/about/science-licenses-journal-article-reuse
Toto je článek distribuovaný podle podmínek Výchozí licence pro časopisy Science Journals.
Odkazy a poznámky
- ↵
- LA Tellez et al
., J. Physiol. 591, 5727 (2013).
- ↵
- LA Tellez et al
., Science 341, 800 (2013).
Abstrakt / ZDARMA plný textGoogle Scholar
- ↵
- AG DiFeliceantonio et al
., Cell Metab. 28, 33 (2018).
- ↵
- MG Veldhuizen et al
., Curr. Biol. 27, 2476 (2017).
- ↵
- EF Adolph
, Am. J. Physiol. 151, 110 (1947).
- ↵
- GL Holman
, J. Comp. Physiol. Psychol. 69, 432 (1969).
CrossRefPubMedWeb vědyGoogle Scholar
- ↵
- X. Ren a kol
., J. Neurosci. 30, 8012 (2010).
Abstrakt / ZDARMA plný textGoogle Scholar
- ↵
- L. Zhang a kol
., Přední. Integrace. Nuerosci. 12, 57 (2018).
- ↵
- IE de Araujo et al
., Curr. Biol. 23, 878 (2013).
- ↵
- DW Tang a kol
., Psychol. Sci. 25, 2168 (2014).
- ↵
- KC Berridge
, Neurosci. Biobehav. Rev. 20, 1 (1996).
CrossRefPubMedWeb vědyGoogle Scholar
- ↵
- S. Ritter,
- JS Taylor
, Am. J. Physiol. 258, R1395 (1990).
- ↵
- W. Han a kol
., Cell 175, 665 (2018).
- ↵
- TA Hare a kol
., Science 324, 646 (2009).
Abstrakt / ZDARMA plný textGoogle Scholar
- ↵
- H. Plassmann a kol
., J. Neurosci. 30, 10799 (2010).
Abstrakt / ZDARMA plný textGoogle Scholar
Poděkování: Děkujeme I. de Araujo, A. Dagher, S. La Fleur, S. Luquet, M. Schatzker a M. Tittgemeyer za jejich pomoc při utváření naší perspektivy. Uznáváme B. Milnera za její průkopnickou práci na implicitním učení.
;
