Gewichtszunahme ist verbunden mit reduzierter striataler Reaktion auf schmackhafte Ernährung (2010) MENSCHEN

Kommentar: Die Studie zeigt beim Menschen, dass Lebensmittel - ein natürlicher Verstärker - zu einem Rückgang der Dopaminrezeptoren führen können. Ist Internetpornografie weniger anregend als „sehr schmackhaftes“ Essen?

 

LAY ARTICLE: Forschung untersucht Teufelskreis von Überessen und Fettleibigkeit (Zusammenfassung unten)

Veröffentlicht: 9 / 29 / 2010 4: 30 PM EDT
Quelle: Universität von Texas in Austin

Newswise - Neue Forschungen belegen den Teufelskreis, der entsteht, wenn ein fettleibiges Individuum zu viel isst, um den verringerten Genuss von Lebensmitteln zu kompensieren.

Laut einer Studie der University of Texas in Austin, Senior Research Fellow und des Oregon Research Institute Senior Wissenschaftler Eric Stice, und seiner Kollegen, die diese Woche im Journal of Neuroscience veröffentlicht wurden, haben adipöse Personen weniger Genussempfänger und zu viel zu essen.

Stice zeigt, dass dieses Überessen die Reaktionsfähigkeit der Lustrezeptoren („hypofunktionaler Belohnungsschaltkreis“) weiter schwächen kann, was die durch Überessen gewonnenen Belohnungen weiter verringert.
Die Nahrungsaufnahme ist mit der Freisetzung von Dopamin verbunden. Der Genussfaktor beim Essen korreliert mit der Menge an freigesetztem Dopamin. Es gibt Hinweise darauf, dass fettleibige Personen im Vergleich zu mageren Individuen weniger Dopamin (D2) -Rezeptoren im Gehirn haben, und deuten darauf hin, dass übergewichtige adipöse Personen übermäßig belastet sind, um dieses Belohnungsdefizit auszugleichen.

Menschen mit weniger Dopaminrezeptoren müssen mehr von einer lohnenden Substanz - wie Nahrung oder Drogen - aufnehmen, um eine Wirkung zu erzielen, die andere Menschen mit weniger erzielen.

"Obwohl die jüngsten Befunde nahelegten, dass beleibte Personen beim Essen weniger Lust haben und daher mehr essen, um zu kompensieren, ist dies der erste prospektive Beweis, der zeigt, dass das Überessen selbst die Belohnungsschaltung weiter stumpft", sagt Stice, ein leitender Wissenschaftler von Oregon Research Institut, ein gemeinnütziges, unabhängiges Verhaltensforschungszentrum. „Die geschwächte Reaktionsfähigkeit der Belohnungsschaltkreise erhöht das Risiko einer zukünftigen Gewichtszunahme auf Vorwärtsbewegung. Dies erklärt möglicherweise, warum Fettleibigkeit typischerweise einen chronischen Verlauf zeigt und resistent gegen eine Behandlung ist. “

Mit Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) maß Stices Team das Ausmaß, in dem ein bestimmter Bereich des Gehirns (das dorsale Striatum) als Reaktion auf den Konsum eines Schokoladenmilchshakes (im Gegensatz zu einer geschmacklosen Lösung) aktiviert wurde. Die Forscher verfolgten die Änderungen der Teilnehmer im Body-Mass-Index über einen Zeitraum von sechs Monaten.

Die Ergebnisse wiesen darauf hin, dass die Teilnehmer, die an Gewicht zunahmen, nach sechs Monaten im Vergleich zu ihrem Ausgangsscan und gegenüber Frauen ohne Gewichtszunahme eine signifikant geringere Aktivierung als Reaktion auf die Milchshake-Aufnahme zeigten.

"Dies ist ein neuartiger Beitrag zur Literatur, da dies unseres Wissens die erste prospektive fMRI-Studie ist, die die Veränderung der striatalen Reaktion auf den Nahrungsverbrauch als Funktion der Gewichtsveränderung untersucht", sagte Stice. "Diese Ergebnisse werden bei der Entwicklung von Programmen zur Vorbeugung und Behandlung von Fettleibigkeit wichtig sein."

Die Forschung wurde am Gehirn-Imaging-Zentrum der University of Oregon durchgeführt. Stice Co-Autoren gehören Sonja Yokum, eine ehemalige Postdoc-Stipendiatin an der University of Texas in Austin.

Stice hat Essstörungen und Fettleibigkeit für 20 Jahre untersucht. Diese Forschung hat mehrere Präventionsprogramme hervorgebracht, die das Risiko für Essstörungen und Fettleibigkeit zuverlässig reduzieren.

 

DIE STUDIUM: Gewichtszunahme ist mit einer reduzierten striatalen Reaktion auf wohlschmeckende Lebensmittel verbunden.

J Neurosci. Autorenmanuskript; verfügbar in PMC Mar 29, 2011.
Veröffentlicht in endgültig bearbeiteter Form als:
PMCID: PMC2967483
NIHMSID: NIHMS240878
Die endgültig bearbeitete Version dieses Artikels des Herausgebers ist kostenlos unter verfügbar J Neurosci
Siehe andere Artikel in PMC zitieren der veröffentlichte Artikel.

Abstrakt

In Übereinstimmung mit der Theorie, dass Personen mit hypofunktionaler Belohnungsschaltung übermäßig belastet sind, um ein Belohnungsdefizit auszugleichen, haben fettleibige Menschen gegenüber schlanken Menschen weniger striatale D2-Rezeptoren und zeigen weniger striatale Reaktion auf eine wohlschmeckende Nahrungsaufnahme und eine niedrige striatale Reaktion auf die Nahrungsaufnahme sagt eine zukünftige Gewichtszunahme voraus bei Personen mit genetischem Risiko für reduzierte Signalisierung von Belohnungsschaltungen auf Dopaminbasis. Tierstudien deuten jedoch darauf hin, dass die Aufnahme schmackhafter Lebensmittel zu einer Herunterregulierung der D2-Rezeptoren führt, die D2-Empfindlichkeit verringert und die Belohnungsempfindlichkeit herabgesetzt ist. Dies bedeutet, dass Überessen zu einer verminderten Reaktion auf das Striatum beitragen kann. Wir haben daher getestet, ob das Überessen zu einer verminderten Empfindlichkeit des Striatum auf die genießbare Nahrungsaufnahme des Menschen führt, indem die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI) wiederholt gemessen wird. Die Ergebnisse zeigten, dass Frauen, die im Laufe eines 6-Monats an Gewicht zugenommen hatten, eine Verringerung der striatalen Reaktion auf den Genuss von Nahrungsmitteln im Vergleich zu gewichtsstabilen Frauen zeigten. Zusammenfassend legen die Ergebnisse nahe, dass eine geringe Empfindlichkeit der Belohnungsschaltung das Risiko für Überessen erhöht, und dass dieses Überessen die Reaktionsfähigkeit der Belohnungsschaltung in einem Vorwärtskopplungsprozess weiter abschwächen kann.

Stichwort: Fettleibigkeit, Striatum, fMRI, Geschmack, Belohnung, Gewichtszunahme

Einleitung

Das Striatum spielt eine Schlüsselrolle bei der Kodierung der Belohnung für die Nahrungsaufnahme. Die Fütterung ist mit der Freisetzung von Dopamin (DA) im dorsalen Striatum verbunden, und der Grad der DA-Freisetzung korreliert mit der Menge an Genuss beim Essen (Szczypka et al., 2001; Small et al., 2003). Das dorsale Striatum reagiert auf schlanke Menschen auf die Aufnahme von Schokolade und reagiert empfindlich auf seine Abwertung, indem es über die Sättigung hinaus ernährt (Small et al., 2001).

Adipöse Menschen weisen eine geringere Verfügbarkeit des D2-Rezeptors als Striaten auf als schlanke Menschen (Wang et al., 2001; Volkow et al., 2008) und adipöse Ratten haben niedrigere DA-Basalwerte und eine verminderte Verfügbarkeit des D2-Rezeptors als magere Ratten (Orosco et al., 1996; Fetissov et al., 2002). Adipöse versus schlanke Menschen zeigen eine geringere Aktivierung der striatalen DA-Zielregionen (Caudat, Putamen) als Reaktion auf eine wohlschmeckende Nahrungsaufnahme (Stice et al., 2008b, a), zeigen jedoch eine stärkere striatale Aktivierung als Reaktion auf Nahrungsmittelbilder (Rothemund et al., 2007; Stoeckel et al., 2008; Stice et al., 2010), was auf eine Dissoziation zwischen konsumatorischer Nahrungsmittelbelohnung und dem Anreiz der Essenshinweise schließen lässt. Menschen mit einem schwächeren striatalen Aktivierungsverhalten als Reaktion auf die Nahrungsaufnahme hatten ein A1-TaqIA-Allel, das mit einer geringeren Verfügbarkeit von D2-Striatalrezeptoren einhergeht (Noble et al., 1991; Ritchie & Noble, 2003; Tupalaet al., 2003) und reduzierter striataler Ruhemetabolismus (Noble, 1997), zeigte eine erhöhte zukünftige Gewichtszunahme (Stice et al., 2008a). Zusammengefasst stimmen diese Befunde mit der Theorie überein, dass Personen mit geringerer Signalisierungskapazität in Belohnungsschaltkreisen zu viel essen, um dieses Belohnungsdefizit auszugleichen (Blum, 1996; Wang, 2002).

Es gibt jedoch Hinweise darauf, dass der Konsum von schmackhaften Lebensmitteln zu einer Herunterregulierung der DA-Signale führt. Die regelmäßige Einnahme von Nahrungsmitteln mit hohem Fett- und Zuckergehalt, die zur Gewichtszunahme führt, führt zu einer Herunterregulierung der postsynaptischen D2-Rezeptoren, einer verminderten D2-Empfindlichkeit und einer geringeren Belohnungsempfindlichkeit bei Nagetieren (Colantuoni et al., 2001; Bello et al., 2002; Kelleyet al., 2003; Johnson & Kenny, 2010). Da diese Daten darauf hinweisen, dass Überessen zu einer weiteren Abschwächung der striatalen Empfindlichkeit auf Lebensmittel beitragen kann, haben wir eine prospektive Studie zur funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRI) mit wiederholten Messungen durchgeführt, um direkt zu testen, ob das Überessen mit einer reduzierten striatalen Aktivierung als Reaktion auf wohlschmeckende Nahrungsmittel in Verbindung steht Menschen.

Materialen und Methoden

Teilnehmer

Die Teilnehmer waren 26 übergewichtige und fettleibige junge Frauen (Alter M = 21.0, SD = 1.11; M BMI = 27.8; SD = 2.45). Die Stichprobe bestand aus 7% Asian / Pacific Islander, 2% Afroamerikanern, 77% European Americans, 5% Native Americans und 9% gemischtem Rassenerbe. Die Teilnehmer haben eine schriftliche Einwilligung gegeben. Das lokale Ethik-Review-Gremium hat diese Studie genehmigt. Diejenigen, die in den letzten 3-Monaten über Binge-Eating oder kompensatorisches Verhalten berichteten, der aktuelle Konsum psychotroper Medikamente oder illegaler Drogen, Kopfverletzungen mit Bewusstseinsverlust oder aktuelle psychiatrische Störungen der Axis I-Studie wurden ausgeschlossen. Die Daten wurden zu Studienbeginn und im 6-Monat erhoben.

Maßnahmen

Body-Mass-

Der Body Mass Index (BMI = kg / m2) wurde verwendet, um Adipositas (Dietz & Robinson, 1998). Nach dem Entfernen von Schuhen und Mänteln wurde die Höhe mit einem Stadiometer auf den nächsten Millimeter gemessen, und das Gewicht wurde unter Verwendung einer digitalen Waage auf das nächste 0.1-kg bestimmt. Es wurden jeweils zwei Maße ermittelt und gemittelt. Die Teilnehmer wurden gebeten, 3 Stunden vor dem Abschluss anthropomorpher Maßnahmen zu Standardisierungszwecken nicht zu essen. Der BMI korreliert mit direkten Messungen des gesamten Körperfetts wie der Dual-Energy-Röntgen-Absorptiometrie (r = .80 bis .90) und mit Gesundheitsmaßnahmen wie Blutdruck, unerwünschte Lipoproteinprofile, atherosklerotische Läsionen, Insulinspiegel im Serum und Diabetes mellitus (Dietz & Robinson, 1998).

fMRI-Paradigma

Die Teilnehmer wurden gebeten, ihre regulären Mahlzeiten zu sich zu nehmen, jedoch vor der Imaging-Sitzung für die Standardisierung die 4-6-Stunden vor der Imaging-Sitzung zu essen oder zu trinken (einschließlich koffeinhaltiger Getränke). Wir haben diese Deprivationsperiode ausgewählt, um den Hungerzustand zu erfassen, den die meisten Menschen erleben, wenn sie sich ihrer nächsten Mahlzeit nähern. Dies ist eine Zeit, in der individuelle Unterschiede bei der Nahrungsbelohnung logischerweise die Kalorienaufnahme beeinflussen. Die Teilnehmer vervollständigten das Paradigma zwischen 11: 00 und 13: 00 oder 16: 00 und 18: 00. Obwohl wir versuchten, Grundlinien- und Folgescans zur gleichen Tageszeit durchzuführen, führten 62% der Teilnehmer aufgrund von Zeitplaneinschränkungen ihren zweiten Scan innerhalb von 3-Stunden nach Abschluss des Grundlinienscans durch (M Unterschied in der Zeit der Scans = 3.0-Stunden, Bereich = .5 bis 6.0-Stunden). Die Teilnehmer wurden vor dem Scannen auf einem separaten Computer mit dem fMRI-Paradigma vertraut gemacht.

Das Milchshake-Paradigma wurde entwickelt, um die Aktivierung als Reaktion auf den Verzehr und den erwarteten Verzehr schmackhafter Lebensmittel zu untersuchen (Abb 1), obwohl sich dieser Bericht ausschließlich auf die ersteren konzentrierte. Die Stimuli wurden in 5 getrennten Abtastläufen präsentiert. Die Stimuli bestanden aus 2 Bildern (Glas Milchshake und Glas Wasser), die die Abgabe von entweder 0.5 ml eines Schokoladenmilchshakes oder einer geschmacklosen Lösung signalisierten. Die Reihenfolge der Präsentation wurde zwischen den Teilnehmern randomisiert. Der Schokoladenmilchshake bestand aus 4 Messlöffeln Häagen-Daz-Vanilleeis, 1.5 Tassen 2% iger Milch und 2 Esslöffeln Hersheys Schokoladensirup. Die kalorienfreie geschmacksneutrale Lösung, die den natürlichen Speichelgeschmack nachahmen sollte, bestand aus 25 mM KCl und 2.5 mM NaHCO3. Wir haben künstlichen Speichel verwendet, weil Wasser einen Geschmack hat, der den Geschmackskortex aktiviert (Zald & Pardo, 2000). Die Bilder wurden 2 Sekunden lang mit MATLAB präsentiert. Die Geschmacksabgabe erfolgte 7-10 Sekunden nach dem Einsetzen des Cues und dauerte 5 Sekunden. Jedes Ereignis von Interesse dauerte 5 Sekunden. Jeder Lauf bestand aus 20 Ereignissen der Milchshake-Aufnahme und 20 Ereignissen der geschmacklosen Lösungsaufnahme. Die Flüssigkeiten wurden unter Verwendung programmierbarer Spritzenpumpen (Braintree Scientific BS-8000) abgegeben, die von MATLAB gesteuert wurden, um ein gleichmäßiges Volumen, eine gleichmäßige Geschwindigkeit und einen gleichmäßigen Zeitpunkt der Geschmacksabgabe sicherzustellen. XNUMX-ml-Spritzen, gefüllt mit Schokoladenmilchshake und geschmackloser Lösung, wurden über einen Tygon-Schlauch durch einen Wellenleiter mit einem Verteiler verbunden, der an der Kopfspule im MRT-Scanner angebracht war. Die Mannigfaltigkeit passte in den Mund der Teilnehmer und lieferte den Geschmack an ein gleichmäßiges Segment der Zunge (Abb 2). Dieses Verfahren wurde in der Vergangenheit erfolgreich zur Abgabe von Flüssigkeiten in den Scanner verwendet und wurde an anderer Stelle ausführlich beschrieben (Stice et al., 2008b). Die Teilnehmer wurden angewiesen zu schlucken, als sie das Stichwort „Schlucken“ sahen. Die Bilder wurden mit einem digitalen Projektor / Rückbildschirm-Anzeigesystem auf einem Bildschirm am hinteren Ende der MRI-Scannerbohrung präsentiert und waren über einen an der Kopfspule angebrachten Spiegel sichtbar.

Abb 1    

Beispiel für das Timing und die Reihenfolge der Präsentation von Bildern und Getränken während des Laufs.
Abb 2    

Der Geschmacksverteiler ist am Tisch verankert. Für jedes Objekt werden neue Schläuche und Spritzen verwendet, und das Mundstück wird zwischen den Anwendungen gereinigt und sterilisiert.

Bildgebung und statistische Analyse

Das Scannen wurde von einem Siemens Allegra 3 Tesla MRT-Scanner durchgeführt. Eine Standard-Birdcage-Spule wurde verwendet, um Daten aus dem gesamten Gehirn zu erfassen. Ein Thermoschaum-Vakuumkissen und eine zusätzliche Polsterung wurden verwendet, um die Kopfbewegung einzuschränken. Insgesamt wurden 152-Scans während jedes Funktionslaufs gesammelt. Funktionale Scans verwendeten eine T2 * - gewichtete Single-Shot-Echoplanar-Imaging-Sequenz (EPI-Sequenz) (TE = 30 ms, TR = 2000 ms, Kippwinkel = 80 °) mit einer In-Ebene-Auflösung von 3.0 × 3.0 mm2 (64 × 64-Matrix; 192 × 192 mm2 Sichtfeld). Um das gesamte Gehirn abzudecken, wurden 32 4mm-Schnitte (interleaved acquisition, no skip) entlang der transversalen, schrägen AC-PC-Ebene aufgenommen, wie durch den Mittsagittalschnitt bestimmt. Strukturelle Scans wurden unter Verwendung einer T1-gewichteten Sequenz mit Inversionsregeneration (MP-RAGE) in der gleichen Orientierung wie die funktionellen Sequenzen gesammelt, um detaillierte anatomische Bilder bereitzustellen, die auf die funktionellen Scans ausgerichtet waren. Hochauflösende strukturelle MRT-Sequenzen (FOV = 256 × 256 mm2, 256 × 256-Matrix, Dicke = 1.0 mm, Schichtnummer ≈ 160) wurden erhalten.

Die Daten wurden unter Verwendung von SPM5 (Wellcome-Abteilung für Imaging Neuroscience, London, Vereinigtes Königreich) in MATLAB (Mathworks, Inc., Sherborn, MA) vorverarbeitet und analysiert.Worsley und Friston, 1995). Die Bilder wurden zeitlich auf die bei 50% des TR erhaltene Scheibe korrigiert. Funktionsbilder wurden auf den Mittelwert ausgerichtet. Anatomische und funktionelle Bilder wurden auf das in SPM5 implementierte Standard-MNI-Template-Gehirn normalisiert (ICBM152, basierend auf einem Durchschnitt von 152-Normal-MRI-Scans). Die Normalisierung ergab eine Voxelgröße von 3 mm3 für Funktionsbilder und eine Voxelgröße von 1 mm3 für strukturelle Bilder. Die Funktionsbilder wurden mit einem isotropen Gaußschen Kern aus 6-mm-FWHM geglättet.

Um Hirnregionen zu identifizieren, die durch den Verzehr von schmackhaften Lebensmitteln aktiviert wurden, haben wir die Reaktion von BOLD während des Empfangs des Milchshakes mit dem Erhalt der geschmacklosen Lösung verglichen. Wir betrachteten die Ankunft eines Geschmacks im Mund als konsumatorische Belohnung und nicht als wenn der Geschmack verschluckt wurde. Wir erkennen jedoch an, dass die Wirkungen nach der Einnahme zum Belohnungswert der Nahrung beitragen (O'Doherty et al., 2002). Zustandsspezifische Effekte an jedem Voxel wurden unter Verwendung allgemeiner linearer Modelle geschätzt. Vektoren der Onsets für jedes interessierende Ereignis wurden zusammengestellt und in die Entwurfsmatrix eingegeben, so dass ereignisbezogene Antworten durch die kanonische hämodynamische Antwortfunktion (HRF), wie sie in SPM5 implementiert ist, modelliert werden kann, bestehend aus einer Mischung von 2-Gamma-Funktionen emulieren Sie den frühen Peak bei 5-Sekunden und den anschließenden Unterschwinger. Um die durch das Schlucken der Lösungen hervorgerufene Varianz zu berücksichtigen, haben wir den Zeitpunkt des Schluckschlüssels (die Probanden wurden trainiert, um zu diesem Zeitpunkt zu schlucken) als Kontrollvariable aufgenommen. Wir haben auch zeitliche Ableitungen der hämodynamischen Funktion aufgenommen, um ein besseres Modell der Daten zu erhalten (Henson et al., 2002). Ein zweites 128-Hochpassfilter (gemäß SPM5-Konvention) wurde verwendet, um niederfrequentes Rauschen und langsame Drifts im Signal zu entfernen.

Einzelne Karten wurden erstellt, um die Aktivierungen innerhalb jedes Teilnehmers für den Empfang des kontrastreichen Milchshakes zu vergleichen - geschmackloser Empfang. Zwischengruppenvergleiche wurden dann unter Verwendung von Zufallseffektmodellen durchgeführt, um die Variabilität zwischen den Teilnehmern zu berücksichtigen. Paradigmenschätzungen wurden in eine 2 × 2-Zufalls-Effekt-ANOVA der zweiten Stufe (Milchshake-Empfang - geschmackloser Empfang) eingegeben nach (Gewichtszunahme-Gruppe vs. Gewichtsstabilitätsgruppe oder Gewichtszunahme-Gruppe vs. Gewichtsabnahme-Gruppe oder Gewichtsstabilitätsgruppe vs. Gewichtsabnahme-Gruppe) ). Die Signifikanz der BOLD-Aktivierung wurde bestimmt, indem sowohl die maximale Intensität einer Antwort als auch das Ausmaß der Antwort berücksichtigt wurden. Wir haben die Suche nach Regionen von Interesse mit Peaks im dorsalen Striatum durchgeführt, die zuvor identifiziert wurden (Stice et al., 2008a) als Zentroide, um Kugeln mit 10-mm Durchmesser zu definieren. Die Bedeutung dieser a priori ROIs wurde an einer statistischen Schwelle von P <0.005 unkorrigiert und Clusterausdehnung ≥ 3 Voxel. Um die Tatsache auszugleichen, dass wir mehrere Vergleiche durchgeführt haben, geben wir FDR-korrigierte p-Werte (False Discovery Rate) an (p <05).

Validierung

Es gibt Hinweise darauf, dass dieses fMRI-Paradigma ein gültiges Maß für die individuellen Unterschiede bei der antizipatorischen und konsumierenden Nahrungsmittelbelohnung ist (Stice et al., 2008b). Die Teilnehmer bewerteten den Milchshake als signifikant (r = .68) angenehmer als die geschmacklose Lösung für eine visuelle Analogskala. Die Empfindlichkeitsbewertung des Milchshakes korrelierte mit der Aktivierung des Gyrus parahippocampal als Reaktion auf den Erhalt des Milchshakes (r = .72), eine Region, die empfindlich auf die Abwertung von Lebensmitteln reagiert (Small et al., 2001). Die Aktivierung in Regionen, die eine konsumierende Nahrungsmittelbelohnung als Reaktion auf den Erhalt des Milchshakes in diesem fMRI-Paradigma darstellen, korrelierte (r = .84 bis .91) mit selbst gemeldeter empfundener Behaglichkeit für eine Vielzahl von Lebensmitteln, beurteilt mit einer angepassten Version des Food Craving Inventory (White et al., 2002). Die Aktivierung als Reaktion auf die konsumierende Nahrungsbelohnung in diesem fMRI-Paradigma korreliert (r = .82 bis .95) mit, wie hart die Teilnehmer für Lebensmittel arbeiten und für wie viel Lebensmittel sie in einer operanten Verhaltensaufgabe arbeiten, bei der individuelle Unterschiede bei der Nahrungsverstärkung bewertet werden (Saelens & Epstein, 1996). Eine vorläufige Studie, die das gleiche Paradigma mit College-Frauen (N = 20) verwendete, ergab, dass Frauen, die mit Essen rechnen, was mit dem Eating Expectancy Inventory bewertet wird, eine stärkere Aktivierung im VMPFC, im Cingulate Gyrus, im Frontaloperculum, in der Amygdala und im Parahippocampal zeigen Gyrus (η2 = .21 bis .42) als Reaktion auf den Erhalt des Milchshakes als Frauen, die davon ausgehen, dass Essen weniger lohnend ist.

Die Ergebnisse

Wir testeten, ob Probanden, die während der 2.5-monatigen Nachbeobachtungszeit einen Anstieg des BMI um> 6% zeigten (N = 8, M% BMI-Änderung = 4.41, Bereich = 2.6 bis 8.2), eine Verringerung der Caudataktivierung als Reaktion auf die Milchshake-Aufnahme zeigten an diejenigen, die eine Änderung des BMI von <2% zeigten (N = 12, M% BMI-Änderung = 05, Bereich = -0.64 bis 1.7), um einen direkten Test des zu liefern a priori Hypothese, dass Gewichtszunahme mit einer Verringerung der striatalen Reaktion auf schmackhafte Lebensmittel im Vergleich zu gewichtsstabilen Teilnehmern verbunden wäre. Explorative Analysen testeten auch, ob Teilnehmer, die eine Abnahme des BMI um> 2.5% zeigten (N = 6, M% BMI-Änderung = -4.7, Bereich: -3.1 bis -6.8), eine unterschiedliche Änderung der striatalen Reaktion auf schmackhafte Lebensmittel zeigten als Teilnehmer, die Gewicht behielten stabil oder zugenommen. In Bezug auf die Rohgewichtsänderung führte dies zu einer mittleren Gewichtsänderung von 6.4 lbs für die Gewichtszunahmegruppe, einer mittleren Gewichtsänderung von 0.5 lbs für die gewichtsstabile Gruppe und einer mittleren Gewichtsänderung von –6.8 lbs für die Gewichtsverlustgruppe . Obwohl sich die Gruppen beim BMI zu Studienbeginn nicht unterschieden, haben wir diese Variable kontrolliert. Da die Tageszeit, zu der die Baseline- und Follow-up-Scans durchgeführt wurden, bei den Probanden unterschiedlich war und möglicherweise die Ergebnisse beeinflusst hat, haben wir auch den Zeitunterschied der beiden Scans (in Stunden) überprüft. Parameterschätzungen aus Milchshake - geschmacklose Kontraste wurden in eine 2 × 2 × 2-Zufallseffekt-ANOVA der zweiten Ebene (z. B. Gewichtszunahme - gewichtsstabil) durch (Milchshake-Empfang - geschmackloser Empfang) bis (6-Monats-Follow-up - Basislinie) eingegeben. .

Wie angenommen, zeigte die Gewichtszunahmegruppe eine deutlich geringere Aktivierung des rechten Caudats als Reaktion auf die Aufnahme von Milchshake (12, -6, 24, Z = 3.44, FDR-korrigiert p = .03, r = -.35; 9, 0, 15, Z = 2.96, FDR-korrigiert p = .03, r = -.26) im 6-Monatsverlauf im Vergleich zur Baseline relativ zu den beobachteten Änderungen bei gewichtsstabilen Teilnehmern (Abb.. 3). Die Gewichtsverlustgruppe zeigte keine signifikanten Änderungen der Aktivierung des Caudats als Reaktion auf die Aufnahme von Milchshake im Vergleich zur Gewichtszunahmegruppe oder zur gewichtsstabilen Gruppe (Abb.. 3). Um den Zusammenhang zwischen dem kontinuierlichen Maß des Gewichtszuwachses und dem Ausmaß der Verringerung der striatalen Empfindlichkeit gegenüber schmackhafter Nahrung zu veranschaulichen, haben wir die Änderung des BMI gegen die Änderung der Aktivierung des rechten Caudats (12, -6, 24) für alle Teilnehmer an SPSS zurückgewiesen , für Baseline-BMI und Scan-Zeitdifferenz (Abb.. 4). Um zu bestimmen, ob die Änderung des rechten Caudats für diejenigen, die an Gewicht zunahmen, im Vergleich zu denen, die das Gewicht beibehielten, signifikant größer war als in der Spiegelregion des linken Caudats, verglichen wir die Aktivierung des rechten und linken Caudats mithilfe der ROI-Analyse. Wir führten eine ANOVA durch, um die Wechselwirkung zwischen Hemisphäre, Zeit und Gruppe auf den Kontrast zwischen der Aktivierung als Reaktion auf den Erhalt des Milchshakes und der geschmacklosen Lösung zu testen. Es gab keine signifikante Wechselwirkung (F (1, 18) = 0.91, p = 0.35). Obwohl unsere Analysen eine signifikante Zeit durch Gruppenwechselwirkungen im rechten Caudat, nicht jedoch im linken Caudat zeigten, können wir nicht schließen, dass der beobachtete Effekt signifikant lateralisiert war.

Abb 3    

Koronarschnitt mit geringerer Aktivierung im rechten Caudat (12, -6, 24, Z = 3.44, pFDR = 03, P <05) in der Gewichtszunahmegruppe (N = 8; ≥2% BMI-Zunahme) gegenüber dem Gewicht stabile Gruppe (N = 12; ≤2% BMI-Änderung) während des Milchshake-Empfangs ...
Abb 4    

Streudiagramm, das die Änderung der Aktivierung des rechten Caudats während des Milchshake-Eingangs zeigt - geschmackloser Empfang bei 6-Monatskontrolle im Vergleich zum Ausgangswert als Funktion der Änderung des% BMI.

Diskussion

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Gewichtszunahme mit einer Verringerung der striatalen Aktivierung als Reaktion auf eine wohlschmeckende Nahrungsaufnahme im Vergleich zur Basisreaktion einherging, was ein neuartiger Beitrag zur Literatur ist, da dies die erste prospektive fMRI-Studie ist, in der die Veränderung der striatalen Reaktion auf den Nahrungsverbrauch untersucht wird eine Funktion der Gewichtsänderung. Diese Ergebnisse erweitern die Ergebnisse von Experimenten, die darauf hindeuten, dass Diäten mit hohem Fett- und Zuckergehalt zu einer Verringerung der Signalkapazität von DA-basierten Belohnungsschaltkreisen und der Belohnungsempfindlichkeit bei Nagetieren führen (Colantuoni et al., 2001; Bello et al., 2002; Kelleyet al., 2003; Johnson & Kenny, 2010). Diese Ergebnisse stehen auch im Einklang mit dem Nachweis, dass der durch die Behandlung verursachte Gewichtsverlust die Verfügbarkeit von D2-Rezeptoren beim Menschen erhöht (Steeleet al., 2010) und Hochregulierung von Genen, die die DA-Signalkapazität in Mäusen steuern (Yamamoto, 2006). Zusammengenommen legen diese Daten nahe, dass Überessen zu einer Verringerung der striatalen Reaktion auf wohlschmeckende Lebensmittel führt.

Die obigen Feststellungen in Verbindung mit dem Nachweis, dass eine geringe Empfindlichkeit der Striata auf schmackhafte Lebensmittel das Risiko zukünftiger Gewichtszunahme erhöht, wenn sie mit Genotypen gekoppelt sind, die mit einer reduzierten Signalkapazität von DA-basierten Belohnungsschaltungen verbunden sind (Stice et al., 2008a) impliziert, dass es eine sein kann Feed-Forward Prozess der Anfälligkeit, wobei eine geringe anfängliche striatale Empfindlichkeit auf Lebensmittel das Risiko für Überessen erhöhen kann, was zu einer Herunterregulierung des D2-Rezeptors und einer abgestumpften striatalen Reaktion auf Lebensmittel führt, wodurch das Risiko für zukünftiges Überessen und die daraus folgende Gewichtszunahme weiter erhöht wird. Wenn dieses Vorwärtsbewegungsmodell des Verhältnisses der striatalen Empfindlichkeit gegenüber Nahrungsmitteln und Überessen in unabhängigen Studien repliziert, würde es nahe legen, dass zukünftige Forschung Verhaltens- und pharmakologische Interventionen bewerten sollte, die die D2-Rezeptoren und die Signalkapazität in DA-basierten Belohnungsschaltkreisen als Mittel erhöhen Prävention oder Behandlung von Fettleibigkeit. Dieses Arbeitsmodell würde auch bedeuten, dass Präventionsprogramme und Gesundheitspolitik sich bemühen sollten, die Aufnahme von Nahrungsmitteln mit hohem Fett- / Zuckergehalt während der Entwicklung zu reduzieren, um eine weitere Abschwächung der striatalen Reaktion auf Lebensmittel zu vermeiden und das Risiko einer zukünftigen Gewichtszunahme in anfälligen Bevölkerungsgruppen zu verringern.

Es ist jedoch wichtig zu erkennen, dass die vorliegende Studie und die vorherige Studie, die die Gewichtszunahme vorhergesagt haben (Stice et al., 2008a) involvierte Teilnehmer, die bereits bei der Baseline-Bewertung übergewichtig waren. Es ist daher möglich, dass Überessen bereits zu einer abgestumpften Reaktion im Striatum auf Nahrung beigetragen hat. Es wäre nützlich, die Reaktion von Belohnungsregionen auf Nahrungsmittelempfang bei schlanken Individuen mit hohem und niedrigem Risiko für eine zukünftige Gewichtszunahme zu untersuchen, um Anomalien, die vor einer ungesunden Gewichtszunahme bestehen, besser zu charakterisieren. Es ist auch wichtig anzumerken, dass die Überempfindlichkeit der Belohnungsschaltung auf die Nahrungsaufnahme nur einer von vielen ätiologischen Prozessen ist, die wahrscheinlich das Risiko für Fettleibigkeit erhöhen, und darüber hinaus, dass Fettleibigkeit ein heterogener Zustand ist, der qualitativ unterschiedliche ätiologische Pfade haben kann (Davis et al., 2009).

Es ist wichtig, die Einschränkungen dieser Studie zu berücksichtigen. Erstens haben wir das Funktionieren der DA nicht direkt beurteilt, sodass wir nur spekulieren können, dass Änderungen der DA-Signalgebung zu der beobachteten Änderung der striatalen Empfindlichkeit beitragen. Jedoch, Hakyemez et al. (2008) Es wurde bestätigt, dass eine positive Beziehung zwischen der durch Positronenemissionstomographie (PET) bewerteten oralen D - Amphetamin - induzierten DA - Freisetzung im ventralen Striatum und der über fMRI in der gleichen Region bewerteten BOLD - Aktivierung während der Antizipation (motorische Vorbereitung zur Erlangung) der monetären Belohnung (r = .51), parallele Ergebnisse einer anderen PET / fMRI-Studie (Schott et al., 2008). Zweitens haben wir zu den gleichen Zeitpunkten keine Gewichtsmessungen für Teilnehmer am Baseline- und im 6-Monat durchgeführt, um Nachuntersuchungen durchzuführen, die zu Fehlern bei der Modellierung der Gewichtsveränderung geführt haben könnten. Wir haben jedoch die Zeit seit der letzten Mahlzeit vereinheitlicht, indem wir die Teilnehmer gebeten haben, für 3 Stunden vor dem Wiegen auf jegliche Art von Nahrungsmitteln oder Getränken (außer Wasser) zu verzichten. Wir fanden auch heraus, dass der BMI in einer früheren Studie eine hohe 1-Test-Retest-Zuverlässigkeit (r = .99) zeigte, bei der ebenfalls keine Gewichtsmessungen zur gleichen Tageszeit zu Studienbeginn durchgeführt wurden.Stice, Shaw, Burton & Wade, 2006). Drittens konnten wir nicht bestätigen, dass die Teilnehmer vor XMUMX-4 Stunden vor den fMRI-Scans tatsächlich auf Essen verzichteten, was möglicherweise zu einer unnötigen Varianz geführt hat.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die vorliegenden Ergebnisse in Kombination mit früheren Erkenntnissen darauf schließen lassen, dass eine geringe Empfindlichkeit von DA-basierten Belohnungsschaltkreisen auf die Nahrungsaufnahme das Risiko für übermäßiges Essen erhöhen kann. Außerdem führt dieses Überessen zu einer zusätzlichen Abschwächung der Empfindlichkeit von Belohnungsschaltkreisen, wodurch das Risiko steigt zukünftige Gewichtszunahme in einer Feedforward-Weise. Dieses Arbeitsmodell kann erklären, warum Fettleibigkeit typischerweise einen chronischen Verlauf zeigt und behandlungsresistent ist.

Anerkennungen

Diese Studie wurde von NIH-Zuschüssen unterstützt: R1MH64560A DK080760

Bibliographie

  1. Bello NT, Lucas LR, Hajnal A. Wiederholter Sucrose-Zugang beeinflusst die Dopamin-D2-Rezeptordichte im Striatum. Neuroreport 2002; 13: 1575 – 1578. [PMC freier Artikel] [PubMed]
  2. Blum K, Sheridan PJ, Wood RC, ER Braverman, Chen TJ, Cull JG, Comings DE. Das D2-Dopaminrezeptor-Gen als Determinante des Belohnungsmangelsyndroms. JR Soc Med. 1996; 89: 396 – 400. [PMC freier Artikel] [PubMed]
  3. Colantuoni C, Schwenker J, McCarthy J, Rada P, Ladenheim B, Kadett JL, Schwartz GJ, Moran TH, Hoebel BG. Übermäßige Zuckeraufnahme verändert die Bindung an Dopamin- und Mu-Opioid-Rezeptoren im Gehirn. Neuroreport. 2001; 12: 3549-3552. [PubMed]
  4. Davis et al. Dopamin für „Wollen“ und Opioide für „Gefallen“: Ein Vergleich von adipösen Erwachsenen mit und ohne Essanfälle. Fettleibigkeit. 2009; 17: 1220 – 1225. [PubMed]
  5. Dietz WH, Robinson TN. Verwendung des Body-Mass-Index (BMI) als Maß für Übergewicht bei Kindern und Jugendlichen. J Pediatr. 1998; 132: 191 – 193. [PubMed]
  6. Fetissov SO, Meguid MM, Sato T, Zhang LH. Expression dopaminerger Rezeptoren im Hypothalamus magerer und fettleibiger Zucker-Ratten und Nahrungsaufnahme. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2002; 283: R905 – 910. [PubMed]
  7. Hakyemez HS, Dagher A, SD Smith, Zald DH. Striatale Dopamin-Übertragung bei gesunden Menschen während einer passiven monetären Belohnungsaufgabe. Neuroimage. 2008; 39: 2058-2065. [PubMed]
  8. Henson RN, Preis CJ, MD Rugg, Turner R, Friston KJ. Erkennen von Latenzunterschieden in ereignisbezogenen BOLD-Antworten: Anwendung auf Wörter im Vergleich zu Nichtwörtern und anfängliche vs. wiederholte Gesichtspräsentationen. Neurobild. 2002; 15: 83 – 97. [PubMed]
  9. Johnson PM, Kenny PJ. Dopamin-D2-Rezeptoren bei suchtabhängigen Belohnungsstörungen und zwanghaftem Essen bei übergewichtigen Ratten. Nature Neuroscience. 2010; 13: 635 – 641. [PMC freier Artikel] [PubMed]
  10. Kelley AE, Will MJ, TL Steininger, Zhang M, Haber SN. Eingeschränkter täglicher Verzehr eines sehr schmackhaften Lebensmittels (Schokolade) (Sicherstellen (R)) verändert die striatale Enkephalin-Genexpression. Eur J Neurosci. 2003; 18: 2592 – 2598. [PubMed]
  11. Noble EP, Blum K, Ritchie T, Montgomery A, Sheridan PJ. Allelische Assoziation des D2-Dopaminrezeptor-Gens mit Rezeptorbindungseigenschaften im Alkoholismus. Arch Gen Psychiatrie. 1991; 48: 648 – 654. [PubMed]
  12. Noble EP, Gottschalk LA, Fallon JH, Ritchie TL, Wu JC. D2-Dopamin-Rezeptor-Polymorphismus und regionaler Glukosestoffwechsel im Gehirn. Am J Med Genet. 1997; 74: 162 – 166. [PubMed]
  13. O'Doherty JP, Deichmann R, Critchley HD, Dolan RJ. Neurale Antworten während der Vorwegnahme einer primären Geschmacksbelohnung. Neuron. 2002; 33: 815-826. [PubMed]
  14. Orosco M, Rouch C, Nicolaïdis S. Rostromediale hypothalamische Monoaminveränderungen als Reaktion auf intravenöse Infusionen von Insulin und Glucose bei frei gefütterten fettleibigen Zucker-Ratten: eine Mikrodialyse-Studie. Appetit. 1996; 26: 1 – 20. [PubMed]
  15. Ritchie T, Noble EP. Assoziation von sieben Polymorphismen des D2-Dopaminrezeptor-Gens mit Gehirnrezeptorbindungsmerkmalen. Neurochem Res. 2003; 28: 73 – 82. [PubMed]
  16. Rothemund Y, Preuschhof C, Bohner G, Bauknecht HC, Klingebiel R, Flor H, Klapp BF. Differenzielle Aktivierung des dorsalen Striatum durch hochkalorische visuelle Nahrungsmittelreize bei übergewichtigen Personen. Neurobild. 2007; 37: 410 – 421. [PubMed]
  17. Saelens BE, Epstein LH. Stärkung des Wertes von Lebensmitteln bei fettleibigen und nicht fettleibigen Frauen. Appetit. 1996; 27: 41 – 50. [PubMed]
  18. Schott BH, Minuzzi L, Krebs RM, D Elmenhorst, Lang M, Winz OH, Seidenbecher CI, Coenen HH, Heinze HJ, Zilles K, Duzel E, Bauer A. Mesolimbische funktionelle Magnetresonanztomographie-Aktivierungen während der Belohnungserwartung korrelieren mit der Belohnung ventrale striatale Dopaminfreisetzung. Journal of Neuroscience. 2008; 28: 14311 – 14319. [PubMed]
  19. Kleine DM, Jones-Gotman M, Dagher A. Die durch Fütterung induzierte Freisetzung von Dopamin im dorsalen Striatum korreliert mit den Einschätzungen der Mahlzeiten als angenehm bei gesunden Probanden. Neurobild. 2003; 19: 1709 – 1715. [PubMed]
  20. Kleine DM, Zatorre RJ, Dagher A, Evans AC, Jones-Gotman M. Veränderungen der Hirnaktivität im Zusammenhang mit dem Verzehr von Schokolade: Von Genuss bis Abneigung. Gehirn. 2001; 124: 1720 – 1733. [PubMed]
  21. Steele KE, Prokopowicz GP, Schweitzer MA, Magunsuon TH, Lidor AO, Kuwabawa H, Kumar A, Brasic J, Wong DF. Veränderungen der zentralen Dopaminrezeptoren vor und nach einer Magenbypassoperation. Obes Surg. 2010; 20: 369 – 374. [PubMed]
  22. Stice E, Shaw E, Burton E, Wade E. Dissonanz und Präventionsprogramme für gesunde Essstörungen: Eine randomisierte Wirksamkeitsstudie. Zeitschrift für abnormale Psychologie. 2006; 74: 263 – 275. [PMC freier Artikel] [PubMed]
  23. Schritt E, Spoor S, Bohon C, Klein DM. Das Verhältnis zwischen Fettleibigkeit und abgestumpfter striataler Reaktion auf Nahrung wird durch das TaqIA A1-Allel moderiert. Wissenschaft. 2008a; 322: 449 – 452. [PMC freier Artikel] [PubMed]
  24. Schritt E, Spoor S, Bohon C, Veldhuizen MG, Kleine DM. Verhältnis der Belohnung aus der Nahrungsaufnahme und der erwarteten Nahrungsaufnahme zur Fettleibigkeit: eine funktionelle Magnetresonanztomographie-Studie. J Abnorm Psychol. 2008b; 117: 924 – 935. [PMC freier Artikel] [PubMed]
  25. Schritt E, Yokum S., Bohon C., Marti N., Smolen S. Die Empfindlichkeit der Reaktanzschaltung auf Lebensmittel sagt zukünftige Zuwächse der Körpermasse voraus: moderierende Effekte von DRD2 und DRD4. Neurobild. 2010; 50: 1618 – 1625. [PMC freier Artikel] [PubMed]
  26. Stöckel LE, Weller RE, EW Cook, 3rd, DB Twieg, Knowlton RC, Cox JE. Weit verbreitete Aktivierung des Belohnungssystems bei übergewichtigen Frauen als Reaktion auf Bilder von kalorienreichen Lebensmitteln. Neurobild. 2008; 41: 636 – 647. [PubMed]
  27. MS Szczypka, Kwok K, Brot, Marck BT, Matsumoto AM, Donahue BA, Palmiter RD. Die Dopaminproduktion im Caudate Putamen stellt die Fütterung von Dopaminmangelmäusen wieder her. Neuron. 2001; 30: 819 – 828. [PubMed]
  28. Tupala E, Halle H, Bergström K, Mantere T, Räsänen P, Särkioja T, Tiihonen J. Dopamin D2-Rezeptoren und Transporter bei Alkoholikern des Typs 1 und 2, gemessen mit der Autoradiographie der gesamten menschlichen Hemisphäre. Hum Brain Mapping. 2003; 20: 91 – 102. [PubMed]
  29. Volkow ND, Wang GJ, Telang F, Fowler JS, Thanos PK, Logan J, Alexoff D., Ding YS, Wong C, MaY, Pradhan K. Niedrige Dopaminstriat-D2-Rezeptoren sind mit präfrontalen Metabolismus bei adipösen Probanden assoziiert: mögliche Faktoren . Neurobild. 2008; 42: 1537 – 1543. [PMC freier Artikel] [PubMed]
  30. Wang GJ, Volkow ND, Fowler JS. Die Rolle von Dopamin bei der Motivation von Menschen beim Essen: Auswirkungen auf die Fettleibigkeit. Expertenmeinung Die Ziele. 2002; 6: 601 – 609. [PubMed]
  31. Wang GJ, Volkow ND, Logan J, Pappas NR, Wong CT, Zhu W, Netusil N, Fowler JS. Gehirn Dopamin und Fettleibigkeit. Lanzette. 2001; 357: 354-357. [PubMed]
  32. Weiß MA, Whisenhunt BL, Williamson DA, Greenway FL, Netemeyer RG. Entwicklung und Validierung des lebensmittelbedürftigen Inventars. Obes Res. 2002; 10: 107 – 114. [PubMed]
  33. Worsley KJ, Friston KJ. Die Analyse der fMRI-Zeitreihen wurde erneut durchgeführt. Neuroimage. 1995; 2: 173–181. [Brief; Kommentar] [PubMed]
  34. Yamamoto T. Neuronale Substrate für die Verarbeitung kognitiver und affektiver Geschmacksaspekte im Gehirn. Arch Histol Cytol. 2006; 69: 243 – 255. [PubMed]
  35. Zald DH, Pardo JV. Kortikale Aktivierung durch intraorale Stimulation mit Wasser beim Menschen induziert. Chem Senses. 2000; 25: 267 – 275. [PubMed]