La proporción de grasa / carbohidratos, pero no la densidad de energía, determina la ingesta de bocadillos y activa las áreas de recompensa cerebral (2015)

Informes científicos 5, Número de artículo: 10041 (2015)

doi: 10.1038 / srep10041

Comportamiento alimentario

Obesidad

ResumenLas papas fritas de los refrigerios inducen la ingesta de alimentos en ratas alimentadas a voluntad, lo que se asocia con la modulación del sistema de recompensa cerebral y otros circuitos. Aquí, mostramos que la ingesta de alimentos en ratas saciadas se desencadena por una proporción óptima de grasa / carbohidratos. Al igual que las papas fritas, una mezcla isocalórica de grasa / hidratos de carbono influyó en el patrón de actividad cerebral total de las ratas, afectando a los circuitos relacionados, por ejemplo, a la recompensa / adicción, pero el número de áreas moduladas y el grado de modulación fue menor en comparación con la comida de snack.

Introducción

La disponibilidad ad libitum de alimentos sabrosos puede conducir a una hiperfagia hedónica, es decir, un aumento de la ingesta de energía y, en consecuencia, un aumento del peso corporal debido a un cambio en el patrón de comportamiento de la ingesta de alimentos.1. Para desencadenar la ingesta de alimentos más allá de la saciedad, deben estar involucrados factores que anulan el equilibrio de la energía homeostática y la saciedad a través de diferentes vías de señalización de un sistema de recompensa no homeostática.2. Como se mostró anteriormente, la ingesta de papas fritas de refrigerio modula fuertemente la actividad dentro del sistema de recompensa del cerebro en ratas alimentadas a voluntad. Además, conduce a una activación significativamente diferente de las regiones del cerebro que regulan la ingesta de alimentos, la saciedad, el sueño y la actividad locomotora.3. Los estudios de comportamiento confirmaron que la ingesta de energía y la actividad locomotora relacionada con la alimentación estaban elevadas cuando las papas fritas estaban disponibles3. Aunque la regulación neurobiológica de la ingesta de alimentos es mucho más compleja que la regulación de la adicción a las drogas, se han discutido algunas superposiciones sorprendentes de los mecanismos neurofisiológicos, el patrón de activación cerebral y las consecuencias conductuales.4,5,6,7. El circuito cerebral involucrado está fuertemente activado por la ingesta de alimentos después de la restricción, pero también por la ingesta de alimentos altamente sabrosos en particular.8,9,10. En general, los alimentos altamente sabrosos son altos en calorías y / o ricos en grasas y / o carbohidratos. Por lo tanto, se ha planteado la hipótesis de que la densidad de energía de los alimentos puede ser el factor crucial que dispara la ingesta de alimentos más allá de la saciedad, lo que resulta en un peso elevado y, eventualmente, en la obesidad.11,12.

Un reciente estudio de comportamiento reveló que las grasas y los carbohidratos son los principales determinantes moleculares de la palatabilidad de los bocadillos.13. Además, el contenido de energía de las papas fritas está principalmente (94%) determinado por el contenido de grasa y carbohidratos. Por lo tanto, podría suponerse que el contenido de energía es la fuerza impulsora de la hiperfagia hedónica en el caso de las papas fritas. En consecuencia, realizamos pruebas de preferencia de comportamiento para investigar la ingesta de alimentos con diferentes contenidos de grasa / carbohidratos y realizamos mediciones de resonancia magnética (IRM) para investigar la modulación de la actividad cerebral total inducida en ratas.

Resultados y discusión

Para las pruebas de preferencia, se añadió chow estándar en polvo (STD) a cada alimento de prueba (1: 1) para excluir la influencia de las propiedades organolépticas (Fig. 1a)13. Se había demostrado anteriormente que el orden y la duración de los episodios de prueba no influyeron en el resultado13. Al principio, la ingesta relativa aumentó con el aumento de grasa y, por lo tanto, el contenido de energía de los alimentos de prueba con un máximo en una composición de 35% de grasa y 45% de carbohidratos. Un mayor contenido de grasa, sin embargo, condujo a una menor ingesta de alimentos (Fig. 1a). Debido a que la grasa tiene una mayor densidad de energía que los carbohidratos, estos hallazgos indican que el contenido de energía no es el único determinante de la ingesta de alimentos en ratas no privadas. Sorprendentemente, la proporción media de grasas / carbohidratos de los alimentos de prueba más atractivos coincidía casi exactamente con la composición de las papas fritas (Fig. 1a). Queda por investigar si la conclusión anterior se puede extender a otros productos alimenticios con una relación grasa / carbohidrato similar, como el chocolate u otros aperitivos.

Figura 1: (a) Actividad de alimentos de prueba con diferentes proporciones de grasa / carbohidratos para inducir la ingesta adicional de alimentos durante la presentación de alimentos de prueba a corto plazo (minutos 10) en pruebas de preferencia de dos opciones.

Figura 1 y XNUMX

Las diferencias en la ingesta de energía por alimento de prueba en comparación con la referencia (17.5% de grasa, 32.5% de carbohidratos y 50% STD) se muestran como contribución relativa del alimento de prueba respectivo a la ingesta total de alimento de prueba y de referencia (media ± DE). A continuación, se muestra la composición de los alimentos de prueba y la composición media más atractiva se compara con la composición de las papas fritas. (b) Ingesta de energía y actividad locomotora relacionada con la alimentación respectiva durante las fases de presentación de alimentos de prueba continua de 7 días. Ambos factores se muestran en su dependencia de los alimentos de prueba [comida estándar (STD) o una mezcla de 35% de grasa y 65% ​​de carbohidratos (FCH)] en la fase de entrenamiento (TP) y la fase de manganeso (MnP) durante el 12 / Ciclos de luz / oscuridad de 12 h durante 7 días. Los datos muestran la media ± DE de 16 animales en 4 jaulas en 7 días consecutivos. Además, se enumeran los datos estadísticos correspondientes (** p <0.01, *** p <0.001, ns = no significativo).

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Recientemente hemos demostrado que el consumo de papas fritas en ratas alimentadas a voluntad, modula fuertemente toda la actividad cerebral y afecta principalmente el circuito de recompensa y los sistemas relacionados con la ingesta de alimentos, el sueño y la actividad locomotora.3. Por lo tanto, el presente estudio investigó el impacto de la proporción de grasa / carbohidratos del alimento de prueba en estas modulaciones. Para este propósito, se expusieron ratas alimentadas ad libitum a un alimento de prueba que contenía 35% de grasa y 65% de carbohidratos (FCH) como un modelo casi isocalórico (565 vs. 535 kcal / 100 g) para papas fritas. Un grupo de control recibió ETS en polvo en su lugar. Posteriormente, los cambios en el patrón de actividad cerebral total durante la fase de alimentación se registraron mediante imágenes de resonancia magnética mejorada con manganeso (MEMRI)14,15 como se describió previamente3. Según el diseño del estudio mostrado en Fig. 1b, una fase de entrenamiento (TP) que ofrecía los alimentos de prueba ad libitum fue seguida por una fase intermedia sin alimento de prueba (siete días cada uno). Antes de la medición con MEMRI, el agente de contraste cloruro de manganeso se administró mediante bombas osmóticas implantadas dorsalmente subcutáneamente para mapear la actividad cerebral integrada durante los siguientes siete días. Durante esta fase de manganeso (MnP), las ratas habían restablecido el acceso a su ya conocido alimento de prueba. Se dispuso ad libitum de pellets y agua de grifo estándar durante todo el estudio (Fig. 1b). Esta configuración de prueba comparó la ingesta de energía así como el patrón de actividad cerebral total de ambos grupos y resultó en una ingesta de energía significativamente elevada en el grupo de FCH durante TP y MnP tanto en la luz como en el ciclo oscuro del día en comparación con el control (Fig. 1b). Además, se contó la actividad locomotora de ratas individuales cerca de los dispensadores de alimentos. En contraste con otros ensayos locomotores, como la prueba de campo abierto que mide la actividad locomotora general y la ansiedad, la actividad locomotora relacionada con la alimentación, que se evaluó en el presente estudio, refleja el comportamiento de búsqueda de alimentos. Sin embargo, la actividad locomotora relacionada con la alimentación solo fue ligeramente elevada cuando se disponía de FCH en lugar de STD en polvo durante el ciclo oscuro de TP (actividad locomotora media [recuentos] STD 205 ± 46, FCH 230 ± 41, n = 4, p = 0.0633 ) y MnP (actividad locomotora media [recuentos] STD 155 ± 24, FCH 164 ± 17, n = 4, p = 0.2123) (Fig. 1b). En contraste, el acceso a las papas fritas condujo a una actividad locomotora relacionada con la alimentación mucho mayor en comparación con el mismo grupo de control de ETS durante el ciclo de oscuridad.3, que fue significativo tanto en TP (actividad locomotora media [recuentos] STD 205 ± 46, patatas fritas 290 ± 52, n = 4, p <0.001) y en MnP (actividad locomotora media [recuentos] STD 155 ± 24, patatas fritas 197 ± 29, n = 4, p = 0.0011). Por lo tanto, se puede concluir que la relación grasa / carbohidrato determina la palatabilidad de las papas fritas, pero que el comportamiento alimenticio también está influenciado por otros componentes en los bocadillos. Sin embargo, sigue siendo especulativo si estas diferencias se relacionan con los aspectos de "querer" y "gustar" de la ingesta de alimentos16.

El monitoreo de la actividad cerebral total por MEMRI reveló diferencias significativas en la activación de áreas cerebrales por la ingesta de FCH en comparación con la ETS (Fig. 2a, b, , primera columna, Tabla 1). Los resultados actuales se compararon con los análisis anteriores de MEMRI de la modulación del patrón de actividad cerebral durante la ingesta de papas fritas frente a las enfermedades de transmisión sexual en las mismas condiciones3. Los datos anteriores se enumeran en la segunda columna de Figs. 2 y 3. Aunque el FCH tenía una relación grasa / carbohidrato similar y una densidad de energía casi idéntica en comparación con las papas fritas, el FCH activó un número mucho menor (33) de áreas del cerebro significativamente diferentes de las ETS que las papas (áreas 78, ). Se detectaron efectos en los grupos funcionales relacionados con la recompensa y la adicción (Fig. 3a), la ingesta de alimentos (Fig. 3b), dormir (Fig. 3c), y la actividad locomotora (Fig. 3d). Figura 2b muestra una descripción general de todas las áreas cerebrales activadas de manera significativamente diferente comparando los efectos de FCH y papas fritas, respectivamente, con los de ETS. Además, el cambio fraccional en la activación, es decir, la captación de manganeso que refleja la actividad neuronal, difiere de manera decisiva en relación con el consumo de FCH frente a STD en comparación con las papas fritas frente a STD , tercera columna). El núcleo accumbens se considera una estructura principal del sistema de recompensa.17. El consumo de FCH condujo a un aumento de 7.8 significativamente mayor activación en una de las cuatro subestructuras, la subregión central del hemisferio izquierdo. El aumento en las subregiones de concha así como en la subregión central del hemisferio derecho no fue significativo (Fig. 3a). La ingesta de papas fritas en condiciones similares también condujo a la activación más alta lejos de la subregión del núcleo izquierdo del núcleo accumbens. Sin embargo, en comparación con FCH, el nivel de activación en esta subestructura fue incluso dos veces mayor. En contraste con FCH, las otras tres subestructuras también se activaron significativamente en comparación con el control (Fig. 3a). Por lo tanto, se puede concluir que FCH activa los sistemas de recompensa en el cerebro, pero con un efecto menor que las papas fritas. Esta conclusión también se refleja en otras estructuras del sistema de recompensa / adicción, que se activaron significativamente mediante la ingesta de papas fritas y FCH, como el núcleo del lecho de la estría terminal (hemisferio izquierdo).17,18, el subículo dorsal19, o la corteza prelímbica (hemisferio derecho e izquierdo)20. Otras estructuras cerebrales, en contraste, no se vieron afectadas significativamente por la ingesta de FCH, a pesar de que son componentes importantes de los circuitos de recompensa y se modularon claramente por la ingesta de papas fritas, como el pálido ventral, el área ventral tegmental, o el caudado putamenTabla 1)3.

Figura 2: (a) Áreas cerebrales activadas significativamente diferentes (mezcla de 35% grasa / 65% carbohidrato (FCH) vs. chow estándar (STD) y papas fritas vs. STD3) mediante un análisis morfométrico basado en voxel ejemplificado para tres cortes mostrados en la superficie promedio del cerebro de rata.

Figura 2 y XNUMX

Los datos medios del grupo de alimentos de grasa / carbohidrato (FCH, columna izquierda) se comparan con los cambios en el patrón de actividad cerebral inducidos por las papas fritas en las mismas condiciones (revisado de Hoch et al. 20133, columna derecha). (b) Distribución 3D de áreas cerebrales activadas significativamente diferentes mostradas en vista axial y sagital (35% de grasa / 65% de carbohidratos, prueba de alimentos FCH vs. STD, columna izquierda y papas fritas vs. STD, columna derecha, revisado de Hoch et al. 20133). Las esferas azules simbolizan las áreas del cerebro con las más bajas, las regiones rojas regiones del cerebro con mayor actividad después de la ingesta del alimento de prueba respectivo FCH o papas fritas3, cada uno comparado con las ETS. El tamaño de las esferas simboliza niveles de importancia (pequeño: p ≤ 0.05, medio: p ≤ 0.01, grande: p ≤ 0.001, n = 16).

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Figura 3: Regiones del cerebro asignadas a los grupos funcionales (a) "recompensa y adicción", (b) "ingesta de alimentos", (c) "sueño" y (d) "actividad locomotora" en una vista sagital esquemática de la rata Cerebro con una acumulación de manganeso significativamente diferente (p <0.05) en las estructuras cerebrales de ratas alimentadas ad libitum con acceso adicional al alimento de prueba de 35% de grasa / 65% de carbohidratos (FCH, primera columna) o papas fritas de bocadillo et al. 20133, segunda columna).

Figura 3 y XNUMX

Los rectángulos rojos simbolizan las regiones del cerebro significativamente activadas por las papas fritas o FCH, ambos frente a la comida estándar en polvo (STD), los rectángulos azules respectivas regiones del cerebro con mayor actividad debido a la ingesta de ETS en polvo frente a las papas fritas o FCH. Los triángulos unidos a los rectángulos de la izquierda y / o la derecha indican el hemisferio de diferencias significativas. Los rectángulos sin triángulos representan las estructuras centrales del cerebro. La tercera columna muestra el cambio fraccional de bocadillos y FCH, respectivamente, frente a STD (*** p <0.001, ** p <0.01, * p <0.05, n = 16). Núcleo acb: región central del núcleo accumbens; Capa de Acb: región de capa del núcleo accumbens, Arco: núcleo hipotalámico arqueado, BNST: núcleo del lecho de la estría terminal, CgCx: corteza cingulada, CPu: putamen caudado (estrato), DS: subículo dorsal, Gi: núcleo gigantocelular, GPV: ventral pallidum, HyDM: hipotálamo dorsomedial, HyL: hipotálamo lateral, IlCx: corteza infralímbica, InsCx: corteza insular, IP: núcleo interpeduncular, LPBN: núcleo parabraquial lateral, LPGi: núcleo paragigantocelular lateral, LRt: núcleo reticular lateral 1: corteza motora primaria, MC , MCx2: corteza motora secundaria, OrbCx: corteza orbitaria, PCRt: núcleo reticular parvicelular, PnO: núcleo reticular pontino oral, PrlCx: corteza prelímbica, PTA: área pretectal, PVN: núcleo talámico paraventricular anterior, Raphe: núcleo del rafe, Septum: tabique , Sol: tracto solitario, Teg: núcleos tegmentales, thMD: talámico mediodorsal, VS: subículo ventral, VTA: área tegmental ventral, ZI: zona incerta.

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Tabla 1: puntuaciones Z de áreas del cerebro activadas de manera significativamente diferente que comparan ratas con acceso solo a comida estándar o a una mezcla de grasa y carbohidratos y los valores p respectivos de t-statistics, n = 16.

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Se pueden extraer conclusiones similares del análisis de los circuitos cerebrales asociados con la ingesta de alimentos. Por ejemplo, el hipotálamo dorsomedial, el tabique así como el núcleo talámico paraventricular, que se activaron durante la ingesta de FCH y papas fritas, pueden vincularse al control de la ingesta de alimentos.21,22. Pero, una vez más, FCH no logró modular otras estructuras de los circuitos de saciedad, que fueron desactivadas por las papas fritas, como el núcleo hipotalámico arqueado o el tracto solitario. Además, la intensidad de la activación fue menor en FCH que en las papas fritas, lo que se reflejó, por ejemplo, en una activación 2.3 significativamente mayor del núcleo talámico paraventricular anterior (Fig. 3b). Estos datos sugieren que el FCH modula las estructuras cerebrales relacionadas con la ingesta de alimentos de manera diferente a la ETS, un efecto que puede ser reflejado por el mayor consumo de energía a través del FCH (Fig. 1b).

La ingesta de FCH también condujo a una fuerte desactivación de las estructuras cerebrales relacionadas con el sueño. Algunas áreas del cerebro solo fueron desactivadas por FCH como la zona incerta (Fig. 3c), mientras que otras áreas solo fueron desactivadas por papas fritas, como los núcleos tegmentales. Aunque ocho estructuras relacionadas con el sueño fueron moduladas por FCH y once por papas fritas, el efecto de ambos alimentos de prueba parece estar en un rango similar. Debido a que no se esperaba este resultado, la duración del sueño no se midió en el presente estudio, por lo que no está claro si la modulación de los circuitos del sueño inducida por el FCH se correlaciona con una modulación del comportamiento del sueño.

Las regiones cerebrales responsables de la actividad locomotora y el movimiento en general no se vieron influenciadas significativamente por la ingesta de FCH en comparación con la ETS (Fig. 3d, primera columna). Esto es concurrente con las observaciones de comportamiento que FCH indujo solo una actividad locomotora relacionada con los alimentos levemente, pero no significativamente mayor en comparación con la ETS (Fig. 1b). En contraste, se demostró que la activación de las estructuras del sistema motor en los cerebros de ratas con acceso a papas fritas estaba acompañada por una actividad locomotora relacionada con la alimentación elevada3.

No está completamente claro si el patrón de activación observado está relacionado con la hiperfagia hedónica. En contraste con la ingesta de alimentos homeostáticos, que está controlada por el nivel de energía del organismo, la ingesta de alimentos hedónicos está mediada por la recompensa generada por algunos alimentos23. Dado que la ingesta de alimentos hedónicos no está fuertemente vinculada a las necesidades energéticas, a menudo conduce a la hiperfagia. Se han desarrollado modelos que describen los correlatos neurales de la hiperfagia hedónica. Berthoud, por ejemplo, sugiere que la ingesta de alimentos homeostáticos está vinculada a circuitos sensibles a la leptina que incluyen principalmente el núcleo arqueado y el núcleo del tracto solitario, pero también involucran una amplia gama de otras áreas que incluyen sitios hipotalámicos, como el núcleo paraventricular o el núcleo accumbens23,24. Sin embargo, esta regulación homeostática de la ingesta de alimentos puede ser anulada por señales de recompensa tales como componentes del gusto y el deseo.25. El gusto por la comida se relacionó con la señalización de opioides mu en el núcleo accumbens, el pálido ventral, el núcleo parabrachial y el núcleo del tracto solitario.24, mientras que la falta de alimentos se relacionó con el sistema de dopamina en el área tegmental ventral, el núcleo accumbens, la corteza prefrontal, la amígdala y el hipotálamo. Kenny también hizo hincapié en la contribución de la corteza insular, que se supone que almacena información sobre las propiedades hedónicas de los alimentos y también puede estar relacionada con el deseo.10. En contraste con el patrón de activación cerebral relacionado con la ingesta de papas fritas, solo algunas de estas áreas asociadas con hiperfagia hedónica en realidad fueron influenciadas por la ingesta de FCH. Por lo tanto, se requieren experimentos conductuales extendidos para investigar si la preferencia de FCH está realmente acompañada de hiperfagia.

Hasta la fecha, no está claro qué componentes moleculares de las papas fritas son responsables de los efectos de modulación cerebral más fuertes de este alimento de prueba. Dado que se usó un producto salado, pero no condimentado, sin adición de mejorador del sabor, la sal, el sabor y pequeñas cantidades de proteínas estaban presentes, además de los componentes principales de grasa y carbohidratos. Además, deben considerarse los cambios moleculares que se producen durante el procesamiento. Se demostró antes que el sabor de la sal inducía la expresión de Fos en el núcleo accumbens de ratas privadas de sal. La ingesta de sal en animales no agotados, en contraste, no condujo a una activación de esta estructura del sistema de recompensa26. Además, se ha informado que la ingesta de sal en alimentos sólidos produjo un efecto aversivo en ratas.27. Por lo tanto, no parece probable que la sal fuera un modulador principal del sistema de recompensa cerebral en los experimentos actuales. La prueba de preferencia de dos opciones previamente introducida ahora puede servir para investigar más a fondo la influencia de otros componentes de papas fritas en la ingesta de alimentos.

Concluimos de nuestros datos de comportamiento que la proporción de grasas y carbohidratos, pero no la densidad de energía absoluta, es el principal determinante de la palatabilidad y la ingesta de bocadillos durante las pruebas de preferencia de dos opciones a corto plazo en ratas. Además, la ingesta de la mezcla de FCH, que es casi isocalórica a las papas fritas, indujo la ingesta máxima de energía en ratas alimentadas ad libitum, que se acompañó de una activación significativamente diferente de las estructuras cerebrales relacionadas con la recompensa, la ingesta de alimentos y el sueño. La ingesta de papas fritas en las mismas condiciones condujo a un número mucho mayor de estructuras cerebrales activadas de manera diferente en estos circuitos y también a un cambio fraccional claramente mayor en comparación con la ETS. Por lo tanto, a partir del enfoque de imágenes, se puede concluir que la densidad de energía por sí sola es solo un determinante moderado de las propiedades gratificantes de los bocadillos. Si bien la proporción de grasa y carbohidratos de las papas fritas parece ser muy atractiva, se puede suponer que existen otros determinantes moleculares en estos bocadillos, que modulan la actividad de los circuitos cerebrales, particularmente el sistema de recompensa, aún más fuerte y conducen a un aumento de los alimentos. buscando comportamiento.

Métodos

Declaración de Ética

Este estudio se realizó en estricto cumplimiento de las recomendaciones de la Guía para el cuidado y uso de animales de laboratorio de los Institutos Nacionales de la Salud. El protocolo fue aprobado por el Comité de Ética de los Experimentos con Animales de la Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (Regierung Mittelfranken, Número de permiso: 54-2532.1-28 / 12).

Prueba de preferencia

Las pruebas de preferencia se realizaron como se describió anteriormente tres veces al día durante el ciclo de luz durante 10 minutos, cada uno con repeticiones de 20-36 en total por alimento de prueba contra la referencia13. Este programa de pruebas proporciona suficientes puntos de datos para la evaluación de una preferencia de alimentos. Las pruebas se realizaron con ratas Wistar macho 8 (jaulas 2 con animales 4 cada una, 571 ± 41 g, compradas en Charles River, Sulzfeld, Alemania) y se reproducieron con ratas Sprague Dawley macho 10 (jaulas 2 con animales 5 cada uno, peso inicial 543 ± 71 g, comprado en Charles River, Sulzfeld, Alemania), que había sido entrenado para la prueba. Por lo tanto, el número de animales que realizaron cada prueba fue 18 y el número de jaulas 4 (cuatro réplicas biológicas). Cada experimento se repitió 5 – 6 veces con cada grupo de animales. Todas las ratas se mantuvieron en un ciclo 12 / 12 h oscuro / claro. Las ratas tuvieron acceso a pastillas estándar de chow (Altromin 1324, Lage, Alemania, 4 g / 100 g grasa (F), 52.5 g / 100 g carbohidratos (CH), 19 g / 100 g proteína (P)) además de Pruebe los alimentos y pégueles agua a voluntad durante todo el estudio. Se usaron alimentos de prueba con diferentes proporciones de F (aceite de girasol, comprado en un supermercado local) y CH (maltodextrina, dextrina 15 de almidón de maíz, Fluka, Alemania), mezclados con 50% STD en polvo para comparar la actividad respectiva para inducir la ingesta de alimentos . Se añadió STD en polvo para minimizar las influencias de textura y sensoriales en el consumo. Como alimento de referencia para todas las pruebas de preferencia de comportamiento, se utilizó una mezcla de 50% STD en polvo, 17.5% F y 32.5% CH, que tiene una composición F / CH muy similar a las papas fritas 50% en STD y se ha utilizado como modelo para 50% papas fritas en ETS antes13. Además, probamos alimentos compuestos de 50% STD en polvo con las adiciones de las siguientes mezclas de F y CH (% F /% CH): 5 / 45, 10 / 40, 17.5 / 32.5, 25 / 25, 30 / 20, 35 / 15, 40 / 10, 45 / 5, y 50 / 0. Considerando la composición de 50% STD, el alimento de referencia contenido en total (% F /% CH) 20 / 59, los otros alimentos de prueba 7 / 71, 12 / 66, 20 / 59, 27 / 51 / 32 / 46, 37 / 41, 42 / 36, 47 / 31, y 52 / 26. El contenido de todos los demás componentes de STD en polvo como proteína (9%), fibra (3%) o minerales (ceniza, 3.5%) fue constante en todos los alimentos de prueba.

La ingesta de energía dependiente del alimento de prueba respectivo se calculó multiplicando la cantidad ingerida del alimento de prueba con su contenido de energía respectivo. La contribución relativa de un alimento de prueba a la suma del alimento de prueba ingerido y la referencia se calculó dividiendo la cantidad del alimento de prueba respectivo por la ingesta total de alimento de prueba y la referencia.

Registro de los datos de comportamiento para la ingesta de energía y la actividad locomotora relacionada con la alimentación

Los datos de comportamiento se registraron como se describió anteriormente.3. Brevemente, la ingesta de alimentos de prueba se midió diariamente y la ingesta de energía se calculó multiplicando la masa del alimento de prueba ingerido con el contenido de energía correspondiente. La actividad locomotora relacionada con la alimentación se cuantificó mediante imágenes de la cámara web que se tomaron cada 10 segundos desde arriba de la jaula. Un recuento se definió como "una rata muestra la actividad locomotora cerca de un dispensador de alimentos". Para la evaluación estadística, se realizaron pruebas t de Student (de dos colas) utilizando el valor medio (ingesta de energía o actividad locomotora relacionada con la alimentación) durante los días 7 (TP o MnP) por jaula (n = jaulas 4, con ratas 16 en total cada grupo).

Registro de todo el patrón de actividad cerebral por MEMRI

Las ratas Wistar macho (peso inicial 261 ± 19 g, compradas en Charles River, Sulzfeld, Alemania) mantenidas en un ciclo 12 / 12 h oscuro / claro se dividieron al azar en dos grupos. Ambos grupos tuvieron acceso ad libitum a pellets estándar (Altromin 1324, Altromin, Lage, Alemania) durante todo el curso del estudio.

Un grupo (n = 16, peso corporal inicial 256 ± 21 g) recibió STD en polvo (Altromin 1321) y el otro grupo (n = 16, peso corporal inicial 266 ± 16 g) recibió una mezcla de 35% F (aceite de girasol). comprado en un supermercado local) y 65% CH (maltodextrina, dextrina 15 de almidón de maíz, Fluka, Taufkirchen, Alemania), además de los pellets estándar. El presente estudio se realizó en paralelo al estudio publicado anteriormente sobre papas fritas.3, para que se pueda utilizar el mismo grupo de control permitiendo la máxima comparabilidad de los conjuntos de datos.

MEMRI (en un 4.7 T Bruker MRI usando una secuencia de transformada de Fourier de equilibrio modificada (MDEFT) optimizada) se usó para mapear la activación cerebral con una resolución fina de 109 × 109 × 440 μm (para más detalles, consulte Hoch et al. 20133). Debido a que la sensibilidad de MEMRI es menor en comparación con las pruebas de preferencia, los alimentos de prueba se presentaron durante un período de tiempo más prolongado. Los registros requieren concentraciones relativamente altas del agente de contraste potencialmente tóxico manganeso, que llega al cerebro solo varias horas después de la aplicación. Para evitar los efectos secundarios negativos en la fisiología básica y el comportamiento de los animales debido a la inyección de la solución de cloruro de manganeso en dosis suficientes para la medición MEMRI, las bombas osmóticas sirven para la aplicación continua suave, pero prolongada, de cantidades no tóxicas de manganeso. , que se acumuló en las áreas del cerebro activadas durante todo el curso de la fase de prueba de alimentos de 7-day28. El diseño del estudio, la preparación de las bombas osmóticas, los parámetros para las mediciones de IRM, el procesamiento de datos, así como el registro de la ingesta de alimentos y la actividad locomotora relacionada con la alimentación se han descrito anteriormente.3. Los valores de gris de MRI originales del cerebro segmentado por animal se registraron mediante un flujo de trabajo de registro no rígido3. Sobre la base de estos conjuntos de datos registrados, se realizó un análisis morfométrico basado en voxel y se visualizaron los parámetros estadísticos resultantes. Se realizaron pruebas t de Student basadas en el puntaje Z para detectar diferencias significativas en la activación cerebral. Para la visualización 3D de la distribución de las estructuras cerebrales activadas de manera significativamente diferente, representamos cada estructura cerebral como una esfera en su centro de gravedad. Las coordenadas se derivaron de un atlas digital del cerebro 3D. El radio de cada esfera se usó para codificar su nivel de significación y el sombreado de intensidad codifica la diferencia de actividad a ETS.

Información adicional

Cómo citar este artículo: Hoch, T. et al. La proporción de grasa / carbohidratos, pero no la densidad energética, determina la ingesta de bocadillos y activa las áreas de recompensa cerebral. Sci. Reps. 5, 10041; doi: 10.1038 / srep10041 (2015).

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Agradecimientos

El estudio forma parte del Proyecto de Neurotrición, que está respaldado por la Iniciativa de Campos Emergentes de la FAU. Además, agradecemos a Christine Meissner por la revisión del manuscrito.

Información del autor

Afiliaciones

1.    Unidad de Química de Alimentos, Departamento de Química y Farmacia, Centro Emil Fischer, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Alemania

o Tobias Hoch

o y Monika Pischetsrieder

2.    Instituto de Farmacología y Toxicología Experimental y Clínica, Centro Emil Fischer, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Alemania

o Silke Kreitz

o y Andreas Hess

3.    Laboratorio de reconocimiento de patrones, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Alemania

o Simone Gaffling

4.    Escuela de Tecnologías Ópticas Avanzadas (SAOT), Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Alemania

o Simone Gaffling

Contribuciones

Concebió y diseñó los experimentos: THMPAH realizó los experimentos: THAH analizó los datos: THSKSGAH interpretó los datos THMPAH reactivos / materiales / herramientas de análisis contribuidos: AHMP escribió el documento: THMPAH

Conflicto de intereses

Los autores declaran no tener intereses financieros en competencia.

Autor correspondiente

Correspondencia a Monika Pischetsrieder.