Sistema de recompensa alimentaria: perspectivas actuales y necesidades futuras de investigación (2015)

Resumen

Este artículo revisa la investigación actual y las perspectivas interdisciplinarias sobre la neurociencia de la recompensa alimentaria en animales y humanos, examina la hipótesis científica de la adicción a la comida, analiza los desafíos metodológicos y de terminología, e identifica las brechas de conocimiento y las futuras necesidades de investigación. Los temas abordados aquí incluyen el papel de la recompensa y los aspectos hedónicos en la regulación de la ingesta de alimentos, la neuroanatomía y la neurobiología del sistema de recompensa en animales y humanos, la capacidad de respuesta del sistema de recompensa del cerebro a los alimentos y medicamentos sabrosos, la traducción del deseo contra la adicción y la cognición. Control de la recompensa de alimentos. El contenido se basa en un taller realizado en 2013 por la Rama de América del Norte del Instituto Internacional de Ciencias de la Vida.

INTRODUCCIÓN

El creciente conocimiento sobre el papel del sistema de recompensa alimentaria humana en la regulación de la ingesta de alimentos, junto con el vínculo especulado entre el sistema de recompensa alimentaria y la adicción, ha generado un mayor interés e investigación dentro de la comunidad científica. Muchas sustancias alimenticias comunes se han comparado con las drogas que habitualmente consumen los seres humanos, como la nicotina, el alcohol, la marihuana, la metanfetamina, la cocaína y los opioides (Figura 1 y XNUMX). Estas drogas a menudo se han asociado con el uso habitual caracterizado por las consecuencias negativas recurrentes (abuso) y la dependencia fisiológica (tolerancia). Las preguntas más recientes se centran en si las sustancias alimenticias (por ejemplo, azúcares, edulcorantes, sal y grasas) pueden provocar procesos adictivos similares. Las propiedades hedónicas de los alimentos pueden estimular la alimentación incluso cuando se cumplen los requisitos de energía, lo que contribuye al aumento de peso y la obesidad.¹ Las últimas estimaciones nacionales de obesidad infantil y adulta en los Estados Unidos muestran que, después de décadas de crecimiento de 3, las tasas de obesidad se han estabilizado en la última década.² Sin embargo, la prevalencia de la obesidad sigue siendo muy alta, lo que pone a los estadounidenses en riesgo de una amplia gama de problemas de salud y aumenta los costos de atención médica de la nación.

Las drogas y los alimentos sabrosos comparten varias propiedades. Ambos tienen poderosos efectos de refuerzo que están mediados, en parte, por incrementos abruptos de dopamina en el sistema de recompensa cerebral.³ Esta revisión se centra en estas similitudes y el impacto potencial de las respuestas hedónicas a los alimentos en el comportamiento ingestivo, la ingesta de energía y la obesidad. Los temas abordados incluyen la contribución hedónica a la regulación de la ingesta de alimentos en humanos, la neuroanatomía y los principios generales del sistema de recompensa cerebral, las respuestas de recompensa cerebral a los alimentos, así como los paralelismos entre alimentos y medicamentos, las contribuciones genéticas a la sobrealimentación y la obesidad, el control cognitivo de la recompensa alimentaria, Aplicaciones traslacionales y desafíos en la definición de "adicción" en el caso de los alimentos. Aunque este trabajo avanza en la aclaración del concepto de adicción a la comida y su etiología, manifestaciones y manejo, está claro que las preguntas críticas sobre las vías específicas y las respuestas de referencia paralelas entre las drogas y las sustancias alimenticias, así como sus efectos en el comportamiento de la ingesta, siguen sin respuesta y Requerir futuras investigaciones en humanos.

CONTRIBUCIÓN HEDÓNICA A LA REGULACIÓN DE LA CONSUMICIÓN DE ALIMENTOS EN HUMANOS

La prevalencia de la obesidad y el consumo de alimentos per cápita en los Estados Unidos han aumentado dramáticamente desde los últimos 1970,⁴ subrayando la necesidad de comprender mejor los sustratos neuronales que subyacen a la ingesta de alimentos. La regulación de la ingesta de alimentos implica una estrecha interrelación entre los factores homeostáticos y no homeostáticos. Las primeras están relacionadas con las necesidades nutricionales y monitorean la energía disponible dentro de las reservas de sangre y grasa, mientras que las últimas se consideran no relacionadas con las necesidades nutricionales o energéticas, aunque ambos tipos de factores interactúan en los circuitos clave del cerebro. Mantener un balance energético constante requiere un nivel de control muy preciso: incluso un desajuste sutil pero sostenido entre la ingesta de energía y el gasto de energía puede causar un aumento de peso.⁵ Un balance positivo de tan solo 11 calorías por día sobre la necesidad de energía diaria (que aumenta con el peso), o aproximadamente 4000 kcal por año,^6-8 podría resultar en un aumento de 1 libra durante un año en una persona de peso promedio. Para mantener el aumento de peso durante años, se debe mantener un balance positivo que dé como resultado incrementos sustanciales en la ingesta absoluta (como se observa en la población general, en la que la ingesta ha aumentado en> 200 kcal / d durante los últimos 35 años); sin embargo, el saldo solo debe ser positivo en una pequeña cantidad todos los días.

Los estudios experimentales en condiciones ambientales controladas (por ejemplo, animales en entornos de laboratorio) sugieren que hay factores homeostáticos que combinan la ingesta de energía con la energía requerida para controlar con precisión el peso corporal durante largos períodos de tiempo.⁹ Por el contrario, los datos de población de estudios epidemiológicos indican una fuerte tendencia al aumento de peso en humanos. En los últimos años de 30, las tasas de obesidad en adultos se han más que duplicado, de 15% en 1976 a 35.7% en 2009 – 2010. El adulto estadounidense promedio pesa más de 24 que hoy en día que en 1960,¹⁰ y 68.7% de los adultos estadounidenses tienen sobrepeso o son obesos.¹¹ Esta ganancia en peso promedio probablemente refleja un cambio en el ambiente. También sugiere que, con el tiempo, los contribuyentes no homeostáticos a la ingesta de alimentos pueden ser más influyentes que los homeostáticos (Figura 2 y XNUMX).

La mayoría de los mecanismos no homeostáticos están relacionados con el sistema de recompensa del cerebro. Comprender su papel es una prioridad en este campo de investigación. Hasta hace poco, la mayoría de los estudios se centraban en el papel de la regulación del apetito y las señales homeostáticas, como las hormonas metabólicas y la disponibilidad de nutrientes en la sangre.¹² Sin embargo, el interés en comprender cómo los animales y los humanos comen de manera no regulada, o más allá de las necesidades metabólicas, se ha convertido en una prioridad en los últimos años.¹² Las secciones que siguen discuten el neurotransmisor dopamina, que se produce en el cerebro medio y estimula las áreas límbicas como el núcleo accumbens. La dopamina se ha convertido en una importante influencia no homeostática sobre la ingesta de alimentos.

Los mecanismos de señalización que inician una comida son generalmente no homeostáticos, mientras que los que determinan el tamaño de la comida son a menudo homeostáticos (es decir, los factores que influyen en el inicio de una comida son cualitativamente diferentes de los que determinan cuándo terminará una comida). Las comidas anticipadas están precedidas por una secreción coordinada y controlada de forma neuronal de hormonas que estimulan el sistema digestivo para la carga de energía anticipada¹³ y están modulados por la recompensa percibida, el aprendizaje, los hábitos, la conveniencia, la oportunidad y los factores sociales. Por el contrario, el cese de la comida (es decir, el tamaño de la comida y la sensación de saciedad o saciedad) está controlado en parte por las señales del tracto gastrointestinal (p. Ej., Colecistoquinina, péptido similar al glucagón-1, grelina, apolipoproteína A-IV, péptido YY) En proporción a los nutrientes ingeridos, y en parte por señales no homeostáticas.⁹ Algunos mediadores hormonales (p. Ej., Grelina y leptina) actúan a través de influencias coordinadas en las regiones del cerebro involucradas tanto en la regulación homeostática como en la no homeostática.

El control homeostático sobre la ingesta de alimentos suele ser secundario al control no homeostático, incluso para determinar cuánto comerá una persona en una comida determinada. Estas señales son probabilísticas y se modifican fácilmente por factores no homeostáticos. La disponibilidad cada vez mayor de alimentos densos en energía y altamente sabrosos en las últimas décadas demuestra la influencia que pueden ejercer las señales relacionadas con la recompensa. Esencialmente, las señales relacionadas con la recompensa pueden anular las señales homeostáticas que de lo contrario actuarían para mantener un peso estable, contribuyendo así a comer en exceso.¹³

Las drogas y los alimentos comparten ciertos rasgos, pero también difieren en formas cualitativas y cuantitativas. Las drogas de abuso, como la cocaína y la anfetamina, influyen directamente en los circuitos de dopamina cerebral; otras drogas influyen en circuitos cerebrales similares y también tienen acceso directo y rápido a los circuitos de recompensa del cerebro. Los alimentos influyen en los mismos circuitos de dos maneras más indirectas. La primera es a través de la entrada neural de las papilas gustativas a las neuronas secretoras de dopamina en el cerebro, y la segunda es a través de una fase posterior transmitida por las hormonas y otras señales generadas por la digestión y la absorción de los alimentos ingeridos. El punto importante, sin embargo, es que las diversas influencias sobre la ingesta de alimentos y sus dicotomías citadas a menudo (por ejemplo, homeostática versus no homeostática o apetitiva frente a recompensa) son engañosas porque los controles están completamente interrelacionados tanto en el nivel del circuito neural como en el específico Neurotransmisores involucrados. Los estudios futuros deben evaluar directamente estos conceptos comparando el efecto de los medicamentos o alimentos en el mismo individuo. En general, se necesitan mejores medidas de comportamiento para estudiar la regulación de la ingesta de alimentos en los seres humanos.

EL SISTEMA DE RECOMPENSAS CEREBRALES: NEUROANATOMÍA Y PRINCIPIOS GENERALES

Casi cualquier cosa en la experiencia humana puede ser gratificante, dándole el potencial de volverse adictivo, y esto es evidente en y dentro de las culturas. Según la edición 5 de la Asociación Americana de Psiquiatría Manual Diagnóstico y Estadístico de los Trastornos Mentales (DSM-5),¹⁴ un diagnóstico de adicción requiere al menos dos de los siguientes: retiro, tolerancia, uso de cantidades más grandes de la sustancia durante períodos más prolongados, pasar mucho tiempo obteniendo y / o usando la sustancia, intentos repetidos de dejar de fumar, actividades abandonadas, y el uso continuado a pesar de las consecuencias adversas (Figura 3 y XNUMX).¹⁴ Así, como cualquier otro estímulo, la comida es sospechosa.

El sistema neural que media la experiencia de recompensa consiste en una red de regiones cerebrales que los estudios muestran que está creciendo tanto en número como en complejidad.¹⁵ La vía mesocorticolímbica es un componente central de este sistema. Surge de neuronas dopaminérgicas ubicadas en el área tegmental ventral del mesencéfalo que envía proyecciones a áreas objetivo en el cerebro anterior límbico, particularmente el núcleo accumbens, así como la corteza prefrontal.¹⁶ La corteza prefrontal, a su vez, proporciona proyecciones descendentes al núcleo accumbens y al área ventral tegmental.¹⁷ Este circuito mesocorticolímbico, entonces, es un jugador clave en la vía común final que procesa señales de recompensa y regula el comportamiento motivado en ratas y, según los datos de imágenes, en humanos.¹⁸

En apoyo del papel central propuesto para la vía mesolímbica, los estudios muestran niveles elevados de dopamina en el núcleo accumbens de ratas después de la exposición a alimentos.¹⁹ dulces²⁰ y el sexo.²¹ Las drogas autoadministradas (por ejemplo, cocaína, morfina y etanol) también conducen a elevaciones en el núcleo accumbens dopamina en ratas.²² Los niveles de dopamina también son más altos con concentraciones crecientes de un dulce²³ y una droga en ratas.²² Finalmente, los estudios de imagen en humanos reportan la activación del cuerpo estriado en respuesta a los alimentos,²⁴ drogas²⁵ dinero,²⁶ y el amor romántico.²⁷

Con el tiempo, los humanos y los animales no solo experimentan las recompensas: las anticipan. Como parte del proceso de aprendizaje, los niveles de dopamina en el núcleo accumbens y la actividad de las neuronas del núcleo accumbens se elevan en respuesta a las señales para la alimentación,²⁸ dulces²⁹ sexo,²¹ o las drogas.³⁰ La actividad neuronal en el núcleo accumbens también aumenta en respuesta a las señales para obtener recompensas mayores contra menores.²⁹ Al igual que el cerebro de rata, el cerebro humano también es muy sensible a las señales de comida, drogas o alcohol.^3,31

En algunos casos, una señal puede indicar la disponibilidad inmediata de una recompensa. En otros, puede indicar que una recompensa es inminente, pero que el sujeto tendrá que esperar para acceder. Mientras que las señales que señalan la disponibilidad inmediata de una recompensa provocan un aumento de los niveles de dopamina, las señales que indican una espera conducen a niveles reducidos de núcleo de dopamina en las ratas.³² De hecho, la espera de un fármaco es un estado adverso tanto en ratas como en humanos, y su aparición está asociada con la devaluación de recompensas alternativas. La falta de atención a las recompensas alternativas es un sello distintivo de la adicción. Por lo tanto, las ratas evitan la ingesta de una señal de sacarina de otro modo apetecible mientras esperan la oportunidad de autoadministrarse cocaína. Cuanto mayor sea la evitación del sabor, más intensa será la toma de la droga.^33-35 De la misma manera, los humanos que esperan fumar exhiben comportamientos afectivos aversivos y no logran obtener una respuesta normal del estriado para ganar y perder dinero. Es importante destacar que estos resultados se asociaron con una mayor búsqueda de cigarrillos y una prueba de dos opciones.^26,36,37 En estas condiciones, tomar la droga (la cocaína en los estudios con roedores y la nicotina en los estudios en humanos) es la mejor corrección para el estado aversivo condicionado, lo que refuerza (es decir, el “sellado”) del comportamiento continuo de consumo de drogas a través del refuerzo negativo.³⁸

Las respuestas individuales varían mucho, y algunos humanos y animales son más receptivos que otros. Por lo tanto, es posible cambiar dramáticamente la capacidad de respuesta de una persona a las recompensas, especialmente las drogas, a través de la experiencia. El consumo de drogas y alcohol se reduce considerablemente después de la exposición a un ambiente enriquecido³⁹ y acceso a un volante⁴⁰ En ratas, o después de la exposición al ejercicio en humanos.⁴¹ Por el contrario, la falta crónica de sueño aumenta notablemente la respuesta a los estímulos alimentarios en humanos y la respuesta a la cocaína en ratas.^42,43 Del mismo modo, en los seres humanos, existe una alta comorbilidad entre el abuso de sustancias y los trastornos alimentarios caracterizados por una alimentación desinhibida.⁴⁴ En ratas, el comportamiento de adicción a la cocaína se incrementa (más del triple) por un historial de atracones de grasa,⁴⁵ y la respuesta al etanol se ve aumentada por un historial de atracones de azúcar.⁴⁶

En resumen, la dopamina no solo rastrea todas las recompensas naturales y las drogas de abuso probadas en ratas y humanos, sino que también rastrea las señales de estas sustancias. Anticipación inducida por un buen sabor dulce.^47,48 o una droga de abuso^26,49 Conduce a la devaluación de recompensas menores. De hecho, las señales de drogas no solo provocan la devaluación sino también el inicio de un estado aversivo cuando se tiene que esperar para acceder a la recompensa preferida. Este estado puede implicar ansia y / o retiro condicionado. Los datos recientes muestran que este estado aversivo condicionado puede desarrollarse después de una exposición a un solo medicamento y puede predecir quién tomará un medicamento, cuándo y cuánto.⁵⁰ Aun así, como se describió anteriormente, la vulnerabilidad individual puede reducirse o aumentarse en ratas y humanos por varios factores, incluida la experiencia (por ejemplo, la disponibilidad de una recompensa alternativa, la oportunidad de hacer ejercicio, la falta crónica de sueño o un historial de atracones). sobre la grasa).

Es importante tener en cuenta que, a lo largo del rango del comportamiento humano, todo tipo de estímulos puede volverse gratificante (por ejemplo, tomar el sol, ir de compras, jugar, perforarse, tatuarse, hacer ejercicio, comer, beber, tener sexo y consumir drogas). Cada uno de estos estímulos, a su vez, puede apoyar el desarrollo de conductas adictivas, incluyendo la búsqueda, la toma y / o la participación, a veces con un gran costo. Algunos de estos estímulos son potencialmente más adictivos que otros, y algunos individuos son más vulnerables. La comida, como cualquier otro estímulo gratificante, tiene el potencial de apoyar el desarrollo de un comportamiento adictivo. Por otro lado, la salud se promueve mediante la moderación, la disponibilidad de recompensas alternativas y el equilibrio en el ámbito de los comportamientos motivados.

LAS RESPUESTAS DE PREMIOS CEREBRALES A LOS ALIMENTOS Y LOS PARALELOS CON LAS RESPUESTAS DE PREMIOS CEREBRALES A LAS DROGAS

Las drogas de abuso y los alimentos sabrosos muestran similitudes en cuanto a la forma en que se involucran los circuitos de recompensa en animales y humanos. Primero, las drogas activan las regiones de aprendizaje de recompensa y la señalización de dopamina.⁵¹; La ingesta de alimentos sabrosos opera a través de la misma vía.²⁴ En segundo lugar, las personas aumentan el uso de drogas debido a la tolerancia, que es causada por cambios de plasticidad en el sistema dopaminérgico (regulación negativa de los receptores D2 y regulación positiva de los receptores D1)^52,53; La ingesta de alimentos sabrosos provoca efectos similares.^54,55 En tercer lugar, las dificultades para dejar de consumir drogas se asocian con la hipersensibilidad en las regiones cerebrales relacionadas con la recompensa y la atención a las señales de las drogas.^56,57; los sujetos obesos muestran un patrón de activación similar cuando se exponen a señales de alimentos sabrosos.^58,59

El uso crónico de drogas conduce a la neuroadaptación en los circuitos de recompensa de una manera que provoca una escalada de la ingesta. Los experimentos con animales documentan que la ingesta habitual de drogas de abuso da como resultado una reducción de los receptores de dopamina D2 del estriado y los niveles de dopamina.⁵³ La ingesta habitual también conduce a una menor sensibilidad de las regiones de recompensa a la ingesta de medicamentos y la estimulación eléctrica en animales experimentales en relación con los animales de control.^52,60 Estos hallazgos son consistentes con los datos de corte transversal que indican que los individuos dependientes de las drogas muestran una menor disponibilidad de receptores D2 y sensibilidad de la región de recompensa, una menor liberación de dopamina y una euforia reducida en comparación con los hallazgos en controles sanos.^61,62 Del mismo modo, los experimentos con animales han documentado que la asignación a la sobrealimentación frente a las condiciones de no sobrealimentación da como resultado una reducción en la disponibilidad del receptor D2, una reducción en la disponibilidad y rotación de dopamina, y una menor capacidad de respuesta de las regiones de recompensa a la ingesta de alimentos, la administración de fármacos y la estimulación eléctrica.^54,63

Los datos anteriores son consistentes con la evidencia transversal de que los humanos obesos tienen menos receptores D2 que los humanos magros y tienen una respuesta de región de recompensa reducida a la ingesta de alimentos sabrosos.^64,65 Además, los estudios longitudinales en seres humanos sugieren que esta respuesta de recompensa cerebral a los alimentos puede ser causada por la sobrealimentación y el aumento de peso.⁶⁶ Esta conclusión es apoyada por la inducción experimental de la obesidad en animales como roedores y cerdos.⁶⁷ Pruebas adicionales en humanos provienen de estudios experimentales en los cuales los participantes fueron asignados al azar para recibir diariamente alimentos palatables con peso estable o que inducen la obesidad. En el último grupo, esto resultó en una disminución de la afición por la comida, pero aumentó el deseo.⁶⁸ Trabajos recientes sugieren que la capacidad de respuesta atenuada en el cuerpo estriado observada con la resonancia magnética funcional (IRMf) en humanos tiene una alta especificidad. Los sujetos que reportan una ingesta regular de helado muestran una respuesta de región menos recompensa al recibir un batido a base de helado en comparación con los adolescentes que solo comen helado rara vez; el consumo de otros alimentos densos en energía, como el chocolate y los dulces, no estaba relacionado con la respuesta de la región al recibo del helado.⁶⁹ Esta selectividad sugiere paralelos con el fenómeno de tolerancia visto en la adicción a las drogas.

Otra área de interés se refiere a la predicción del aumento de peso futuro. Los estudios en humanos jóvenes con riesgo de aumento de peso sugieren que la elevada importancia de los incentivos, que se manifiesta como una hipersensibilidad a las señales de los alimentos en áreas del cerebro relacionadas con la valoración y la atención de la recompensa, predice un aumento de peso futuro.^70-72 Este puede ser un factor de mantenimiento que surge después de un período de comer en exceso, en lugar de una vulnerabilidad inicial. Los mecanismos subyacentes al desarrollo de la sensibilización de incentivos parecen estar relacionados con respuestas de recompensa inicialmente elevadas a alimentos sabrosos y una mayor capacidad de aprendizaje asociativo.⁷³

Tjuntos, la evidencia acumulada es consistente con un modelo dinámico de vulnerabilidad en el que los individuos tienen riesgo de obesidad cuando la respuesta inicial de hiper-recompensa de la ingesta de alimentos lleva a comer en exceso, cuando la densidad del receptor D2 estriatal y la señalización de DA se reducen en respuesta a la ingesta de alimentos. y cuando emerge la hipersensibilidad de las regiones que codifican la prominencia de incentivo de las señales alimentarias⁷⁴ (Figura 4 y XNUMX).

En el futuro, los estudios de imágenes cerebrales que utilizan diseños de medidas repetidas podrían ser útiles para probar hipótesis de vulnerabilidad dinámica, como si una mayor capacidad de respuesta a las señales de los alimentos predice un mayor riesgo de aumento de peso en el futuro. La investigación de las intervenciones de prevención y tratamiento basadas en la neurociencia (por ejemplo, la corrección de una respuesta estriatal al alimento) será crucial, al igual que la confirmación experimental de las relaciones hipotetizadas.

Los paralelos entre los efectos neuronales de comer en exceso y el uso de drogas son similares pero no idénticos. Las drogas de abuso conducen a una potenciación artificial de la señalización de dopamina que no ocurre en el caso de los alimentos. A pesar de estas y otras diferencias, existen suficientes similitudes para sugerir que los medicamentos y los alimentos sabrosos tienen la capacidad de involucrar al sistema de recompensas de una manera que promueve la escalada de la ingesta. Sin embargo, no es útil determinar si ciertos alimentos son adictivos; solo una pequeña cantidad de personas que intentan una conducta placentera se vuelven adictas. En cambio, las rutas más productivas son enfocarse en comprender los mecanismos mediante los cuales las drogas de abuso y los alimentos sabrosos involucran al sistema de recompensas del cerebro hacia el aumento del consumo, y estudiar las diferencias individuales que subyacen en los dos procesos contribuyentes drogas, y la hipersensibilidad de las regiones relacionadas con la recompensa y la atención activadas por señales anticipatorias). Finalmente, podría ser más útil considerar la noción de "abuso" de los alimentos en lugar de la "adicción" a los alimentos (es decir, que implica dependencia), porque la evidencia de dependencia es un tanto mixta y no concluyente, pero una amplia investigación claramente documenta que la obesidad produce resultados negativos. Salud y consecuencias sociales.

CONTRIBUCIONES GENÉTICAS A LA SOBREDURACIÓN Y LA OBESIDAD

Investigaciones recientes indican el papel crítico que juega la genética humana en la determinación de los mecanismos cerebrales de la recompensa de los alimentos. Los estudios en formas severas de obesidad asociadas con fenotipos extremos de comer en exceso proporcionan un enfoque manejable para trastornos heterogéneos complejos como la obesidad y la diabetes. Pueden establecer pruebas de los principios de un solo gen / vía, así como conocimientos sobre los mecanismos que regulan el peso corporal y los fenotipos asociados. Este enfoque puede avanzar en el descubrimiento de medicamentos mediante la validación de objetivos antiguos y nuevos y establecer el escenario para la medicina estratificada. También puede brindar beneficios a los pacientes a través de los avances en el diagnóstico, el asesoramiento y las intervenciones.

Los estudios de gemelos, familiares y de adopción muestran que el peso corporal es altamente hereditario. La obesidad común es poligénica, con una contribución genética a la variación interindividual estimada en 40% –70%.⁷⁵ La genética molecular actual ha identificado variantes comunes de ADN que afectan el peso corporal. Los estudios de asociación del genoma han investigado el material genético de cientos de miles de personas en todo el mundo. Sin embargo, todos los factores hereditarios identificados hasta la fecha representan solo alrededor del 5% de la variabilidad del índice de masa corporal (IMC).⁷⁶ Se han identificado varias variantes genéticas poco penetrantes raras en pacientes con obesidad severa, con cambios asociados en el sistema de recompensa cerebral.

Los péptidos y las hormonas, especialmente la leptina, pueden actuar como moduladores del equilibrio energético. La leptina es un regulador fundamental del equilibrio energético humano a través de influencias en las regiones del cerebro involucradas en la recompensa de los alimentos. La deficiencia de leptina aumenta el apetito y la ingesta de alimentos. Esta hormona también modula el gusto por los alimentos, que se correlaciona con la activación del núcleo accumbens por la dopamina. Las mutaciones conocidas en la vía leptina-melanocortina en el hipotálamo conducen a hiperfagia (Figura 5 y XNUMX). Los estudios han evaluado los fenotipos en pacientes con deficiencia de leptina utilizando fMRI. En un estudio seminal, Farooqi et al.⁷⁷ evaluó las respuestas cerebrales en pacientes humanos con 2 con deficiencia congénita de leptina. Las imágenes de alimentos antes y después de 67 días de terapia de reemplazo de leptina mostraron una atenuación en la activación neural de áreas estriatales clave, lo que sugiere que la terapia disminuyó la percepción de recompensa de alimentos al tiempo que mejoró la respuesta a las señales de saciedad generadas durante el consumo de alimentos.⁷⁷

Mutaciones en el receptor de melanocortina 4 (MC4R) Los genes son la causa genética más común de la obesidad humana.⁷⁸ Se han investigado varias opciones de tratamiento (por ejemplo, inhibidores de la absorción de sibutramina, serotonina y noradrenalina) en sujetos humanos con MC4R mutaciones Sin embargo, el mantenimiento del peso corporal a largo plazo rara vez se logra.⁷⁸ El uso de datos de fMRI para comparar la activación del cuerpo estriado en pacientes con 10 heterocigotos para MC4R los controles de deficiencia y 20 (obesos 10 y magros 10) mostraron que MC4R la deficiencia se asoció con la activación del estriado alterado y la recompensa de los alimentos.⁷⁹ Esto sugiere que el tono melanocortinérgico puede modular los cambios dopaminérgicos que se producen con el aumento de peso.

Mutaciones genéticas adicionales, específicamente aquellas que causan hiperfagia junto con disfunción autonómica, labilidad emocional y comportamiento de tipo autista, se vincularon recientemente con 1 de mente única: un factor básico de transcripción hélice-bucle-hélice involucrado en el desarrollo y la función del núcleo paraventricular del hipotálamo (Figura 5 y XNUMX).⁸⁰

Las manipulaciones farmacológicas de las vías de recompensa cerebral en la obesidad utilizan los estudios de IRMf para examinar los correlatos en el sistema de recompensa cerebral asociados con los resultados del tratamiento después de la ingesta de sibutramina⁸¹ o un nuevo antagonista de los receptores opioides µ.⁸²

Es probable que haya más diferencias en los circuitos involucrados en la recompensa de medicamentos frente a la recompensa de alimentos que la propuesta actualmente, lo que demuestra que la obesidad merece ser estudiada por derecho propio. Intentar la clasificación de los alimentos como adictivos generalmente no es útil. Más bien, comprender la contribución neuronal a comer en diferentes fenotipos es un paso crítico para avanzar en el campo. Existe la necesidad de desarrollar herramientas para definir mejor la heterogeneidad del comportamiento de una manera sensible y objetiva, así como para comprender la biología del comportamiento subyacente.

CONTROL COGNITIVO DE LA RECOMPENSA DE ALIMENTOS: APLICACIONES TRANSLACIONALES

En los seres humanos, los impulsos de comportamiento para alimentos sabrosos son moderados por la cognición, específicamente las funciones ejecutivas. Estas funciones mentales de alto nivel apoyan la autorregulación del comportamiento alimentario y se mapean en redes que incluyen regiones laterales y dorsomediales del cerebro, como la corteza prefrontal dorsolateral, el cingulado anterior dorsal y la corteza parietal. El entorno en el que vivimos desafía nuestros recursos fisiológicos limitados para suprimir la ingesta de alimentos. Un dilema central en la vida diaria consiste en equilibrar los objetivos internos (es decir, el conocimiento, los principios o las normas que se utilizan para guiar el comportamiento, como comer bien para mantenerse saludable o controlar el peso) con las consecuencias de consumir alimentos apetitosos y de disponibilidad inmediata. Este conflicto es particularmente desafiante con los alimentos deseados o deseados; La interacción entre la cognición y la recompensa es un componente fundamental de la regulación de la ingesta de alimentos en los seres humanos.

Estudios recientes con fMRI ilustran la capacidad de suprimir los efectos gratificantes de los alimentos. Estos informes mostraron el reclutamiento de regiones cerebrales relacionadas con las funciones ejecutivas / control cognitivo cuando se pidió a los participantes que imaginaran el retraso en el consumo de alimentos sabrosos que se muestran en las imágenes o que pensaran en los beneficios a largo plazo de no comer ese alimento específico.⁸³ Se ve un compromiso similar de estas regiones del cerebro cuando se les pide a los hombres que supriman voluntariamente el hambre.⁸⁴ También hay evidencia de que los antojos de alimentos interfieren con las demandas cognitivas en competencia, debido a una dirección automática de los recursos cognitivos a las señales relacionadas con el deseo,⁸⁵ y, por lo tanto, los sesgos de atención hacia alimentos poco saludables pueden predecir un aumento en el IMC a lo largo del tiempo.⁸⁶

El compromiso de los sectores laterales de la corteza prefrontal puede ser una firma neuronal de mecanismos compensatorios para superar la tendencia de un individuo a comer en exceso y ganar peso. Los estudios observacionales han demostrado una mayor activación en estas regiones del cerebro en personas exitosas que mantienen la pérdida de peso en comparación con sujetos obesos menos exitosos.^87,88 Este hallazgo comparte algunas similitudes con lo que se observa en el campo del alcoholismo.Como los familiares de primer grado de los alcohólicos no afectados muestran una fuerte actividad prefrontal en reposo, incluso a un nivel más alto que el de los individuos sanos.⁸⁹ Debido a los limitados datos longitudinales y experimentales, la direccionalidad específica del vínculo entre comer en exceso / obesidad y la cognición es solo parcialmente conocida. Los estudios prospectivos informan que los individuos con rendimiento reducido en las pruebas que miden las funciones ejecutivas, en particular el control inhibitorio, muestran una mayor probabilidad de aumento de peso futuro.⁹⁰ Sin embargo, el peso adicional también podría dañar o interferir con estos mecanismos compensatorios, creando un círculo vicioso. La creciente evidencia transversal muestra que la obesidad (IMC> 30 kg / m²) se asocia con un rendimiento cognitivo deficiente, incluidas las funciones ejecutivas, la atención y la memoria.⁹¹ Incluso la perfusión cerebral en reposo está correlacionada negativamente con el IMC en regiones relacionadas con funciones ejecutivas, como la corteza cingulada.⁹² Esto también se observa en modelos animales de obesidad experimental.⁶⁷ La pérdida de peso está vinculada a pequeñas mejoras en la función ejecutiva y la memoria en individuos obesos (pero no sobrepeso).⁹³ La evidencia acumulada de las pruebas neurocognitivas y la literatura de personalidad sugiere que las regiones laterales prefrontales que respaldan la autorregulación, junto con las regiones estriatales implicadas en la motivación de los alimentos, son sistemas neuronales críticos relacionados con las diferencias individuales en el comportamiento alimentario y la vulnerabilidad a la obesidad.⁹⁴

Muchas estrategias potenciales podrían usarse en el futuro para mejorar la actividad de las regiones cerebrales relacionadas con el control cognitivo, incluida la terapia cognitivo-conductual, entrenamiento cognitivo, ejercicio, estimulación cerebral no invasiva, neurofeedback, modificación de la dieta y medicamentos. Aunque este campo aún es joven, es posible que ciertos alimentos o productos nutricionales puedan al menos facilitar tales cambios cerebrales. Las técnicas de neurociencia se pueden usar para detectar compuestos o intervenciones potenciales, proporcionando información objetiva y sensible.

Recientes estudios aleatorizados y controlados con placebo reportan un aumento en la activación de las regiones prefrontales laterales con 8-week ingesta de suplementos de omega-3 de ácido docosahexaenoico en niños,⁹⁵ Ingesta de 7-day de esencia de suplementos de pollo en personas mayores sanas,⁹⁶ y una dieta alta en nitratos de 24 (verduras de hoja verde y jugo de remolacha) en sujetos ancianos.⁹⁷ Estos resultados ilustran el posible papel modulador de los alimentos y nutrientes en las regiones del cerebro que podrían facilitar el control sobre la recompensa de los alimentos. A la inversa, Edwards et al.⁹⁸ informan que consumir una dieta alta en grasas (74% kcal) durante los días 7 ha debilitado la función cognitiva en hombres sedentarios. Las estrategias alternativas para mejorar la contribución del control cognitivo en la ingesta de alimentos incluyen la combinación de entrenamiento cognitivo y estimulación cerebral no invasiva.⁹⁹

Las interacciones entre los sistemas cerebrales asociados con la cognición, la recompensa y la homeostasis no ocurren de forma aislada; más bien, están incrustados en el medio ambiente y los factores situacionales que resultan de él (Figura 6 y XNUMX).¹⁰⁰ Existe la necesidad de realizar más estudios en entornos ecológicamente válidos, así como investigaciones que puedan integrar aspectos cercanos a la interacción individual-comida de la vida real. Por ejemplo, poco se sabe acerca de cómo los valores culturales dan forma al sistema de recompensa de alimentos, lo que probablemente ocurre a través de los sustratos cerebrales de la cognición. Las actitudes y puntos de vista culturalmente determinados sobre los alimentos pueden influir en el procesamiento y la expresión de la recompensa de los alimentos.

En general, el campo garantiza innovaciones metodológicas para llevar los avances científicos del laboratorio a la clínica. Estas incluyen neurotecnologías emergentes, como herramientas portátiles no invasivas y evaluaciones computarizadas para examinar los componentes neurocognitivos clave de la conducta alimentaria. Estas metodologías pueden ayudar a construir una base de conocimiento sobre el impacto de los nutrientes, los productos alimenticios y las dietas en el cerebro en relación con una alimentación saludable y el control del peso.

DESAFÍOS EN LA DEFINICIÓN DE "ADICCIÓN" EN EL CASO DE ALIMENTOS

Numerosas fuentes de confusión común están relacionadas con el término "adicción" y se centran en las siguientes cuatro palabras: gusto, recompensa, deseo y deseo. El gusto se define como la respuesta hedónica o la simpatía de un estímulo. Con frecuencia, se supone que la recompensa es sinónimo de placer, pero los conductistas lo definen como aquello que realza el acto que lo precedió. Por lo tanto, los reforzadores pueden operar sin conciencia o placer (p. Ej., Acondicionamiento de la energía en el aprendizaje post-aprendizaje). Querer es equivalente a desear. En su transición a ser algo deseado, se dice que un objeto ha adquirido prominencia de incentivo, que resulta del emparejamiento de la recompensa con objetos o señales. Un deseo es un deseo muy fuerte.

Los antojos de alimentos (es decir, deseos intensos de comer alimentos particulares) son extremadamente comunes¹⁰¹ y no son necesariamente patológicos. Una comida no tiene por qué ser deliciosa para ser ansiada. Los antojos de alimentos se correlacionan con un IMC alto, así como con comportamientos que pueden llevar a un aumento de peso, incluido un aumento de los bocadillos, un cumplimiento deficiente de las restricciones dietéticas y una alimentación excesiva / bulimia.^102,103 En contraste, muchos creen que los antojos reflejan la "sabiduría del cuerpo" (es decir, una necesidad nutricional). Sin embargo, la monotonía o la restricción en ausencia de déficit nutricional también pueden provocar el deseo. En un estudio de adultos jóvenes por Pelchat y Shaefer,¹⁰⁴ los sujetos informaron significativamente más antojos durante la manipulación de la monotonía que durante el período de referencia.

Con respecto a la naturaleza de los antojos de alimentos, el tipo de alimento varía con la cultura. No se sabe si hay características clave de los alimentos (por ejemplo, palatabilidad, energía, grasa o contenido de azúcar) que conducen al deseo, o si es la forma en que se consume el alimento (por ejemplo, si se percibe como prohibido). o si se consume de manera intermitente, restringida). El papel del acceso restringido en humanos acaba de comenzar a evaluarse experimentalmente. Por ejemplo, se propuso este mecanismo para explicar el aumento del deseo de sushi entre las mujeres japonesas.¹⁰⁵ Resolver estas preguntas es particularmente importante y podría tener implicaciones para la política (por ejemplo, si se deben prohibir las bebidas azucaradas o las dietas).

Un estudio seminal utilizó la resonancia magnética funcional para examinar la activación cerebral durante la inducción de antojos de alimentos. Pelchat et al.¹⁰⁶ encontraron que ocurrieron cambios en el hipocampo, la ínsula y el caudado - sitios de 3 involucrados en el deseo de drogas. Sin embargo, la activación en los mismos sustratos de recompensa del cerebro es bastante normal y se puede observar para estímulos placenteros inocuos, como la música.¹⁰⁷ Tal patrón de activación cerebral no implica adicción. La activación en las vías de recompensa cerebral en respuesta a la comida es un parámetro sensible con baja especificidad, porque muchas fuentes de placer y conductas motivadas conducen a la activación de este sistema. La neuroimagen es útil para comprender los mecanismos; sin embargo, no es una metodología válida para diagnosticar la adicción por sí sola.

La Asociación Americana de Psiquiatría no ha reconocido la adicción a la comida como un trastorno alimentario o un trastorno por abuso de sustancias. Sin embargo, los criterios del DSM se están utilizando como una escala de adicción a los alimentos.¹⁰⁸ Para aceptar esta medida, es necesario establecer si el diagnóstico corresponde a una respuesta desordenada a todos los alimentos o a un tipo particular de alimentos. También es incierto lo que los conceptos de tolerancia y abstinencia pueden significar para el caso de los alimentos. Los umbrales para la disfunción tampoco son claros y no están definidos para los alimentos y las drogas. En última instancia, la adicción a la comida sería un diagnóstico basado en las consecuencias negativas de las conductas no adaptativas, pero la adicción a la comida en sí no causa nada.

CONCLUSIÓN

Esta revisión revela varios hallazgos clave. Primero, la regulación de la ingesta de alimentos es compleja e implica múltiples niveles de control a través de señales ambientales y vías cognitivas, sensoriales, metabólicas, endocrinas y neurales. Las propiedades gratificantes de los alimentos pueden anular las señales de saciedad básicas generadas en los centros homeostáticos. En segundo lugar, los alimentos y las drogas se involucran en vías de recompensa del cerebro superpuestas, y ambas provocan la liberación de dopamina. Sin embargo, existen diferencias fundamentales, tanto cualitativas como cuantitativas. Las drogas comúnmente abusadas prolongan artificialmente la señalización de dopamina, mientras que la ingesta de alimentos sabrosos no lo hace. Tercero, la adicción está determinada por la experiencia subjetiva de un individuo. Una cierta cantidad de liberación de dopamina y la activación del sistema de recompensa cerebral no son condiciones necesarias o suficientes para la adicción. Finalmente, las experiencias individuales y la variación genética subyacen a las diferencias en la forma en que el cerebro responde a las propiedades gratificantes de los alimentos. En la vida real, estas respuestas cerebrales están moderadas por factores adicionales (por ejemplo, alternativas de recompensa, cognición e influencias ambientales).

A continuación se enumeran varias necesidades de investigación identificadas que pueden abordarse mejor mediante enfoques de colaboración.

• Ampliando el alcance. El alcance de la investigación en el campo de la recompensa de alimentos debe ampliarse hacia la evaluación de los fenotipos de comportamiento alimentario y sus fundamentos cerebrales / neurocognitivos y el examen de la especificidad del fenotipo de adicción a los alimentos y su relevancia / implicaciones generales.

• Mecanismos de adicción a los alimentos vs drogas. La información disponible debe complementarse con una expansión de la investigación sobre las diferencias entre la adicción y los mecanismos similares a la adicción para los alimentos y las drogas. Es probable que haya más diferencias en los circuitos relacionados con las drogas frente a los alimentos que lo que se conoce actualmente.

• Comida recompensa vs vulnerabilidad individual intrínseca. La contribución de las propiedades gratificantes de los alimentos debe ser separada de los factores de vulnerabilidad intrínseca individual, con las interacciones y la dinámica entre los componentes de 2 determinados. Existe la necesidad de identificar los alimentos o las características de los alimentos que pueden ser objetivos específicos para el comportamiento gratificante y adictivo. Alternativamente, ¿puede algún alimento o, más probablemente, un ingrediente alimenticio ser "adictivo"? ¿Cuáles son los contextos y experiencias?

• El comportamiento alimentario humano. Se deben desarrollar nuevas metodologías y herramientas para definir y comprender mejor la heterogeneidad del comportamiento alimentario humano y la biología subyacente, incluido el fenotipo de adicción a la comida. Estos métodos deben ser reproducibles y válidos, proporcionando información sensible y objetiva. Específicamente, es necesario identificar y desarrollar nuevos marcadores que puedan diferenciar las transiciones de comportamiento impulsivo a compulsivo a adictivo en el caso de comer.

• Aclaración de terminología y métricas. Se necesita mejor acuerdo y armonización de la semántica, definiciones y métricas para describir la variabilidad en el comportamiento alimentario humano. En particular, es necesario aclarar cómo se define el concepto y la definición de adicción en DSM-5 (Figura 3 y XNUMX)¹⁴ Puede ser, o incluso debería ser, aplicado a los alimentos. Esto es necesario para evitar la caracterización errónea de los alimentos y / u otras sustancias en ausencia de un acuerdo sobre métricas validadas. Es necesario establecer claridad sobre si la definición del DSM-5 corresponde a una respuesta desordenada a todos los alimentos o a un tipo particular de alimento o ingrediente. También es incierto qué significan los conceptos de tolerancia y abstinencia en el caso de los alimentos. Los umbrales para la disfunción también son confusos e indefinidos, al igual que el vínculo con las consecuencias para la salud (por ejemplo, la obesidad).

• Etiología, causalidad y mantenimiento de la sobrealimentación. Se debe realizar más investigación para informar la causalidad de los procesos etiológicos que conducen a la sobrealimentación y los procesos de mantenimiento que la sustentan en los seres humanos. Se necesitan más estudios para dilucidar el curso de tiempo preciso de las respuestas de dopamina y la activación del sistema de recompensa cerebral. La investigación experimental, como los ensayos controlados aleatorios, puede ayudar a determinar si la adicción a los alimentos y la obesidad están impulsando un cambio en el valor de la recompensa o viceversa.

• Evolución del sistema de recompensa alimentaria. Se necesita una mayor comprensión de los aspectos evolutivos de la recompensa de alimentos en este contexto. ¿El sistema de recompensa humana evolucionó para anticipar y responder a los alimentos y, por lo tanto, para preservar la supervivencia, o ha sido moldeado / remodelado por el entorno alimentario, y si es así, en qué medida?

Finalmente, existe una necesidad general de métodos innovadores en el campo para evaluar mejor los componentes neurocognitivos del comportamiento alimentario humano. El desarrollo de nuevos métodos en esta área puede mejorar el descubrimiento y, en última instancia, ayudar a construir una base de conocimiento sobre el impacto de los nutrientes, los productos alimenticios y las dietas en el cerebro. También puede proporcionar la base para nuevas formas de estimular los mecanismos inhibitorios, así como para suprimir los mecanismos de activación, con posibles implicaciones para los campos de la alimentación y la nutrición, la medicina y la salud pública.

AGRADECIMIENTOS

La Rama Norteamericana del Instituto Internacional de Ciencias de la Vida (ILSI Norteamérica) convocó el “Taller de Datos al Conocimiento sobre las Perspectivas Actuales sobre el Sistema de Recompensa de Alimentos Humanos” en mayo 9, 2013, en el Museo y Archivos de la Escuela Charles Sumner en Washington, DC . Este artículo resume las presentaciones realizadas por los oradores, y el contenido de cada presentación refleja las opiniones de los respectivos autores. Los autores agradecen a Rita Buckley, Christina West y Margaret Bouvier de Meg Bouvier Medical Writing por la prestación de servicios editoriales en el desarrollo del manuscrito y a David Klurfeld del Departamento de Agricultura / Servicio de Investigación Agrícola de EE. UU. Por participar en el comité de planificación del programa del taller. Los autores también agradecen a Eric Hentges y Heather Steele de ILSI North America por la planificación del taller y los comentarios sobre este trabajo.

Fondos. El taller fue patrocinado por el Departamento de Agricultura / Servicio de Investigación Agrícola de EE. UU., ILSI Norteamérica, el Centro de Sentidos Químicos de Monell y el Centro de Investigación de Comportamiento Intestivo de la Universidad de Purdue. El financiamiento para los servicios editoriales y para los oradores que participaron en el taller y contribuyó a este artículo fue proporcionado por ILSI North America.

Declaración de interés. MA-A. recibe apoyo de investigación de Ajinomoto y Rippe Lifestyle Institute, y es asesor científico de Wrigley e ILSI North America. GKB está en la Junta de Fideicomisarios de ILSI Norteamérica.

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