Dana M. Small, Alexandra G. DiFeliceantonio
Ciencia: 25 de Enero del 2019:
Vol. 363, número 6425, págs. 346-347
DOI: 10.1126 / science.aav0556
Las señales que transmiten información nutricional desde el intestino al cerebro regulan el refuerzo de alimentos y la elección de alimentos (1–4) Específicamente, aunque los cálculos neuronales centrales ejecutan la elección, el sistema nervioso intestinal comunica información sobre los resultados nutricionales de las elecciones al cerebro para que se pueda actualizar la representación de los valores de los alimentos. Aquí, discutimos hallazgos recientes que sugieren la fidelidad de la señalización del intestino y el cerebro y la representación resultante del valor de los alimentos se ve comprometida por los alimentos procesados (3, 4) Comprender este eje podría informar sobre el comportamiento de alimentación que involucra alimentos procesados y obesidad.
En 1947, los experimentos en los que los roedores fueron alimentados con dietas isocalóricas que variaron en volumen revelaron que los roedores valoran con precisión el volumen de alimentos consumidos para mantener una ingesta calórica constante durante días, lo que indica que "las ratas comen por calorías" (5) Esto implicaba que se debía generar una señal para comunicar el valor energético de los alimentos al cerebro para guiar la ingesta. Más tarde, otros confirmaron que estas señales "post-ingestivas" pueden reforzarse al mostrar que los animales pueden formar preferencias por los sabores que se consumen con calorías en comparación con los que no se consumen, una forma de aprendizaje llamada acondicionamiento de nutrientes y sabores (FNC) (6) Es importante destacar que la FNC ocurre incluso en ausencia de estimulación sensorial oral concomitante, que aísla las señales post-ingestivas como el reforzador clave (7) Por ejemplo, los animales que carecen de la maquinaria neurobiológica para transducir el sabor dulce, sin embargo, prefieren el agua que contiene sacarosa en comparación con el agua sola, y este comportamiento se acompaña de aumentos de dopamina extracelular en el cuerpo estriado, una región del cerebro que es necesaria para la motivación y el aprendizaje. Sin embargo, la infusión del agente antimetabólico 2-desoxiglucosa, que bloquea la capacidad de las células para usar glucosa como combustible, atenúa la formación de dopamina extracelular y la formación de preferencias (1) Estas señales son probablemente neurales en lugar de endocrinas (es decir, hormonales) porque el aumento de la dopamina extracelular es rápido después de la infusión intragástrica de glucosa (8) Además, la infusión de glucosa pero no glucosa no metabolizable en la vena porta aumenta la dopamina extracelular (8) En conjunto, esto sugiere que en los animales, el estímulo no condicionado que impulsa el refuerzo de azúcar (carbohidratos) es una señal metabólica producida cuando las células usan glucosa como combustible; Esta señal es luego detectada por un mecanismo en la vena porta y posteriormente transportada al cerebro para regular la señalización de dopamina (ver la figura). Se desconoce la naturaleza exacta de la señal metabólica, su sensor y cómo se transmite al cerebro.
Hay evidencia de que un mecanismo similar opera en humanos. Los estudios de neuroimagen han establecido que las señales alimentarias, que predicen las calorías, activan el cuerpo estriado en los humanos y que la magnitud de estas respuestas está regulada por señales metabólicas (9) Específicamente, los aumentos en la glucosa en plasma sanguíneo después del consumo de una bebida que contiene carbohidratos predicen la magnitud de la respuesta estriatal condicionada a la vista y al sabor de la bebida. Debido a que la glucosa debe estar presente para ser utilizada como combustible, esto sugiere que en los humanos, como en los animales, el refuerzo de carbohidratos depende de una señal metabólica asociada con la presencia de glucosa. Además, las observaciones en humanos sugieren que la representación cerebral de las señales metabólicas es independiente de las percepciones conscientes, como el gusto por los alimentos. Las mismas respuestas estriatales a la señal del sabor predictivo de calorías que estaban tan estrechamente acopladas a los cambios en la glucosa plasmática no estaban relacionadas con el gusto nominal de las bebidas por parte de los participantes. Esto es consistente con estudios adicionales de neuroimagen que encuentran que la densidad de energía real, y no la densidad de energía estimada o el gusto nominal de las imágenes de alimentos, predice la disposición a pagar por los alimentos y las respuestas del circuito de recompensa estriatal (3, 10) Estas observaciones sugieren que la representación neuronal de estas señales nutricionales de refuerzo es independiente de las percepciones conscientes sobre los alimentos. Una posibilidad intrigante es que las señales metabólicas son importantes generadoras de prominencia de incentivos (cómo las señales se vuelven motivacionalmente significativas) y que las distintas vías iniciadas por estas señales se mapean en circuitos neuronales de falta de comida versus de gusto por la comida (11).
Los lípidos son otra fuente importante de energía que se metabolizan de manera diferente a los carbohidratos. En consecuencia, la vía por la cual el valor energético de la grasa se comunica al cerebro difiere. El bloqueo de la oxidación de la grasa aumenta el apetito de grasa, y el bloqueo de la oxidación de la glucosa aumenta el apetito de azúcar. Sin embargo, la vagotomía (cirugía para cortar el nervio vago) en ratones solo interrumpe el aumento del apetito por la grasa, sin afectar el apetito de glucosa (12) Consistentemente, como la glucosa, la infusión directa de lípidos en el intestino produce un aumento inmediato de la dopamina estriatal extracelular. Sin embargo, esto ocurre a través de un mecanismo específico del receptor α (PPARα) activado por el proliferador de peroxisomas (2) PPARα se expresa por enterocitos duodenales y yeyunales en el intestino delgado y envía señales al nervio vago a través de mecanismos aún desconocidos. Al igual que la liberación de dopamina estriatal por glucosa, el aumento de dopamina es rápido, lo que es consistente con la señalización neural en lugar de la endocrina. Además, la activación de estas neuronas sensoriales vagales en el intestino superior que se proyectan hacia el ganglio nodosis derecho, el cerebro posterior, la sustancia negra y el cuerpo estriado dorsal es suficiente para apoyar el aprendizaje de recompensa (preferencia de lugar) y liberar dopamina estriada en ratones (13) No está claro si esta vía existe en humanos, y si se están investigando tales vías metabólicas aferentes neurales (MNA) para otros lípidos y nutrientes.
El descubrimiento de que el estímulo incondicionado que apoya el refuerzo alimentario es una señal de MNA, que al menos a veces es independiente del placer sensorial, es sorprendente. Sin embargo, una reflexión más profunda revela la elegancia de esta solución. Todos los organismos deben obtener energía para sobrevivir, y la mayoría carece de funciones cerebrales de orden superior que apoyen la conciencia. Por lo tanto, el mecanismo probablemente refleja un sistema conservado diseñado para transmitir las propiedades nutritivas de los alimentos a los circuitos centrales en el cerebro que regulan la alimentación independientemente de la conciencia, de modo que los alimentos sean tan reforzadores como una fuente útil de energía. En consecuencia, una transferencia de alta fidelidad de información nutricional desde el intestino al cerebro es crítica para una estimación precisa del valor.
Aunque está claro que el entorno alimentario moderno promueve la obesidad y la diabetes, la controversia rodea los mecanismos precisos por los cuales esto sucede. Los alimentos procesados modernos tienden a ser densos en energía, están diseñados para ser lo más irresistibles posible y ofrecen nutrientes en dosis y combinaciones que no se habían encontrado antes. Debido a que las señales energéticas impulsan el refuerzo, el aumento de las dosis puede aumentar el potencial de refuerzo y, por lo tanto, "adictivo" de los alimentos procesados. Sin embargo, estos pueden no ser los únicos factores que contribuyen al aumento de la diabetes y la obesidad.
Para aumentar la palatabilidad, frecuentemente se agregan edulcorantes no nutritivos (sustancias sin contenido calórico) a los alimentos y bebidas que también contienen azúcares y almidones nutritivos. Por ejemplo, las bebidas endulzadas con azúcar contienen azúcares nutritivos glucosa y fructosa, así como edulcorantes no nutritivos sucralosa y acesulfamo K. Los yogures a menudo contienen azúcares nutritivos y edulcorantes no nutritivos como el extracto de hoja de stevia. Una breve lectura de las etiquetas de los alimentos en una tienda de comestibles revelará muchos ejemplos de alimentos y bebidas que contienen azúcares nutritivos y edulcorantes no nutritivos. Por el contrario, en los alimentos no procesados, la dulzura es proporcional al contenido de azúcar y, por lo tanto, al contenido calorífico (energético) de los alimentos. La evidencia reciente sugiere que los productos que contienen una combinación de azúcares nutritivos y edulcorantes no nutritivos producen sorprendentes efectos metabólicos y de refuerzo. Por ejemplo, consumir una bebida 115-kcal inducirá mayores efectos termogénicos si la dulzura se "adapta" a la carga calórica en comparación con si es demasiado dulce o no lo suficientemente dulce (4) Debido a que la termogénesis inducida por la dieta (DIT) es un marcador del metabolismo de los nutrientes y la respuesta metabólica impulsa el refuerzo a través de MNA, una bebida "combinada" baja en calorías puede condicionar un mayor gusto y una respuesta estriatal que una bebida "desajustada" alta en calorías (4) Es importante destacar que este efecto se produce a pesar de que aumenta la glucosa en plasma. Esto demuestra que en los humanos, como en los animales, no es la presencia del nutriente en el intestino o la sangre lo que impulsa el refuerzo, sino más bien la generación de un MNA cuando el nutriente se usa como combustible lo que es crítico. Se desconoce el mecanismo detrás de este efecto de "desajuste" en humanos y merece un estudio adicional. En particular, comprender el destino de la glucosa no metabolizada y determinar si existen implicaciones para la diabetes y la obesidad, es una dirección futura crítica. Lo que está claro es que el valor energético de las bebidas que contienen azúcares nutritivos y edulcorantes no nutritivos no se comunica con precisión al cerebro, al menos en algunas circunstancias, y esto puede conducir a la generación de señales inexactas no solo para regular la recompensa sino también También procesos como el almacenamiento de energía y el reparto de nutrientes.
Reforzar las señales metabólicas al cerebro.
En este modelo propuesto para reforzar las señales metabólicas aferentes neurales (MNA), la señal de grasa depende de la activación mediada por PPARα de las aferentes sensoriales vagales que se proyectan hacia el ganglio de la nudosa derecha, el cerebro posterior, la sustancia negra y el cuerpo estriado dorsal. La señal para los carbohidratos se genera durante la oxidación de la glucosa y activa un sensor desconocido de la vena porta, que induce una señal que activa las neuronas del cerebro medio de dopamina que se proyectan al cuerpo estriado. Una red cortical independiente integra señales de MNA con valor consciente.
GRÁFICO: A. KITTERMAN /CIENCIA
Un segundo ejemplo de fidelidad comprometida de la señalización del intestino-cerebro proviene de un estudio en el que se comparó el valor de refuerzo de los alimentos que contienen principalmente grasas, principalmente carbohidratos, o grasas y carbohidratos (3) Los alimentos ricos en grasas y carbohidratos no se encuentran fácilmente en los alimentos no procesados, pero a menudo son objeto de antojos (por ejemplo, chocolate y donas). El estudio demostró que, a partir de una selección de alimentos igualmente calóricos y gustos, las personas querían alimentos que tuvieran grasas y carbohidratos más que aquellos con grasas o carbohidratos solos, y esto se reflejó en respuestas estriatales supraaditivas (3) Esto puede contribuir a que algunos alimentos estén ansiosos o sean más irresistibles que otros y, por lo tanto, juegan un papel importante en el consumo excesivo.
Estos hallazgos emergentes apuntan a dos sistemas separables que impulsan la elección de alimentos. Un sistema refleja directamente el valor nutricional de los alimentos y se basa en las señales metabólicas que llegan al cerebro (MNA). Este sistema de detección de nutrientes parece jugar un papel crítico en la regulación de la dopamina estriatal, determinando el valor de los alimentos e impulsando la elección de los alimentos. En el segundo sistema, las percepciones conscientes como el sabor y las creencias sobre el contenido calórico, el costo y la salubridad de los alimentos también son determinantes importantes de la elección de alimentos (14, 15) Los cálculos neuronales relacionados con los contribuyentes conscientes al valor parecen ser distintos de los relacionados con las señales de refuerzo nutricional de los MNA y dependen de los circuitos dentro de la corteza prefrontal y la corteza insular (9) Determinar cómo interactúan los dos sistemas para regular el comportamiento ingestivo y el metabolismo de los nutrientes es un tema importante de investigación.
Se está acumulando evidencia de que el contenido nutricional de los alimentos procesados no se transmite con precisión al cerebro. Esto plantea la posibilidad de que la forma en que se preparan y procesan los alimentos, más allá de su densidad energética o palatabilidad, afecte a la fisiología de formas imprevistas que podrían promover el exceso de comida y la disfunción metabólica. Una mejor comprensión de cómo las propiedades de los alimentos procesados interactúan con la vía intestino-cerebro es crítica, al igual que determinar si tales efectos afectan la señalización de saciedad, las propiedades adictivas de los alimentos, la salud metabólica y la obesidad. Además, aunque nos centramos en las grasas y los carbohidratos, es probable que haya múltiples vías de señalización para transmitir una variedad de información nutritiva al cerebro para guiar la elección de alimentos, y estas vías pueden verse afectadas de manera similar por los alimentos procesados.
http://www.sciencemag.org/about/science-licenses-journal-article-reuse
Este es un artículo distribuido bajo los términos del Licencia predeterminada de revistas científicas.
referencias y notas
- ↵
- LA Tellez et al.
., J. Physiol. 591, 5727 (2013).
- ↵
- LA Tellez et al.
., Ciencia 341, 800 (2013).
Resumen / texto completo GRATISGoogle Scholar
- ↵
- AG DiFeliceantonio et al.
., Cell Metab. 28, 33 (2018).
- ↵
- MG Veldhuizen y col.
., Curr. Biol. 27, 2476 (2017).
- ↵
- EF Adolph
Am. J. Physiol. 151, 110 (1947).
- ↵
- GL Holman
J. Comp. Physiol Psychol 69, 432 (1969).
CrossRefPubMedWeb of ScienceGoogle Scholar
- ↵
- X. Ren y col.
., J. Neurosci. 30, 8012 (2010).
Resumen / texto completo GRATISGoogle Scholar
- ↵
- L. Zhang y col.
., Delantero. Integr. Nuerosci. 12, 57 (2018).
- ↵
- IE de Araujo et al.
., Curr. Biol. 23, 878 (2013).
- ↵
- DW Tang y col.
., Psychol. Sci. 25, 2168 (2014).
- ↵
- KC Berridge
Neurosci. Biobehav. Rev. 20, 1 (1996).
CrossRefPubMedWeb of ScienceGoogle Scholar
- ↵
- S. Ritter,
- JS Taylor
Am. J. Physiol. 258, R1395 (1990).
- ↵
- W. Han y otros
., Celda 175, 665 (2018).
- ↵
- TA Hare y col.
., Ciencia 324, 646 (2009).
Resumen / texto completo GRATISGoogle Scholar
- ↵
- H. Plassmann y col.
., J. Neurosci. 30, 10799 (2010).
Resumen / texto completo GRATISGoogle Scholar
Expresiones de gratitud: Agradecemos a I. de Araujo, A. Dagher, S. La Fleur, S. Luquet, M. Schatzker y M. Tittgemeyer por su ayuda en la configuración de nuestra Perspectiva. Reconocemos a B. Milner por su trabajo pionero en el aprendizaje implícito.
;
