La neurobiología de la ingesta de alimentos en un entorno obesogénico (2012)

Ingesta condicionada de alimentos en ausencia de necesidad metabólica.

A medida que estamos cada vez más expuestos a las señales que evocan recuerdos e imágenes de los alimentos a lo largo del día, esto ocurre cada vez más frecuentemente cuando estamos saciados y metabólicamente repletos. No está claro cómo se puede inducir este hambre hedónica en ausencia de señales de agotamiento metabólico o durante la fase posprandial cuando todavía hay mucha energía absorbible en el intestino. ¿Por qué no estamos simplemente ignorando tales señales y estímulos? Varias explicaciones son posibles.

Weingarten desarrolló un modelo para la ingesta de alimentos condicionada inducida por señales en ratas saciadas.⁽²⁴⁾. Después de emparejar temporalmente un tono o luz (estímulo condicionado, CS⁺) con la presentación de una taza de comida retráctil en animales con restricción de comida, las ratas aprendieron rápidamente a ir a la taza de comida cada vez que el CS⁺ estaba en. Después de que las ratas habían sido devueltas a ad libitum Alimentándose y quedaron totalmente saciados, el CS.⁺ Continuó provocando el acercamiento de la taza de comida y una pequeña comida.⁽²⁴⁾, imitando de cerca la ingesta de alimentos condicionada a través de señales externas en sujetos humanos. En una serie de estudios elegantes, Petrovich demostró la importancia de una red neuronal que incluye la amígdala, la corteza prefrontal medial y el hipotálamo lateral para que ocurra este fenómeno.^(25–27). Parece que las entradas al hipotálamo tanto de la amígdala como de la corteza prefrontal medial (ver ) son necesarios para vincular estímulos condicionados específicos a la acción apetitiva. Será interesante investigar el papel de las neuronas oralaxinas hipotalámicas laterales y sus proyecciones al sistema de dopamina mesolímbico, ya que estas neuronas se han implicado en la ingesta de alimentos inducida por opioides μ⁽²⁸⁾, consumo de sal inducido por el agotamiento⁽²⁹⁾ y reincorporación de la búsqueda de drogas.⁽³⁰⁾. Como el hipotálamo lateral es un lugar importante de salida de comportamiento y autonómico para el sensor de energía integrador del hipotálamo mediobasal, este aporte modulador de la amígdala y la corteza prefrontal puede proporcionar una base para anular la regulación homeostática mediante señales externas. Sin embargo, cabe señalar que ni el Weingarten⁽²⁴⁾ ni los estudios de petrovich⁽²⁵⁾ Probado si la repetición prolongada de CS⁺ la exposición condujo a la sobrealimentación crónica y al desarrollo de la obesidad y si la transección de las proyecciones críticas de la amígdala-hipotalámica lo impidió.

 

Fig. 1. (color en línea) Principales sistemas neuronales y vías involucradas en el control del comportamiento ingestivo y la regulación del equilibrio energético con énfasis en las interacciones entre el sistema regulador de energía homeostático clásico en el hipotálamo y el tronco cerebral (cuadros azules y flechas en la mitad inferior) y el cerebro cognitivo / emocional Sistemas (cuadros rojos y flechas en la mitad superior). La modulación ascendente de los procesos cognitivos y emocionales mediante señales metabólicas y sus derivados se logra mediante (a) hormonas y metabolitos circulantes que actúan no solo sobre el hipotálamo y el tronco cerebral, sino también sobre las vías de procesamiento sensorial externo y sobre los componentes del sistema corticolímbico ( flechas azules abiertas con líneas discontinuas), (b) un flujo de información sensorial vagal y espinal desde dentro del cuerpo a todos los niveles del neuraxis, incluida la corteza (flechas azules completas con líneas continuas) y (c) señales neuronales generadas por el Sensor de energía hipotalámico integrador y distribuido a las áreas involucradas en la toma de decisiones basada en recompensas (flechas azules completas con líneas continuas). Juntas, estas influencias moduladoras ascendentes determinan el nivel de prominencia de incentivo dirigido a nutrientes específicos. La modulación descendente de la ingesta de alimentos y el gasto de energía mediante sistemas cognitivos y emocionales / de recompensa se logra mediante (a) información sensorial externa directa (gusto y olfato) al sensor de energía hipotalámica y al asignador de respuesta (líneas amarillas oscuras), (b) entrada desde los sistemas de procesamiento de la amígdala, la corteza y la recompensa hasta el hipotálamo lateral, responsable de las señales externas condicionadas para provocar la ingesta de alimentos (líneas rojas y flechas completas), (c) las entradas de la corteza, la amígdala y los ganglios basales a las vías motoras extrapiramidales del cerebro medio (emocional sistema motor, líneas rojas discontinuas y flechas completas y (d) sistema motor piramidal para control de comportamiento voluntario (líneas rojas discontinuas a la derecha). N. Accumbens, núcleo accumbens; SMA, área motora suplementaria; BLA, amígdala basolateral; CeA, núcleo central de la amígdala; VTA, área tegmental ventral; PAG, gris periacueductal; GLP-1, glucón similar al péptido-1; PYY, péptido YY; AT, tejido adiposo; SPA, actividad física espontánea. Adaptado de⁽¹²⁾.

El fenómeno de la saciedad sensorial específica.⁽³¹⁾ Puede facilitar la ingesta de alimentos condicionados en estado saciado. Un ejemplo de esta facilitación es el atractivo de una nueva experiencia de comida sensorial, típicamente un postre, al final de una comida saciante. Poco se sabe sobre los mecanismos neuronales involucrados en este fenómeno, pero se ha demostrado que una reducción en la actividad eléctrica de las neuronas en la corteza orbitofrontal, una parte de la corteza frontal, de los monos macacos, puede reflejar la saciedad sensorial específica⁽³²⁾. Es posible que algunas de las neuronas en la corteza orbitofrontal dirijan su salida al hipotálamo lateral y, por lo tanto, amplifiquen la vulnerabilidad a las señales de alimentos condicionados entre las comidas.

También es posible que las llamadas respuestas de la fase cefálica a la vista y el olfato (o solo pensar en) los alimentos puedan desencadenar un comportamiento apetitivo. ^{(33, 34)}. Quizás los pequeños aumentos en la saliva, el ácido gástrico, la insulina y la secreción de grelina que constituyen la respuesta cefálica estimulan el impulso del apetito actuando sobre los nervios sensoriales o directamente sobre el cerebro y, por lo tanto, aumentan los efectos neurales de los estímulos condicionados. También podemos ser más vulnerables a las señales de alimentos condicionados cuando estamos bajo estrés. Se ha demostrado el consumo de alimentos como forma de automedicación para aliviar el estrés.⁽³⁵⁾, aunque no conocemos los mecanismos neuronales implicados. Finalmente, un historial de incertidumbre sobre el suministro de alimentos también podría aumentar la reactividad a las señales de los alimentos en ausencia de hambre metabólico directo.

En resumen, se ha demostrado claramente que los estímulos condicionados pueden inducir la ingesta de alimentos en ratas saciadas y se han identificado algunos de los circuitos neuronales críticos. Por lo tanto, los estímulos del entorno claramente tienen la capacidad de anular temporalmente la regulación homeostática. Sin embargo, no hay estudios en animales o humanos que demuestren directamente que la exposición a largo plazo a estímulos condicionados conduzca a la obesidad.

Amplificación del hambre hedónica por necesidad metabólica.

Cuando las señales condicionadas, como los anuncios de alimentos, están presentes en momentos de agotamiento metabólico, como poco antes o durante una comida, es más probable que estimulen la sobreingestión, ya que el agotamiento metabólico amplía su importancia de incentivo.^{(36, 37)}. Es bien sabido que el hambre metabólica nos hace más receptivos a las señales que indican la recompensa de alimentos y drogas^{(38, 39)}. Las vías neuronales y los mecanismos involucrados en esta atribución de prominencia no se comprenden completamente, pero se han logrado avances recientemente. Específicamente, se ha demostrado que las señales de agotamiento metabólico en forma de altos niveles de ghrelina circulante, así como bajos niveles de leptina, insulina, hormonas intestinales y diversos metabolitos pueden actuar no solo en las áreas cerebrales clásicas involucradas en el equilibrio energético como la homeostasis. el hipotálamo y el tronco cerebral, pero también en las áreas del cerebro involucradas en el procesamiento sensorial, la cognición y la recompensa ( ; ver también⁽⁴⁰⁾ para una discusión más detallada).

Representaciones neurales del placer de comer.

Está claro que el valor de recompensa de los alimentos no solo está representado por su sabor y sabor durante la fase de consumo. Una variedad de estímulos sensoriales y estados emocionales o sentimientos con perfiles temporales muy diferentes contribuyen a la experiencia de la recompensa. Específicamente, durante la fase posterior a la consumición, los nutrientes interactúan con sensores en el tracto gastrointestinal, otros órganos periféricos y el propio cerebro. Recientemente se ha demostrado que cuando todo el procesamiento del gusto se elimina por manipulación genética, los ratones aún aprenden a preferir el azúcar en lugar del agua, lo que sugiere la generación de recompensa de alimentos por los procesos de utilización de la glucosa.⁽⁵⁰⁾.

Dada la participación multifacética del placer y la recompensa en el comportamiento ingestivo, está claro que hay múltiples sistemas neuronales involucrados (para un análisis más detallado, consulte⁽⁵¹⁾). Brevemente, la forma más primitiva de gustar y disgustar parece ser inherente a los componentes de las vías gustativas periféricas en el tronco cerebral.^(52–55). Sin embargo, para el impacto sensorial completo de los alimentos sabrosos y la sensación subjetiva de placer en los sujetos humanos, el gusto se integra con otras modalidades sensoriales, como el olfato y la sensación en la boca. La integración se realiza en áreas del cerebro anterior, incluida la amígdala, así como en áreas corticales sensoriales primarias y de orden superior, como la corteza insular y orbitofrontal, donde se forman representaciones sensoriales de alimentos particulares^(56–62). Las vías neuronales exactas a través de las cuales tales percepciones sensoriales o representaciones conducen a la generación de placer subjetivo no están claras. Los estudios de neuroimagen en sujetos humanos sugieren que el placer, medido por valoraciones subjetivas, se computa en porciones de la corteza orbitofrontal y quizás insular^{(55, 63)}.

Sistemas neuronales que representan la motivación para comer.

El objetivo final de la publicidad de alimentos es atraer a un individuo para que compre un producto alimenticio específico y se enganche con él. Este objetivo puede vincularse con lo que sucede en la adicción a las drogas y el alcohol, y no es sorprendente que mecanismos neuronales similares hayan sido implicados. A pesar de que 'gustar' un artículo de comida de marca parece necesario, 'quererlo' y comprarlo es más importante para una comercialización exitosa. De acuerdo con la distinción de gustar / querer en la recompensa de comida, es posible "querer" algo que no le gusta⁽⁶⁴⁾. Berridge definió el querer como "la importancia del incentivo, o la motivación para obtener una recompensa, típicamente provocada por señales relacionadas con la recompensa"⁽³⁶⁾. El sistema de dopamina mesolímbico con proyecciones desde el área tegmental ventral hasta el núcleo accumbens, la corteza prefrontal, la amígdala y el hipocampo parece ser un sustrato neuronal clave para el deseo ( ). La actividad fásica de las neuronas de dopamina que se proyectan desde el área tegmental ventral hacia el núcleo accumbens en el estriado ventral participa en el proceso de toma de decisiones durante la fase preparatoria (apetitiva) de la conducta ingestiva.^{(65, 66)}. Además, cuando en realidad se consumen alimentos sabrosos como la sacarosa, se produce un aumento sostenido y dependiente de la dulzura en los niveles de dopamina en el núcleo accumbens.^(67–69). La señalización de la dopamina en el núcleo accumbens, por lo tanto, parece jugar un papel tanto en las fases apetitivas como en las de consumo de un ataque ingestivo. La cáscara del núcleo accumbens es, por lo tanto, parte de un bucle neural que incluye el hipotálamo lateral y el área tegmental ventral, con las neuronas de orexina jugando un papel clave^{(28, 70–74)}. Este bucle parece ser importante para transmitir señales de estado metabólico desde el hipotálamo lateral y, por lo tanto, atribuir prominencia de incentivo a los objetos de la meta, como se explicó anteriormente.

Comer y 'libre albedrío'

En sujetos humanos, también hay fallas en un nivel más consciente, descrito por Berridge como un "deseo cognitivo para un objetivo declarativo en el sentido ordinario de la palabra fallar"⁽³⁶⁾. Además del sistema de dopamina mesolímbico, es probable que estén involucradas varias áreas corticales, como la corteza prefrontal dorsolateral y otros componentes de un sistema de toma de decisiones.⁽⁷⁵⁾. En última instancia, se puede tomar una decisión consciente de comer un alimento o abstenerse de comerlo. Si bien esto parece depender del "libre albedrío" de cada individuo, incluso las decisiones aparentemente conscientes pueden tener un componente subconsciente. Esto se demostró en un estudio de neuroimagen en sujetos humanos que fue diseñado para decodificar el resultado de las decisiones antes y después de que tomaron conciencia.⁽⁷⁶⁾. En particular, cuando la decisión del sujeto alcanzó la conciencia, ya había sido influenciada durante hasta 10 s por la actividad cerebral inconsciente (inconsciente) en el frontopolar lateral y medial, así como en la corteza cingulada anterior y el precuneus.⁽⁷⁶⁾. Esa actividad prefrontal es necesaria para elegir de manera ventajosa en una tarea de juego que se demostró en un estudio en pacientes con lesiones prefrontales⁽⁷⁷⁾. Los sujetos normales comenzaron a elegir ventajosamente antes de darse cuenta de qué estrategia funcionaba mejor, y mostraron respuestas de conductancia de la piel anticipadas antes de que supieran explícitamente que era una elección arriesgada. En contraste, los pacientes prefrontales continuaron haciendo elecciones desfavorables y nunca mostraron una respuesta autonómica anticipatoria.⁽⁷⁷⁾. Estos hallazgos sugieren fuertemente que la actividad neuronal subconsciente puede guiar el comportamiento ingestivo antes de que el conocimiento explícito consciente lo haga. Las vías neuronales para el control conductual y autonómico que escapa a la conciencia no se conocen bien. Sin embargo, se sabe que las vías desde varias áreas corticales prefrontales y vías descendentes particularmente fuertes desde la amígdala hasta áreas en el cerebro medio (incluido el gris periacueductal), el tronco cerebral y la médula espinal son parte del sistema motor emocional que existe fuera de los límites de la conciencia. controlar^(78–80) ( ). Curiosamente, muchas áreas del sistema límbico, incluida la corteza, tienen entradas directas, monosinápticas a las neuronas preganglionares autonómicas.⁽⁸¹⁾, proporcionando una vía para la modulación subconsciente de los órganos periféricos involucrados en los procesos metabólicos ( ).

Superposición de vías neurales para la ingesta de alimentos y la adicción a las drogas

Basado en la observación de que la disponibilidad del receptor de dopamina-2 dentro del estriado dorsal se reduce de manera similar tanto en sujetos obesos como en adictos a la cocaína⁽⁸²⁾, una discusión acalorada sobre las similitudes entre la adicción a los alimentos y las drogas se ha producido^(83–92).

Debido a que la exposición repetida a drogas de abuso causa cambios neuro-adaptativos que conducen a elevaciones en los umbrales de recompensa (la tolerancia resulta en una recompensa reducida) que impulsa el consumo acelerado de drogas^(93–98), se pueden predecir cambios neuronales y de comportamiento similares a partir de la exposición repetida a alimentos adictivos. Por ejemplo, se sabe que el acceso repetido a la sacarosa regula al alza la liberación de dopamina⁽⁹⁹⁾ y la expresión del transportador de dopamina⁽¹⁰⁰⁾, así como para cambiar la disponibilidad de dopamina D1 y D2-receptor en el núcleo accumbens.^{(99, 101)}. Estos cambios pueden ser responsables de la escalada observada de la extracción de sacarosa, la sensibilización cruzada a la actividad locomotora inducida por anfetamina, los síntomas de abstinencia, como el aumento de la ansiedad y la depresión.⁽⁹⁹⁾ y la reducida eficacia de refuerzo de los alimentos normales.⁽¹⁰²⁾.

La exposición a una dieta sabrosa de la cafetería en ratas Wistar condujo a una hiperfagia sostenida durante 40 d y el umbral de autoestimulación eléctrica hipotalámica lateral aumentó en paralelo al aumento de peso corporal⁽¹⁰³⁾. Una insensibilidad similar del sistema de recompensa se observó previamente en ratas adictas que se autoadministraron cocaína intravenosa o heroína^{(93, 94)}. La expresión del receptor D2 de dopamina en el cuerpo estriado dorsal se redujo significativamente, en paralelo al empeoramiento del umbral de recompensa⁽¹⁰³⁾, a niveles encontrados en ratas adictas a la cocaína.⁽¹⁰⁴⁾. Curiosamente, después de 14 d de abstinencia de la dieta sabrosa, el umbral de recompensa no se normalizó a pesar de que las ratas eran hipofágicas y perdieron aproximadamente 10% de peso corporal⁽¹⁰³⁾. Esto contrasta con la normalización relativamente rápida (aproximadamente 48 h) en los umbrales de recompensa en ratas que se abstuvieron de la autoadministración de cocaína.⁽⁹⁴⁾, y puede indicar la presencia de cambios irreversibles causados ​​por el alto contenido de grasa de la dieta (consulte la sección siguiente). Dada la observación de que los adictos a la cocaína y los sujetos humanos obesos presentan una baja disponibilidad de receptores D2 en el cuerpo estriado dorsal⁽¹⁰⁵⁾La plasticidad de la dopamina debido al consumo repetido de alimentos sabrosos puede ser similar a lo que ocurre con el consumo repetido de drogas de abuso. Por otro lado, hay pruebas menos convincentes para el desarrollo de la dependencia de los alimentos altos en grasa^{(106, 107)}, aunque el acceso intermitente al aceite de maíz puede estimular la liberación de dopamina en el núcleo accumbens⁽¹⁰⁸⁾.

Ambiente moderno: menos oportunidad de quemar energía.

Esta revisión se ha centrado casi por completo en el consumo de energía, pero está claro que el entorno moderno también afecta el gasto de energía de varias maneras. Aunque estamos empezando a comprender la neurobiología de la ingesta de alimentos en el mundo moderno, seguimos siendo casi completamente ignorantes con respecto a los controles neurobiológicos de la actividad física y el ejercicio y los procesos integradores que comprenden la regulación del equilibrio energético.⁽¹³⁶⁾. Una razón podría ser que tenemos una comprensión limitada de la comunicación entre órganos hormonal (o neuronal). Aunque sabemos mucho acerca de la señalización entre el intestino, el cerebro y el tejido adiposo del cerebro, no sabemos prácticamente nada sobre la comunicación entre el músculo en ejercicio y el cerebro y otros órganos. Sólo muy recientemente, se descubrió la hormona irisina derivada del músculo que parece inducir el pardeamiento del tejido adiposo blanco.⁽¹³⁷⁾. Será interesante ver si esta hormona también envía señales a los sistemas cerebrales que regulan el balance de energía.