Ees Nutr. 2016; 3: 6.
Avaldatud Internetis 2016 Feb 15. doi: 10.3389 / fnut.2016.00006
PMCID: PMC4753312
Sissejuhatus
Ülemaailmse rasvumiskriisi jätkuva maksustamise tõttu on nõudlus nõudlusele suurenenud. Arutelu looduse ja hooldamise ning bioloogia ja psühholoogia vahel on kulmineerunud sellega, et mõned meditsiiniorganisatsioonid kuulutavad haiguse kui haiguse. Keskkonnategurid ja geneetiline eelsoodumus, mitte isiklik vastutus on süüdi, nagu mis tahes muu haiguse puhul. See seisukoht viitab sellele, et kehakaalu reguleerivad bioloogilised protsessid töötavad sisuliselt teadvuseta alal. Kuigi see on juba ammu aktsepteeritud nn. Homeostaatilisele energia tasakaalu reguleerimisele, on hedooniliste kontrollide puhul vähem selge. Siinkohal hindame kriitiliselt olulist küsimust, kuidas näriliste mudelid aitavad mõista hedooniliste närviprotsesside panust kehakaalu reguleerimisse. Tasu, tugevdamise, motivatsiooni, lõbusõltuvuse ja neuraalsete mehhanismide käsitlemisel vaadeldakse söömise ja treeningu kontekstis uut vaadet, et homeostaatilised ja hedoonilised kontrollid on tihedalt omavahel seotud ja tegutsevad sageli teadvusetult võrdselt saavutada bioloogiliselt kohanduvaid vastuseid. Kuigi arutelu kehamassi seadepunkti üle on viimastel aastatel tähelepanuta jäetud, muutub see teema ülekaalulisuse tõhusaks raviks oluliseks aspektiks.
Hedoonilised mehhanismid ületavad homeostaatilise regulatsiooni
Kui loomade ja inimeste kehakaalu häirivad kas ala- või ülekasvatusperioodid, naaseb ta viivitamatult enne häireid, mida nimetatakse homeostaatiliseks regulatsiooniks, mis hõlmab nii energia tarbimise kui ka energiakulude kontrolli (1, 2). Selle määruse aluseks olevad põhilised hüpotalamuse ahelad on juba ammu tuntud (3) ja see oli palju täpsem, eriti viimase 20i aasta jooksul pärast leptiini avastamist. Lühidalt öeldes toimivad kaks erinevat närvipopulatsiooni mediobaalses hüpotalamuses primaarenergia anduritena ja haaravad kompleksse efektorahelate võrgustiku, mis kontrollib nii energiat sisse kui ka energia välja bioloogiliselt adaptiivsel moel [ülevaatamiseks, vt Ref. (4-7)].
Kuid kuigi enamik nõustub sellise põhilise homeostaatilise regulatsiooniga, on olnud palju arutelusid kaitstud kehakaalu ja kaasatud mehhanismide täpse taseme üle.8-13). On selge, et puudub kindel punkt, mille ümber imetajate liigid nende kehakaalu reguleerivad. Pigem on see paindlik, sõltuvalt nii sise- kui ka välistest tingimustest, sealhulgas geneetilisest ja epigeneetilisest eelsoodumusest, toidu kättesaadavusest, toidu maitsest ja muudest keskkonnateguritest (10). Seda illustreerib kõige paremini talvistite hooajaliselt muutuv ja homeostaatiliselt kaitstud kehamass.14).
Üks tegur, mis on laialdaselt arvatavasti väga oluline individuaalse kehakaalu määramise punkti mõjutamiseks, on toidu hedonika, eriti kõrgema kehakaalu muutumine kõrgelt maitsvate, kalorite tihedusega toiduainetega (Joonis 1). \ T (Joonis1A) .1A). Selgeim näide kaitsealuse kehakaalu muutusest on kohviku toitumisest tingitud rasvunud rott ja hiir (15). Kuigi kahtlustatakse, et praeguse rasvumisepideemia eest vastutab suuresti ka maitsvate, energiatihedate toiduainete suurem kättesaadavus, on palju raskem tõestada, kuna raskusi on rangelt kontrollida energia tasakaalu ja keskkonnatingimusi inimestel pikema aja jooksul. ajal, kui see on loomade mudelites võimalik. Laialdaselt aktsepteeritud seisukoht on, et geneetiliselt ja / või epigeneetiliselt tundlikel inimestel on obesogeenne toidu keskkond võimeline looma uue, kõrgema kehamassi seadepunkti, mis on sarnaselt kaitstud sunnitud tühja kõhuga ja liigse söömisega nagu tavapärastel kaalutlustel (11). Seetõttu on üks kehakaalu reguleerimise mõistmise võtmeküsimusi kaitsekeha kehakaalu muutuse neuroloogiline selgitus. Millised on neuraalsed mehhanismid, mis võimaldavad energiatihedate toiduainete kättesaadavust ja maitseomadusi ületada põhilist homeostaatilist kaitsesüsteemi? Nende mehhanismide mõistmine võib viia rasvumise vastases võitluses spetsiifiliste ravimite või käitumuslike sekkumiste väljatöötamiseni.
Hedooniline töötlemine on homöostaatilise reguleerimissüsteemi lahutamatu osa
Vaade, et hedoonilised ja homeostaatilised närvikontrollid ei ole eraldiseisvad üksused, vaid on osa samast regulatsioonisüsteemist, omandavad kiiresti veojõu. See põhineb tõendusmaterjalil kortikolimbiliste aju piirkondade kahesuunalise moduleerimise kohta interotseptiliste signaalide ja hüpotalamuse eksterotseptiliste signaalide ning nende kognitiivsete ja emotsionaalsete korrelatsioonide kaudu (joonis (Joonis11B).
Kortikolimbiliste kognitiivsete ahelate ja motivatsiooni ahelate alumine ülesehitus toitainete kättesaadavuse intertseptsiooniliste signaalidega
Hedooniliste ja kognitiivsete protsesside alt-üles kontrollimine sisemiste signaalide abil ei ole uus arusaam. Võttes arvesse toitainete elulise tähtsuse, on see nälja väljendamise põhiomadus ja ulatub tagasi närvisüsteemi evolutsiooni algusesse. Täpsemalt iseloomustab näljane seisund suurenenud stiimulite atribuuti (mehhanism, mille abil eesmärkobjekt nagu toit muutub väga soovitud ja soovitavaks - käitumuslik magnet), mis avaldub neuroloogiliselt mesolimbilise dopamiini süsteemi kõrgendatud aktiivsuses (16-18). Mis on uus, on mõned sõnumitoojad ja närvirakud kaasatud. Näiteks on nüüd selge, et üks tähtsamaid kehakaalu homeostaatilisi regulaatoreid - leptiini - moduleerib söögiisu mitte ainult hüpotalamuse, vaid ka mesolimbilise dopamiini süsteemi komponentide (19-22) ning lõhna- ja maitseelundite töötlemisel (23-25). Samamoodi toimivad paljud teised toitainete kättesaadavuse sisemised signaalid, nagu ghrelin, soolestiku GLP-1 ja PYY, ning insuliin, samuti glükoos ja rasv, osaliselt mõjutama ka kortikolimbilisi struktuure, mis on seotud toidu tarbimise kontrolli kognitiivsete ja rahuldavate aspektidega.26-36). Nende hormoonide mõju kognitiivsetele funktsioonidele on inimeste uuringute kontekstis huvitav, näidates nii kognitiivsete kui ka metaboolsete funktsioonide kahjustusi rasvunud patsientidel (37-39). Kuigi üldine seos ei ole veel teada, viitab juhtiv hüpotees sellele, et soole düsbioos, mis on tingitud sub-optimaalse toitumise, soolestiku mikrobiota ja kaasasündinud immuunsüsteemi interaktsioonist, millele järgnevad muutused soolte-aju signaaliülekandes ja vere-aju barjääri terviklikkuses on olulised (40-43).
Klassikalise hüpotalamuse regulaatori ülalt-alla modulatsioon sensoorsete, kognitiivsete ja motiveerivate signaalidega
Selle integreeritud vaate teine juht on uus arusaam klassikaliste homeostaatiliste skeemide ülalt-alla modulatsioonist kognitiivse ja emotsionaalse töötlemise teel kortikolimbilistes süsteemides (44). Cue-indutseeritud, konditsioneeritud toidu tarbimine on arvatavasti oluline mehhanism inimeste ülekaaluliseks rasvunud keskkonnas (45, 46) ja seda on närilistel juba pikka aega uuritud (\ t47). Mõningaid asjakohaseid radasid, mis on seotud selle kognitiivsõltuva toidutarbimisega, on rottidel tuvastatud, näidates sõltuvust amygdala ja prefrontaalsest ajukoore-külgsuunalise hüpotalamuse prognoosist (48, 49). Hiljuti esitleti tõendeid AGRP neuronite ülalt-alla modulatsiooni kohta mediobaalses hüpotalamuses, klassikalise homeostaatilise regulatsiooni epitsentris. Arvatakse, et neid tugevaid neuroneid kontrollivad peamiselt tsirkuleerivad hormoonid ja metaboliidid suhteliselt aeglasel vahatamisel ja nõrgenemisel, mis on vastavuses paastunud ja toidetud riikidega. Kasutades kaasaegset geneetiliselt põhinevat neuron-spetsiifilist tehnoloogiat, tõestati, et AGRP neuronite aktiivsust kontrollitakse ka teist-sekundist lähtuvalt eeldatavast toitumisest (50, 51). See äge väline sensoorne ja kognitiivne kontroll AGRP neuronite põletamise kiiruse üle saavutatakse tõenäoliselt otseste või kaudsete sisendite abil mitmetest kortikaalsetest ja subkortikaalsetest aladest, nagu on näidatud neuronile spetsiifilise retrograde viiruse jälgimises (52).
Toidu tarbimise ja energia tasakaalu reguleerimine on valdavalt alateadlik
On selge, et klassikalise hüpotalamuse närvikontroll, mis vastutab energia tasakaalu ja kehakaalu homöostaatilise reguleerimise eest, sarnaneb teiste kehaliste funktsioonide, nagu veresuhkru või vererõhu homöostaatilisele reguleerimisele, teadvusetult kõrgel tasemel. Lisaks ja nagu ülalpool kirjeldatud, stimuleeriv sensibiliseerimismehhanism, mille abil energiakadu interotseptiivsed signaalid, nagu madal leptiini ajam "tahavad" läbi mesolimbilise dopamiini süsteemi (16, 18, 53) tegutseb ka väljaspool teadlikkust, nagu on näidatud inimese54-56). Isegi kui ei ole metaboolset nälga ja sellega seotud intertseptiivseid sensibiliseerimissignaale, ei tundu teadlik teadlikkus kihi kohta vajalik. Seda on näidatud rottidel, kellel on tingitud toiduaine tarbimine (47, 48). Lisaks saavad inimese aju õppida rahaliste hüvede väärtust ja kasutada seda otsuste tegemiseks ilma kontekstipõhiste märkide teadliku töötlemiseta (57). Kuigi optimaalne otsustusprotsess nõuab enesekontrolli, mis on esindatud dorsolateraalses prefrontaalses ajukoores (58, 59), ei ole selle aju piirkonna kohustuslik kontroll tasu eest juhitud käitumismeetmete muutmine ja see piirab tihti vaba tahtmist tegutseda (60). Lõpuks võib teatud aju piirkondades esinev närviaktiivsus toimuda juba mõnda aega, enne kui inimesed saavad teada oma otsusest (61, 62), mis viitab sellele, et suur osa otsustele viivatest protsessidest toimub teadvuseta tasemel.
Nii inimeste kui ka näriliste neelamine näib olevat eriti resistentne kognitiivsete kontrollide suhtes, kui see on väga tavaline (63, 64). Normaalsetes tingimustes on teave võimalike tulemuste kohta oluline kihtide indutseeritud eesmärgipõhiste tegevuste jaoks, mis muudavad sellised tegevused tundlikuks devalveerimise suhtes. Siiski ei sõltu tavapärane käitumine enam õpitud tasu ootustest ja on seega suuresti tundlik tasu devalveerimise mehhanismide suhtes (64, 65). Närvilised ahelad, mis reguleerivad tavapärast käitumist, on erinevalt korraldatud kui harilik või automaatne käitumine. Tavapärased käitumised sõltuvad tugevalt ventralisest striatumist ja tuumakaudsest eesnäärme koorest, samas kui tavaline käitumine sõltub rohkem dorsolateraalsest striatumist (65, 66). Mälu salvestamise ja tagasivõtmise mehhanismid on erinevad ka tavaliste ja tavapäraste tegevuste ja käitumiste puhul. Erinevalt deklaratiivsetest mälestustest, mis nõuavad teadlikku meelt, toimivad protsessimälud suures osas allpool teadliku teadlikkuse taset ja salvestamine on levinum (67-69). Selle tagajärjel on protseduurilised mälestused ja nende tavapärased neelavad käitumised suhteliselt resistentsed kognitiivse kontrolli ja täitevfunktsioonide suhtes.
Järeldus
Loomade mudelid on olnud otsustava tähtsusega rasvumuse suhtes esilekerkivate komplekssete mehhanismide hajutamiseks. Arvestades, et valdav enamus inimese rasvumisega seotud geneetilistest lookustest on seotud närvifunktsioonidega (70), ei ole üllatav, et nende mehhanismide peamine komponent on toidu tarbimise ja energia tasakaalu reguleerimine. Kuigi funktsionaalne neuroimaging inimestel on hakanud ka olulist panust andma, on ainult närilistel rohkem invasiivsed lähenemisviisid suutnud esitada mehhanistlikke selgitusi. Selle tulemusena ei ole traditsioonilise dopotoomia vahel söögiisu kontrollimise ja kehakaalu reguleerimise eest vastutavate homöostaatiliste ja mitte-homeostaatiliste / hedooniliste süsteemide vahel, kuigi heuristiliselt veel kasulik, kirjeldada enam nende kahe süsteemi vahelisi ulatuslikke anatoomilisi ja funktsionaalseid koostoimeid. Lisaks on suurem osa selle suurema interaktiivse süsteemi väljundist mööda teadlikkust. Nende uute arusaamade tagajärjed on kaugeleulatuvad, sest need juhivad mitte ainult tulevasi uuringuid, vaid ka rasvumise ja söömishäirete farmakoloogiliste ja käitumuslike teraapiate kujundamist.
Autori panused
HM ja CM aitasid arvamust ette kujutada, läbi lugeda kirjandust, kirjutas käsikirja osi ja redigeerisid käsikirja lõplikku versiooni. EQ-C ja SY osalesid algse idee aruteludes, vaadeldi kirjanduse osi, kirjutas käsikirja osi ja redigeerisid lõplikku käsikirja. H-RB arutas arvamuse esialgset ideed, arutas kõiki käsikirja eelnõusid kõigi kaasautoritega, uuris kirjandust ja kirjutas lõpliku käsikirja.
Huvide konflikti avaldus
Autorid kinnitavad, et uuring viidi läbi ilma kaubandus- või finantssuhete puudumisel, mida võiks tõlgendada võimaliku huvide konfliktina.
Rahastamine
Seda tööd toetasid riiklikud terviseinstituudid DK047348 (H-RB), DK092587 (HM) ja DK081563 (CM).
viited
;