Os informes científicos 5, Número de artigo: 10041 (2015)
doi: 10.1038 / srep10041
AbstrAs patacas fritas de comida de lanche inducen a inxestión de alimentos en ratos alimentados de forma gratuíta, o cal está asociado coa modulación do sistema de recompensa cerebral e outros circuítos. Aquí amosamos que a inxestión de alimentos en ratos saciados é provocada por unha relación graxa / carbohidratos óptima. Do mesmo xeito que as papas fritas, unha mestura de graxa / carbohidratos isocalórica influenciou o patrón de actividade do cerebro enteiro das ratas, afectando a circuítos relacionados, por exemplo, coa recompensa / adicción, pero o número de áreas moduladas e a extensión da modulación foi menor en comparación co mesmo.
introdución
A dispoñibilidade ad libitum de alimentos apetecibles pode levar á hiperfagia hedónica, é dicir, aumento da inxestión de enerxía e, consecuentemente, aumento de peso corporal debido a un cambio no patrón de comportamento da inxestión de alimentos1. Para provocar a inxestión de alimentos alén da saciedade, hai que involucrar factores que anulen o equilibrio e a saciedade da enerxía homeostática a través de diferentes rutas de sinalización dun sistema de recompensa non homeostático2. Como se mostrou anteriormente, a inxestión de papas fritas modula fortemente a actividade dentro do sistema de recompensa cerebral en ratas alimentadas de xeito gratuíto. Ademais, provoca unha activación significativa de rexións cerebrais que regula a inxestión de alimentos, a saciedade, o soño e a actividade locomotora3. Os estudos de comportamento confirmaron que a inxestión de enerxía e a actividade locomotora relacionada coa alimentación eleváronse cando estaban dispoñibles as patacas fritas3. Aínda que a regulación neurobiolóxica da inxestión de alimentos é moito máis complexa que a regulación da adicción ás drogas, discutíronse con controversias algúns mecanismos neurofisiolóxicos, o patrón de activación cerebral e as condutas4,5,6,7. O circuíto cerebral implicado está fortemente activado pola inxestión de alimentos despois da restrición, pero tamén pola inxestión de alimentos altamente palatábeis en particular8,9,10. En xeral, os alimentos altamente apetecibles son altamente calóricos e / ou ricos en graxas e / ou hidratos de carbono. Así, xurdiu a hipótese de que a densidade de enerxía dos alimentos pode ser o factor crucial que provoca a inxestión de alimentos alén da saciedade, o que supón un peso elevado e, eventualmente, na obesidade.11,12.
Un estudo de comportamento recente revelou que as graxas e os hidratos de carbono son os principais determinantes moleculares da palatabilidad dos merenda13. Ademais, o contido enerxético das patacas fritas é determinado principalmente polo contido de graxa e carbohidratos (94%). Polo tanto, podería supoñerse que o contido enerxético é o motor da hiperfagia hedónica no caso das patacas fritas. En consecuencia, realizamos probas de preferencia de comportamento para investigar a inxestión de alimentos con diferentes contidos de graxa / carbohidratos e realizado medicións de resonancia magnética (MRI) para investigar a modulación da actividade cerebral enteira inducida en ratas.
Resultados e discusión
Para probas de preferencia, engadiuse o chow estándar en po (STD) a cada alimento de proba (1: 1) para excluír a influencia das propiedades organolépticas (Fig. 1a)13. Mostrouse antes que a orde e a duración dos episodios de proba non influíron no resultado13. Ao principio, a inxestión relativa aumentou co aumento do contido de graxa e, polo tanto, de enerxía dos alimentos de proba cun máximo nunha composición de 35% de graxa e 45% de hidratos de carbono. Con todo, un contido en graxa máis elevado provocou unha diminución da inxestión de alimentos (Fig. 1a). Como a graxa ten unha maior densidade enerxética que os carbohidratos, estes resultados indican que o contido enerxético non é o único determinante da inxestión de alimentos en ratos non privados. Notablemente, a proporción media de graxas / hidratos de carbono dos alimentos de proba máis atractivos case coincidiu exactamente coa composición das patacas fritas (Fig. 1a). Queda por investigarse se a conclusión anterior pode estenderse a outros produtos alimenticios cunha proporción similar de graxa / carbohidratos como o chocolate ou outro tipo de merenda.
Figura 1: (a) Actividade dos alimentos de proba con diferentes proporcións de graxa / hidratos de carbono para inducir a inxestión adicional de alimentos durante a presentación de alimentos de proba curta (minutos 10) en probas de preferencia en dúas opcións.
As diferenzas no consumo de enerxía por alimento de proba en comparación coa referencia (graxa 17.5%, carbohidratos 32.5% e 50% STD) móstranse como contribución relativa do alimento de proba correspondente á inxestión total de probas e alimentos de referencia (media ± SD). Abaixo amósase a composición dos alimentos de proba e compárase a composición media máis atractiva coa composición das patacas fritas. (b) A inxestión de enerxía e a actividade locomotora relacionada coa alimentación durante as fases da presentación de alimentos de proba continua de días 7. Os dous factores móstranse na súa dependencia dos alimentos de proba [chow estándar (STD) ou unha mestura de 35% de graxa e 65% de hidratos de carbono (FCH)] na fase de adestramento (TP) e na fase de manganeso (MnP) durante o 12 / 12 h ciclos de luz / escuridade durante 7 días Os datos mostran a media ± DE de 16 animais en 4 gaiolas en 7 días consecutivos. Ademais, listáronse os datos estatísticos correspondentes (** p <0.01, *** p <0.001, ns = non significativo).
Recentemente demostramos que o consumo de patacas fritas nos ratos alimentados ad libitum modula fuertemente toda a actividade cerebral que afecta principalmente ao circuíto de recompensa e aos sistemas relacionados coa inxestión de alimentos, o sono e a actividade locomotora3. Polo tanto, o presente estudo investigou o impacto da relación graxa / carbohidrato do alimento de proba con estas modulacións. Para este propósito, os ratos alimentados ad libitum foron expostos a un alimento de proba que contiña 35% de graxa e 65% carbohidratos (FCH) como un modelo case isocalórico (565 vs 535 kcal / 100 g) para as patacas fritas. Un grupo de control recibiu en cambio STD en po. Posteriormente, rexistráronse cambios no patrón de actividade cerebral completa durante a fase de alimentación mediante imaxe de resonancia magnética reforzada por manganeso (MEMRI)14,15 como se describiu anteriormente3. Segundo o deseño do estudo mostrado en Fig. 1b, unha fase de adestramento (TP) que ofrece os alimentos de proba ad libitum foi seguida por unha fase intermedia sen alimento de proba (sete días cada un). Antes da medición de MEMRI, o axente de contraste cloruro de manganeso administrouse mediante bombas osmóticas implantadas dorsalmente subcutáneamente para mapear a actividade cerebral integrada durante os sete días seguintes. Durante esta fase de manganeso (MnP), as ratas reintegraron o acceso aos seus probas xa coñecidos. O chow estándar e a auga da billa estaban dispoñibles ad libitum durante todo o estudo (Fig. 1b). Esta configuración de proba comparou a inxesta enerxética así como o patrón de actividade cerebral completa de ambos grupos e deu lugar a un consumo de enerxía significativamente elevado no grupo FCH durante a TP e MnP, así como no ciclo escuro do día en comparación co control (Fig. 1b). Ademais, contouse a actividade locomotora de ratas individuais preto dos dispensadores de alimentos. En contraste con outros ensaios locomotores, como o exame de campo aberto que mide a actividade locomotora xeral e a ansiedade, a actividade locomotora relacionada coa alimentación, que foi avaliada no presente estudo, reflicte un comportamento de procura de alimentos. A actividade locomotora relacionada coa alimentación, con todo, só estivo lixeiramente elevada cando a FCH estaba dispoñible en lugar de enfermidade de enfermidade por enfermidade durante o ciclo escuro de TP (actividade locomotora media [reconto] STD 205, FCH 46, n = 230, p = 41 ) e MnP (actividade locomotora media [reconto] STD 4 ± 0.0633, FCH 155 ± 24, n = 164, p = 17) (Fig. 1b). En contraste, o acceso ás patacas fritas levou a unha actividade locomotora relacionada coa alimentación moito maior en comparación co mesmo grupo control STD durante o ciclo escuro.3, que foi significativo tanto en TP (actividade locomotora media [conta] STD 205 ± 46, patacas fritas 290 ± 52, n = 4, p <0.001) como en MnP (actividade locomotora media [conta] STD 155 ± 24, patacas fritas 197 ± 29, n = 4, p = 0.0011). Deste xeito, pódese concluír que a proporción graxa / hidratos de carbono determina a palatabilidade das patacas fritas, pero que o comportamento alimentario tamén está influído por outros compoñentes nas merendas. Non obstante, segue sendo especulativo se estas diferenzas se relacionan con "querer" e "gustar" aspectos da inxestión de alimentos16.
O seguimento da actividade cerebral completa por MEMRI revelou diferenzas significativas na activación das áreas cerebrais mediante a inxestión de FCH en comparación con STD (Fig. 2a, b, Fig 3, primeira columna, Táboa 1). Os resultados presentes foron comparados cos análises anteriores de MEMRI da modulación do patrón de actividade cerebral durante a inxestión de patacas fritas contra as ETS nas mesmas condicións.3. Os datos anteriores aparecen na segunda columna de Figs. 2 3. Aínda que a FCH tiña unha relación graxa / carbohidratos similar e unha densidade de enerxía case idéntica en comparación coas patacas fritas, FCH activou un número moito menor (33) de áreas do cerebro de xeito significativamente diferente ás DTS que as patacas (áreas 78, Fig 2). Detectáronse efectos nos grupos funcionais relacionados coa recompensa e a adicción (Fig. 3a), inxestión de alimentos (Fig. 3b), durmir (Fig. 3c), e actividade locomotora (Fig. 3d). Imaxe 2b mostra unha visión xeral de todas as áreas do cerebro activadas de forma significativa comparando os efectos da FCH e as patacas fritas, respectivamente, coas da enfermidade de transmisión sexual. Ademais, o cambio fraccional na activación, é dicir, a captación de manganeso que reflicte a actividade neuronal, difiere de xeito decisivo respecto ao consumo de FCH vs STD en comparación coas patacas fritas vs.Fig 3, terceira columna). O núcleo accumbens considérase unha estrutura principal do sistema de recompensa17. O consumo de FCH provocou un aumento significativo da activación 7.8 nunha das catro subestruturas, a subregión central do hemisferio esquerdo. O incremento nas subregións da cuncha e na subregión central do hemisferio dereito non foi significativo (Fig. 3a). A inxestión de patacas fritas en condicións similares tamén levou á activación máis alta de lonxe da subregión do núcleo esquerdo do núcleo accumbens. En comparación coa FCH, con todo, o nivel de activación nesta subestrutura era aínda máis alto. En contraste coa FCH, as outras tres subestruturas tamén foron significativamente activadas en comparación co control (Fig. 3a). Así, pódese concluír que a FCH activa sistemas de recompensa no cerebro, pero con menor efecto que as patacas fritas. Esta conclusión reflíctese tamén noutras estruturas do sistema de recompensa / adicción, que foron significativamente activadas pola inxestión de patacas fritas e FCH, como o núcleo da cama da estria terminalis (hemisferio esquerdo)17,18, o subículo dorsal19, ou a cortiza prelímbica (hemisferio dereito e esquerdo)20. Outras estruturas cerebrais, en cambio, non se viron afectadas significativamente pola inxestión de FCH, aínda que son compoñentes importantes dos circuítos de recompensa e foron claramente modulados pola inxestión de patacas fritas, como o pallidum ventral, a área tegmental ventral ou o putamen caudado (Táboa 1)3.
Figura 2: (a) Áreas do cerebro activadas de forma significativa (mestura de 35% de graxa / 65% de carbohidratos (FCH) fronte a chow estándar (STD) e patacas fritas vs. STD3) mediante unha análise morfométrica baseada en voxel exemplificada para tres franxas na superficie media do cerebro da rata.
Os datos medios do grupo de alimentos graxa / carbohidrato (FCH, columna esquerda) compáranse cos cambios no patrón de actividade cerebral inducidos por chips de pataca nas mesmas condicións (revisado por Hoch et al. 20133, columna dereita). (b) Distribución 3D de áreas cerebrais activadas de forma significativa mostradas na vista axial e sagital (35% de graxa / 65% de alimentos de proba de hidratos de carbono FCH vs. STD, columna esquerda e patacas fritas contra a ETS, columna dereita, revisada por Hoch et al. 20133). As esferas azuis simbolizan áreas do cerebro con rexións cerebrais con esferas vermellas máis baixas e con maior actividade despois da inxestión das respectivas probas de FCH ou patacas fritas3, cada un comparado coa ETS. O tamaño das esferas simboliza os niveis de significación (pequeno: p ≤ 0.05, medio: p ≤ 0.01, grande: p ≤ 0.001, n = 16).
Figura 3: Rexións cerebrais asignadas aos grupos funcionais (a) "recompensa e adicción", (b) "inxestión de alimentos", (c) "sono" e (d) "actividade locomotora" nunha vista sagital esquemática da rata cerebro con acumulación de manganeso significativamente diferente (p <0.05) en estruturas cerebrais de ratas alimentadas ad libitum con acceso adicional ao 35% de graxa / 65% de alimentos de proba de carbohidratos (FCH, primeira columna) ou ás patacas fritas (revisadas desde Hoch et al. 20133, segunda columna).
Os rectángulos vermellos simbolizan as rexións cerebrais activadas significativamente polas patacas fritas ou FCH, ambos contra o chow estándar en po (STD), os rectángulos azuis respectivas rexións cerebrais con maior actividade debido á inxestión de STD en po fronte ás patacas fritas ou FCH. Os triángulos unidos aos rectángulos á esquerda e / ou á dereita indican o hemisferio de diferenzas significativas. Os rectángulos sen triángulos representan estruturas centrais cerebrais. A terceira columna mostra o cambio fraccionado da merenda e FCH, respectivamente, fronte ás ETS (*** p <0.001, ** p <0.01, * p <0.05, n = 16). Núcleo de Acb: rexión do núcleo do núcleo accumbens; Acb shell: rexión shell do núcleo accumbens, Arco: núcleo hipotalámico arqueado, BNST: núcleo do leito da estría terminal, CgCx: córtex cingulado, CPu: putamen caudado (estrato), DS: subículo dorsal, Gi: núcleo xigantocelular, GPV: ventral pallidum, HyDM: hipotálamo dorsomedial, HyL: hipotálamo lateral, IlCx: córtex infralímbica, InsCx: córtex insular, IP: núcleo interpeduncular, LPBN: núcleo parabraquial lateral, LPGi: núcleo paragigantocelular lateral, LRt: núcleo reticular lateral, MCx , MCx1: córtex motor secundario, OrbCx: córtex orbital, PCRt: núcleo reticular parvicelular, PnO: núcleo reticular pontino oral, PrlCx: córtex prelímbico, PTA: área pretectal, PVN: núcleo talámico paraventricular anterior, Rafe: núcleo de rafe, Septo: tabique , Sol: tracto solitario, Teg: núcleos tegmentais, THM: talámico mediodorsal, VS: subículo ventral, VTA: área tegmental ventral, ZI: zona incerta.
Táboa 1: Z-Scores de áreas cerebrais activadas de xeito diferente que comparan as ratas con acceso só a chow estándar ou a unha mestura de graxa e carbohidratos e os respectivos valores de p de t-statistics, n = 16.
Conclusións semellantes pódense extraer da análise de circuítos cerebrais que están asociados coa inxestión de alimentos. Por exemplo, o hipotálamo dorsomedial, o septum así como o núcleo tálamo paraventricular, que foron activados durante a inxestión de FCH e patacas fritas, poden estar ligados ao control da inxestión de alimentos21,22. Pero de novo, FCH fallou en modular outras estruturas dos circuítos de saciedade, que foron desactivados por patacas fritas, como o núcleo hipotalámico arqueado ou o tracto solitario. Ademais, a intensidade da activación foi menor por FCH que por patacas fritas, o cal reflectíase, por exemplo, por unha activación 2.3 veces maior do núcleo tálamo paraventricular anterior (Fig. 3b). Estes datos suxiren que a FCH modula as estruturas cerebrais relacionadas coa inxestión de alimentos de forma diferente á ETS, un efecto que pode reflectirse na maior inxesta de enerxía a través de FCH (Fig. 1b).
A inxestión de FCH tamén provocou unha forte desactivación das estruturas cerebrais relacionadas co sono. Algunhas áreas do cerebro só foron desactivadas pola FCH, como a zona incerta.Fig. 3c), mentres que outras áreas só foron desactivadas por patacas fritas, como os núcleos tegmentais. Aínda que o FCH modulou oito duras estruturas relacionadas co sono e once por chips de pataca, o efecto de ambos os alimentos probados parece estar nun rango similar. Debido a que non se esperaba este resultado, a duración do soño non se midía no presente estudo para que non estivese claro se a modulación inducida por FCH dos circuítos do sono se correlaciona cunha modulación do comportamento do sono.
As rexións cerebrais responsables da actividade e do movemento locomotor en xeral non foron influenciadas significativamente pola inxestión de FCH en comparación coa ETS (Fig. 3d, primeira columna). Isto é concurrente coas observacións de comportamento que a FCH induciu só unha actividade locomotora relacionada con alimentos, pero non significativamente superior, en comparación coa ETS (Fig. 1b). En contraste, demostrouse que a activación das estruturas do sistema motor nos cerebros das ratas con acceso ás patacas fritas estaba acompañada dunha actividade locomotora relacionada coa alimentación elevada3.
Non está completamente claro si o patrón de activación observado está relacionado coa hiperfagia hedónica. En contraste coa inxestión de alimentos homeostáticos, que é controlada polo nivel de enerxía do organismo, a inxestión de alimentos hedónicos está mediada pola recompensa xerada por algúns alimentos23. Dado que a inxestión hedonica non está fortemente ligada ás necesidades de enerxía, moitas veces leva a hiperfagia. Elaboráronse modelos que describen os correlatos neurais da hiperfagia hedonica. Berthoud, por exemplo, suxire que a inxestión de alimentos homeostáticos está ligada a circuítos sensibles á leptina que inclúen principalmente o núcleo arcuado e o núcleo do tracto solitario, pero tamén implican unha ampla gama doutras áreas incluídos sitios hipotálamos, como o núcleo paraventricular ou o núcleo accumbens23,24. Esta regulación homeostática da inxestión de alimentos pode, con todo, ser anulada por sinais de recompensa como compoñentes do gusto e o desexo25. A gusto dos alimentos estivo relacionada coa sinalización de mu-opioides no núcleo accumbens, pallidum ventral, núcleo parabraquial e núcleo do tracto solitario24, mentres que o desexo de comida estaba relacionado co sistema de dopamina na área tegmental ventral, o núcleo accumbens, a cortiza prefrontal, a amígdala e o hipotálamo. Kenny destacou ademais a contribución da córtex insular, que supón almacenar información sobre as propiedades hedonicas dos alimentos e tamén pode estar relacionada coa ansia.10. En contraste co patrón de activación do cerebro ligado á inxestión de patacas fritas, só algunhas destas áreas asociadas á hiperfagia hedonica foron realmente influenciadas pola inxestión de FCH. Polo tanto, son necesarios experimentos de comportamento estendidos para investigar se a preferencia de FCH está realmente acompañada de hiperfagia.
A día de hoxe, non está claro que compoñentes moleculares das patacas fritas son responsables dos efectos máis fortes de modulación cerebral deste alimento de proba. Dado que se usou un produto salgado, pero non adicionado sen adición de potenciador de sabor, sal, sabor e pequenas cantidades de proteínas estaban presentes ademais dos principais compoñentes graxas e carbohidratos. Ademais, hai que ter en conta os cambios moleculares que se producen durante o procesamento. Demostrouse antes que o sabor da sal inducía a expresión de Fos no núcleo accumbens de ratas privadas de sal. En contraste, a inxestión de sal en animais non esgotados non levou a unha activación desta estrutura do sistema de recompensa26. Ademais, informouse de que a inxestión de sal en alimentos sólidos produciu un efecto aversivo nas ratas27. Polo tanto, non parece probable que o sal fose un modulador principal do sistema de recompensa cerebral nos experimentos actuais. A proba de preferencia de dúas eleccións previamente introducida agora pode servir para investigar aínda máis a influencia doutros compoñentes de patacas fritas na inxesta de alimentos.
Concluímos cos nosos datos de comportamento que a relación de graxa e hidratos de carbono, pero non a densidade de enerxía absoluta, é o principal determinante da palatabilidade e da inxestión de aperitivos durante probas de preferencia de dúas eleccións a curto prazo en ratas. Ademais, a inxestión da mestura FCH, que é case isocalórica para as patacas fritas, induciu a inxestión máxima de enerxía en ratas alimentadas ad libitum, que estivo acompañada de activación significativa de estruturas cerebrais relacionadas coa recompensa, a inxestión de alimentos e o sono. A inxestión de patacas fritas nas mesmas condicións levou a un número moito maior de estruturas cerebrais de diferente actividade nestes circuítos e tamén a un cambio fraccional claramente maior en comparación coa ITS. Así, desde o enfoque de imaxe, pódese concluír que a densidade de enerxía por si soa é un determinante moderado das propiedades gratificantes da comida merenda. Aínda que a relación de graxa e carbohidratos das patacas fritas parece ser moi atractiva, pódese hipotetizar que existen outros determinantes moleculares neste snack food, que modulan a actividade dos circuítos cerebrais, particularmente o sistema de recompensa, aínda máis fortes e conducen a un aumento da comida. buscando un comportamento.
Methods
Declaración de ética
Este estudo realizouse estrictamente de acordo coas recomendacións da Guía para o coidado e o uso de animais de laboratorio dos Institutos Nacionais de Saúde. O protocolo foi aprobado polo Comité de Ética dos Experimentos con Animais de Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (Regierung Mittelfranken, Número de permiso: 54-2532.1-28 / 12).
Proba de preferencia
As probas de preferencia realizáronse como se describiu anteriormente tres veces ao día durante o ciclo de luz durante minutos 10 cada unha con repeticións 20-36 en total por alimento en proba en relación coa referencia13. Este calendario de probas proporciona puntos de datos suficientes para a avaliación dunha preferencia alimentaria. As probas realizáronse con ratas Wistar machos 8 (gaiolas 2 con animais 4 cada unha, 571 ± 41 g, compradas en Charles River, Sulzfeld, Alemaña) e reproducidas con ratas 10 machos Sprague Dawley (gaiolas 2 con animais 5 cada un, peso inicial 543 ± 71 g, comprado en Charles River, Sulzfeld, Alemaña), que fora adestrado para a proba. Así, o número de animais que realizaron cada proba foi 18 e o número de gaiolas 4 (catro réplicas biolóxicas). Cada experimento repetiuse 5-6 veces con cada grupo animal. Todas as ratas mantivéronse nun ciclo 12 / 12 h escuro / claro. As ratas tiñan acceso a pastillas estándar de chow (Altromin 1324, Lage, Alemaña, 4 g / 100 g graxa (F), carbohidratos 52.5 g / 100 g (CH), 19 g / 100 g proteína (P)) ademais das probar alimentos e golpear a auga ad libitum ao longo de todo o estudo. Ensaiáronse alimentos con diferentes proporcións de F (aceite de xirasol, comprado nun supermercado local) e CH (maltodextrina, dextrina 15 do almidón de millo, Fluka, Alemaña), mesturados con 50% de STD en po para comparar a respectiva actividade para inducir a inxesta de alimentos. . Engadiuse STD en po para minimizar as influencias texturais e sensoriais no consumo. Como alimento de referencia para todas as probas de preferencia do comportamento, empregouse unha mestura de 50% STD en po, 17.5% F e 32.5% CH, que ten unha composición F / CH altamente similar a chips de pataca 50% en STD e que se empregou como modelo para os chips de pataca 50% en STD antes13. Ademais, probamos alimentos compostos por 50% STD en po coas adicións das seguintes mesturas de F e CH (% F /% CH): 5 / 45, 10 / 40, 17.5 / 32.5, 25 / 25, 30 / 20, 35 / 15, 40 / 10, 45 / 5 e 50 / 0. Considerando a composición de 50% STD, o alimento de referencia contido no total (% F /% CH) 20 / 59, os outros alimentos de proba 7 / 71, 12 / 66, 20 / 59, 27 / 51, 32 / 46, 37 / 41, 42 / 36, 47 / 31 e 52 / 26. O contido de todos os outros compoñentes de STD en po como proteína (9%), fibra (3%) ou minerais (cinzas, 3.5%) foron constantes en todos os alimentos de proba.
A inxestión de enerxía dependente dos respectivos alimentos de proba calculouse mediante a multiplicación da cantidade inxerida do alimento de proba co seu respectivo contido enerxético. A contribución relativa dun alimento test á suma dos alimentos de proba inxeridos e referencia calculouse dividindo a cantidade dos respectivos alimentos de proba pola inxestión total de alimentos de proba e referencia.
Gravación dos datos de comportamento para a inxestión de enerxía e a actividade locomotora relacionada coa alimentación
Os datos de conduta rexistráronse como se describiu anteriormente3. Brevemente, a inxestión de alimentos de proba foi medida diariamente e calculouse a inxestión de enerxía multiplicando a masa do alimento testado inxerido co respectivo contido enerxético. A actividade locomotora relacionada coa alimentación cuantificouse a través de fotos de cámaras web que foron tomadas cada 10 segundos por encima da gaiola. Definíuse un contador como "unha rata mostra a actividade locomotora preto dun dispensador de alimentos". Para a avaliación estatística, as probas t de estudantes (de dúas colas) realizáronse usando o valor medio (inxestión de enerxía ou actividade locomotora relacionada coa alimentación) durante días 7 (TP ou MnP) por gaiola (n = gaiolas 4, con ratas 16 en total en cada grupo).
Gravación do patrón de actividade cerebral enteiro por MEMRI
As ratas machos Wistar (peso inicial 261 ± 19 g, compradas en Charles River, Sulzfeld, Alemaña) mantidas nun ciclo 12 / 12 h escuro / claro dividíronse ao chou en dous grupos. Os dous grupos tiveron acceso ad libitum a gránulos de chow estándar (Altromin 1324, Altromin, Lage, Alemania) durante todo o estudo.
Un grupo (n = 16, peso corporal inicial 256 ± 21 g) recibiu STD en po (Altromin 1321) e o outro grupo (n = 16, peso corporal inicial 266 ± 16 g) recibiron unha mestura de 35% F (aceite de xirasol, comprado nun supermercado local) e 65% CH (maltodextrina, dextrina 15 de almidón de millo, Fluka, Taufkirchen, Alemaña) ademáis dos patróns de chow estándar. O presente estudo realizouse en paralelo ao estudo anteriormente publicado sobre patacas fritas3, para que se poida usar o mesmo grupo de control permitindo a máxima comparación dos conxuntos de datos.
MEMRI (nunha RMN X de 4.7 T Bruker usando unha secuencia de transformación Fourier (MDEFT) de equilibrio conducido optimizado) usouse para mapear a activación cerebral cunha resolución fina de 109 × 109 × 440 μm (para máis detalles ver Hoch et al. 20133). Debido a que a sensibilidade de MEMRI é menor en comparación coas probas de preferencia, os alimentos probados presentáronse durante un período de tempo máis longo. As gravacións requiren concentracións relativamente altas do axente de contraste potencialmente tóxico de manganeso, que chega ao cerebro só varias horas despois da aplicación. Para evitar efectos secundarios negativos sobre a fisioloxía básica e o comportamento dos animais debido á inxección da solución de cloruro de manganeso en doses suficientes para a medición de MEMRI, as bombas osmóticas serviron para a aplicación continua e suave, pero que leva moito tempo de cantidades non tóxicas de manganeso. , que se acumulou nas áreas cerebrais activadas durante todo o tempo da fase de proba alimentaria do día 728. Describiuse previamente o deseño do estudo, a preparación das bombas osmóticas, os parámetros para as medicións de resonancia magnética, o procesamento de datos, así como a gravación da inxestión de alimentos e a actividade locomotora relacionada coa alimentación.3. Os valores orixinais de resonancia magnética do cerebro segmentado por animal rexistráronse mediante un fluxo de traballo de rexistro non ríxido3. A partir destes conxuntos de datos rexistrados realizouse unha análise morfométrica baseada en voxel e visualizáronse os parámetros estatísticos resultantes. As probas t do estudante baseadas en puntuación Z realizáronse para detectar diferenzas significativas na activación cerebral. Para a visualización en 3D da distribución das estruturas cerebrais de forma significativa activada, representamos cada estrutura cerebral como unha esfera no seu centro de gravidade. As coordenadas foron derivadas dun atlas cerebral dixital 3D. O radio de cada esfera usouse para codificar o seu nivel de significación e a intensidade de sombreado codifica a diferenza de actividade a STD.
Información adicional
Como citar este artigo: Hoch, T. et al. A relación de graxa / carbohidratos, pero non a densidade de enerxía, determina a inxesta de alimentos para lanches e activa as áreas de recompensa cerebral. Sci. Rep. 5, 10041; doi: 10.1038 / srep10041 (2015).
References
- 1.
La Fleur, SE, Luijendijk, MCM, van der Zwaal, EM, Brans, MAD & Adan, RAH A rata snacking como modelo da obesidade humana: efectos dunha dieta libre de alto contido de graxa en graxa nos patróns de comida. Int. J. Obes. 38, 643 – 649 (2014).
· 2.
Berthoud, H.-R. Vías homeostáticas e non homeostáticas implicadas no control da inxestión de alimentos e do equilibrio enerxético. Obesidade. 14 S8, 197S – 200S (2006).
· 3.
Hoch, T., Kreitz, S., Gaffling, S., Pischetsrieder, M. & Hess, A. Imaxe de resonancia magnética reforzada con manganeso para mapear padróns de actividade cerebral enteira asociados á inxestión de aperitivos en ratas alimentadas por li liumum. PLoS ONE. 8, e55354; 10.1371 / journal.pone.0055354 (2013).
· 4.
Volkow, ND & Wise, RA Como pode a drogodependencia axudarnos a entender a obesidade? Nat. Neurosci. 8, 555 – 560 (2005).
· 5.
Berthoud, H.-R. Conducións metabólicas e hedónicas no control neuronal do apetito: quen é o xefe? Curr. Opin. Neurobiol. 21, 888 – 896 (2011).
· 6.
Gearhardt, AN, Grilo, CM, DiLeone, RJ, Brownell, KD e Potenza, MN Os alimentos poden ser adictivos? Saúde pública e implicacións políticas. vicio. 106, 1208 – 1212 (2011).
· 7.
Hebebrand, J. et al. "Comezar a adicción", en vez de "adicción alimentaria", mellor captura de comportamento alimentario semellante ao adictivo. Neurosci. Biobehav. Rev. 47, 295 – 306 (2014).
· 8.
Epstein, DH e Shaham, Y. Ratas comestibles e a cuestión da dependencia alimentaria. Nat. Neurosci. 13, 529 – 531 (2010).
· 9.
DiLeone, RJ, Taylor, JR e Picciotto, MR O impulso a comer: comparacións e distincións entre mecanismos de recompensa dos alimentos e drogodependencia. Nat. Neurosci. 15, 1330 – 1335 (2012).
· 10.
Kenny, PJ Mecanismos celulares e moleculares comúns na obesidade e adicción ás drogas. Nat. Rev. Neurosci. 12, 638 – 651 (2011).
· 11.
Rolls, BJ & Bell, EA A inxestión de graxa e carbohidratos: papel da densidade de enerxía. EUR. J. Clin. Nutr. 53 (Suplemento 1), S166 – 173 (1999).
· 12.
Shafat, A., Murray, B. e Rumsey, D. A densidade de enerxía na dieta da cafetería provocou hiperfagia na rata. Apetito. 52, 34 – 38 (2009).
· 13.
Hoch, T., Pischetsrieder, M. e Hess, A. A inxestión de aperitivos en ratas alimentadas ad libitum desencadéase pola combinación de graxa e carbohidratos. Diante. Psicol. 5, 250; 10.3389 / fpsyg.2014.00250 (2014).
· 14.
Lin, YJ e Koretsky, AP O ión de manganeso mellora a resonancia magnética ponderada por T1 durante a activación cerebral: un enfoque para a imaxe directa da función cerebral. Magn. Reson. Med. 38, 378 – 388 (1997).
· 15.
Koretsky, AP e Silva, AC Fotografía de resonancia magnética con manganeso (MEMRI). RMN Biomed. 17, 527 – 531 (2004).
· 16.
Berridge, KC Praceres do cerebro. Coñecemento do cerebro. 52, 106 – 128 (2003).
· 17.
Haber, SN e Knutson, B. O circuíto de recompensas: enlace da anatomía primada e a imaxe humana. Neuropsicopharmacoloxía 35, 4 – 26 (2010).
· 18.
Epping-Jordan, MP, Markou, A. e Koob, GF O antagonista do receptor da dopamina D-1 SCH 23390 inxectado no núcleo do leito dorsolateral da estria terminalis diminuíu o reforzo da cocaína na rata. Brain Res. 784, 105 – 115 (1998).
· 19.
Martin-Fardon, R., Ciccocioppo, R., Aujla, H. & Weiss, F. O subículo dorsal media a adquisición dunha reincorporación condicionada á procura de cocaína. Neuropsicopharmacoloxía. 33, 1827 – 1834 (2008).
· 20.
Limpens, JHW, Damsteegt, R., Broekhoven, MH, Voorn, P. e Vanderschuren, LJMJ A inactivación farmacolóxica da corteza prelímbica emula recompensa compulsiva en ratas. Brain Res.; 10.1016 / j.brainres.2014.10.045 (2014).
21.
Bellinger, LL e Bernardis, LL O núcleo hipotalámico dorsomedial e o seu papel na conduta inxestiva e na regulación do peso corporal: leccións aprendidas de estudos lesionantes. Physiol. Behav. 76, 431 – 442 (2002).
· 22.
Stratford, TR e Wirtshafter, D. As inxeccións de muscimol no núcleo talámico paraventricular, pero non núcleos talámicos mediodorsais, inducen a alimentación en ratas. Brain Res. 1490, 128 – 133 (2013).
· 23.
Harrold, JA, Dovey, TM, Blundell, JE e Halford, JCG Regulación do SNC do apetito. Neurofarmacoloxía 63, 3 – 17 (2012).
· 24.
Berthoud, H.-R. Control neuronal do apetito: conversa entre sistemas homeostáticos e non homeostáticos. Apetito. 43, 315 – 317 (2004).
· 25.
Berridge, KC Recompensa dos alimentos: Substratos cerebrais de querer e gusto. Neurosci. Biobehav. Rev. 20, 1 – 25 (1996).
· 26.
Voorhies, AC e Bernstein, IL Indución e expresión do apetito salado: efectos sobre a expresión de Fos no nucleus accumbens. Behav. Res. Cerebral. 172, 90 – 96 (2006).
· 27.
Beauchamp, GK e Bertino, M. As ratas (Rattus norvegicus) non prefiren o alimento sólido salgado. J. Comp. Psicoloxía. 99, 240 – 247 (1985).
· 28.
Eschenko, O. et al. Mapeo da actividade cerebral funcional en ratas con comportamento libre durante a execución voluntaria usando resonancia magnética con manganeso: implicación para estudos lonxitudinais. Neuroimage 49, 2544 – 2555 (2010).
· 29.
Denbleyker, M., Nicklous, DM, Wagner, PJ, Ward, HG e Simansky, KJ A activación de receptores mu-opioides no núcleo parabraquial lateral aumenta a expresión de c-Fos nas áreas do antebrazo asociadas á regulación calórica, recompensa e cognición. Neurociencia 162, 224 – 233 (2009).
· 30.
Hernández, L. e Hoebel, BG A recompensa de alimentos ea cocaína aumentan a dopamina extracelular no núcleo accumbens medida por microdiálisis. Vida Sci. 42, 1705 – 1712 (1988).
· 31.
Zahm, DS et al. Fos despois da autoadministración única e reiterada de cocaína e sal na rata: énfase no antebrazo basal e recalibración da expresión. Neuropsicopharmacoloxía 35, 445 – 463 (2010).
· 32.
Oliveira, LA, Gentil, CG & Covian, MR Papel da zona séptica no comportamento da alimentación provocado pola estimulación eléctrica do hipotálamo lateral da rata. Braz. J. Med. Biol. Res. 23, 49 – 58 (1990).
· 33.
Persecución, MH Confirmación do consenso de que a inhibición ginexérxica postsináptica é responsable da atonia do sono REM. Durmir. 31, 1487 – 1491 (2008).
· 34.
Sirieix, C., Gervasoni, D., Luppi, P.-H. & Léger, L. Papel do núcleo paragigantocelular lateral na rede de sono paradoxal (REM): un estudo electrofisiolóxico e anatómico na rata. PLoS ONE. 7, e28724; 10.1371 / journal.pone.0028724 (2012).
· 35.
Trepel, M. Neuroanatomia. Struktur und Funktion 3rd ed. Urban & Fischer, München, 2003).
36.
Miller, AM, Miller, RB, Obermeyer, WH, Behan, M. e Benca, RM O pretect media a rápida regulación do sono nos movementos oculares pola luz. Behav. Neurosci. 113, 755 – 765 (1999).
· 37.
Léger, L. et al. Neuronas dopaminérxicas que expresan Fos durante o sono de vixilia e paradoxal na rata. J. Chem. Neuroanat. 39, 262 – 271 (2010).
37.
o
Grazas
O estudo forma parte do proxecto Neurotrition, que é apoiado pola Iniciativa dos Campos Emerxentes FAU. Ademais, agradecemos a Christine Meissner a corrección do manuscrito.
Información do autor
Filiações
1. Unidade de Química de Alimentos, Departamento de Química e Farmacia, Centro Emil Fischer, Universidade Friedrich-Alexander Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Alemania
o Tobias Hoch
o & Monika Pischetsrieder
2. Instituto de Farmacoloxía e Toxicoloxía Experimental e Clínica, Centro Emil Fischer, Universidade Friedrich-Alexander Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Alemaña
o Silke Kreitz
o & Andreas Hess
3. Laboratorio de recoñecemento de patróns, Universidade Friedrich-Alexander Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Alemaña
o Simone Gaffling
4. Escola de Tecnoloxías Opticas Avanzadas (SAOT), Universidade Friedrich-Alexander Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Alemaña
o Simone Gaffling
Contribucións
Concibida e deseñada os experimentos: THMPAH Realizou os experimentos: THAH Analizou os datos: THSKSGAH Interpretou os datos THMPAH Reactivos / materiais / ferramentas de análise aportados: AHMP Escribiu o artigo: THMPAH
Conflito de intereses
Os autores declaran ningún interese financeiro competitivo.
Autor correspondente
Correspondencia a Monika Pischetsrieder.
;