Dana M. Small, Alexandra G. DiFeliceantonio
ciencia 25 2019 Xan:
Vol. 363, número 6425, pp 346-347
DOI: 10.1126 / science.aav0556
Os sinais que transmiten información nutricional desde o intestino ao cerebro regulan o reforzo e a elección de alimentos (1-4). En concreto, aínda que os cálculos neuronais centrais executen a elección, o sistema nervioso intestino comunica ao cerebro información sobre os resultados nutricionais das eleccións para que se poida actualizar a representación dos valores dos alimentos. Aquí, discutimos os achados recentes que suxiren a fidelidade da sinalización do cerebro intestinal e a representación resultante do valor dos alimentos é comprometida polos alimentos procesados (3, 4). Comprender este eixe podería informar sobre o comportamento da alimentación que implica alimentos procesados e obesidade.
En 1947, experimentos nos que se alimentaron roedores dietas isocalóricas que variaron en volume revelaron que os roedores titulan con precisión o volume de alimento consumido para manter a inxestión calórica constante ao longo dos días, o que indica que "as ratas comen por calorías" (5). Isto implicou que se debe xerar un sinal para comunicar o cerebro o valor enerxético dos alimentos para guiar a inxestión. Máis tarde, outros confirmaron que estes sinais "post-inxestivos" poden reforzarse mostrando que os animais son capaces de formar preferencias para os sabores consumidos con calorías en comparación cos consumidos sen unha forma de aprendizaxe chamada condicionamento de nutrientes de sabor (FNC) (6). É importante destacar que o FNC ocorre incluso na ausencia de estimulación sensorial oral concomitante, que illa os sinais post-inxestivos como reforzador clave (7). Por exemplo, os animais que carecen de maquinaria neurobiolóxica para transducir o sabor doce non obstante forman preferencias para a auga que conteña sacarosa en comparación coa auga só, e este comportamento vai acompañado de subidas de dopamina extracelular no estriato, unha rexión cerebral necesaria para a motivación e a aprendizaxe. Non obstante, a infusión do axente antimetabólico 2-desoxiglucosa, que bloquea a capacidade das células de usar glicosa como combustible, atenúa a dopamina e a formación de preferencias extracelulares (1). Estes sinais son probablemente neuronais en vez de endocrinos (é dicir, hormonais) porque o aumento da dopamina extracelular é rápido despois da infusión intragástrica de glicosa (8). Ademais, a infusión de glicosa pero a glucosa non metabolizable na vea portal aumenta a dopamina extracelular (8). Colectivamente, isto suxire que nos animais, o estímulo incondicionado que impulsa o reforzo de azucre (carbohidratos) é un sinal metabólico producido cando as células usan glicosa para o combustible; este sinal é entendido por un mecanismo na vea portal e posteriormente é transmitido ao cerebro para regular a sinalización de dopamina (ver a figura). Descoñécese a natureza exacta do sinal metabólico, o seu sensor e como se transmite ao cerebro.
Hai evidencias de que un mecanismo similar opera nos humanos. Estudos de neuroimaginación estableceron que as notas de alimentos, que son predictivas de calorías, activan o estriato no ser humano e que a magnitude destas respostas está regulada por sinais metabólicos (9). Concretamente, os aumentos de glicosa no plasma sanguíneo despois do consumo dunha bebida que contén hidratos de carbono predicen a magnitude da resposta estriatal condicionada á vista e ao sabor da bebida. Debido a que a glicosa debe estar presente para ser usada como combustible, isto suxire que nos humanos, como nos animais, o reforzo dos carbohidratos depende dun sinal metabólico asociado á presenza de glicosa. Ademais, as observacións en humanos suxiren que a representación cerebral dos sinais metabólicos é independente das percepcións conscientes, como o gusto dos alimentos. As mesmas respostas estriais ao indicador de sabor predictora de calorías que estaban tan unidas aos cambios na glicosa plasmática non estaban relacionadas co gusto das bebidas dos participantes. Isto é consistente con estudos de neuroimagens adicionais que descubren que a densidade enerxética real, e non a densidade enerxética estimada ou a afección nominal das imaxes dos alimentos, prevé a disposición a pagar polos alimentos e as respostas estriais do circuíto de recompensa (3, 10). Estas observacións suxiren que a representación neuronal destes sinais nutritivos reforzantes é independente das percepcións conscientes sobre o alimento. Unha posibilidade intrigante é que os sinais metabólicos sexan importantes xeradores de saliente de incentivos (como as indicacións teñen significativamente motivación) e que as distintas vías iniciadas por estes sinais se asignen aos circuítos neuronais que desexen comida e aos gustos dos alimentos (11).
Os lípidos son outra fonte importante de enerxía que se metabolizan de forma diferente aos hidratos de carbono. Así, o camiño polo que o valor enerxético da graxa é comunicado ao cerebro. O bloqueo da oxidación da graxa aumenta o apetito graxo e a oxidación da glicosa aumenta o apetito do azucre. Non obstante, a vagotomía (cirurxía para cortar o nervio vago) nos ratos só perturba o aumento do apetito pola graxa, deixando o apetito pola glicosa non afectado (12). De xeito consistente, como a glicosa, a infusión directa de lípidos no intestino produce un aumento inmediato da dopamina estriatular extracelular. Non obstante, isto ocorre a través dun mecanismo específico receptor α (PPARα) activado por proliferador peroxisómico2). O PPARα exprésase por enterocitos duodenais e xunuais no intestino delgado e asina ao nervio vago a través de mecanismos aínda descoñecidos. Do mesmo xeito que a liberación de dopamina estriatal por glicosa, o aumento da dopamina é rápido, o que é consistente coa sinalización neuronal máis que a endocrina. Ademais, a activación destas neuronas sensoriais vaxinais no intestino superior que se proxectan ao ganglio nodoso dereito, traseiro, substantia nigra e estriato dorsal é suficiente para favorecer a aprendizaxe (preferencia do lugar) e liberar dopamina estriatal en ratos (13). Se esta vía existe en humanos non está claro e se existen vías aferentes neuronais (MNA) metabólicas para outros lípidos e nutrientes.
É sorprendente o descubrimento de que o estímulo incondicionado que apoia o reforzo dos alimentos é un sinal de MNA, polo menos ás veces independente do pracer sensorial. Non obstante, unha reflexión máis profunda revela a elegancia desta solución. Todos os organismos deben obter enerxía para sobrevivir e a maioría carecen de funcións cerebrais de orde superior que apoian a conciencia. Así, probablemente o mecanismo reflicta un sistema conservado deseñado para retransmitir as propiedades nutritivas dos alimentos aos circuítos centrais do cerebro que regulan a alimentación independientemente da conciencia, de xeito que o alimento é tan reforzante como unha fonte de enerxía útil. Así, unha transferencia de alta información fidedigna de información nutricional desde o intestino ao cerebro é fundamental para unha estimación precisa do seu valor.
Aínda que está claro que o ambiente alimentario moderno fomenta a obesidade e a diabetes, a controversia rodea os mecanismos precisos polos que isto sucede. Os alimentos procesados modernos adoitan ser densos en enerxía, están deseñados para ser o máis irresistibles posible e os nutrientes máis prontos en doses e combinacións que non se atoparon antes. Debido a que os sinais enerxéticos impulsan o reforzo, o aumento das doses pode aumentar o reforzo e, polo tanto, o potencial "adictivo" dos alimentos procesados. Non obstante, estes poden non ser os únicos factores que contribúen ao aumento da diabetes e a obesidade.
Para aumentar a palatabilidade, os edulcorantes non nutritivos (substancias sen contido calorífico) engádense con frecuencia a alimentos e bebidas que tamén conteñen azucres nutritivos e almidóns. Por exemplo, as bebidas edulcoradas con azucre conteñen azucres nutritivos glicosa e frutosa, así como edulcorantes non nutritivos sucralosa e acesulfame K. Os iogurts a miúdo conteñen azucres nutritivos e edulcorantes non nutritivos como o extracto de follas de stevia. Unha breve perusión de etiquetas de alimentos nunha tenda de comestibles revelará moitos exemplos de alimentos e bebidas que conteñen azucres nutritivos e edulcorantes non nutritivos. Pola contra, nos alimentos non procesados, a dozura é proporcional ao contido de azucre e, polo tanto, ao contido calorífico (enerxético) do alimento. As probas recentes suxiren que os produtos que conteñen unha combinación de azucres nutritivos e edulcorantes non nutritivos producen sorprendentes efectos metabólicos e reforzantes. Por exemplo, consumir unha bebida 115-kcal inducirá maiores efectos termogénicos se a dozura está "igualada" coa carga calórica comparada con se é demasiado doce ou non é doce (4). Debido a que a termoxénese inducida na dieta (DIT) é un marcador do metabolismo de nutrientes e a resposta metabólica impulsa o reforzo a través do MNA, unha bebida "igualada" de menor calor pode condicionar unha maior afección e resposta estriatal que unha bebida "non concordada" de maior calor (4). É importante, este efecto, a pesar de que a glicosa no plasma aumenta. Isto demostra que nos humanos, como nos animais, non é a presenza do nutriente no intestino nin o sangue o que impulsa o reforzo senón a xeración dun MNA cando o nutriente é usado como combustible que é crítico. Descoñécese o mecanismo detrás deste efecto "desaxuste" no ser humano e require un estudo máis. En particular, comprender o destino da glicosa non metabolizada e determinar se hai implicacións para a diabetes e a obesidade, é unha dirección futura crítica. O que está claro é que o valor enerxético das bebidas que conteñen azucres nutritivos e edulcorantes non nutritivos non se está a comunicar con precisión ao cerebro, polo menos nalgunhas circunstancias, e isto pode levar á xeración de sinais imprecisos non só para regular a recompensa senón tamén tamén procesos como o almacenamento de enerxía e o particionamento de nutrientes.
Reforzar sinais metabólicas para o cerebro
Neste modelo proposto para reforzar as sinais de afeccións neuronais metabólicas (MNA), o sinal para a graxa depende da activación mediada por PPARα de aferentes sensoriais vagais que se proxectan ao ganglio nodoso dereito, o cerebro posterior, a substancia nigra e o estriato dorsal. O sinal para hidratos de carbono xérase durante a oxidación da glicosa e activa un sensor de vena portal descoñecido, que induce un sinal que activa as neuronas da dopamina do cerebro que se proxectan cara ao estriato. Unha rede cortical independente integra sinais de MNA con valor consciente.
GRÁFICA: A. KITTERMAN /CIENCIA
Un segundo exemplo de fidelidade comprometida da sinalización intestinal-cerebro procede dun estudo no que se comparou o valor de reforzo dos alimentos que conteñen principalmente graxa, principalmente carbohidratos ou tanto graxa coma carbohidrato (3). Os alimentos ricos en graxas e carbohidratos non se atopan facilmente en alimentos non procesados, pero son moitas veces obxecto de ansias (por exemplo, chocolate e rosquillas). O estudo demostrou que a partir dunha elección de alimentos igualmente calóricos e gustados, as persoas querían alimentos que tiñan graxa e hidratos de carbono máis que aqueles con graxa ou carbohidratos sós, e isto reflectiuse nas respostas estriatais supraaditivas (3). Isto pode contribuír a que algúns alimentos estean ansiosos ou máis irresistibles que outros e, polo tanto, xogan un papel na alimentación excesiva.
Estes resultados emerxentes apuntan a dous sistemas separables que impulsan a elección de alimentos. Un sistema reflicte directamente o valor nutricional dos alimentos e depende de sinais metabólicos que chegan ao cerebro (MNAs). Este sistema de detección de nutrientes parece desempeñar un papel fundamental na regulación da dopamina estriatal, na determinación do valor dos alimentos e na elección dos alimentos. No segundo sistema, as percepcións conscientes como o sabor e as crenzas sobre o contido calórico, o custo e a saúde dos alimentos son tamén determinantes da elección dos alimentos (14, 15). Os cálculos neuronais relacionados cos contribuíntes conscientes do valor parecen ser distintos dos relacionados aos sinais de reforzo nutricional dos MNA e depender de circuítos dentro da corteza prefrontal e córtex insular (9). A determinación de como interactúan os dous sistemas para regular o comportamento inxestivo e o metabolismo de nutrientes é un tema importante da investigación.
A evidencia é que o contido nutricional dos alimentos procesados non se transmite ao cerebro con precisión. Isto aumenta a posibilidade de que como os alimentos están preparados e procesados, máis alá da súa densidade de enerxía ou palatabilidade, afecta a fisioloxía de formas non anticipadas que poden favorecer a alimentación excesiva e a disfunción metabólica. Un coñecemento mellor sobre como as propiedades dos alimentos procesados interactúan coa vía do intestino cerebro é fundamental para determinar se tales efectos afectan a sinalización de saciedade, as propiedades adictivas dos alimentos, a saúde metabólica e a obesidade. Ademais, aínda que nos centramos na graxa e os carbohidratos, é probable que existan múltiples vías de sinalización para transmitir unha serie de información nutritiva ao cerebro para orientar a elección dos alimentos, e estas vías poden verse afectadas de xeito similar aos alimentos procesados.
http://www.sciencemag.org/about/science-licenses-journal-article-reuse
Este é un artigo distribuído baixo os termos de Revista de ciencias Licencia predeterminada.
Referencias e notas
- ↵
- LA Tellez et al
., J. Physiol. 591, 5727 (2013).
- ↵
- LA Tellez et al
., Science 341, 800 (2013).
Texto completo abstracto / LIBREGoogle Scholar
- ↵
- AG DiFeliceantonio et al
., Cell Metab. 28, 33 (2018).
- ↵
- MG Veldhuizen et al
., Curr. Biol. 27, 2476 (2017).
- ↵
- EF Adolfo
, Estou. J. Physiol. 151, 110 (1947).
- ↵
- GL Holman
, J. Comp. Fisiol. Psicoloxía. 69, 432 (1969).
CrossRefPubMedWeb of ScienceGoogle Scholar
- ↵
- X. Ren et al
., J. Neurosci. 30, 8012 (2010).
Texto completo abstracto / LIBREGoogle Scholar
- ↵
- L. Zhang et al
., Diante. Integr. Nuerosci. 12, 57 (2018).
- ↵
- IE de Araujo et al
., Curr. Biol. 23, 878 (2013).
- ↵
- DW Tang et al
., Psychol. Sci. 25, 2168 (2014).
- ↵
- KC Berridge
, Neurosci. Biobehav. 20 Rev. 1 (1996).
CrossRefPubMedWeb of ScienceGoogle Scholar
- ↵
- S. Ritter,
- JS Taylor
, Estou. J. Physiol. 258, R1395 (1990).
- ↵
- W. Han et al
., Cela 175, 665 (2018).
- ↵
- TA Hare et al
., Science 324, 646 (2009).
Texto completo abstracto / LIBREGoogle Scholar
- ↵
- H. Plassmann et al
., J. Neurosci. 30, 10799 (2010).
Texto completo abstracto / LIBREGoogle Scholar
Agradecementos: Agradecemos a I. de Araujo, A. Dagher, S. La Fleur, S. Luquet, M. Schatzker e M. Tittgemeyer o seu apoio para dar forma á nosa perspectiva. Recoñecemos a B. Milner polo seu traballo pioneiro na aprendizaxe implícita.
;
