A zsír / szénhidrát arány, de nem az energia sűrűsége határozza meg a táplálékfelvételt és aktiválja az agy jutalmakat (2015)

Tudományos jelentései 5, Cikkszám: 10041 (2015)

doi: 10.1038 / srep10041

Etetés viselkedése

Elhízottság

AbstrA snack étel burgonya chips indukálja a táplálékfelvételt az ad libitum táplált patkányokban, ami az agy jutalmazási rendszerének és más áramkörének modulációjához kapcsolódik. Itt megmutatjuk, hogy a telített patkányok táplálékfelvételét egy optimális zsír / szénhidrát arány okozza. A burgonya chipshez hasonlóan az izokaloros zsír / szénhidrát keverék is befolyásolta a patkányok teljes agyi aktivitási mintázatát, ami befolyásolta például a jutalmat / függőséget érintő áramköröket, de a modulált területek száma és a moduláció mértéke alacsonyabb volt, mint maga a snack étel.

Bevezetés

Az ízletes ételek ad libit hozzáférhetősége hedonikus hiperfágiához vezethet, azaz megnövekedett energiabevitel és ennek következtében a testtömeg-növekedés az étkezési viselkedés mintájának változása miatt.1. Ahhoz, hogy a telítettség túlzott mértékű legyen, be kell vonni azokat a tényezőket, amelyek felülbírálják a homeosztatikus energiaegyensúlyt és a telítettséget a nem homeosztatikus jutalomrendszer különböző jelátviteli útjain keresztül2. Amint azt az előzőekben bemutattuk, a snack étel burgonya chips bevitele erőteljesen modulálja az agy jutalmazási rendszerében az ad libitum táplált patkányok aktivitását. Ezen túlmenően az agyi régiók szignifikánsan eltérő aktiválódásához vezet, amely szabályozza a táplálékfelvételt, a telítettséget, az alvást és a mozgásszervi aktivitást3. A viselkedési vizsgálatok megerősítették, hogy a burgonya chips rendelkezésre állása esetén az energiafelvétel és a táplálkozással kapcsolatos mozgásszervi aktivitás emelkedett3. Annak ellenére, hogy a táplálékfelvétel neurobiológiai szabályozása sokkal összetettebb, mint a kábítószer-függőség szabályozása, a neurofiziológiai mechanizmusok, az agyaktiválási mintázat és a viselkedési következmények néhány meglepő átfedése vitatott volt.4,5,6,7. Az érintett agyi áramköröket a táplálékfelvétel erősen aktiválja a korlátozás után, de különösen az ízletes ételek bevitelével8,9,10. Általában a nagyon ízletes ételek magas kalóriatartalmúak és / vagy zsírokban és / vagy szénhidrátokban gazdagok. Így feltételezhető, hogy az élelmiszer energia-sűrűsége a döntő tényező, amely a telítettség túlteljesítését eredményezi, és emiatt megnövekedett súlyt és végül elhízást eredményez.11,12.

Egy közelmúltbeli viselkedési tanulmány kimutatta, hogy a zsírok és a szénhidrátok a snack-ételek ízének fő molekuláris meghatározói.13. Továbbá a burgonya chips energia-tartalma főként (94%) határozható meg a zsír- és szénhidrát-tartalom alapján. Ezért feltételezhető, hogy a burgonya chips esetében az energiatartalom a hedonikus hiperfágia hajtóereje. Következésképpen viselkedési preferenciális vizsgálatokat végeztünk, hogy megvizsgáljuk a különböző zsír / szénhidrát tartalmú élelmiszerek bevitelét, és mágneses rezonancia (MRI) méréseket végeztünk a patkányokban kiváltott teljes agyi aktivitás modulációjának vizsgálatára.

Eredmények és viták

A preferenciális vizsgálatokhoz minden vizsgálati táplálékhoz (1: 1) hozzáadjuk a por alakú standard chow-t (STD), hogy kizárjuk az érzékszervi tulajdonságok hatását (1a)13. Korábban kimutatták, hogy a vizsgálati epizódok sorrendje és időtartama nem befolyásolta az eredményt13. Először a relatív bevitel nőtt a növekvő zsírral és így a vizsgálati élelmiszerek energiatartalmával, legfeljebb 35% zsír és 45% szénhidrátok összetételében. A magasabb zsírtartalom azonban csökkent élelmiszer-bevitelhez vezetett (1a). Mivel a zsír nagyobb energia-sűrűséggel rendelkezik, mint a szénhidrátok, ezek az eredmények azt jelzik, hogy az energiatartalom nem az egyedüli meghatározója az étkezésnek a nem szűkített patkányokban. Figyelemre méltó, hogy a legkedvezőbb vizsgálati élelmiszerek átlagos zsír / szénhidrát aránya szinte pontosan megfelelt a burgonya chips összetételének (1a). Meg kell vizsgálni, hogy a fenti következtetés kiterjeszthető-e más, hasonló zsír / szénhidrát arányú élelmiszerekre, mint például a csokoládé vagy más snack ételek.

1: (a) Különböző zsír / szénhidrát arányú vizsgálati élelmiszerek aktivitása további táplálékfelvétel indításához a rövidtávú vizsgálati élelmezés során (10 perc) kétválasztásos preferencia tesztekben.

ábra 1

A vizsgálati élelmiszerek energiafelvételének különbségei a referenciaértékhez képest (17.5% zsír, 32.5% szénhidrátok és 50% STD) az adott vizsgálati élelmiszer relatív hozzájárulása a vizsgálati és referencia élelmiszerek teljes beviteléhez (átlag ± SD). Az alábbiakban bemutatjuk a vizsgált élelmiszerek összetételét, és a legvonzóbb átlagösszetételt összehasonlítjuk a burgonya chips összetételével. (b) Az energiafogyasztás és a megfelelő táplálkozással kapcsolatos mozgásaktivitás a 7 napok folyamatos vizsgálati élelmiszer-bemutatása során. Mindkét tényező megmutatkozik a vizsgálati élelmiszerektől való függőségben [standard chow (STD) vagy 35% zsír és 65% szénhidrát (FCH) keverék] az edzés szakaszában (TP) és a mangán fázisban (MnP) a 12 / 12 óra világos / sötét ciklus 7 nap alatt. Az adatok azt mutatják, hogy 16 állat átlag ± SD-je volt 4 ketrecben 7 egymást követő napon. Ezenkívül a megfelelő statisztikai adatokat is felsoroljuk (** p <0.01, *** p <0.001, ns = nem szignifikáns).

Teljes méretű kép

Nemrégiben kimutattuk, hogy a burgonya chips fogyasztása ad libitum táplált patkányokban erősen modulálja az egész agyi aktivitást, amely főként a táplálkozási áramkörre és az élelmiszer-bevitelre, az alvásra és a mozgásszervezésre vonatkozó rendszerekre vonatkozik.3. Ezért a jelen tanulmány azt vizsgálta, hogy a vizsgált élelmiszer zsír / szénhidrát aránya milyen hatással van ezekre a modulációkra. Ebből a célból az ad libitum táplált patkányokat 35% zsírt és 65% szénhidrátokat (FCH) tartalmazó vizsgálati tápláléknak vetettük alá, mint a burgonya chips szinte izokaloros (565 vs. 535 kcal / 100 g) modelljét. A kontroll csoport helyett porított STD-t kapott. Ezután a teljes agyi aktivitási mintázat változását a táplálási fázisban mangán-fokozott mágneses rezonancia leképezéssel (MEMRI) rögzítettük.14,15 a fent leírt módon3. Az itt bemutatott tanulmányterv szerint 1ba vizsgált élelmiszerek ad libitum-ot kínáló képzési fázisa (TP) köztes fázis nélkül követte a vizsgálati táplálékot (mindegyik hét nap). A MEMRI-mérés előtt a kontrasztanyagot a mangán-kloridot dorsálisan szubkután beültetett ozmotikus szivattyúkkal adagoltuk az integrált agyi aktivitás térképezéséhez a következő hét nap alatt. Ebben a mangánfázisban (MnP) a patkányok ismét hozzáférést kaptak már ismert teszt-ételeikhez. A pellet-chow és a csapvizet a teljes vizsgálat során ad libitum kapta.1b). Ez a tesztbeállítás összehasonlította az energiafelvételt és mindkét csoport teljes agyi aktivitási mintázatát, és jelentősen megnövekedett energiafelvételt eredményezett az FCH csoportban a TP és az MnP során a fényben, valamint a nap sötét ciklusában a kontrollhoz képest.1b). Továbbá az egyedülálló patkányok mozgási aktivitását számoltuk az élelmiszer-adagolók közelében. Más lokomotoros vizsgálatokkal ellentétben, mint például az általános mozgásszervi aktivitást és szorongást mérő nyílt terepi teszt, a jelen tanulmányban értékelt táplálkozási mozgásteret inkább az élelmiszer-kereső viselkedést tükrözi. A táplálkozással összefüggő mozgásszervi aktivitás azonban csak kismértékben emelkedett, amikor a TP sötét ciklusa alatt a porított STD helyett FCH-t kaptak (az átlagos mozgási aktivitás [szám] STD 205 ± 46, FCH 230 ± 41, n = 4, p = 0.0633 ) és MnP (átlagos lokomotor aktivitás [szám]] STD 155 ± 24, FCH 164 ± 17, n = 4, p = 0.2123) (1b). Ezzel ellentétben a burgonya chipshez való hozzáférés sokkal magasabb táplálkozással összefüggő mozgási aktivitást eredményezett, mint a sötét ciklusban ugyanazon STD kontrollcsoporthoz képest3, amely szignifikáns volt mind a TP-ben (átlagos mozgásszervi aktivitás [számolva] STD 205 ± 46, burgonya chips, 290 ± 52, n = 4, p <0.001), mind az MnP-ben (átlagos mozgásszervi aktivitás [számít] STD 155 ± 24, burgonya chips) 197 ± 29, n = 4, p = 0.0011). Így arra lehet következtetni, hogy a zsír / szénhidrát arány meghatározza a burgonya chips ízét, de az etetési magatartást a snack-ételek egyéb komponensei is befolyásolják. Spekulatív marad azonban, ha ezek a különbségek a táplálékfelvétel „akarásának” és „tetszésének” szempontjaihoz kapcsolódnak16.

A MEMRI által végzett teljes agyi aktivitásfigyelés jelentős különbségeket tárt fel az agyterületek aktiválásában az FCH bevitelével összehasonlítva az STD-vel (2a, b, Ábra 3, első oszlop, Táblázat 1). A jelen eredményeket összehasonlítottuk az agyi aktivitási mintázat modulációjának korábbi MEMRI-analíziseivel a burgonya chips bevitele során, az STD-vel azonos körülmények között.3. A korábbi adatok a 2. oszlopban találhatók Ábrákon. 2 és a 3. Bár az FCH-nak hasonló volt a zsír / szénhidrát aránya és majdnem azonos energia-sűrűsége a burgonya chipshez képest, az FCH sokkal kisebb számot (33) aktivált az STD-től eltérően, mint a burgonya chips (78 területek, Ábra 2). A jutalommal és függőséggel kapcsolatos funkcionális csoportokban hatást észleltek (3a), táplálékbevitel (3b), alvás (3c) és a mozgásszervi aktivitás (3d). 2b az FCH és a burgonya chips hatásait összehasonlítva az összes jelentősen eltérő módon aktivált agyterület áttekintését mutatja. Ezen túlmenően az aktiválás frakcionált változása, azaz a mangánfelvétel tükröző neuronális aktivitása határozottan különbözik az FCH és az STD fogyasztásától, összehasonlítva a burgonya chipsekkel szemben.Ábra 3, harmadik oszlop). A nukleáris accumbens a jutalomrendszer fő szerkezete17. Az FCH fogyasztása szignifikánsan 7.8-szeres megnövekedett aktiválódáshoz vezetett a négy alrendszer egyikében, a bal félteke alaprégiójában. A kagyló alrégiók, valamint a jobb félteke alaprégiójának növekedése nem volt szignifikáns (3a). A burgonya chips hasonló körülmények között történő bevitele a magvak accumbens bal alsó részének legmagasabb aktiválódásához vezetett. Az FCH-hoz képest azonban az alépítmény aktiválási szintje még kétszer is magasabb volt. Az FCH-val ellentétben a három másik alépítmény is jelentősen aktiválódott a kontrollhoz képest (3a). Így arra a következtetésre juthatunk, hogy az FCH aktiválja a jutalomrendszereket az agyban, de kisebb hatással, mint a burgonya chips. Ezt a következtetést tükrözi a jutalmazási / függőségi rendszer egyéb struktúrái is, amelyeket a burgonyaforgács és az FCH bevitele jelentősen aktivál, mint például a stria terminalis (bal félteke) ágymagja.17,18, a dorsalis aliculum19vagy a pregimbikus kéreg (jobb és bal félteke)20. Más agyi struktúrákat ezzel szemben nem befolyásoltak jelentősen az FCH bevitele, még akkor is, ha ezek a jutalomkörök fontos összetevői, és egyértelműen moduláltak a burgonya chips bevitelével, mint például a ventrális pallidum, a ventrális tegmentális terület, vagy a caudate putamen (Táblázat 1)3.

2: (a) Jelentősen eltérő aktivált agyterületek (35% zsír / 65% szénhidrát (FCH) és a standard chow (STD) és a burgonya chips STD keveréke)3) egy voxel-alapú morfometriai analízissel, amely az átlagos patkány agyfelületen megjelenő három szeletre mutat példát.

ábra 2

Az ételcsoport zsír / szénhidrát (FCH, bal oszlop) átlagadatait hasonlítjuk össze a burgonya chips által az azonos körülmények között indukált agyi aktivitási minták változásaival (a Hoch-tól) és mtsai. 20133, jobb oszlop). (b) A lényegesen eltérő módon aktivált agyterületek 3D eloszlása ​​axiális és sagittális nézetben (35% zsír / 65% szénhidrát teszt élelmiszer FCH vs STD, bal oldali oszlop és burgonya chips vs STD, jobb oszlop, felülvizsgált Hoch és mtsai. 20133). A kék gömbök az alacsonyabb, vörös gömbökkel rendelkező agyterületeket szimbolizálják, amelyek nagyobb aktivitással rendelkeznek az FCH vagy a burgonya chips bevitele után.3, mindegyik összehasonlítva az STD-vel. A gömbök mérete a szignifikancia szinteket jelöli (kicsi: p ≤ 0.05, közeg: p ≤ 0.01, nagy: p ≤ 0.001, n = 16).

Teljes méretű kép

3. ábra: Az (a) „jutalom és függőség”, (b) „táplálékfelvétel”, (c) „alvás” és (d) „mozgásszervi aktivitás” funkcionális csoportokhoz rendelt agyi régiók a patkány sematikus szagittális nézetében agy, jelentősen eltérő (p <0.05) mangán felhalmozódással az ad libitum táplált patkányok agyi struktúráiban, további hozzáféréssel a 35% zsír / 65% szénhidrát teszt ételhez (FCH, első oszlop) vagy a snack snack burgonya chipshez (Hoch áttekintése) et al. 20133, második oszlop).

ábra 3

A vörös téglalapok az snack-burgonya chips vagy az FCH által jelentősen aktivált agyi régiókat szimbolizálják, mindkettő a standard porral (STD) szemben, a kék téglalapok pedig a megfelelő agyi régiókat, amelyek nagyobb aktivitással rendelkeznek a porított STD és az snack-burgonya chips vagy az FCH bevitele miatt. A bal és / vagy jobb téglalapokhoz rögzített háromszögek jelzik a jelentős különbségek féltekéjét. A háromszög nélküli téglalapok a központi agyi struktúrákat képviselik. A harmadik oszlop az snack és az FCH arányos változását mutatja az STD-vel szemben (*** p <0.001, ** p <0.01, * p <0.05, n = 16). Acb mag: a nucleus accumbens magrégiója; Acb héj: a nucleus accumbens héj régiója, Arc: íves hipotalamusz mag, BNST: stria terminalis ágymagja, CgCx: cinguláris kéreg, CPu: caudate putamen (stratium), DS: dorsalis subiculum, Gi: gigantocelluláris mag, GPV: ventrális pallidum, HyDM: dorsomedialis hypothalamus, HyL: lateral hypothalamus, IlCx: infralimbicus kéreg, InsCx: insular cortex, IP: interpeduncularis mag, LPBN: lateral parabrachial nucleus, LPGi: lateral paragigantocellularis mag, LRt: lateral corte rette nucleus , MCx1: szekunder motoros kéreg, OrbCx: orbitális kéreg, PCRt: parvicelluláris retikuláris mag, PnO: pontine retikuláris mag orális, PrlCx: prelimbicus kéreg, PTA: pretectalis terület, PVN: paraventricularis thalamicus nucleus anterior, Raphe: raphe nucleus, S , Sol: magányos traktus, Teg: tegmentális magok, thMD: mediodorzális thalamicus, VS: ventrális subiculum, VTA: ventrális tegmentális terület, ZI: zona incerta.

Teljes méretű kép

1 táblázat: A szignifikánsan különbözõen aktivált agyterületek Z-pontszámai összehasonlítva a patkányokat csak a standard chow-hoz, vagy a zsír- és szénhidrátkeverékhez, valamint a t-statisztikák megfelelõ p-értékeihez, n = 16.

Teljes méretű asztal

Hasonló következtetéseket lehet levonni az élelmiszer-bevitelhez kapcsolódó agyi áramkörök elemzéséből. Például a dorsomedialis hypothalamus, a szeptum és a paraventricularis thalamicus mag, amely az FCH és a burgonya chips bevitele során aktiválódott, az élelmiszer-bevitel szabályozásához köthető.21,22. De ismét az FCH nem tudta módosítani a telítettségi áramkörök más struktúráit, amelyeket a burgonya chips, mint például az ívelt hypothalamikus mag vagy a magányos traktus deaktiválta. Ezen túlmenően az aktiválás intenzitása alacsonyabb volt az FCH-nál, mint a burgonya chipsnél, ami például a paraventricularis thalamic nucleus elülső 2.3-szerrel szignifikánsan nagyobb aktivációjával tükröződik (3b). Ezek az adatok arra utalnak, hogy az FCH a táplálékbevitelhez kapcsolódó agyi struktúrákat az STD-től eltérően befolyásolja, ami az FCH-n keresztül történő nagyobb energia-bevitelnek köszönhető.1b).

Az FCH bevitele szintén az alváshoz kapcsolódó agyi struktúrák erős deaktiválásához vezetett. Néhány agyterületet csak FCH deaktivált, mint például a zona incerta (3c), míg más területeket csak a burgonya chips, például az tegmentális magok deaktiválták. Bár nyolc alváshoz kapcsolódó struktúrát moduláltak FCH és tizenegy burgonya chips segítségével, mindkét vizsgálati élelmiszer hatása hasonlónak tűnik. Mivel ez az eredmény nem várható, az alvás időtartamát a jelen tanulmányban nem mértük, hogy nem világos, hogy az alvóáramkörök FCH-indukált modulációja korrelál-e az alvási viselkedés modulációjával.

A mozgásszervi aktivitásért és általában a mozgásért felelős agyi régiókat nem befolyásolta jelentősen az FCH bevitele az STD-hez képest.3delső oszlop). Ez párhuzamos a viselkedési megfigyelésekkel, amelyek szerint az FCH csak egy kicsit, de nem szignifikánsan magasabb élelmiszerrel kapcsolatos mozgási aktivitást indukált az STD-hez képest.1b). Ezzel ellentétben kimutatták, hogy a motorrendszer szerkezeteinek aktiválása a patkányok agyában a burgonyaforgácshoz való hozzáféréssel együtt emelkedett táplálkozással összefüggő mozgási aktivitással jár együtt.3.

Nem teljesen világos, hogy a megfigyelt aktiválási minta a hedonikus hiperfágiához kapcsolódik. A homeosztatikus táplálékkal ellentétben, amelyet a szervezet energiaszintje szabályoz, a hedonikus táplálékfelvételt az egyes élelmiszerek által generált jutalom közvetíti.23. Mivel a hedonikus táplálékfelvétel nem szorosan kapcsolódik az energiaigényhez, gyakran hiperfágiához vezet. Olyan modelleket fejlesztettek ki, amelyek leírják a hedonikus hiperfágia neurális korrelációit. Berthoud például azt sugallja, hogy a homeosztatikus táplálékfelvétel a leptin-érzékeny áramkörökhöz kapcsolódik, amelyek főként az egyedülálló magot és a magvakat magukban foglalják, de számos más területet is magukban foglalnak, beleértve a hipotalamikus helyeket, például a paraventricularis magot vagy az atommag elkeveredik23,24. A táplálékfelvétel ezen homeosztatikus szabályozása azonban felülbírálható a jutalomjelzésekkel, mint például a szeretet és a kívánság összetevői.25. A táplálkozás tetszése a mu-opioid jelátvitelhez volt kötődve a nukleáris accumbensben, a ventrális pallidumban, a parabrachialis magban és a magvú magban.24mivel a táplálkozás hiánya a ventrális tegmentalis területen a dopamin rendszerhez, az accumbens-hez, a prefrontális kéreghez, az amygdalához és a hypothalamushoz kapcsolódik. Kenny emellett hangsúlyozta a szigetes kéreg hozzájárulását is, melynek célja, hogy információkat tároljon az élelmiszer hedonikus tulajdonságairól.10. A burgonyaforgács bevitelével összefüggő agyaktiválási mintával ellentétben ezek közül a hedonikus hiperfágiákhoz kapcsolódó területek közül csak kevesen befolyásolták az FCH bevitele. Ezért kiterjesztett viselkedési kísérletekre van szükség ahhoz, hogy megvizsgáljuk, hogy az FCH preferenciája valóban hiperfágiával jár-e.

A mai napig nem világos, hogy a burgonya chips molekuláris összetevői felelősek-e a vizsgált élelmiszer erősebb agyi modulációs hatásáért. Mivel sózott, de ízesítőszer nélkül hozzáadott ízesített terméket alkalmaztunk, a fő összetevők mellett a zsír és a szénhidrátok mellett só, íz és kisebb mennyiségű fehérje is jelen volt. Továbbá figyelembe kell venni a feldolgozás során bekövetkező molekuláris változásokat. Korábban azt mutatták, hogy a só íze Fos-expressziót váltott ki a só-mentes patkányok magjában. Ezzel szemben a nem kimerült állatok sójának bevitele nem vezetett a jutalomrendszer e szerkezetének aktiválásához.26. Továbbá azt jelentették, hogy a szilárd élelmiszerek sójának bevitele inkább patkányoknál averzív hatást váltott ki27. Ezért nem tűnik valószínűnek, hogy a jelen kísérletekben a só az agy-jutalmazási rendszer fő modulátora. A korábban bevezetett kétválasztásos preferencia teszt a továbbiakban további burgonya chips komponensek táplálékfelvételre gyakorolt ​​hatásának további vizsgálatára szolgál.

A viselkedési adatainkból arra következtetünk, hogy a zsír és a szénhidrátok aránya, de nem az abszolút energiasűrűség, a snackek ízének és bevitelének meghatározó tényezője a rövid távú kétválasztásos preferencia vizsgálatok során patkányokon. Továbbá az FCH keverék bevitele, amely majdnem izokalorikus a burgonya chipshez, az ad libitum táplált patkányok maximális energiabevitelét váltotta ki, amelyhez az agyi struktúrák szignifikánsan eltérő aktiválódása járult hozzá a jutalomhoz, az étkezéshez és az alváshoz. A burgonya chips bevitele ugyanazon körülmények között jelentősen több különböző aktivált agyi struktúrát eredményezett ezekben az áramkörökben, valamint az STD-hez viszonyított egyértelműen magasabb frakcionált változás. Így tehát a képalkotó megközelítésből arra lehet következtetni, hogy az energia sűrűség önmagában csak mérsékelten meghatározza a snack étel előnyös tulajdonságait. Bár a burgonya chips zsír- és szénhidrát-aránya nagyon vonzónak tűnik, feltételezhető, hogy ebben a snack-ételben más molekuláris determinánsok is léteznek, amelyek modulálják az agyi áramkörök aktivitását, különösen a jutalomrendszert, még erősebbé és fokozottabb élelmiszerhez vezetnek. viselkedés keresése.

Mód

Etikai nyilatkozat

Ezt a tanulmányt a Nemzeti Egészségügyi Intézetek laboratóriumi állatainak gondozására és használatára vonatkozó útmutató ajánlásainak szigorú betartásával végezték. A jegyzőkönyvet a Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg állatkísérleti etikai bizottsága (Regierung Mittelfranken, engedélyszám: 54-2532.1-28 / 12) hagyta jóvá.

Preference teszt

A preferenciavizsgálatokat úgy végezték el, ahogyan azt a fent leírtak szerint naponta háromszor alkalmazták a fény ciklus alatt 10 percenként, mindegyik 20 – 36 ismétléssel a vizsgálati élelmiszerre vonatkoztatva.13. Ez a vizsgálati ütemezés elegendő adatpontot biztosít az élelmiszer-preferencia értékeléséhez. A vizsgálatokat 8 hím Wistar patkányokkal végeztük (2 állatok mindegyikével 4, 571 g, megvásárolták Charles River, Sulzfeld, Németország) és 41 hím Sprague Dawley patkányokkal reprodukáltuk (10 ketrecek mindegyikével 2, 5 állatok kezdeti tömege 543 ± 71 g, amelyet a Charles River, Sulzfeld (Németország) vásárolt), amelyet a vizsgálatra kiképzettek. Így az egyes teszteket végző állatok száma 18 volt és az 4 ketrecek száma (négy biológiai replikáció). Minden kísérletet minden állati csoporttal megismételtünk 5 – 6 időkben. Minden patkányt 12 / 12 h sötét / könnyű ciklusban tartottunk. A patkányok standard chow-pelletekhez jutottak (Altromin 1324, Lage, Németország, 4 g / 100 g zsír (F), 52.5 g / 100 g szénhidrátok (CH), 19 g / 100 g fehérje (P)), továbbá tesztelje az élelmiszereket és vízzel csapvizet ad az egész vizsgálat során. A vizsgálati élelmiszerek különböző arányú F (napraforgóolaj, helyi szupermarketben vásároltak) és CH (maltodextrin, dextrin 15 a kukoricakeményítőből, Fluka, Németország), 50% por alakú STD-vel összekeverve az élelmiszer-bevitel indukálásához használt aktivitást hasonlítottuk össze. . A porított STD-t azért adtuk hozzá, hogy minimálisra csökkentsük a texturális és érzékszervi hatásokat a fogyasztásra. Referencia táplálékként minden viselkedési preferencia vizsgálathoz 50% porított STD, 17.5% F és 32.5% CH keverékét használtuk, amely nagyon hasonló F / CH kompozícióval rendelkezik, mint az 50% burgonya chips STD-ben, és felhasználásra került. modell az 50% burgonya chips előtt STD-ben13. Ezen túlmenően az 50% porított STD-ből álló ételeket az alábbi F és CH keverékek (% F /% CH) hozzáadásával teszteltük: 5 / 45, 10 / 40, 17.5 / 32.5, 25 / 25, 30 / 20, 35 / 15, 40 / 10, 45 / 5 és 50 / 0. Figyelembe véve az 50% STD összetételét, az összes referencia élelmiszer 20 / 59, 7 / 71, 12, 66, 20, 59 / 27, 51 / 32, 46 / 37, 41 / 42 és 36 / 47. A porított STD, mint fehérje (31%), rostok (52%) vagy ásványi anyagok (hamu, 26%) összes többi összetevője minden vizsgálati élelmiszerben állandó volt.

Az adott vizsgálati tápláléktól függő energiabevitelt úgy számítottuk ki, hogy a vizsgált élelmiszer elfogyasztott mennyiségét megszorozzuk a megfelelő energia-tartalommal. Az egyik vizsgálati élelmiszer relatív hozzájárulását az elfogyasztott vizsgálati táplálék és a referencia érték összegéhez úgy számítottuk ki, hogy az egyes vizsgálati élelmiszerek mennyiségét elosztjuk a vizsgálati táplálék és a referenciaérték teljes bevitelével.

Az energia-bevitelre és a táplálkozással kapcsolatos mozgási aktivitásra vonatkozó viselkedési adatok rögzítése

A viselkedési adatokat a korábban leírtak szerint rögzítettük3. Röviden, a vizsgálati táplálékfelvételt naponta mértük, és az energiafelvételt úgy számítottuk ki, hogy az elfogyasztott vizsgálati élelmiszer tömegét megszorozzuk a megfelelő energia-tartalommal. A táplálkozással összefüggő mozgásszervi aktivitást a webkameraképek segítségével számszerűsítettük, amelyeket minden 10 másodpercben vettünk a ketrec fölött. Az egyik számot úgy definiáltuk, hogy „egy patkány mozgásszervi aktivitást mutat egy élelmiszer-adagoló közelében”. Statisztikai értékeléshez A diákok t-próbáit (kétfarkú) 7 napokban (TP vagy MnP) egy ketrecre (n = 4 ketrecek, 16 patkányok összesen, XNUMX patkányok) végeztük. mindegyik csoport).

A teljes agyi aktivitási minta rögzítése MEMRI-vel

A hím Wistar patkányokat (kezdeti tömeg 261 ± 19 g, vásárolt Charles River, Sulzfeld, Németország) 12 / 12 h sötét / könnyű ciklusban tartva véletlenszerűen két csoportba osztottuk. Mindkét csoport ad libitum hozzáférést a standard chow pelletekhez (Altromin 1324, Altromin, Lage, Németország) a vizsgálat teljes időtartama alatt.

Egy csoport (n = 16, kezdeti testtömeg 256 ± 21 g) porított STD-t (Altromin 1321) és a másik csoportot (n = 16, kezdeti testtömeg 266 ± 16 g) kapott 35% F (napraforgóolaj, \ t vásárolt egy helyi szupermarketről) és 65% CH (maltodextrin, dextrin 15 kukoricakeményítőből, Fluka, Taufkirchen, Németország) a standard chow pelletekhez. A jelen tanulmányt a korábban közzétett, burgonya chips-vizsgálatsal párhuzamosan hajtottuk végre3, így ugyanazt a kontrollcsoportot lehet használni, amely lehetővé teszi az adatkészletek maximális összehasonlíthatóságát.

MEMRI (egy 4.7 T Bruker MRI-n egy optimalizált módosított hajtott egyensúlyi Fourier-transzformáció (MDEFT) szekvencia) segítségével az agyi aktiváció leképezését végeztük 109 × 109 × 440 μm finom felbontással (részletekért lásd Hoch és mtsai. 20133). Mivel a MEMRI érzékenysége alacsonyabb, mint a preferencia tesztek, a tesztelt élelmiszerek hosszabb ideig kerültek bemutatásra. A felvételek megkövetelik a potenciálisan toxikus kontrasztanyag mangán relatív magas koncentrációját, amely csak néhány órával az alkalmazás után éri el az agyat. A mangán-klorid oldatnak a MEMRI-méréshez elegendő dózisa miatt az állatok alapvető fiziológiájára és viselkedésére gyakorolt ​​negatív mellékhatások elkerülése érdekében az ozmotikus szivattyúk a nem toxikus mennyiségű mangán folyamatos, szelíd, de időigényes folyamatos alkalmazását szolgálják. , amely az 7-nap élelmiszer-vizsgálati szakaszának teljes időtartama alatt felhalmozódott az aktivált agyterületeken28. Korábban leírták a tanulmányi tervezést, az ozmotikus szivattyúk előkészítését, az MRI-mérések paramétereit, az adatfeldolgozást, valamint a táplálékfelvételt és a táplálkozással kapcsolatos mozgásszervi aktivitást.3. A szegmentált agy eredeti állati MRI-értékeit állatonként regisztráltuk egy nem merev regisztrációs munkafolyamat3. Ezen regisztrált adatkészletek alapján voxel-alapú morfometriai elemzést végeztünk, és a kapott statisztikai paramétereket vizualizáltuk. A Z-Score alapú Student t-tesztjeit az agyi aktiválás jelentős különbségeinek kimutatására végeztük. A jelentősen eltérő módon aktivált agyi struktúrák eloszlásának 3D megjelenítéséhez mindegyik agyi struktúrát gömbként ábrázoltuk a súlypontjában. A koordináták egy 3D digitális agyi atlaszából származnak. Az egyes gömbök sugarát a szignifikancia szintjének kódolására használtuk, és az intenzitás árnyékolási kódok az aktivitási különbséget az STD-re.

további információ

Hogyan hivatkozhat ez a cikk: Hoch, T. és mtsai. A zsír / szénhidrát arány, de nem az energia sűrűsége határozza meg a táplálékfelvételt és aktiválja az agy jutalmakat. Sci. Ismétlés. 5, 10041; doi: 10.1038 / srep10041 (2015).

Referenciák

  1. 1.

La Fleur, SE, Luijendijk, MCM, van der Zwaal, EM, Brans, MAD és Adan, RAH A rágó patkány mint az emberi elhízás modellje: a szabadon választott, nagy zsírtartalmú, magas cukortartalmú étrend hatása az étkezési mintákra. Int. J. Obes. 38, 643 – 649 (2014).

  •  

· 2.

Berthoud, H.-R. Az élelmiszer-bevitel és az energiaegyensúly szabályozásában résztvevő homeosztatikus és nem homeosztatikus útvonalak. Elhízottság. 14 S8, 197S – 200S (2006).

  •  

· 3.

Hoch, T., Kreitz, S., Gaffling, S., Pischetsrieder, M. & Hess, A. Mangán-fokozott mágneses rezonanciás képalkotás az egész agyi aktivitási minták feltérképezéséhez, amely a táplálék-táplálék beviteléhez kapcsolódik az ad libitum táplált patkányokban. PLoS ONE. 8, e55354; 10.1371 / journal.pone.0055354 (2013).

  •  

· 4.

Volkow, ND & Wise, RA Hogyan segíthet a kábítószer-függőség az elhízás megértésében? Nat. Neurosci. 8, 555 – 560 (2005).

  •  

· 5.

Berthoud, H.-R. Metabolikus és hedonikus meghajtók az étvágy neurális szabályozásában: ki a főnök? Akt. Opin. Neurobiol. 21, 888 – 896 (2011).

  •  

· 6.

Gearhardt, AN, Grilo, CM, DiLeone, RJ, Brownell, KD és Potenza, MN Lehet-e az élelmiszer addiktív? A közegészségügy és a politikai hatások. Függőség. 106, 1208 – 1212 (2011).

  •  

· 7.

Hebebrand, J. és mtsai. A „függőség függése”, nem pedig az „élelmiszer-függőség”, jobban megragadja az addiktív-szerű étkezési szokásokat. Neurosci. Biobehav. Fordulat. 47, 295 – 306 (2014).

  •  

· 8.

Epstein, DH és Shaham, Y. Sajttorta eszik patkányok és az élelmiszer-függőség kérdése. Nat. Neurosci. 13, 529 – 531 (2010).

  •  

· 9.

DiLeone, RJ, Taylor, JR és Picciotto, MR Az evés: az élelmiszer-jutalom és a kábítószer-függőség mechanizmusainak összehasonlítása és megkülönböztetése. Nat. Neurosci. 15, 1330 – 1335 (2012).

  •  

· 10.

Kenny, PJ Gyakori sejtes és molekuláris mechanizmusok az elhízásban és a kábítószer-függőségben. Nat. Rev. Neurosci. 12, 638 – 651 (2011).

  •  

· 11.

Rolls, BJ és Bell, EA A zsír és a szénhidrát bevitele: az energia sűrűsége. Eur. J. Clin. Nutr. 53 (Suppl 1), S166 – 173 (1999).

  •  

· 12.

Shafat, A., Murray, B. és Rumsey, D. Az energia sűrűsége a kávézó étrendben hiperfágia okozta a patkányokban. Étvágy. 52, 34 – 38 (2009).

  •  

· 13.

Hoch, T., Pischetsrieder, M. és Hess, A. A táplálékbevitel az ad libitum táplált patkányokban a zsír és a szénhidrátok kombinációját váltja ki. Elülső. Psychol. 5, 250; 10.3389 / fpsyg.2014.00250 (2014).

  •  

· 14.

Lin, YJ és Koretsky, AP A mangán-ion fokozza a T1-súlyozott MRI-t az agyi aktiválás során: Az agyi funkció közvetlen képalkotásának megközelítése. Magn. Reson. Med. 38, 378 – 388 (1997).

  •  

· 15.

Koretsky, AP és Silva, AC Mangán-fokozott mágneses rezonancia leképezés (MEMRI). NMR Biomed. 17, 527 – 531 (2004).

  •  

· 16.

Berridge, KC Az agy élvezetei. Cogn agy. 52, 106 – 128 (2003).

  •  

· 17.

Haber, SN és Knutson, B. A jutalomkör: a főemlős anatómia és az emberi képalkotás összekapcsolása. Neuropsychop 35, 4 – 26 (2010).

  •  

· 18.

Epping-Jordan, képviselő, Markou, A. & Koob, GF A SCH 1 dopamin D-23390 receptor antagonista, amelyet a stria terminalis dorsolateralis ágymagjába injektált, csökkentette a kokain megerősítést a patkányban. Brain Res. 784, 105 – 115 (1998).

  •  

· 19.

Martin-Fardon, R., Ciccocioppo, R., Aujla, H. & Weiss, F. A dorsalis aliculum közvetíti a kokainkeresés feltételes visszaállításának megszerzését. Neuropsychop. 33, 1827 – 1834 (2008).

  •  

· 20.

Limpens, JHW, Damsteegt, R., Broekhoven, MH, Voorn, P. & Vanderschuren, LJMJ A pregimbikus kéreg farmakológiai inaktivációja emulálja a kompulzív jutalmakat a patkányokban. Brain Res.; 10.1016 / j.brainres.2014.10.045 (2014).

  •  

21.

Bellinger, LL és Bernardis, LL A dorsomedialis hypothalamikus mag és annak szerepe a lenyelés és a testtömeg szabályozásában: a sérüléses tanulmányok tanulságai. Physiol. Behav. 76, 431 – 442 (2002).

  •  

· 22.

Stratford, TR és Wirtshafter, D. A muszimol injekciók a paraventricularis thalamic magba, de nem mediodorsalis thalamicis magokba, a patkányok táplálását indukálják. Brain Res. 1490, 128 – 133 (2013).

  •  

· 23.

Harrold, JA, Dovey, TM, Blundell, JE és Halford, JCG Az étvágy központi idegrendszeri szabályozása. Neuropharmacology 63, 3 – 17 (2012).

  •  

· 24.

Berthoud, H.-R. Az étvágy neurális ellenőrzése: a homeosztatikus és a nem homeosztatikus rendszerek közötti beszélgetés. Étvágy. 43, 315 – 317 (2004).

  •  

· 25.

Berridge, KC Élelmiszer-jutalom: A kívánatos és tetszetős agyi szubsztrátok. Neurosci. Biobehav. Fordulat. 20, 1 – 25 (1996).

  •  

· 26.

Voorhies, AC és Bernstein, IL A sós étvágy indukciója és expressziója: a Fos expressziója a nukleáris accumbensben. Behav. Brain Res. 172, 90 – 96 (2006).

  •  

· 27.

Beauchamp, GK és Bertino, M. A patkányok (Rattus norvegicus) nem részesítik előnyben a sózott szilárd ételeket. J. Comp. Psychol. 99, 240 – 247 (1985).

  •  

· 28.

Eschenko, O. és mtsai. A funkcionális agyi aktivitás feltérképezése a szabadon viselkedő patkányoknál, önkéntes futás közben, mangán-fokozott MRI alkalmazásával: Hosszú távú vizsgálatok eredményei. Neuroimage 49, 2544 – 2555 (2010).

  •  

· 29.

Denbleyker, M., Nicklous, DM, Wagner, PJ, Ward, HG és Simansky, KJ A mu-opioid receptorok aktiválása az oldalsó parabrachialis magban növeli a c-Fos-expressziót a kalorikus szabályozással, jutalommal és kognícióval összefüggő előszületi területeken. Neuroscience 162, 224 – 233 (2009).

  •  

· 30.

Hernandez, L. és Hoebel, BG Az élelmiszer-jutalom és a kokain növeli az extracelluláris dopamint a nukleáris accumbensben, mikrolízis segítségével. Life Sci. 42, 1705 – 1712 (1988).

  •  

· 31.

Zahm, DS és mtsai. Egyszeri és ismétlődő kokain és fiziológiás sóoldat beadása a patkányokban: hangsúlyt fektetve a bazális előtérre és a kifejezés újrakalibrálására. Neuropsychop 35, 445 – 463 (2010).

  •  

· 32.

Oliveira, LA, Gentil, CG és Covian, MR A szeptális terület szerepe a patkány oldalirányú hypothalamusának elektromos ingerlése által kiváltott táplálkozási viselkedésben. Braz. J. Med. Biol. Res. 23, 49 – 58 (1990).

  •  

· 33.

Chase, MH Az egyetértés megerősítése, hogy a glicinerg posztszinaptikus gátlás felelős a REM alvásért. alvás. 31, 1487 – 1491 (2008).

  •  

· 34.

Sirieix, C., Gervasoni, D., Luppi, P.-H. & Léger, L. Az oldalsó paragigantocelluláris mag szerepe a paradox (REM) alvás hálózatában: elektrofiziológiai és anatómiai vizsgálat patkányokon. PLoS ONE. 7, e28724; 10.1371 / journal.pone.0028724 (2012).

  •  

· 35.

Trepel, M. Neuroanatomie. Struktur und Funktion 3rd ed. Urban & Fischer, München, 2003).

  •  

36.

Miller, AM, Miller, RB, Obermeyer, WH, Behan, M. & Benca, RM A pretectum közvetíti a könnyű szemmozgás alvásszabályozását. Behav. Neurosci. 113, 755 – 765 (1999).

  •  

· 37.

Léger, L. és mtsai. Dopaminerg neuronok, amelyek Fos-t expresszálnak ébredés és paradox alvás közben a patkányokban. J. Chem. Neuroanat. 39, 262 – 271 (2010).

  •  

37.   

o    

Letöltés hivatkozások

Köszönetnyilvánítás

A tanulmány a Neurotrition Project része, amelyet a FAU Emerging Fields Initiative támogat. Továbbá köszönjük Christine Meissner-nek a kézirat szerkesztését.

Szerző információ

Kapcsolatok

1.    Élelmiszer-kémiai osztály, Kémiai és Gyógyszerészeti Tanszék, Emil Fischer Központ, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Németország

o Tobias Hoch

o & Pischetsrieder Monika

2.    Kísérleti és Klinikai Farmakológiai és Toxikológiai Intézet, Fischer Emil Központ, Erlangen-Nürnberg Friedrich-Alexander Universität Erlangen, Németország

o Silke Kreitz

o Andreas Hess

3.    Mintafelismerő labor, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Németország

o Simone Gaffling

4.    Advanced Optical Technologies School (SAOT), Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Németország

o Simone Gaffling

Hozzájárulások

Megtervezték és tervezték a kísérleteket: THMPAH A kísérleteket elvégezte: THAH Az adatok elemzése: THSKSGAH Az adatok értelmezése THMPAH Hozzájárult reagensek / anyagok / elemző eszközök: AHMP Írta a papírt: THMPAH

Érdekütközés

A szerzők nem hirdetnek versengő pénzügyi érdekeket.

Levelezési cím

Levelezés a Monika Pischetsrieder.