Breytileg líkamsþyngd Kalsíum-háð Dópamín Breytingar í Accumbens frá inntöku glúkósa (2014)

Tilvitnun: Wang GJ, Tomasi D, Convit A, Logan J, Wong CT, o.fl. (2014) líkamsþyngdarstuðullar Kaloría-háð dopamínbreytingar í accumbens frá inntöku glúkósa. PLOS ONE 9 (7): e101585. doi: 10.1371 / journal.pone.0101585

Ritstjóri: Sidney Arthur Simon, Duke University Medical Center, Bandaríkin

Móttekið: Apríl 21, 2014; Samþykkt: Júní 9, 2014; Útgáfuár: Júlí 7, 2014

Þetta er opinn aðgangur grein, án allra höfundarréttar og má frjálst afrita, dreifa, senda, breyta, byggð á eða á annan hátt notað af einhverjum fyrir lögbundin tilgang. Verkið er aðgengilegt undir Creative Commons CC0 vígslu almennings.

Gögn Availability: Höfundar staðfesta að allar upplýsingar sem liggja að baki niðurstöðum eru að fullu lausar án takmarkana. Öll gögn eru innan handritsins.

Fjármögnun: US Department of Energy OBER: DE-ACO2-76CH00016 fyrir uppbyggingu stuðnings Brookhaven National Laboratory og Royalty Funds til GJW. Heilbrigðisstofnun: Z01AA000550 til NDV, R01DK064087-09 til AC, K01DA025280 til ES. Fjármögnunaraðilarnir höfðu ekkert hlutverk í rannsóknarhönnun, gagnasöfnun og greiningu, ákvörðun um að birta eða undirbúa handritið.

Samkeppnis hagsmunir: Höfundarnir hafa lýst því yfir að engar hagsmunaárekstra renni út.

Hvernig gengur lífið dag frá degi? Er það í jafnvægi og allt eins og það á að vera? Er jafnvægi hvort sem litið er á veraldlega stöðu eða andlega? Lífið er eins og það er. Það er ekki alltaf sólskyn. Það koma reglulega lægðir með rok og rigningu. Við vitum að í heildar samhenginu er lægð hluti af vistkerfi að leita að jafnvægi. Stundum erum við stödd í miðju lægðarinnar. Þar er logn og gott veður, sama hvað gengur á þar sem stormurinn er mestur. Sama lögmál gildir varðandi þitt eigið líf. Ef þú ert í þinn miðju, þínum sannleik þá heldur þú alltaf jafnvægi átakalaust. Sama hvað gustar mikið frá þér þegar þú lætur til þín taka. Huldufólk hefur gefið okkur hugleiðslu sem hjálpar okkur að finna þessa miðju, finna kjarna okkar og sannleikann sem í honum býr. Þegar þú veist hver þú ert og hvers vegna þú ert hér, mun líf þitt vera í flæðandi jafnvægi. Hugleiðslan virkjar þekkinguna sem er í vitund jarðar og færir hana með lífsorkunni inn í líkama okkar. Þar skoðar hún hugsana og hegðunar munstrið og athugar hvort það myndar átakalausu flæðandi jafnvægi. Hinn möguleikinn er falskt jafnvægi sem hafa þarf fyrir að viðhalda með tilheyrandi striti, áhyggjum og ótta. Síðan leiðbeinir þessi þekking okkur að því jafnvægi sem er okkur eðlilegt. Við blómstrum átakalaust, líkt og planta sem vex átakalaut frá fræi í fullþroska plöntu sem ber ávöxt.

Hjarta dópamín (DA) breytur borða hegðun með mótun verðlaun og hvatningu [1]. Virkjun DA í kjarnanum accumbens (NAc) á sér stað með útsetningu fyrir nýjum matvælauppgjöri en með endurteknum útsetningum eykst DA í staðinn að vísbendingum sem spá fyrir um matarverðlaunin [2]. The mesolimbic DA kerfið er mikilvægt fyrir að styrkja munnsveiflur og mjög góða matvæla auka DA í NAc [3], en DA mótefni draga úr sermisgildi súkrósa [4]. DA miðlar einnig að gefandi áhrif matvæla sem knúin eru af orkuinnihaldi [5]. Krabbameinsrannsóknir leiddu í ljós að gjöf glúkósa í bláæð hafði aukist DA í NAc [6], sem var áhrif háð notkun glúkósa, þar sem gjöf andoxunarefna glúkósa hliðstæða lækkað DA. Þetta bendir til þess að DA-taugafrumur bregðist við orkufyrirtækinu næringarefnum sem eru óháð bragð og felur í sér staðbundnar þættir í kaloría sem tengjast DA eykst í NAc. Ennfremur hjá mönnum hafa rannsóknir á taugakerfi sýnt að súkrósa lausn en ekki kalorískur sætt lausn virkjar miðgildi, þar sem DA taugafrumur eru staðsettir [7]. DA taugafrumur eru einnig virkjaðir með sjón, heyrnartækni og svindlaumhverfi sem spá fyrir um matarverðlaun [8]. Óhófleg fæðunotkun getur leitt til offitu, sem aftur á sér stað efnaskiptaaðlögun sem heldur áfram að halda of mikið fæðu. Sumar þessara taugaaðlögunar eiga sér stað í DA leiðum eins og sést í klínískum og forklínískum rannsóknum þar sem dregið var úr DA D2 viðtaka í striatum með offitu [9].

Hér getum við gert ráð fyrir að í offitu verði svarið við kaloría neyslu dregið eins og sýnt hefur verið fram á um neyslu neyslu í fíkn [10]-[12]. Í þessu skyni notuðum við positron losun tomography (PET) og [¹¹C] raclopride (D2 / D3 viðtaka geislameðferð viðkvæm fyrir samkeppni við innrætt DA) [13] til að meta hvort kaloríur af völdum DA hækkun á ventralstriatum (þar sem NAc er staðsett) er háð líkamsþyngdarstuðli (BMI). Þetta er mögulegt vegna þess að [¹¹Binding racloprids við D2 / D3 viðtaka er viðkvæm fyrir styrk innræns DA; þannig að þegar DA stigum auka sértæka bindingu [¹¹C] raklópríð minnkar og þegar DA-gildi minnka [¹¹Sérstakur binding C] racloprides eykst [12], [14]. Í því skyni að stjórna áhrifum glæsileika glúkósa (sætleika), settum við áhrif súkkralósa (gervisætu án kaloría) saman við áhrif glúkósa. Þannig gerði andstæða tveggja sætu lausnanna (ein með kaloríur og ein án kaloría) okkur kleift að mæla þær breytingar á DA sem rekja má til kaloríanna óháð mataræði matarins.

aðferðir

Þessi rannsókn var gerð við Brookhaven National Laboratory (BNL) og nefnd Stony Brook háskólans um rannsóknir sem tengjast mönnum samþykkti bókunina. Skriflegt upplýst samþykki fékkst frá þátttakendum áður en rannsókn hófst. Nítján einstaklingar voru með í rannsókninni ef þeir voru rétthentir, 40–60 ára, heilbrigðir og með 21≤ BMI ≤35 kg / m². Útilokunarviðmiðanir voru með sögu eða nærveru hvers kyns sjúkdóms sem gæti haft áhrif á heilastarfsemi; sykursýki; núverandi eða síðari sögu Axis I greiningu (þ.mt þunglyndi eða kvíðaröskun) samkvæmt DSM IV; átröskun; áfengis- eða fíkniefnaneyslu eða ósjálfstæði (þ.mt nikótín). Þátttakendur voru beðnir um að hafa síðasta máltíð þeirra lokið við 7 PM kvöldið áður en myndin var tekin og voru skönnuð milli 15 og 17 klukkustunda eftir síðasta máltíð. Þátttakendur voru upplýstir um að blóðsykursgildi væri skoðuð meðan á rannsókninni stóð, til að tryggja að þeir fóru að borða.

Study Design

Þátttakendur höfðu tvo hugsanlegar heimsóknir: Á einum degi rannsóknarinnar (Dag A) tóku efnið 75 grömm til inntöku glúkósa drekka (Trutola, VWR, PA); um daginn (dagur B) tóku lyfið inntöku í lyfleysu (súkralósi, 0.348 mg / ml [JK Sucralose Inc., NJ] sem er jafn mikið magn og sætleikastig í glúkósa lausninni). PET byrjaði á 10 mínútum eftir lok glúkósa / lyfleysu. PET skannar voru keyrð á Siemens ECAT HR + og [¹¹C] raklópríð var framleitt samkvæmt aðferðum sem birtar voru áður [15]. Skannar voru hafin strax eftir inndælingu á sprautu 8 mCi eða minna af [¹¹C] raclopride og framkvæmt í alls 60 mínútur. Blóðsýni fyrir glúkósastig fengust fyrir drykkina, strax að loknum glúkósa / lyfleysudrykknum, síðan á 5 mínútna fresti í 30 mínútur, við 60, 90 og 120 mínútur. PET var framkvæmt á sama tíma dags fyrir alla einstaklinga. Einstaklingar voru beðnir um að fasta og vera vökva yfir nótt (að minnsta kosti 12 klukkustundir) áður en rannsóknaraðgerðir hófust á hverjum degi myndrannsóknar. Dagar A og B voru slembiraðaðir milli einstaklinga. Þessir tveir skannadagar voru aðgreindir á bilinu 2-42 daga með að meðaltali 16 ± 10 dagar.

Klínísk vog

Spurningalistar um borðahegðun voru fengin meðan á skimunarferðinni stóð, með því að nota þriggja mánaða mataræði fyrir mataræði (TFEQ-EI) til að meta eftirfarandi þrívíða aðferða við að borða: vitsmunalegum ferlum; hegðunaraðlögun; og eftirlit og Gormally Binge Eating Disorder Scale (GBEDS) til að skoða binge eating hegðun og tengd sálfræðing [16]. Til að meta sælgæti glúkósa- og súkralósdrykkanna voru einstaklingar beðnir um að meta gæði sætis, sætis og líkamsleiki með því að nota sjálfsskýrslur [metin frá 1 (minni) til 10 (flest)] strax eftir að þau höfðu notað drykkir. Línuleg afturhvarfsgreining var notuð til að greina tengslin milli þessara sjálfsskýrslna og BMI. Tvær prófanir voru notuð til að bera saman muninn á þessum sjálfskýrslum milli glúkósa og súkralósa drykkja.

Mæling á blóðsykriþéttni

Plasma sýni voru greind fyrir styrk glúkósa með Beckman glúkósa Analyzer 2 (Brea, Kaliforníu) sem ákvarðar glúkósa með súrefnismælisaðferðinni sem notar Beckman súrefnis rafskaut. Mælingarmagn sýnis er pípettað í ensím hvarfefni í bolla sem inniheldur rafskaut sem bregst við og skýrir súrefnistyrkleika í mg af glúkósa / 100 mL. Pöruð t-próf ​​voru notuð til að greina muninn á blóðsykursgildum, sjálfstætt fyrir hvert tímapunkt. Línuleg afturhvarfsgreining var notuð til að meta tengslin milli blóðsykursgildis og BMI.

Data Analysis

Tími-virkni línurnar fyrir vefjaþéttni í striatum og í heilablóðfalli ásamt tímavirkniferlum fyrir [¹¹C] raclopride var notað til að reikna dreifingarrúmmál (DV) í pixlum fyrir alla myndina. Nánar tiltekið áætluðum við fyrir hverja voxel DV, sem samsvarar jafnvægismælingu á hlutfalli vefjaþéttni geislaspjaldsins og plasmaþéttni þess með grafískri greiningartækni fyrir afturkræf kerfi [17]. Sérsniðið Montreal Neurological Institute sniðmát, sem við þróaðum áður með því að nota dreifingarrúmmyndirnar frá 34 heilbrigðum einstaklingum sem keyptar voru með [¹¹C] raclopride og sömu skönnunarröð, var notuð til staðbundinnar eðlilegrar myndunar DV myndanna. Fyrir bindandi möguleika (BP_ND) myndum sem við normalumðum DV í hverri voxel við það í heilahimninum (vinstri og hægri svæðum af áhuga), sem svara til dopamín (DA) D2 / D3 viðtaka framboðs [17]. BP_ND myndir voru síðan staðbundin slétt með því að nota 8-mm Gauss kjarna til að lágmarka breytileika hjartalyfjafræðinnar á milli einstaklinga. Mismunur í BP_ND milli glúkósa og súkralósa voru notuð til að meta breytingar á DA vegna kaloría.

Tölfræðilegar greiningar

Multilinear regression greining var notuð til að greina tengsl milli BP_ND munur á glúkósa og súkralósi (ΔBP_ND), sem endurspeglar breytingar á DA sem er háð kaloríuminnihald glúkósa. Tölfræðilegur Parametric Kortlagning (SPM8; Wellcome Trust Center fyrir Neuroimaging, London, Bretland) var notað í þessu skyni. Tölfræðilega þýðingu var sett sem P_FWE <0.05, leiðrétt fyrir margfeldi samanburð á voxel stigi með fjölskylduvillu og litlum rúmmálsleiðréttingum innan 10 mm radíus kúlulaga áhugasviðs (ROI). Eftirfylgnigreiningar voru gerðar að meðaltali arðsemismælingum sem unnar voru með hnitunum sem fengust frá SPM til að meta áhrif hegðunaraðgerða (sem samanstanda af stigum vitræns aðhalds við að borða, disinhibition og hungur með því að nota TFEQ-EI og binge eating score með GBEDS) blóðsykursgildi, aldur og kyn. Nánar tiltekið voru þessar breytur í samræmi við meðaltalið ΔBP_ND merki í arðsemi eftir stjórnun með BMI. Tölfræðileg marktækni fyrir þessar fylgigreiningar var stillt sem P <0.05, óleiðrétt.

Niðurstöður

Munurinn á blóðsykursstyrk var ekki breytilegur sem aðgerð BMI eftir súkralósa og glúkósa áskorun (r <0.18, R²<0.03). Enginn munur var á milli glúkósa og súkralósa drykkja vegna sjálfsskýrslna um gæði sætleika (glúkósi: 5.4 ± 2.6. Súkralósi: 5.4 ± 2.6); sætleikastig (glúkósi: 6.8 ± 2.5. súkralósi: 6.2 ± 2.5) og líkleiki sætleikans (glúkósi: 4.7 ± 2.8. súkralósi: 4.8 ± 3.0) og þessar sjálfskýrslur voru ekki undir áhrifum af BMI viðkomandi. Aftur á móti sáum við verulega fylgni á milli kaloríu framkallaðra breytinga eins og þær voru metnar af ΔBP_ND (glúkósa - súkralósi) í ventral striatum (r = 0.68; P_FWE <0.004, P_FDR <0.05, voxels = 131, Mynd 1a) og BMI, þannig að því lægra BMI því meiri sem DA eykst og því hærra BMI, því meiri sem DA minnkar í ventralstriatumi. Samhengið hélst verulegt eftir covaring með mismun á blóðsykursþéttni (glúkósa - súkralósi) (Fig.1b).

Sækja:  

• PPT

  PowerPoint renna

• PNG

  stærri mynd (475KB)

• TIFF

  upprunalega mynd (606KB)

Mynd 1. a: SPM myndir af dopamínbreytingum í heila.

Mikilvægir virkir þyrpingar sýna dópamín (DA) breytingar á kjarna fyrir skuggaefnið glúkósa> inntöku súkralósa (ΔBP_ND). Athugaðu að hækkun á BP_ND endurspegla DA minnkanir (minni samkeppni frá DA fyrir [¹¹C] raklópríð til að binda við D2 / D3 viðtaka) en fækkun á BP_ND endurspegla DA eykst með glúkósa (í samanburði við súkralósa) SPM myndirnar voru settar ofan á T2 vegna MR myndir í sagittal (vinstra efri), kransæðum (hægri efri) og þverskurðar (lægri) skoðanir. Litastikan gefur til kynna t- stigs gildi. b: Fylgni milli BMI og heila DA breytingar. Mismunurinn á aðgengi DRD2 eftir glúkósa og súkralósa neyslu (ΔBP_ND) voru borin saman við BMI (kg / m²). Lægri einstaklingarnir sýndu stærsta DRD2 minnkunina með glúkósa í kjarna accumbens (í samræmi við hækkun á DA) en þyngri einstaklingar sýndu DRD2 hækkun (í samræmi við DA minnkun). ΔBP *: leiðrétt fyrir breytingar á blóðsykursgildum (glúkósa - súkralósa) innan PET kaups (0-60min).

doi: 10.1371 / journal.pone.0101585.g001

DA breytist sem svar við kaloríuminntöku (ΔBP_ND) voru einnig marktækt í tengslum við skora á aðferðum við aðhvarfsmeðferð. Nánar tiltekið, Delta BP_ND í ventral striatum var marktækt fylgni við mælikvarða á átthegðun TEFQ-EI skorna á tálmun (r = 0.52, p <0.02) og hungur (r = 0.6, p <0.006) og GBES stig um ofát (r = 0.61 , p <0.006), þannig að einstaklingar með hærri einkunn vegna disinhibition, skynjun á hungri og ofáti sýndu lækkun hjá DA með kaloríumagn. Hins vegar voru þessar fylgni ekki marktækar eftir að hafa leitað að BMI og kynlífi.

Discussion

Í þessari rannsókn gerði andstæða glúkósa með súkralósa okkur kleift að meta áhrif kalorískrar neyslu á striatal DA merkingu eftir að hafa stjórnað fyrir svörun í tengslum við sælgæti. Thus DA breytingar í ventral striatum frá þessum andstæða endurspegla viðbrögð frá orkuinnihald glúkósa neyslu. Hið gagnstæða mynstur DA svörunar í ventralstriatumi í halla einstaklingum sem sýndu DA eykst í mótsögn við DA minnkun sem kom fram hjá offitu einstaklingum, gæti endurspeglað muninn á væntanlegum og raunverulegum viðbrögðum við kaloríuminntöku þar sem DA-viðbrögð eru undir áhrifum líkindadreifingar [18]. Sérstaklega verðlaun sem er betri en spáð framkallar virkjun DA taugafrumna og laun sem er verri en spáð er að örvun hindrar [19]. Jafnvel þó að blóðsykurþéttni í blóði hafi verið svipuð á milli mjókandi og offitusjúklinga hefði svarið á kaloríuminnihaldi í offituðum einstaklingum leitt til minna en áætlaðrar svörunar sem leiddi til hemlunar á DA-taugafrumum og minnkað losun DA vegna glúkósa. Hins vegar vegna þess að við fengum ekki ráðstafanir um aðgengi D2 / D3 viðtaka án þess að gefa sæðislausn (grunngildi), þá getum við ekki útilokað þann möguleika að óeðlileg svörun í offituefnið sé einnig knúið af óeðlilegri svörun og ekki bara óeðlilegt svar við hitaeiningum.

Hjá músum sem sakna hagnýtar sættir bragðskynjarar súkrósa en ekki tilbúið sætuefni jókst DA í NAc [20], sem er í samræmi við niðurstöður okkar sem sýna DA hækkun á ventralstriatumi sem orsakast af kalorískum inntöku hjá mönnum. Hins vegar kom ekki fram slík svörun hjá offitu einstaklingum sem bentu á truflun á heilanum DA svörun við kaloríuinnihaldi.

Stærri stig á TEFQ disinhibition tengist skertri stjórn á fæðu [21] og hafa verið tengd við verri frammistöðu framkvæmdastjóra [21], [22]. Þau eru einnig í samræmi við fyrri niðurstöður okkar sem sýna veruleg fylgni milli matarhaldsskoðana og striatala DA eykst af völdum matvæla [23], þannig að styðja við tengsl milli minnkaðs striatala DA merkingar og skertrar sjálfsstjórnar [24]. Fylgni hungurs á TFEQ við DA breytingu á NAc við kaloríu gefur frekari vísbendingar um hlutverk DA í hungurskynjun hjá mönnum [25]. Að lokum minnkar tengingin milli minnkunar á DA eftir glúkósa og meiri binge eating skorar minnir á minnkun á örvandi hvötum DA eykst í misnotkun kókaíns, en hegðun einkennist af þvingunar kókaíns inntöku [10], [12], [26]. Þó að það sé freistandi að hvetja DA reward hringrásina í of feitum einstaklingum er þetta ófullnægjandi lýsandi; því að við sáum sérstaklega hitaeininguna á kalorískum neyslu en það er líklegt að þau gætu haft of mikla svörun við útsetningu fyrir matvæli. Það er því líklegra að misræmi milli aukinnar væntingar og minni svörunar við hitaeiningunum, sem neytt er í offitu, gætu kallað til þess að halda áfram að borða til að bæta upp þennan halla.

Acknowledgments

PET rannsóknin var gerð á Brookhaven National Laboratory. Við þökkum J. Rotrosen frá New York University fyrir umfjöllun um efni; D. Schlyer og M. Schueller fyrir cyclotron aðgerðir; D. Warner, D. Alexoff og P. Vaska fyrir PET starfsemi; C. Shea, Y. Xu, L. Muench og P. King fyrir útbúnað og greiningu rafeindatækni, K. Torres til rannsóknarprófunar, og B. Hubbard M. Jayne og P. Carter fyrir umönnun sjúklinga.

Höfundur Framlög

Hannað og hannað tilraunirnar: GJW NDV. Framkvæma tilraunirnar: GJW AC CTW JSF. Greind gögnin: GJW DT JL ES. Stuðlað að skriftir handritsins: GJW NDV.