Wëssenschaftlech Reports 5, Artikelnummer: 10041 (2015)
Doi: 10.1038 / srep10041
AbstrD'Snack Food Kartoffelchips induzéiert d'Nahrungsaufnahme bei ad libitum gefidderte Ratten, wat mat der Modulatioun vum Gehir Belounungssystem an aner Circuits assoziéiert ass. Hei weisen mir datt d'Nahrungsaufnahme bei satiéierte Ratten duerch en optimale Fett / Kohlenhydrat-Verhältnis ausgeléist gëtt. Wéi Kartoffelchips, beaflosst eng isokaloresch Fett / Kohlenhydrat-Mëschung ganz Gehiraktivitéitsmuster vu Ratten, beaflosst Circuiten am Zesummenhang mat der Belounung / Sucht, awer d'Zuel vu moduléierte Beräicher an d'Ausmooss vun der Modulatioun war méi niddereg am Verglach zum Snack Iessen selwer.
Aféierung
Ad libitum Verfügbarkeet vu schmackhafte Liewensmëttel kann zu hedonescher Hyperphagie féieren, dh erhéicht Energiezufuhr an doduerch erhéicht Kierpergewiichtsgewënn wéinst enger Verännerung vum Nahrungsverhalensmuster1. Fir d'Nahrungsaufnahme iwwer Sattheet ausléisen, musse Faktoren involvéiert sinn, déi den homeostateschen Energiebalance a Sättigkeit iwwer verschidde Signalweeër vun engem net-homeostatesche Belounungssystem iwwerschreiden.2. Wéi virdru gewisen, moduléiert d'Intake vun de Snack-Iessen Kartoffelchips staark d'Aktivitéit am Gehir Belounungssystem bei ad libitum gefidderte Ratten. Zousätzlech féiert et zu wesentlech ënnerschiddlech Aktivatioun vu Gehirregiounen, déi d'Nahrungsaufnahme reguléieren, Sattheet, Schlof a Lokomotoraktivitéit.3. Verhalensstudien bestätegt datt d'Energieopnahm an d'Ernährungsbezunnen Lokomotoraktivitéit erhéicht goufen wann Kartoffelchips verfügbar waren3. Och wann d'neurobiologesch Reguléierung vun der Nahrungsaufnahme vill méi komplex ass wéi d'Reguléierung vun der Drogenofhängeger, sinn e puer opfälleg Iwwerlappunge vun neurophysiologesche Mechanismen, Gehiraktivéierungsmuster a Verhalenskonsequenze kontrovers diskutéiert ginn.4,5,6,7. Déi involvéiert Gehirkreesser gëtt staark aktivéiert duerch d'Nahrungsaufnahme no der Restriktioun, awer och duerch d'Aufnahme vun héich schmackhafte Liewensmëttel besonnesch8,9,10. Am Allgemengen, héich schmaacht Iessen ass héich-kaloresch an / oder räich u Fette an / oder Kuelenhydrater. Also ass et hypothetiséiert ginn datt d'Energiedicht vum Liewensmëttel den entscheedende Faktor kann sinn, deen d'Liewensmëttelaufnahme iwwer d'Sättigkeit ausléist, wat zu erhéitem Gewiicht resultéiert a schliisslech zu Adipositas11,12.
Eng rezent Verhalensstudie huet verroden datt Fette a Kuelenhydrater déi wichtegst molekulare Determinanten vun der Geschmackegkeet vu Snackfood sinn13. Ausserdeem gëtt den Energiegehalt vu Gromperechips haaptsächlech (94%) vum Fett- a Kohlenhydratgehalt bestëmmt. Dofir kann et ugeholl ginn datt den Energiegehalt d'Treibkraaft vun der hedonescher Hyperphagie ass am Fall vu Gromperechips. Dofir hu mir Verhalenspräferenz Tester gemaach fir d'Intake vu Liewensmëttel mat verschiddene Fett / Kohlenhydratgehalt z'ënnersichen a magnetesch Resonanzbildung (MRI) Miessunge gemaach fir d'Modulatioun vun der ganzer Gehiraktivitéit ze ënnersichen, déi a Ratten induzéiert ass.
Resultater a Diskussioun
Fir Präferenz Tester gouf pulveriséierte Standard Chow (STD) zu all Test Iessen (1: 1) bäigefüügt fir den Afloss vun organoleptesch Eegeschaften auszeschléissen (Figur 1a)13. Et war virdru gewisen datt d'Uerdnung an d'Dauer vun den Testepisoden net d'Resultat beaflosst13. Am Ufank ass d'relativ Intake eropgaang mat der Erhéijung vum Fett an dofir den Energiegehalt vun den Test-Liewensmëttel mat engem Maximum bei enger Zesummesetzung vun 35% Fett a 45% Kuelenhydrater. Méi héich Fettgehalt huet awer zu enger Ofsenkung vun der Nahrungsaufnahme gefouert (Figur 1a). Well Fett méi héich Energiedicht wéi Kuelenhydrater huet, weisen dës Erkenntnisser datt den Energiegehalt net den eenzegen Determinant vun der Nahrungsaufnahme bei net entzunnen Ratten ass. Bemierkenswäert ass de mëttlere Fett / Kohlenhydrat-Verhältnis vun den attraktivsten Test-Liewensmëttel bal genee mat der Zesummesetzung vu Kartoffelchips (Figur 1a). Et bleift ze ënnersichen, ob déi uewe genannte Conclusioun op aner Liewensmëttelprodukter mat engem ähnleche Fett / Kohlenhydrat-Verhältnis wéi Schockela oder aner Snack-Iessen verlängert ka ginn.
Figur 1: (a) Aktivitéit vun Test Liewensmëttel mat verschiddene Fett / Kohlenhydrat Verhältnisser fir zousätzlech Nahrungsaufnahme während kuerzfristeg Test Liewensmëttel Presentatioun ze induzéieren (10 Minutten) an zwee-choix Preferenz Tester.
Differenzen an der Energiezufuhr pro Test Liewensmëttel am Verglach zu der Referenz (17.5% Fett, 32.5% Kuelenhydrater a 50% STD) ginn als relative Bäitrag vun der jeweileger Testiessen zur Gesamtaufnahme vun Test- a Referenznahrung ugewisen (Moyenne ± SD). Drënner gëtt d'Zesummesetzung vun Test-Liewensmëttel gewisen an déi attraktivst mëttel Zesummesetzung gëtt mat der Zesummesetzung vu Kartoffelchips verglach. (b) Energieaufnahme a jeeweileg Ernährungsbezunnen Lokomotoraktivitéit während Phasen vu 7 Deeg kontinuéierlecher Test Nahrungspräsentatioun. Béid Faktore ginn an hirer Ofhängegkeet vun den Test-Liewensmëttel gewisen [Standard Chow (STD) oder eng Mëschung aus 35% Fett a 65% Kuelenhydrater (FCH)] an der Trainingsphase (TP) an der Manganphase (MnP) während der 12/ 12 h Liicht/däischter Zyklen iwwer 7 Deeg. D'Donnéeë weisen d'Moyenne ± SD vu 16 Déieren a 4 Käfeg op 7 Deeg hannereneen. Zousätzlech ginn entspriechend statistesch Donnéeën opgelëscht (**p <0.01, ***p <0.001, ns = net bedeitend).
Mir hu viru kuerzem gewisen datt de Konsum vu Kartoffelchips bei ad libitum gefidderte Ratten déi ganz Gehiraktivitéit staark moduléiert, haaptsächlech beaflosst de Belounungskreeslaf a Systemer am Zesummenhang mat der Nahrungsaufnahme, Schlof a Lokomotoraktivitéit.3. Dofir huet déi heiteg Etude den Impakt vum Fett / Kohlenhydrat-Verhältnis vun der Testiessen op dës Modulatiounen ënnersicht. Fir dësen Zweck goufen ad libitum gefidderte Ratten un engem Testfudder ausgesat mat 35% Fett a 65% Kuelenhydrater (FCH) als bal isocaloric (565 vs. 535 kcal / 100 g) Modell fir Gromper Chips. Eng Kontrollgrupp krut amplaz pulveriséierte STD. Duerno goufen d'Verännerungen am ganze Gehiraktivitéitsmuster während der Ernierungsphase duerch Mangan-verstäerkte Magnéitresonanz Imaging (MEMRI) opgeholl.14,15 wéi virdrun beschriwwen3. No der Etude Design gewisen an Fig. 1b, eng Trainingsphase (TP), déi d'Test-Liewensmëttel ad libitum ubitt, gefollegt vun enger Zwëschenphase ouni Test-Iessen (siwen Deeg all). Virun der MEMRI Messung gouf de Kontrastmëttel Manganchlorid duerch dorsal subkutan implantéiert osmotesch Pompelen verwalt fir déi integréiert Gehiraktivitéit während de folgende siwen Deeg ze kartéieren. Wärend dëser Manganphase (MnP) haten d'Ratten den Zougang zu hirem scho bekannte Testfudder erëmgewielt. Standard Pellet Chow a Krunnewaasser waren ad libitum duerch déi ganz Studie verfügbar (Fig. 1b). This test setup compared energy intake as well as whole brain activity pattern of both groups and resulted in significantly elevated energy intake in the FCH group during TP and MnP in the light as well as in the dark cycle of the day compared to the control (Fig. 1b). Zousätzlech gouf d'Lokomotoraktivitéit vun eenzele Ratten no bei de Liewensmëttelspender gezielt. Am Géigesaz zu anere Lokomotorassays, sou wéi den Open Field Test, deen allgemeng Lokomotoraktivitéit a Besuergnëss moosst, reflektéiert d'Ernährungsbezunnen Lokomotoraktivitéit, déi an der heiteger Studie bewäert gouf, éischter d'Nahrungssich Verhalen. D'Fütterungsbezunnen Lokomotoraktivitéit war awer nëmme liicht erhéicht wann FCH verfügbar war anstatt pulveriséierter STD wärend dem donkelen Zyklus vun TP (duerchschnëttlech Lokomotoraktivitéit [zielt] STD 205 ± 46, FCH 230 ± 41, n = 4, p = 0.0633 ) a MnP (duerchschnëttlech Lokomotoraktivitéit [zielt] STD 155 ± 24, FCH 164 ± 17, n = 4, p = 0.2123) (Fig. 1b). Am Géigesaz huet den Zougang zu Kartoffelchips zu enger vill méi héijer Ernährungsbezunnen Lokomotoraktivitéit am Verglach mat der selwechter STD Kontrollgruppe während dem donkelen Zyklus gefouert3, wat bedeitend war souwuel am TP (duerchschnëttlech Lokomotoraktivitéit [zielt] STD 205 ± 46, Kartoffelchips 290 ± 52, n = 4, p <0.001) an an MnP (mëttlere Lokomotoraktivitéit [zielt] STD 155 ± 24, Kartoffelchips 197 ± 29, n = 4, p = 0.0011). Also kann et ofgeschloss ginn datt de Fett / Kohlenhydrat-Verhältnis d'Geschmackbarkeet vu Kartoffelchips bestëmmt, awer datt d'Fütterungsverhalen och vun anere Komponenten am Snack-Iessen beaflosst gëtt. Et bleift awer spekulativ wann dës Differenzen sech op "wëllen" a "gär" Aspekter vun der Nahrungsaufnahme bezéien16.
Ganz Gehiraktivitéit Iwwerwaachung vu MEMRI huet bedeitend Differenzen an der Aktivatioun vu Gehirngebidder duerch d'Intake vu FCH am Verglach zu STD (Fig. 2a, b, Figebam. 3, éischt Kolonn, Table 1). Déi aktuell Resultater goufen am Verglach mat fréiere MEMRI Analysen vun der Modulatioun vum Gehiraktivitéitsmuster während der Intake vu Kartoffelchips vs STD ënner deene selwechte Konditiounen verglach.3. Déi fréier Donnéeën sinn an der zweeter Kolonn vun opgezielt Figuren. 2 an 3. Och wann FCH en ähnlecht Fett / Kohlenhydrat-Verhältnis a bal identesch Energiedicht am Verglach mat Gromperchips hat, huet FCH eng vill méi kleng Zuel (33) vu Gehirnberäicher wesentlech anescht wéi STD aktivéiert wéi Kartoffelchips (78 Beräicher, Figebam. 2). Effekter goufen an de funktionnelle Gruppen am Zesummenhang mat Belounung a Sucht festgestallt (Figur 3a), Nahrungsaufnahme (Fig. 3b), schlofen (Fig. 3c), a Lokomotoresch Aktivitéit (Abb. 3d). Figure 2b weist en Iwwerbléck vun all wesentlech ënnerschiddlech aktivéiert Gehirgebidder, déi d'Effekter vu FCH a Kartoffelchips vergläicht, respektiv mat deenen vun STD. Zousätzlech ënnerscheet sech d'fraktionell Ännerung vun der Aktivatioun, dh d'Mangan-Aufnahme, déi neuronal Aktivitéit reflektéiert, entscheedend wat de Konsum vu FCH vs STD vergläicht mat Gromperchips vs STD (Figebam. 3, drëtt Kolonn). Den Nucleus accumbens gëtt als Haaptstruktur vum Belounungssystem ugesinn17. De Verbrauch vu FCH huet zu enger wesentlech 7.8-fach erhéicht Aktivatioun an enger vun de véier Ënnerstrukturen, der Kärsubregioun vun der lénkser Hemisphär, gefouert. D'Erhéijung vun de Shell-Ënnerregiounen wéi och an der Kär-Ënnerregioun vun der rietser Hemisphär war net bedeitend (Figur 3a). D'Aufnahme vu Kartoffelchips ënner ähnleche Bedéngungen huet och zu der héchster Aktivatioun vu wäitem vun der lénker Kärsubregioun vum Nukleus accumbens gefouert. Am Verglach zum FCH war den Aktivéierungsniveau an dëser Ënnerstruktur awer nach zweemol méi héich. Am Géigesaz zum FCH goufen déi dräi aner Ënnerstrukturen och wesentlech aktivéiert am Verglach mat der Kontroll (Figur 3a). Also kann et ofgeschloss ginn datt FCH Belounungssystemer am Gehir aktivéiert, awer mat klengen Effekt wéi Kartoffelchips. Dës Conclusioun gëtt och duerch aner Strukture vum Belounungs-/Suchtsystem reflektéiert, déi wesentlech aktivéiert goufen duerch d'Aufnahme vu Kartoffelchips a FCH, wéi zum Beispill de Bettkär vun stria terminalis (lénks Hemisphär)17,18, der dorsal subiculum19oder de prelimbesche Cortex (riets a lénks Hemisphär)20. Aner Gehirnstrukturen, am Géigesaz, waren net wesentlech vun der Intake vum FCH beaflosst, och wa se wichteg Komponente vun de Belounungskreesser sinn a kloer moduléiert goufen duerch d'Aufnahme vu Kartoffelchips, wéi zum Beispill de ventralen Pallidum, de ventralen tegmentale Beräich, oder der caudate putamen (Table 1)3.
Figur 2: (a) Bedeitend anescht aktivéiert Gehirgebidder (Mëschung aus 35% Fett / 65% Kohlenhydrat (FCH) vs Standard Chow (STD) a Gromperechips vs STD3) by a voxel-based morphometric analysis exemplified for three slices displayed in the average rat brain surface.
Duerchschnëttsdaten vun der Liewensmëttelgrupp Fett / Kohlenhydrat (FCH, lénks Kolonn) gi verglach mat Verännerungen am Gehiraktivitéitsmuster induzéiert vu Kartoffelchips ënner de selwechte Bedéngungen (iwwerpréift vum Hoch) et al. 20133, riets Kolonn). (b) 3D Verdeelung vu wesentlech anescht aktivéiert Gehirgebidder, déi an axial a sagittal Vue ugewise ginn (35% Fett / 65% Kuelenhydrater Test Liewensmëttel FCH vs STD, lénks Kolonn, a Gromper Chips vs STD, riets Kolonn, iwwerpréift vun Hoch et al. 20133). Blo Kugel symboliséieren Gehir Beräicher mat nidderegen, rout Kugel Gehir Regiounen mat méi Aktivitéit no der Intake vun der jeeweileg Test Liewensmëttel FCH oder Gromper Chips3, all Verglach mat STD. D'Gréisst vun de Kugel symboliséiert Bedeitungsniveauen (kleng: p ≤ 0.05, mëttel: p ≤ 0.01, grouss: p ≤ 0.001, n = 16).
Figur 3: Gehirregiounen, déi zu de funktionnelle Gruppen zougewisen sinn (a) "Belounung a Sucht", (b) "Nahrungsaufnahme", (c) "Schlof", an (d) "Lokomotoraktivitéit" op enger schematescher sagittaler Vue vun der Rat Gehir mat wesentlech ënnerschiddlechen (p <0.05) Manganakkumulatioun a Gehirnstrukturen vun ad libitum gefidderte Ratten mat zousätzlechem Zougang zu 35% Fett / 65% Kohlenhydrat Testfudder (FCH, éischt Kolonn) oder de Snackfood Kartoffelchips (iwwerpréift vum Hoch) et al. 20133, zweeter Kolonn).
Roude Rechtecker symboliséieren Gehirregiounen wesentlech aktivéiert vun de Snack-Iessen Kartoffelchips oder FCH, souwuel vs pulveriséierte Standard Chow (STD), blo Rechtecker jeeweileg Gehirregiounen mat méi héijer Aktivitéit wéinst der Intake vu pulveriséierte STD vs. Snack Food Kartoffelchips oder FCH. Dräiecke verbonne mat de Rechtecker lénks an / oder riets weisen d'Hallefkugel vu wesentlechen Differenzen un. Rechtecker ouni Dräieck representéieren zentrale Gehirstrukturen. Déi drëtt Kolonn weist d'fractional Ännerung vu Snack Iessen a FCH, respektiv, vs STD (***p <0.001, **p <0.01, *p <0.05, n = 16). Acb Kär: Kärregioun vum Nukleus accumbens; Acb Schuel: Shellregioun vum Nucleus accumbens, Arc: arcuate hypothalamic nucleus, BNST: Bett nucleus of stria terminalis, CgCx: cingulate cortex, CPu: caudate putamen (stratium), DS: dorsal subiculum, Gi: gigantocellular ventral nucleus, GPV: pallidum, HyDM: dorsomedial Hypothalamus, HyL: lateral Hypothalamus, IlCx: infralimbesch Cortex, InsCx: Insular Cortex, IP: interpeduncular nucleus, LPBN: lateral parabrachial nucleus, LPGi: lateral paragigantocellular nucleus, LRt: laterale paragigantocellular nucleus, LRt: laterale paragigantocelluläre Cortex, LRt: primäre Cortex Cortex. , MCx1: sekundär motoresch Cortex, OrbCx: orbital cortex, PCRt: parvicellular reticular nucleus, PnO: pontine reticular nucleus oral, PrlCx: prelimbic cortex, PTA: pretectal area, PVN: paraventricular thalamic nucleus anterior, nucleus septhem: nucleus sec , Sol: solitär Tract, Teg: tegmental Käre, thMD: mediodorsal thalamesch, VS: ventral subiculum, VTA: ventral tegmental Beräich, ZI: zona incerta.
Table 1: Z-Scores vu wesentlech ënnerschiddlech aktivéierte Gehirergebidder, déi Ratten vergläicht mat Zougang entweder zum Standard Chow oder zu enger Mëschung aus Fett a Kuelenhydrater an déi jeweileg p-Wäerter vun t-Statistiken, n = 16.
Ähnlech Conclusiounen kënnen aus der Analyse vu Gehirkreesser gezunn ginn, déi mat der Nahrungsaufnahme verbonne sinn. Zum Beispill, den dorsomedialen Hypothalamus, de Septum wéi och de paraventrikuläre Thalamesche Kär, déi während der Intake vu FCH a Kartoffelchips aktivéiert goufen, kënne mat der Kontroll vun der Nahrungsaufnahme verbonne sinn.21,22. Awer erëm huet de FCH net fäerdeg bruecht aner Strukture vun de Sättigungskreesser ze moduléieren, déi duerch Kartoffelchips deaktivéiert goufen, wéi zum Beispill den arcuate hypothalamesche Kär oder den Solitärtrakt. Zousätzlech war d'Intensitéit vun der Aktivatioun méi niddereg duerch FCH wéi vu Kartoffelchips, wat sech zum Beispill duerch eng 2.3-fache wesentlech méi héich Aktivatioun vum paraventrikuläre thalamesche Kär anterior reflektéiert huet (Fig. 3b). Dës Donnéeë suggeréieren datt FCH Gehirstrukturen am Zesummenhang mat der Nahrungsaufnahme moduléiert anescht wéi STD, en Effekt dee reflektéiert ka ginn duerch déi méi héich Energiezufuhr duerch FCH (Fig. 1b).
D'Intake vum FCH huet och zu enger staarker Deaktivéierung vu Gehirnstrukturen verbonne mam Schlof gefouert. E puer Gehirgebidder goufen nëmme vum FCH desaktivéiert wéi d'Zona incerta (Fig. 3c), woubäi aner Beräicher nëmme vu Gromperechips deaktivéiert goufen, wéi zum Beispill d'Tegmentkäre. Och wann aacht Schlof-Zesummenhang Strukturen duerch FCH moduléiert goufen an eelef duerch Kartoffelchips, schéngt den Effet vu béiden Test-Liewensmëttel an engem ähnleche Beräich ze sinn. Well dëst Resultat net erwaart gouf, gouf d'Dauer vum Schlof net an der aktueller Studie gemooss, sou datt et net kloer ass, ob d'FCH-induzéiert Modulatioun vu Schlofkreesser mat enger Modulatioun vum Schlofverhalen korreléiert.
Gehirregiounen verantwortlech fir Lokomotoraktivitéit a Bewegung am Allgemengen waren net wesentlech beaflosst vun der Intake vu FCH am Verglach zu STD (Abb. 3d, éischt Kolonn). Dëst ass gläichzäiteg mat de Verhalensobservatiounen datt FCH nëmmen e liicht, awer net bedeitend méi héich Liewensmëttelverbonne Lokomotoraktivitéit am Verglach zu STD induzéiert huet.Fig. 1b). Am Géigesaz gouf et gewisen datt d'Aktivatioun vun de Strukturen vum Motorsystem an de Gehirer vu Ratten mat Zougang zu Kartoffelchips begleet vun enger erhöhter Ernärungs-Zesummenhang Lokomotoraktivitéit.3.
Et ass net ganz kloer ob dat observéiert Aktivéierungsmuster mat hedonescher Hyperphagie verbonnen ass. Am Géigesaz zu der homeostatescher Nahrungsaufnahm, déi vum Energieniveau vum Organismus kontrolléiert gëtt, gëtt hedonesch Nahrungsaufnahme vermëttelt duerch d'Belounung, déi duerch e puer Liewensmëttel generéiert gëtt.23. Well hedonesch Nahrungsaufnahme net staark mat den Energiebedürfnisser verbonnen ass, féiert et dacks zu Hyperphagie. Modeller goufen entwéckelt déi neural Korrelate vun hedonescher Hyperphagie beschreiwen. Berthoud, zum Beispill, suggeréiert datt homeostatesch Nahrungsaufnahme mat leptin-empfindleche Circuiten verbonne sinn, déi haaptsächlech den arcuate Kär an de Kär vum Solitärtrakt enthalen, awer och eng breet Palette vun anere Beräicher involvéieren, dorënner hypothalamesch Siten, wéi zum Beispill de paraventrikuläre Kär oder den nucleus accumbens23,24. Dës homeostatesch Reguléierung vun der Nahrungsaufnahme kann awer duerch Belounungssignaler wéi Komponente vu gär a Wëllen iwwerwältegt ginn25. Liking of food was related to mu-opioid signalling in the nucleus accumbens, ventral pallidum, parabrachial nucleus and the nucleus of the solitary tract24, Wärend de Wonsch vu Liewensmëttel mam Dopaminsystem am ventralen Tegmentalgebitt, Nukleus accumbens, prefrontal Cortex, Amygdala an Hypothalamus verbonnen ass. De Kenny huet zousätzlech de Bäitrag vun der isoléierter Cortex betount, deen Informatioun iwwer déi hedonesch Eegeschafte vu Liewensmëttel späichere soll an och mat Verlaangen verbonne ka sinn.10. Am Géigesaz zum Gehirnaktivéierungsmuster verbonne mat der Potato-Chip-Intake, nëmmen e puer vun dëse Beräicher verbonne mat hedonescher Hyperphagie waren tatsächlech beaflosst vun der FCH-Intake. Dofir sinn erweidert Verhalensexperimenter erfuerderlech fir z'ënnersichen ob d'Präferenz vum FCH tatsächlech vun Hyperphagie begleet ass.
Bis haut ass et net kloer wéi eng molekulare Komponente vu Kartoffelchips verantwortlech sinn fir déi méi staark Gehirmodulatiounseffekter vun dësem Testiessen. Zënter datt e gesalzent, awer ongesonde Produkt ouni Aromaverstärker Zousatz benotzt gouf, waren Salz, Aroma a kleng Quantitéiten u Proteine präsent nieft den Haaptkomponenten Fett a Kuelenhydrater. Ausserdeem musse molekulare Verännerungen, déi während der Veraarbechtung optrieden, berücksichtegt ginn. Et gouf virdru gewisen datt de Goût vu Salz induzéiert Fos Ausdrock am Nukleus accumbens vu Salz entzunnen Ratten. D'Aufnahme vu Salz an net entschäerften Déieren, am Géigesaz, huet net zu enger Aktivatioun vun dëser Struktur vum Belounungssystem gefouert26. Ausserdeem gouf gemellt datt d'Intake vu Salz a feste Liewensmëttel éischter en aversiven Effekt bei Ratten huet27. Dofir schéngt et net wahrscheinlech datt Salz en Haaptmodulator vum Gehirbelounungssystem an den haitegen Experimenter war. De virdru agefouerten Zwee-Choice Präferenztest kann elo déngen fir den Afloss vun anere Kartoffelchipskomponenten op d'Nahrungsaufnahme weider z'ënnersichen.
Mir schléissen aus eise Verhalensdaten datt d'Verhältnis vu Fett a Kuelenhydrater, awer net déi absolut Energiedicht, den Haaptdeterminant vun der Geschmaach an d'Intake vu Snack Iessen während kuerzfristeg Zwee-Wiel Präferenz Tester bei Ratten ass. Ausserdeem huet d'Aufnahme vun der FCH-Mëschung, déi bal isokaloresch fir Kartoffelchips ass, déi maximal Energiezufuhr an ad libitum gefidderte Ratten induzéiert, wat mat wesentlech ënnerschiddlecher Aktivatioun vu Gehirnstrukturen am Zesummenhang mat Belounung, Nahrungsaufnahme a Schlof begleet gouf. D'Intake vu Kartoffelchips ënner de selwechte Konditiounen huet zu enger vill méi grousser Zuel vun ënnerschiddlech aktivéierten Gehirstrukturen an dëse Circuiten gefouert an och zu enger kloer méi héije Fraktiounsännerung am Verglach zum STD. Also, aus der Imaging Approche, kann et ofgeschloss ginn datt d'Energiedicht eleng nëmmen e moderate Determinant vun de belountende Eegeschafte vu Snack Iessen ass. Och wann d'Verhältnis vu Fett a Kuelenhydrater vu Kartoffelchips héich attraktiv schéngt, kann et hypothetiséiert ginn datt aner molekulare Determinanten an dësem Snack Iessen existéieren, déi d'Aktivitéit vu Gehirkreesser moduléieren, besonnesch de Belounungssystem, nach méi staark a féieren zu méi Liewensmëttel sichen Verhalen.
Methoden
Etikettestellung
Dës Studie gouf strikt am Aklang mat den Empfehlungen vum Guide fir d'Betreiung an d'Benotzung vu Laboratoire vun den National Instituter vun der Gesondheet duerchgefouert. De Protokoll gouf vum Comité fir Ethik vun Déierexperimenter vun der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (Regierung Mittelfranken, Erlaabnesnummer: 54-2532.1-28/12) guttgeheescht.
Preferenz Test
Präferenz Tester goufen duerchgefouert wéi virdru beschriwwen dräimol am Dag während dem Liichtzyklus fir 10 Minutten all mat 20-36 Wiederholungen am Ganzen pro Test Iessen géint d'Referenz13. Dësen Testplang gëtt genuch Datepunkte fir d'Evaluatioun vun enger Liewensmëttelpräferenz. D'Tester goufen mat 8 männleche Wistar Ratten (2 Käfeg mat jee 4 Déieren, 571 ± 41 g, kaaft vum Charles River, Sulzfeld, Däitschland) duerchgefouert a reproduzéiert mat 10 männleche Sprague Dawley Ratten (2 Käfeg mat jee 5 Déieren, initial Gewiicht 543) ± 71 g, kaaft vum Charles River, Sulzfeld, Däitschland), dee fir den Test trainéiert gouf. Also war d'Zuel vun den Déieren déi all Test gemaach hunn 18 an d'Zuel vun de Käfeg 4 (véier biologesch Replikate). All Experiment gouf 5-6 Mol mat all Déiergrupp widderholl. All Ratten goufen an engem 12/12 h Däischter / Liicht Zyklus gehal. D'Ratten haten Zougang zu Standard Chow Pellets (Altromin 1324, Lage, Däitschland, 4 g/100 g Fett (F), 52.5 g/100 g Kuelenhydrater (CH), 19 g/100 g Protein (P)) zousätzlech zu der Liewensmëttel testen a Waasser ad libitum duerch d'ganz Studie ze drénken. Test Liewensmëttel mat verschiddene Verhältnisser vun F (Sonneblummenueleg, aus engem lokale Supermarché kaaft) a CH (Maltodextrin, Dextrin 15 aus Maisstärke, Fluka, Däitschland), gemëscht mat 50% pulveriséierter STD goufen benotzt fir déi jeweileg Aktivitéit ze vergläichen fir d'Nahrungsaufnahme ze induzéieren . Powdered STD gouf bäigefüügt fir textural a sensoresch Afloss op de Konsum ze minimiséieren. Als Referenz Liewensmëttel fir all Verhalenspräferenz Tester, gouf eng Mëschung aus 50% pulveriséierte STD, 17.5% F, an 32.5% CH benotzt, déi eng héich ähnlech F / CH Zesummesetzung huet wéi 50% Kartoffelchips an STD a gouf als eng Modell fir 50% Gromper Chips an STD virun13. Zousätzlech hu mir Liewensmëttel getest, déi aus 50% pulveriséierter STD besteet mat den Ergänzunge vun de folgende Mëschunge vu F a CH (%F/%CH): 5/45, 10/40, 17.5/32.5, 25/25, 30/20, 35/15, 40/10, 45/5, an 50/0. Bedenkt d'Zesummesetzung vun 50% STD, d'Referenz Liewensmëttel enthalen am Ganzen (%F /%CH) 20/59, déi aner Test Liewensmëttel 7/71, 12/66, 20/59, 27/51, 32/46, 37 /41, 42/36, 47/31, an 52/26. D'Inhalter vun all anere Komponente vu pulveriséierter STD wéi Protein (9%), Faser (3%) oder Mineralstoffer (Asche, 3.5%) waren konstant an all Tester Liewensmëttel.
D'Energieopnahm ofhängeg vum jeweilegen Test-Iessen gouf berechent duerch Multiplikatioun vun der ingested Betrag vum Test-Liewensmëttel mat sengem jeweilegen Energiegehalt. De relativen Bäitrag vun engem Test Iessen op d'Zomm vun ingested Test Liewensmëttel a Referenz war berechent vun der Quantitéit vun der jeeweileg Test Liewensmëttel vun der Gesamtaufnahme vun Test Liewensmëttel a Referenz berechent.
Opzeechnung vun de Verhalensdaten fir Energieaufnahme a Ernährungsbezunnen Lokomotoraktivitéit
Verhalensdaten goufen opgeholl wéi virdru beschriwwen3. Kuerz gesot, Test Nahrungsaufnahme gouf op enger deeglecher Basis gemooss an d'Energieopnahm gouf berechent duerch Multiplikatioun vun der Mass vum ingesteden Testiessen mam jeweilegen Energiegehalt. D'Fütterungsbezunnen Lokomotoraktivitéit gouf iwwer Webcam Biller quantifizéiert, déi all 10 Sekonnen vun iwwer dem Käfeg gemaach goufen. Ee Grof gouf definéiert als "eng Rat weist d'Lokomotoraktivitéit no bei engem Nahrungsspender". Fir statistesch Evaluatioun Student T-Tester (zwee-tailed) goufen duerch de Moyenne Wäert (Energieopnahm oder fidderen-verbonne Lokomotoraktivitéit) während 7 Deeg (TP oder MnP) pro Käfeg (n = 4 Käfeg, mat 16 Ratten am Ganzen an all Grupp).
Opname vum ganze Gehiraktivitéitsmuster vum MEMRI
Männlech Wistar Ratten (initial Gewiicht 261 ± 19 g, kaaft vum Charles River, Sulzfeld, Däitschland) an engem 12/12 h donkel / Liicht Zyklus gehal goufen zoufälleg an zwou Gruppen opgedeelt. Béid Gruppen haten ad libitum Zougang zu Standard Chow Pellets (Altromin 1324, Altromin, Lage, Däitschland) iwwer de ganze Laf vun der Studie.
Eng Grupp (n = 16, initial Kierpergewiicht 256 ± 21 g) krut pulveriséiert STD (Altromin 1321) an déi aner Grupp (n = 16, initial Kierpergewiicht 266 ± 16 g) krut eng Mëschung aus 35% F (Sonneblummenueleg, aus engem lokale Supermarché kaaft) a 65% CH (Maltodextrin, Dextrin 15 aus Maisstärke, Fluka, Taufkirchen, Däitschland) zousätzlech zu de Standard Chow Pellets. Déi aktuell Etude gouf parallel zu der virdru publizéierter Etude iwwer Kartoffelchips gemaach3, sou datt déiselwecht Kontrollgruppe benotzt ka ginn fir maximal Vergläichbarkeet vun den Datesätz z'erméiglechen.
MEMRI (op engem 4.7 T Bruker MRI mat enger optimiséierter modifizéierter ugedriwwener Gläichgewiicht Fourier Transform (MDEFT) Sequenz) gouf benotzt fir d'Gehiraktivéierung mat enger feiner Opléisung vun 109 × 109 × 440 μm ze kartéieren (fir Detailer kuckt Hoch et al. 20133). Well d'Sensibilitéit vu MEMRI méi niddereg ass am Verglach mat de Präferenztester, goufen d'Testnahrungsmëttel fir eng méi laang Zäit presentéiert. Opzeechnunge erfuerderen relativ héich Konzentratioune vum potenziell gëftege Kontrastmëttel Mangan, wat d'Gehir nëmmen e puer Stonnen no der Uwendung erreecht. Fir negativ Nebenwirkungen op Basisphysiologie a Verhalen vun den Déieren ze vermeiden wéinst der Injektioun vun der Manganchlorid Léisung an Dosen genuch fir MEMRI Messung, osmotesch Pompelen zerwéiert fir déi sanft, awer éischter Zäitopwänneg kontinuéierlech Uwendung vun net-gëftege Quantitéiten vu Mangan , déi an den aktivéierten Gehirngebidder während dem ganzen Zäitverlaf vun der 7-Deeg Nahrungstestphase accumuléiert sinn28. Studiedesign, Virbereedung vun den osmotesche Pompelen, Parameter fir MRI Miessunge, Datenveraarbechtung souwéi d'Opnam vun der Nahrungsaufnahme an der Ernärungsbezunnen Lokomotoraktivitéit gouf virdru beschriwwen3. Déi ursprénglech MRI gro Wäerter vum segmentéierte Gehir pro Déier goufen duerch en net steife Registréierungs Workflow registréiert3. Baséierend op dësen registréierten Datesätz gouf eng voxel-baséiert morphometresch Analyse gemaach an déi resultéierend statistesch Parametere goufen visualiséiert. Z-Score baséiert Student T-Tester goufen ausgefouert fir bedeitend Differenzen an der Gehiraktivéierung z'entdecken. Fir 3D Visualiséierung vun der Verdeelung vun de wesentlech ënnerschiddlech aktivéierte Gehirstrukturen, hu mir all Gehirstruktur als Kugel am Schwéierpunkt vertrueden. D'Koordinate goufen aus engem 3D digitale Gehiratlas ofgeleet. De Radius vun all Kugel gouf benotzt fir säi Bedeitungsniveau ze codéieren an d'Intensitéit Shading codéiert den Aktivitéitsënnerscheed op STD.
zousätzlech Informatiounen
Wéi fannt Dir dësen Artikel: Hoch, T. et al. Fett / Kuelenhydrater Verhältnis awer net Energie Dicht bestëmmt Snack Nahrungsaufnahme an aktivéiert Gehir Belounung Beräicher. Sci. Rep. 5, 10041; Doi: 10.1038 / srep10041 (2015).
Referenze
- 1.
La Fleur SE, Luijendijk MCM, van der Zwaal EM, Brans MAD & Adan RAH D'Snacking Rat als Modell vu mënschlecher Adipositas: Auswierkunge vun enger fräier Wiel High-Fett High-Zocker Diät op Mielmuster. Int. J. Obes. 38, 643-649 (2014).
· 2.
Berthoud, H.-R. Homeostatesch an net-homeostatesch Weeër involvéiert an der Kontroll vun der Nahrungsaufnahme an der Energiebalance. Obesitéit. 14 S8, 197S–200S (2006).
· 3.
Hoch T, Kreitz S, Gaffling S, Pischetsrieder M, Hess A. Mangan-verstäerkt Magnéitesch Resonanz Imaging fir Kartéierung vu ganz Gehiraktivitéitsmuster verbonne mat der Intake vu Snack Iessen an ad libitum gefidderte Ratten. PLoS ONE. 8, e55354; 10.1371/journal.pone.0055354 (2013).
· 4.
Volkow, ND & Wise, RA Wéi kënne Medikamenterienten eis hëllefen ob Nat. Neurosci. 8, 555-560 (2005).
· 5.
Berthoud, H.-R. Metabolesch an hedonesch Fuerderungen an der neuraler Kontroll vum Appetit: wien ass de Chef? Curr. Opin. Neurobiol. 21, 888-896 (2011).
· 6.
Gearhardt AN, Grilo CM, DiLeone RJ, Brownell KD, Potenza MN Kann Iessenspiller sinn? D'Gesondheet an d'Politik Implikatiounen. Sucht. 106, 1208-1212 (2011).
· 7.
Hebebrand, J. et al. "Eier Sucht", anstatt "Nuddelenofhängegkeet", fënnt besser e Suchtfaktor wéi Essen. Neurosci. Biobehav. Rev. 47, 295-306 (2014).
· 8.
Epstein, DH & Shaham, Y. Cheesecake iessen Ratten an d'Fro vun der Liewensmëttelbetreiung. Nat. Neurosci. 13, 529-531 (2010).
· 9.
DiLeone RJ, Taylor JR, Picciotto MR De Drive fir ze iessen: Vergläicher an Ënnerscheeder tëscht Mechanismen vu Liewensmëttelbelounung an Drogenofhängeger. Nat. Neurosci. 15, 1330-1335 (2012).
· 10.
Kenny, PJ Gemeinseg Cellulaire a molekulare Mechanismen an der Adipositas an der Drogenabhängegkeet. Nat. Rev. Neurosci. 12, 638-651 (2011).
· 11.
Rolls, BJ & Bell, EA D'Intake vu Fett a Kuelenhydrater: Roll vun der Energiedicht. EUR. J. Klin. Nutr. 53 (Suppl 1), S166–173 (1999).
· 12.
Shafat, A., Murray, B., & Rumsey, D. Energiedicht an der Cafeteria Diät induzéiert Hyperphagie an der Rat. Hausaufgabe. 52, 34-38 (2009).
· 13.
Hoch, T., Pischetsrieder, M. & Hess, A. Snack Nahrungsaufnahme bei ad libitum gefidderte Ratten gëtt ausgeléist duerch d'Kombinatioun vu Fett a Kuelenhydrater. Front. Psychol. 5, 250; 10.3389/fpsyg.2014.00250 (2014).
· 14.
Lin, YJ, Koretsky, AP Mangan Ion verbessert T1-gewiicht MRI während Gehiraktivéierung: Eng Approche fir direkt Imaging vun der Gehirfunktioun. Magn. Resonanz. Med. 38, 378-388 (1997).
· 15.
Koretsky, AP, Silva, AC Mangan-enhanced magnetic resonance imaging (MEMRI). NMR Biomed. 17, 527-531 (2004).
· 16.
Berridge, KC Pleséier vum Gehir. Brain Cogn. 52, 106-128 (2003).
· 17.
Haber, SN, Knutson, B. D'Belountschaltung: Linken Primat Anatomie a mënschlech Imaging. Neuropsychopharmacologie 35, 4-26 (2010).
· 18.
Epping-Jordan MP, Markou A, Koob GF Den Dopamin D-1 Rezeptor Antagonist SCH 23390 injizéiert an den dorsolaterale Bettkär vun der Stria terminalis reduzéiert Kokainverstäerkung an der Rat. Brain Res. 784, 105-115 (1998).
· 19.
Martin-Fardon R, Ciccocioppo R, Aujla H, Weiss F. Den dorsalen Subiculum vermëttelt d'Acquisitioun vun der bedingter Wiederherrschung vu Kokain-Sich. Neuropsychopharmacologie. 33, 1827-1834 (2008).
· 20.
Limpens JHW, Damsteegt R, Broekhoven MH, Voorn P, Vanderschuren LJMJ. Pharmakologesch Inaktivéierung vum prelimbesche Cortex emuléiert compulsive Belounung bei Ratten. Brain Res.; 10.1016/j.brainres.2014.10.045 (2014).
21.
Bellinger, LL & Bernardis, LL Den dorsomedialen hypothalamesche Kär a seng Roll am ingestive Verhalen a Kierpergewiichtreguléierung: Lektioune geléiert aus Läsionstudien. Physiol. Behav. 76, 431-442 (2002).
· 22.
Stratford, TR & Wirtshafter, D. Injektiounen vu Muscimol an de paraventrikuläre Thalamesche Käre, awer net mediodorsal Thalamesch Käre, induzéieren Ernierung bei Ratten. Brain Res. 1490, 128-133 (2013).
· 23.
Harrold JA, Dovey TM, Blundell JE, Halford JCG CNS Regulatioun vum Appetit. Neuropharmakologie 63, 3-17 (2012).
· 24.
Berthoud, H.-R. Neural Kontroll vum Appetit: Cross-Talk tëscht homeostateschen an net-homeostatesche Systemer. Hausaufgabe. 43, 315-317 (2004).
· 25.
Berridge, KC Liewensmëttel Belounung: Gehir Substrate vun wëll a gär. Neurosci. Biobehav. Rev. 20, 1-25 (1996).
· 26.
Voorhies, AC & Bernstein, IL Induktioun an Ausdrock vu Salzappetit: Effekter op Fos Ausdrock am Nukleus accumbens. Behav. Brain Res. 172, 90-96 (2006).
· 27.
Beauchamp, GK & Bertino, M. Ratten (Rattus norvegicus) léiwer net gesalzt fest Nahrung. J. Comp. Psychol. 99, 240-247 (1985).
· 28.
Eschenko, O. et al. Mapping of functional brain activity in freely behaving rats during voluntary running using manganese-enhanced MRI: Implication for longitudinal studies. Neuroimage 49, 2544-2555 (2010).
· 29.
Denbleyker M, Nicklous DM, Wagner PJ, Ward HG, Simansky KJ. Aktivéierung vun mu-opioid Rezeptoren am lateralen parabrachialen Nukleus erhéicht de c-Fos Ausdrock an de Forebrain Beräicher verbonne mat kalorescher Reguléierung, Belounung a Erkenntnis. Neurologie 162, 224-233 (2009).
· 30.
Hernandez, L. & Hoebel, BG Liewens belount a Kokain erhéigen extrazellulär Dopamin am Nukleus accumbens, gemooss vun der Mikrodialysis. Life Sci. 42, 1705-1712 (1988).
· 31.
Zahm, DS et al. Fos no eenzel a widderholl Selbstverwaltung vu Kokain a Salins an der Rat: Schwéierpunkt op de Basal Forebrain a Rekalibratioun vum Ausdrock. Neuropsychopharmacologie 35, 445-463 (2010).
· 32.
Oliveira, LA, Gentil, CG, Covian, MR D'Roll vum Septumgebitt am Ernärungsverhalen ausgeléist duerch elektresch Stimulatioun vum lateralen Hypothalamus vun der Rat. Braz. J. Med. Biol. Res. 23, 49-58 (1990).
· 33.
Chass, MH Bestätegung vum Konsens datt glycinergesch postsynaptesch Hemmung verantwortlech ass fir d'Atonie vum REM Schlof. Schlof. 31, 1487-1491 (2008).
· 34.
Sirieix, C., Gervasoni, D., Luppi, P.-H. & Léger, L. D'Roll vum lateralen paragigantozelluläre Kär am Netz vum paradoxesche (REM) Schlof: eng elektrophysiologesch an anatomesch Studie an der Rat. PLoS ONE. 7, e28724; 10.1371/journal.pone.0028724 (2012).
· 35.
Treppel, M. Neuroanatomie. Struktur und Funktion 3rd ed. Urban & Fischer, München, 2003).
36.
Miller AM, Miller RB, Obermeyer WH, Behan M, Benca RM De Pretectum vermëttelt séier Aenbewegung Schlofreguléierung duerch Liicht. Behav. Neurosci. 113, 755-765 (1999).
· 37.
Léger, L. et al. Dopaminergesch Neuronen, déi Fos ausdrécken wärend erwächen a paradoxe Schlof an der Rat. J. Chem. Neuroanat. 39, 262-271 (2010).
37.
o
Dankbarkeet
D'Studie ass Deel vum Neurotrition Project, dee vun der FAU Emerging Fields Initiative ënnerstëtzt gëtt. Ausserdeem soe mir dem Christine Meissner Merci fir d'Korrekturliesen vum Manuskript.
Auteur Informatiounen
Affiliations
1. Food Chemistry Unit, Department of Chemistry and Pharmacy, Emil Fischer Center, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Germany
o Tobias Hoch
o & Monika Pischetsrieder
2. Institut fir Experimentell a Klinesch Pharmakologie an Toxikologie, Emil Fischer Center, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Däitschland
o Silke Kreitz
o & Andreas Hess
3. Pattern Recognition Lab, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Germany
o Simone Gaffling
4. School of Advanced Optical Technologies (SAOT), Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Germany
o Simone Gaffling
Beiträg
D'Experimenter konzipéiert an entworf: THMPAH D'Experimenter gemaach: THAH Analyséiert d'Donnéeën: THSKSGAH Interpretéiert d'Donnéeën THMPAH Contribuéiert Reagens/Material/Analyse Tools: AHMP Schreift de Pabeier: THMPAH
Interessant Gespréicher
D'Auteuren deklaréieren net konkurréiere finanziell Interesse.
Entspriechend Auteur
Korrespondenz op Monika Pischetsrieder.
;
