Liewens belount, Hyperphagie an Adipositas (2011)

Hans-Rudolf Berthoud, Natalie R. Lenard, an Andrew C. Shin

Wéinst dem onverhënnerte Adipositasproblem gëtt et ëmmer méi Unerkennung vun Ausdréck wéi "meng Ae si méi grouss wéi mäi Bauch", a rezent Studien an Nager a Mënschen suggeréieren datt dysreguléiert Gehirbelounungsweeër net nëmmen zu Drogenofhängeger bäidroe kënnen, mee och zu enger verstäerkter Notzung vun schmackhafte Liewensmëttel a schlussendlech Adipositas. Nodeems mir de rezente Fortschrëtt beschreiwen fir d'neurale Weeër a Mechanismen z'entdecken, déi d'Liewensmëttelbelounung ënnerleien an d'Attributioun vun der Incentive Salience duerch intern Staatssignaler, analyséiere mir déi potenziell kreesfërmeg Relatioun tëscht schmackhafte Nahrungsaufnahme, Hyperphagie, an Adipositas. Ginn et existéierend individuell Differenzen a Belounungsfunktiounen an engem fréien Alter, a kéinte se verantwortlech sinn fir d'Entwécklung vun Adipositas méi spéit am Liewen? Setzt widderholl Belaaschtung u schmackhafte Liewensmëttel eng Kaskade vu Sensibiliséierung aus wéi bei Drogen- an Alkoholsucht? Sinn Belounungsfunktiounen duerch sekundär Effekter vum fettleibege Staat geännert, sou wéi verstäerkte Signalisatioun duerch entzündlech, oxidativ a mitochondrial Stressweeër? D'Äntwert op dës Froen wäert d'Préventioun an d'Behandlung vun Adipositas wesentlech beaflossen a seng entstinn Komorbiditéiten souwéi Iessstéierungen an Drogen- an Alkoholsucht.

Déi vill Freed vum Iessen.

D'Iessen gëtt typesch als agreabel a belountend erlieft, an et gouf spekuléiert datt déi inherent Angenehmlechkeet vum Iessen sech entwéckelt huet fir déi néideg Motivatioun ze bidden fir an dësem entscheedende Verhalen an negativen a feindlechen Ëmfeld ze engagéieren (94). Also ass d'Liewensmëttel e mächtegen natierlechen Verstäerker deen déi meescht aner Verhalen konkurréiert, besonnesch wann en Individuum metabolesch hongereg ass. Verdauungsverhalen ass net limitéiert op den Akt vum Iessen, mee besteet aus Virbereedungs-, Konsum- a postkonsummatoreschen Phasen (15). Hedonesch Evaluatioun a Belounungsveraarbechtung gëtt an all eenzel vun dësen dräi Phasen vum Verdauungsverhalen duerchgefouert a bestëmmt hir Resultat kritesch.

An der Virbereedungsphase, ier all mëndlech Kontakt mat Iessen gemaach gëtt, spillt d'Belounungserwaardung eng zentral Roll. Dës Phase kann weider opgedeelt ginn an eng Initiatiounsphase (Schalten vun Opmierksamkeet vun engem anere Verhalen), eng Beschaffungsphase (Planung, Fudder) an eng appetitiv Phase (Iessen gesinn a richen). D'Initiatiounsphase ass de Schlësselprozess an deem e Choix, Selektioun oder Entscheedung getraff gëtt fir eng bestëmmten Zilgeriicht Aktivitéit ze verfolgen an net eng aner. Den Entscheedungsprozess verantwortlech fir d'Opmierksamkeet ze wiesselen ass zentral am modernen Gebitt vun der Neuroeconomie, a Belounungserwaardung ass vläicht den Haaptfaktor deen d'Resultat vun dësem Prozess bestëmmt. Fuerschung suggeréiert datt fir dës Wiel ze maachen, de Gehir Representatioune vu Belounungserwaardung an Ustrengung / Risikofuerderung aus fréieren Erfarungen benotzt fir Käschten / Benefice ze optimiséieren (76, 111, 118, 139, 148). Also, d'Entscheedung fir dëst neit Zil ze verfolgen hänkt haaptsächlech vun der Erwaardung vun der Belounung of, awer net tatsächlech. D'Zäitperiod tëscht enger Entscheedung huelen an tatsächlech d'Belounung ze konsuméieren ass d'Beschaffungsphase. Dës Phase war fréier zimlech laang an eise mënschleche Vorfahren an an de fräiliewenden Déieren vun haut, wéi zB illustréiert vun der kanadescher Bierg Geess, déi vu méi héijen Héichten op d'Flossbett iwwer honnert Meilen erofgeet fir säi Salzappetit zefridden ze stellen. Belounungserwaardung schéngt den Haaptfuerer ze sinn fir sech während dëser Rees fokusséiert ze halen. Wärend der appetitiver Phase fänken direkt sensoresch Attributer vum Zilobjekt wéi gesinn, richen a schlussendlech den éischte Biss vum Iessen un fir den éischte Feedback op säi virausgesot Belounungswäert ze ginn a kënnen seng motivéierend Kraaft akut verbesseren. Dës Verstäerkung vum Appetit gëtt reflektéiert duerch d'Generatioun vu cephalic Phase Äntwerten, anekdotesch bekannt vun de Fransousen als l'appetit vient en mangeant (Den Appetit wiisst mat den éischte Biss). Den éischte Biss ass och déi lescht Chance fir Liewensmëttel ze refuséieren wann et net Erwaardungen erfëllt oder souguer gëfteg ass.

D'Verbrauchsphase (Iessen) fänkt un wann, baséiert op dem éischte Biss, déi initial Belounungserwaardung bestätegt oder iwwerschratt gëtt. Wärend dem Iessen gëtt direkt, direkt Genoss aus haaptsächlech gustatoreschen an olfaktoreschen Sensatiounen ofgeleet, de Konsum duerch d'Iessen dréit bis d'Sättigungssignaler dominéieren (166). D'Längt vun der Verbrauchsphase ass ganz variabel well et nëmmen e puer Minutten dauert fir en Hamburger ze versenken, awer et kann Stonnen daueren fir e Fënnefgang Iessen ze genéissen. Wärend sou längerer Iessen, konsuméiert Liewensmëttel engagéiert ëmmer méi postoral Belounungsprozesser déi mat mëndlecher Belounung interagéieren.

Déi postkonsummatoresch Phase fänkt beim Iessen Ennerung un an dauert de ganze Wee bis zum nächste Verdauungsstéck. Dës Phase ass méiglecherweis déi komplexst an am mannsten verstane Phase vum Verdauungsverhalen wat d'Belounungsveraarbechtung ugeet, obwuel d'Mechanismen vu Sättigung a Sättigkeit ustrengend studéiert goufen an eng laang Lëscht vu Sättigungsfaktoren identifizéiert goufen. Wéi uewen erwähnt, schéngen Nährstoffsensoren am Magen-Darmtrakt a soss anzwousch am Kierper och zur Generatioun vu Liewensmëttelbelounung während an no engem Iessen bäizedroen (153). Déi selwecht Goût Rezeptoren, déi an der mëndlecher Kavitéit fonnt ginn, ginn och an Darm Epithelzellen ausgedréckt (144) an am Hypothalamus (131). Awer och wann all Goûtveraarbechtung duerch genetesch Manipulatioun eliminéiert gëtt, léieren d'Mais ëmmer nach Zocker iwwer Waasser ze léiwer, wat suggeréiert d'Generatioun vu Liewensmëttelbelounung duerch Prozesser vun der Glukosnotzung (44). Anstatt d'akute Genoss vu leckerem Iessen am Mond, gëtt et e generellt Gefill vun Zefriddenheet, déi laang no der Kënnegung dauert, an héchstwahrscheinlech zu der Verstäerkung vun engem Iessen dréit. Ausserdeem, bei Mënschen, sinn d'Iessen dacks a agreabel sozial Interaktiounen an eng agreabel Ambiance agebonnen. Schlussendlech ass d'Wëssen datt d'Iessen vu bestëmmte Liewensmëttel oder d'Reduktioun vun der Kalorie-Intake bezuele wäert andeems se méi gesond sinn a méi laang liewen kann nach eng aner Form vu Gléck oder Belounung generéieren.

Also, eng Vielfalt vu sensoresche Reizen an emotionalen Zoustänn oder Gefiller mat vill verschiddenen temporäre Profiler maachen d'belountend Erfarung vum Iessen aus, an déi ënnerierdesch neural Funktiounen fänken eréischt un ze verstoen.

Neural Mechanismen vu Liewensmëttelbelounungsfunktiounen: gär a wëllen.

Just wéi et keen Hongerzentrum gëtt, gëtt et kee Genosszenter am Gehir. Mat der komplexer Bedeelegung vu Genoss a Belounung an ingestive (an aner) motivéiert Verhalen wéi hei uewen beschriwwen, ass et kloer datt verschidde neural Systemer involvéiert sinn. Neural Systemer aktivéiert andeems Dir un e Liiblingsgeriicht denkt, e Séissegkeeten am Mond genéisst oder sech no engem satiéierende Miel zréck lenken, si wahrscheinlech ganz ënnerschiddlech, obwuel se gemeinsam Elementer enthalen. Dës Differenzen a gemeinsam Elementer z'identifizéieren ass dat ultimativt Zil vun de Fuerscher am Gebitt vum ingestive Verhalen.

Vläicht ass dee liicht zougängleche Prozess den akuten Genoss, deen duerch e Séissegkeeten am Mond generéiert gëtt. Och an der Fruuchtflie mat sengem primitive Nervensystem, Stimulatioun vu gustatoreschen Neuronen mat Zocker aktivéiert, wärend Stimulatioun mat enger bitterer Substanz hemmt, e Paar Motorneuronen am subesophageal Ganglion, wat zu entweder kräfteg Ernierung oder Oflehnung féiert (68), bäigefüügt zu de montéierende Beweiser datt de Goût sech als e hardwired System entwéckelt huet, deen dem Déier seet entweder verschidde Liewensmëttel ze akzeptéieren oder ze refuséieren. Bei Mais mat transgenen Ausdrock vum Rezeptor fir eng normal schmaachlos Ligand an entweder séiss oder bitter Goût Rezeptor Zellen, Stimulatioun mat der Ligand produzéiert entweder staark Attraktioun oder Vermeidung vu séiss Léisungen, respektiv (197). Am meeschte bemierkenswäert ass Kinin, e kognatéierte bittere Ligand, staark Attraktioun bei Mais produzéiert mat Ausdrock vun engem bittere Rezeptor a séiss sensibele Goût Rezeptor Zellen (114). Dës Erkenntnisser suggeréieren datt déi primitivst Form vu gären an net gär ka scho inherent sinn un Komponente vun de periphere gustatoresche Weeër. Wéi bewisen an der decerebrater Rat (70) an anencephalic Puppelchen (171), Ausdrock vum charakteristesche gléckleche Gesiicht wann Dir Séissegkeeten schmaacht (11, 13) schéngt neurologesch am Gehirnstamm organiséiert ze sinn, wat suggeréiert datt de Virgehir net néideg ass fir d'Ausdrock vun dëser primitivst Form vu Kär "Léift" (13). Bei Mamendéieren ass de caudale Gehirnstamm den Äquivalent vum subesophagealen Ganglion, wou direkt sensoresch Feedback vun der Zong an dem Darm a Basismotormuster vun der Verdauung integréiert sinn (166, 179). Also schéngt dës Basis Brainstem Circuit fäeg ze sinn d'Nëtzlechkeet a vläicht Agreabel vun engem Geschmaachstimulus z'erkennen an entspriechend Verhalensreaktiounen ze initiéieren.

Wéi och ëmmer, och wann e puer vun dësem primitive schmaach guidéierte reflexive Verhalen am Gehirnstamm organiséiert ass, ass et kloer datt d'Gehirstammkreesser normalerweis net isoléiert handelen, awer intim mat dem Virgehir kommunizéieren. Souguer an Drosophila, déi schmaachspezifesch Rezeptorzellen synapséieren net direkt op Motorneuronen verantwortlech fir de schmaach guidéierte Verhalensausgang (68), loosst vill Méiglechkeeten fir modulatoresch Aflëss aus anere Beräicher vum Nervensystem. Kloer, fir de vollen sensoreschen Impakt vu schmaachtem Iessen, an dat subjektivt Gefill vu Genoss bei Mënschen, ass de Goût integréiert mat anere sensoresche Modalitéite wéi Geroch a Mondgefill a Virgehirngebidder, dorënner d'Amygdala, souwéi primär a méi héich Uerdnung sensoresch kortikal. Beräicher, dorënner den isoléierten an orbitofrontale Cortex, fir sensoresch Representatioune vu bestëmmte Liewensmëttel ze bilden (43, 45, 136, 141, 163, 164, 186). Déi exakt neurale Weeër duerch déi sou sensoresch Perceptiounen oder Representatioune féieren zu der Generatioun vu subjektiv Genoss (Berridge's "Léift", kuck. Lexikon) sinn net kloer. Neuroimaging Studien bei Mënschen suggeréieren datt Genoss, wéi gemooss duerch subjektiv Bewäertungen, bannent Portioune vum orbitofrontalen a vläicht insularesche Cortex berechent gëtt (13, 99).

Bei Déieren sinn nëmmen déi Ënnerbewosstsinn Komponente vu Genoss (Berridge's Kär "Géifen") an Aversioun experimentell zougänglech, an ee vun de wéinege spezifesche Testparadigme ass d'Messung vu positiven an negativen orofacialen Ausdréck wann se agreabel (typesch séiss) oder aversiv Reizen schmaachen (11). Mat dëser Method, Berridge a Kollegen (12, 122) hunn eng schmuel ëmschriwwen, μ-opioid Rezeptor-mediéiert Freed ("Like") Hotspots an der Nucleus accumbens Shell a ventral Pallidum bewisen. Mir hu viru kuerzem bewisen datt d'Nukleus accumbens Injektioun vun engem μ-Opioid Rezeptor Antagonist transient sou sou sucrose-evokéiert positiv hedonesch orofacial Reaktiounen transient ënnerdréckt huet (158). Zesummen suggeréieren d'Resultater datt endogen μ-Opioid Signaliséierung am Nucleus accumbens (ventral Striatum) kritesch am Ausdrock vun "Géifen" involvéiert ass. Well de gemoossene Verhalensausgang am Gehirnstamm organiséiert ass, muss de ventral striatal "Like" Hotspot iergendwéi mat dësem Basisreflexkreeslaf kommunizéieren, awer d'Weeër vun der Kommunikatioun sinn onkloer.

Eng vun de Schlësselfroen ass wéi d'Motivatioun fir eng Belounung an Handlung ëmzesetzen (113). An deene meeschte Fäll kënnt d'Motivatioun duerch eppes ze goen, wat an der Vergaangenheet Genoss generéiert huet, oder an anere Wierder, andeems Dir wëllt wat gär ass. Dopamin Signaliséierung am mesolimbesche Dopamin Projektiounssystem schéngt e wesentleche Bestanddeel vun dësem Prozess ze sinn. Phasesch Aktivitéit vun Dopamin-Neuronprojektioune vum ventrale tegmentale Gebitt an den Nukleus accumbens am ventrale Striatum sinn speziell am Entscheedungsprozess involvéiert während der Virbereedungsphase (appetitiv) Phase vum ingestive Verhalen (26, 148). Zousätzlech, wann schmackhafte Liewensmëttel wéi Saccharose tatsächlech verbraucht ginn, geschitt eng nohalteg a séiss-ofhängeg Erhéijung am Nukleus accumbens Dopaminniveauen an Ëmsaz (75, 80, 165). Dopamin-Signaliséierung am Nukleus accumbens schéngt also eng Roll an der Virbereedungs- a Verbrauchsphase vun engem ingestive Bout ze spillen. De Nucleus accumbens Shell ass doduerch en Deel vun enger neuraler Loop mat abegraff de lateralen Hypothalamus an de ventralen tegmentale Beräich, mat Orexin Neuronen déi eng Schlësselroll spillen (7, 22, 77, 98, 115, 125, 175, 199). Dës Loop ass méiglecherweis wichteg fir d'Attributioun vun der Ureiz Salience zu Zilobjekter duerch metabolesche Staatssignaler verfügbar fir de lateralen Hypothalamus, wéi hei ënnen diskutéiert.

Zesummegefaasst, obwuel et exzellent rezent Versuche goufe fir seng Komponenten ze trennen, ass d'funktionell Konzept an d'neural Circuit déi d'Liewensmëttelbelounung ënnerleien nach ëmmer schlecht definéiert. Speziell ass et net gutt verstanen wéi d'Belounung, generéiert wärend der Erwaardung, der Vervollstännegung an der Sättigung, berechent an integréiert gëtt. Zukünfteg Fuerschung mat modernen Neuroimaging Techniken bei Mënschen an invasiv neurochemeschen Analysen bei Déieren wäert néideg sinn fir e méi komplette Verständnis. Vläicht ass de wichtegste Veraarbechtungsschrëtt an der Iwwersetzung vun esou sensoresche Representatioune an Handlungen d'Attributioun vun deem wat de Berridge "Incentive Salience" nennt. Dëse Mechanismus erlaabt e hongereg Déier ze wëssen datt et Kalorien brauch oder e Salz-verbrauchten Organismus fir ze wëssen datt et Salz brauch. D'Modulatioun vun hedonesche Prozesser duerch de metabolesche Staat gëtt hei ënnen diskutéiert.

Modulatioun iwwer den Hypothalamus.

Am Hypothalamus war de arcuate Kär mat sengem Neuropeptid Y a Proopiomelanocortin Neuronen ursprénglech geduecht fir eng exklusiv Roll bei der Integratioun vun metabolesche Signaler ze spillen. Awer kloer, Leptin Rezeptoren sinn an aneren hypothalamesche Gebidder lokaliséiert wéi de ventromedialen, dorsomedialen a premammilläre Käre, souwéi déi lateral a perifornesch Gebidder, wou se méiglecherweis zum Leptin Effekter op d'Liewensmëttelaufnahme an d'Energieausgaben bäidroen (101, 102). Et ass scho laang bekannt datt d'elektresch Stimulatioun vum lateralen Hypothalamus d'Nahrungsaufnahme opléisst an datt d'Ratten séier léieren elektresch Stimulatioun selwer ze verwalten (83, 183). Metabolesch Signaler moduléieren d'Stimulatiounsschwelle fir lateral hypothalamesch ausgeléist Selbststimulatioun a Ernierung (16, 17, 20, 64, 81-83, 89). Rezent Ermëttlungen weisen datt lateral hypothalamesch Neuronen déi Orexin ausdrécken (77, 199) an aner Sender wéi Neurotensin (101, 107) liwweren modulatoreschen Input fir Midbrain Dopaminneuronen bekannt als entscheedend Spiller bei der Iwwersetzung vun der Motivatioun an Handlung (10, 14, 22, 42, 77, 91, 148, 194, 196). Orexin Neuronen kënne verschidde metabolesch Staatssignaler integréieren wéi Leptin, Insulin a Glukos (2, 25, 51, 107, 160). Zousätzlech zu Midbrain Dopaminneuronen, projizéieren Orexin Neuronen wäit a béid Virbrain an Hindbrain. Besonnesch eng hypothalamesch-thalamesch-striatal Loop mat Orexinprojektiounen un de paraventrikuläre Kär vum Thalamus a cholinergesche striatalinterneuronen (93), an Orexin Projektiounen op oromotoresch an autonom motoresch Gebidder am caudale Gehirnstamm (6). All dës strategesch Projektioune setzen lateral hypothalamesch Orexin Neuronen an eng ideal Positioun fir intern Bedierfnesser mat Ëmweltméiglechkeeten ze verbannen fir optimal adaptiv Entscheedungen ze maachen.

Modulatioun vum "Wëllen" duerch de mesolimbesche Dopaminsystem.

Bedeitend Beweiser hu viru kuerzem gesammelt fir eng direkt Modulatioun vu Midbrain Dopaminneuronen duerch metabolesche Staatssignaler. No der éischter Demonstratioun datt Leptin an Insulininjektiounen direkt an dësem Gehirgebitt den Ausdrock vun der Liewensmëttelbedingt Plaz Präferenz ënnerdréckt hunn (61), aner Studien hunn bewisen datt sou Leptin-Injektiounen d'Dopamin-Neuronaktivitéit erofgoen an d'Nahrungsaufnahme akut ënnerdréckt hunn, während adenoviral Ausschlag vu Leptinrezeptoren speziell am ventralen Tegmentalberäich (VTA) zu enger verstäerkter Saccharose-Präferenz an nohalteger schmackhafter Nahrungsaufnahme gefouert huet.84). Am Géigesaz, schéngt d'Ghrelin Handlung direkt an der VTA Dopaminneuronen ze aktivéieren, d'Akkumbens Dopamin Ëmsaz z'erhéijen, an d'Nahrungsaufnahme erhéijen (1, 88, 116). Zesummen suggeréieren dës Erkenntnisser datt en Deel vun der orexigenic Drive vu Ghrelin an der anorexigenic Drive of Leptin duerch direkt Modulatioun vu belountsiche Funktiounen erreecht gëtt, déi duerch Midbrain Dopamin Neuronen vermëttelt ginn. Wéi och ëmmer, dës Modulatioun kann méi komplex sinn, well leptin-defizit Mais (Feele vu Leptin-Rezeptor-Signaliséierung) ënnerdréckt anstatt erhéicht Dopaminneuronaktivitéit weisen [wéi erwaart vun de virale Knockdown Experimenter bei Ratten (84)], a Leptin-Ersatztherapie restauréiert normal Dopamin Neuron Aktivitéit souwéi Amphetamin-induzéiert Lokomotor Sensibiliséierung (63). Och bei normale Ratten fördert Leptin d'Tyrosin-Hydroxylase-Aktivitéit an d'Amphetamin-vermittelten Dopamin-Eflux am Nukleus accumbens (119, 124). Dëst mécht d'interessant Méiglechkeet op datt en ënnerdréckte mesolimbesche Dopamin-Signalsystem (anstatt en iwweraktiv) mat der Entwécklung vu kompensatorescher Hyperphagie an Adipositas assoziéiert ass, wéi proposéiert vun der Belounungsmangel Hypothese, déi an der nächster Haaptsektioun diskutéiert gëtt. Ënnert dësem Szenario géif Leptin erwaart ginn Dopamin-Signaliséierungseffizienz ze erhéijen anstatt se z'ënnerdrécken.

Modulatioun vu "Léift" duerch sensoresch Veraarbechtung, kortikal Representatioun a kognitiv Kontrollen.

Wéi uewen ausgeschafft, konvergéieren d'Liewensmëttelbezunnen visuell, olfaktoresch, gustatoresch an aner Informatioun a polymodal Associatioun a verwandte Beräicher wéi den orbitofrontale Cortex, Insula, an Amygdala, wou et geduecht gëtt Representatioune vun der Erfahrung mat Liewensmëttel ze bilden fir aktuell an zukünfteg ze guidéieren. Verhalen. Rezent Studien suggeréieren datt d'Sensibilitéit vun dëse sensoresche Kanäl an d'Aktivitéit am Orbitofrontal Cortex, Amygdala an Insula duerch metabolesche Staatssignaler moduléiert ginn.

Bei Nager ass d'Fehlen vu Leptin gezeechent datt d'Erhéijung an d'Zousätzlech vu Leptin erhéicht ginn fir de periphere Goût an d'Oftempfindlechkeet ze dampen (66, 90, 157). Leptin kann och sensoresch Veraarbechtung bei méi héijer gustatorescher an olfaktorescher Veraarbechtungsschrëtt moduléieren, wéi ugewisen duerch d'Präsenz vu Leptinrezeptoren a leptin-induzéierten Fos Ausdrock am Kär vum Solitären Tract, parabrachial Kär, Olfaktoresch Glühbir, an insular a piriform Cortices vun Nagetieren (53, 74, 86, 112, 159).

Am Orbitofrontal Cortex an Amygdala vun Affen, individuell Neuronen reagéiert op de Goût vu spezifesche Nährstoffer wéi Glukos, Aminosaier Saieren, a Fett goufen duerch Honger op eng sensoresch spezifesch Manéier moduléiert (137, 138, 140, 141). Ähnlech gouf subjektiv Pleséierheet bei Mënschen duerch neural Aktivitéit am medialen orbitofrontale Cortex kodéiert wéi gemooss duerch funktionell MRI (fMRI) a war ënnerleien der sensorescher spezifescher Sattheet, eng Form vu Verstäerkungsdevaluatioun (45, 100, 117, 135).

Och duerch fMRI Messung gouf gewisen datt Geschmaach-induzéiert Verännerungen an der neuronaler Aktivatioun a verschiddene Beräicher vun der mënschlecher isoléierter an orbitofrontaler Cortex a virun allem an der rietser Hemisphär geschitt sinn.164). Vergläicht de fasted vs. fed Staat, d'Liewensmëttelentzuch erhéicht d'Aktivatioun vu visuellen (occipitotemporalen Cortex) a gustatoreschen (insuläre Cortex) sensoresche Veraarbechtungsberäicher duerch d'Siicht an de Goût vu Liewensmëttel (181). An enger anerer Etude, Fotoe vu Liewensmëttel, déi eng staark Aktivatioun vum visuellen a premotoresche Cortex, Hippocampus, an Hypothalamus ënner eukaloresche Bedéngungen ausgeléist hunn, hunn vill méi schwaach Aktivatioun no 2 Deeg vun Iwwerfütterung ausgeléist (30). An enger rezenter Studie déi funktionell neurologesch Konsequenze vun der Diät bei fettleibege Mënschen exploréiert gouf, gouf festgestallt datt no enger Diät-induzéierter 10% Kierpergewiichtsverloscht, neural Verännerungen induzéiert duerch visuell Iessstécker wesentlech verbessert goufen a verschiddene Gehirgebidder, déi sech mat méi héijer Uerdnung befaassen. Perceptioun a Veraarbechtung vum Aarbechtsgediechtnes, inklusiv engem Gebitt an der mëttlerer temporärer Gyrus involvéiert an enger méi héijer Uerdnung visueller Veraarbechtung (142). Béid vun dëse Gewiichtsverloscht-induzéierten Differenzen goufen no der Leptinbehandlung ëmgedréint, wat suggeréiert datt niddereg Leptin Gehirgebidder sensibiliséiert, déi op Liewensmëttelstécker reagéieren. Neural Aktivatioun am Nucleus accumbens ausgeléist duerch visuelle Liewensmëttelreizungen ass ganz héich bei genetesch Leptin-defizite Jugendlecher a geet direkt zréck op normal Niveauen no der Leptinverwaltung (57). Am leptin-defizite Staat war d'Aktivatioun vun der Nukleus accumbens positiv korreléiert mat Bewäertunge vu Virléiften fir d'Liewensmëttel, déi an de Biller souwuel am fasten wéi och am gefütterten Zoustand gewise ginn. Och Liewensmëttel, déi ënner normalen Bedéngungen als flësseg ugesi ginn (mat Leptin am satiéierten Zoustand) ware ganz gär an der Verontreiung vu Leptin-Signalisatioun. No der Leptinbehandlung bei dëse Leptin-defizite Patienten, an an normalen Themen, war d'Aktivatioun vun Nukleus accumbens nëmme mat Bewäertunge vu gär am fasten Zoustand korreléiert (57).

Ausserdeem, neural Aktivitéit a Gehirngebidder, déi geduecht sinn an der kognitiver Veraarbechtung vu Representatioune vu Liewensmëttel wéi Amygdala an Hippocampal Komplex involvéiert ze sinn, gëtt vum Leptin moduléiert (78, 79, 105) a Ghrelin (27, 50, 92, 109, 147, 189). Also ass et ganz kloer datt d'Prozesser vun der Ënnerbewosstsinn hedonescher Evaluatioun a subjektiv Erfarung vun der Angenehmegkeet bei Déieren a Mënschen duerch den internen Zoustand moduléiert ginn.

Zesummegefaasst, metabolesche Staatssignaler beaflossen bal all neurale Prozess involvéiert beim Kafen, Verbrauchen a Léieren iwwer Liewensmëttel. Et ass also onwahrscheinlech datt d'Mechanismen, déi Incentive Salience un appetitiv Reizen zouzeschreiwen, ausschliisslech aus Nährstoffsenséiergebidder am mediobasalen Hypothalamus staamen. Villméi ass dëse Liewenserhalende Prozess op eng iwwerflësseg a verdeelt Manéier organiséiert.

Verursaache genetesch an aner existéierend Differenzen a Belounungsfunktiounen Adipositas?

Eng fundamental Viraussetzung hei ass datt den onlimitéierten Zougang zu schmackhaftem Iessen zu hedonesche Iesswueren a schliisslech Adipositas féiert, sougenannt Gluttonyhypothese fir Einfachheet. Dës Hypothese gëtt ënnerstëtzt vu villen Studien an Déieren, déi d'Erhéijung vun der Intake vu schmackhafte Liewensmëttel an d'Entwécklung vun der Adipositas demonstréieren, sougenannt Diät-induzéiert Adipositas (143, 151, 152, 154, 167, 178, 180, 193, 195). Et ginn och vill mënschlech Studien déi akut Effekter vun der Manipulatioun vun der Geschmaach, der Variabilitéit an der Disponibilitéit vu Liewensmëttel weisen (191, 192), obwuel wéineg kontrolléiert Studien laangfristeg Effekter op Energiebalance weisen (120, 134).

A senger purster Form erfuerdert d'Gluttonyhypothese keng Belounungsfunktiounen fir anormal ze sinn; et erfuerdert nëmmen d'Ëmweltbedingunge fir anormal ze sinn (erhéicht Zougang zu schmackhafte Liewensmëttel a Belaaschtung fir Cues). Och wann den Ëmweltdrock ouni Zweifel d'allgemeng Bevëlkerung op eng méi héich Nahrungsaufnahm a Kierpergewiicht dréckt, ass dës einfach Erklärung net berücksichtegt datt net all Themen, déi dem selwechte gëftege Ëmfeld ausgesat sinn, Gewiicht gewannen. Dëst hindeit datt viraus existéierend Differenzen e puer Individuen méi vulnérabel maachen fir déi verstäerkte Verfügbarkeet vu schmaachtem Iessen a Liewensmëttelstécker, an déi entscheedend Fro ass wat dës Differenzen kéinte sinn. Hei streide mir datt Differenzen an de Belounungsfunktiounen verantwortlech sinn, awer et ass gläich méiglech datt Differenzen an der Aart a Weis wéi den homeostatesche System hedonesch Iwwereess behandelt wichteg sinn. Ënnert dësem Szenario géif en Individuum all Unzeeche vun akuter hedonescher Iwwerdosis weisen, awer den homeostatesche Reguléierer (oder aner Mechanismen déi negativ Energiebalance verursaachen) kéinten dësen Effekt op laang Siicht entgéintwierken.

Viraus existéierend Differenzen kéinte bestëmmt ginn duerch genetesch an epigenetesch Verännerungen, an duerch fréi Liewenserfahrung duerch Entwécklungsprogramméierung. Ënnert den 20 oder sou grouss Genen (kloer Beweiser aus op d'mannst zwee onofhängeg Studien) verbonne mat der Entwécklung vun Adipositas (129), Keen ass direkt a bekannte Mechanismen vu Belounungsfunktiounen implizéiert. Wéi och ëmmer, well de kombinéierten Effekt vun dësen Genen nëmme manner wéi ~5% vun der mënschlecher Adipositas ausmécht, ass et ganz wahrscheinlech datt vill wichteg Genen nach net entdeckt goufen, vun deenen e puer am Belounungssystem operéiere kënnen.

Et gëtt eng bedeitend Literatur déi Differenzen a Belounungsfunktiounen tëscht mager an fettleibeg Déieren a Mënschen demonstréiert (40, 162, 173, 174). Esou Differenzen kéinten existéieren virun der Entwécklung vun Adipositas oder kéinten sekundär zum fettleibege Staat sinn, awer wéineg Studien hu probéiert dës zwee Mechanismen ze dissoziéieren. Et ass och wichteg ze bemierken datt preexistéierend Differenzen a Belounungsfunktiounen net automatesch zu Adipositas méi spéit am Liewen resultéieren.

Vergläicht schlank an fettleibeg Themen, déi verschidden Allele vun entweder den Dopamin D2-Rezeptor oder μ-Opioid Rezeptor Genen droen, enthüllt Differenzen am Verhalens- an neuralen Äntwerte op schmaacht Iessen (39, 40, 60, 172). A selektiv gefeelte Linnen vun Obesitéit-ufälleg an Obesitéit-resistente Ratten, goufen e puer Differenzen an der mesolimbescher Dopamin-Signaliséierung gemellt (41, 65), awer déi meescht vun dësen Studien hunn erwuesse, scho fettleibeg Déieren benotzt. An nëmmen enger virleefeg Studie gouf en Ënnerscheed am fréien Alter gesinn (65), also ass et net kloer ob Differenzen an de Belounungsfunktiounen viraus existéieren an genetesch determinéiert sinn oder duerch Belaaschtung vu schmackhafte Liewensmëttelreizungen an / oder sekundär zum fettleibege Staat erfonnt ginn. Well Obesitéit ufälleg Ratten e gewësse Grad vun Adipositas entwéckelen, och op enger regulärer Chow Diät, ass et och net kloer a wéi engem Ausmooss den geneteschen Ënnerscheed vun der Disponibilitéit vun enger schmackhafter Diät vs Chow hänkt, fir phänotypesch ausgedréckt ze ginn (Susceptibilitéitsgenen). Mesolimbesch Dopamin-Signaliséierung ass och am Leptin-mangel staark ënnerdréckt ob / ob Mais a gerett duerch systemesch Leptin Ersatz (63). Wéi och ëmmer, bei genetesch Leptin-defizite Mënschen, neural Aktivitéit am Nucleus accumbens ausgeléist duerch d'Biller vu schmaache Liewensmëttel war iwwerdriwwen an der Verontreiung vu Leptin an ofgeschaaft no der Leptinverwaltung (57). Ausserdeem huet PET Neuroimaging eng reduzéiert Dopamin D2-Rezeptor Disponibilitéit gewisen meeschtens am dorsalen a lateralen, awer net ventralen, Striatum (187). Op Basis vun dëser leschter Observatioun gouf d'Belounungsmangel Hypothese geprägt, suggeréiert datt d'Erhéijung vun der Nahrungsaufnahme e Versuch ass fir méi Belounung als Kompensatioun fir reduzéiert mesolimbesch Dopamin Signaliséierung ze generéieren (19, 128, 187). Kloer, Beweiser, déi net duerch Differenzen an Themen a Methodologie verwiesselt ginn, sinn néideg fir Kloerheet am Verständnis vu wéi mesolimbesch Dopamin Signaliséierung an der Hyperphagie vu schmaachtem Iessen an der Entwécklung vun Adipositas involvéiert ass.

Nieft klassesch genetesch, epigenetesch an net-genetesch Mechanismen (23, 34, 36, 37, 62, 67, 126, 155, 176, 184) kéint och potenziell verantwortlech sinn fir Differenzen an neurale Belounungskreesser a Belounungsverhalen an engem jonken Alter, virausgesat fir Hyperphagie an Adipositas méi spéit am Liewen. Esou Effekter sinn am beschten an genetesch identesch C57 / BL6J inbred Mais oder identesch Zwillinge bewisen. An enger sou enger Etude sinn nëmmen ongeféier d'Halschent vun de männleche C57 / BL6J Mais fettleibeg op enger schmackhafter héich-Fett Diät ginn (55), awer Belounungsfunktiounen goufen net bewäert.

Zesummegefaasst sinn d'Ënnerscheeder an der mesolimbescher Dopamin-Signaliséierung am meeschte staark implizéiert an verännert Liewensmëttel antizipativ a konsuméierend Verhalen an Adipositas. Wéi och ëmmer, et ass nach ëmmer onkloer a wéi engem Ausmooss existéierend Differenzen an / oder sekundär Effekter dës Verhalensverännerungen bestëmmen an Adipositas verursaachen. Nëmmen Längsstudien an genetesch definéierte Populatiounen ginn méi schlussend Äntwerten.

Ass widderholl Belaaschtung fir Suchtfaktor Liewensmëttel d'Belounungsmechanismen änneren an zu enger beschleunegter Entwécklung vun Adipositas féieren?

Et gëtt hefteg Diskussioun iwwer Ähnlechkeeten tëscht Liewensmëttel an Drogenofhängeger (32, 38, 49, 56, 69, 94, 104, 123, 133, 187, 188). Wärend d'Feld vun der Drogenofhängeger eng laang Traditioun huet (zB Ref. 96, 132), ass d'Konzept vun der Liewensmëttelsucht nach ëmmer net allgemeng akzeptéiert, a seng Verhalens- an neurologesch Mechanismen bleiwen obskur. Et ass bekannt datt widderholl Belaaschtung fir Drogen vu Mëssbrauch neuroadaptive Verännerungen verursaacht, déi zu Erhéijunge vun de Belounungsschwellen (verréngert Belounung) féieren, déi beschleunegt Drogenaufnahme féieren (4, 87, 96, 97, 110, 145). D'Fro hei ass ob widderholl Belaaschtung vu schmackhafte Liewensmëttel zu ähnlechen neuroadaptive Verännerungen am Liewensmëttelbelounungssystem a Verhalensofhängegkeet féiere kann (Verlaangen no schmackhafte Liewensmëttel an Entzugssymptomer) an ob dëst onofhängeg vun der Adipositas ass, déi normalerweis no längerer Belaaschtung u schmackhafte Liewensmëttel resultéiert. . Déi limitéiert Informatioun verfügbar suggeréiert datt widderholl Saccharose Zougang kann Dopamin Verëffentlechung upreguléieren (5) an Dopamintransporter (9), an änneren Dopamin D1 an D2 Rezeptor Disponibilitéit (5, 8) am nucleus accumbens. Dës Verännerunge kënne verantwortlech sinn fir d'observéiert Eskalatioun vun der Saccharose-Bingeing, Kräiz-Sensibiliséierung op Amphetamin-induzéierter Lokomotoraktivitéit, Entzugssymptomer, wéi erhéicht Besuergnëss an Depressioun (5), souwéi reduzéiert Verstäerkungseffizienz vun normale Liewensmëttel (33). Fir net-séiss schmaacht Iessen (typesch héich-fett Liewensmëttel), gëtt et manner iwwerzeegend Beweiser fir d'Entwécklung vun der Ofhängegkeet (21, 31), obwuel intermittierend Zougang zu Mais Ueleg Dopamin Verëffentlechung am Nukleus accumbens stimuléiere kann (106).

Bei Wistar Ratten huet d'Belaaschtung vun enger schmackhafter Cafeteria Diät zu enger nohalteger Hyperphagie iwwer 40 Deeg gefouert a lateral hypothalamesch elektresch Selbststimulatiounsschwell erhéicht parallel zum Kierpergewiichtsgewënn (89). Eng ähnlech Onsensibilitéit vum Belounungssystem gouf virdru bei süchteg Ratten gesinn, selbstverwaltend intravenös Kokain oder Heroin (4, 110). Ausserdeem gouf Dopamin D2-Rezeptor Ausdrock am dorsalen Striatum wesentlech reduzéiert parallel zur Verschlechterung vun der Belounungsschwelle (89), op Niveaue fonnt an Kokain-süchteg Ratten (35). Interessanterweis, no 14 Deeg Abstinenz vun der schmackhafter Ernärung, huet d'Belounungsschwell net normaliséiert, och wann d'Ratten hypophagesch waren an ~10% Kierpergewiicht verluer hunn (89). Dëst ass am Géigesaz zu der relativ séierer (~48 h) Normaliséierung vu Belounungsschwelle bei Ratten, déi sech vu Kokain Selbstverwaltung ofhalen (110) a kann d'Präsenz vun irreversiblen Verännerungen uginn, déi duerch den héije Fettgehalt vun der Ernährung verursaacht ginn (kuckt nächst Abschnitt). Gitt d'Observatioun datt Kokain Sucht an fettleibeg mënschlech Themen niddereg D2R Disponibilitéit am dorsalen Striatum weisen (190), dës Erkenntnisser suggeréieren datt d'Dopamin Plastizitéit wéinst widderholl Konsum vu schmackhafte Liewensmëttel e bëssen ähnlech ass wéi déi duerch widderholl Konsum vun Drogen vu Mëssbrauch.

Wéi mat Drogen (71, 96, 156) an Alkohol (18, 185) Sucht, Abstinenz vun Saccharose kann Verlaangen an Entzugssymptomer verursaachen (5), schlussendlech féiert zum Réckfallverhalen (72, 73). Et gëtt ugeholl datt Abstinenz weider neural a molekulare Verännerungen inkubéiert (28, 185), erliichtert cue-evoked retrieval vun automatiséierte Verhalensprogrammer. Dofir ass Réckwee Verhalen ënner intensiver Enquête komm well et Schlëssel ass fir den Suchtfaktor Zyklus ze ënnerbriechen an d'Vermeidung vu weiderer spiralender Ofhängegkeet (156). Wéineg ass bekannt wéi dës Inkubatioun den "Géifen" an "Wëllen" vu schmaache Liewensmëttel beaflosst a wéi et mat Adipositas interagéiert, an de schemateschen Diagramm an Figebam. 3 ass e Versuch déi grouss Weeër a Prozesser ze skizzéieren.

 

Figur. 3.

Konzeptuell Representatioun vu Mechanismen an palatable Liewensmëttel-induzéiert Hyperphagie. En Ëmfeld vu ville favoriséiert d'gewéinlech Intake vu schmackhafte Liewensmëttel, déi zu engem Suchtähnlechen Zoustand kënne beschleunegen wann normal Belounungsveraarbechtung duerch Hyperaktivitéit korrupt ass ...

Zesummegefaasst, fréi Observatioune bei Nager suggeréieren datt e puer schmackhafte Liewensmëttel wéi Saccharose Suchtfaktor Potenzial a bestëmmten experimentellen Déieremodeller hunn, well se op d'mannst e puer Schlësselkriterien, déi fir Drogen an Alkohol etabléiert sinn, recapituléieren. Wéi och ëmmer, vill weider Fuerschung ass noutwendeg fir e méi kloert Bild vum Mëssbrauchspotenzial vu bestëmmte Liewensmëttel an den involvéierten neurale Weeër ze kréien.

Verännert den fettleibege Staat Belounungsmechanismen an beschleunegt de Prozess?

Adipositas ass verbonne mat dysreguléierte Signalsystemer, wéi Leptin an Insulinresistenz, souwéi verstäerkte Signalisatioun duerch proinflammatoresch Zytokine a Weeër aktivéiert duerch oxidativen an endoplasmatesche Retikulumstress (3). Et gëtt kloer datt d'Obesitéit-induzéiert gëfteg intern Ëmfeld d'Gehir net erspuert (24, 46, 48, 52, 59, 95, 121, 127, 177, 182, 198). Obesitéit-induzéiert Gehir Insulinresistenz gëtt ugeholl en direkten Effekt op d'Entwécklung vun der Alzheimer Krankheet ze hunn, elo och Typ 3 Diabetis genannt.46, 47) wéi och aner neurodegenerativ Krankheeten (161).

Eng Rei rezent Studien hunn d'Opmierksamkeet op den Hypothalamus geriicht, wou héich Fett Diäten déi delikat Relatioun tëscht Glialzellen an Neuronen duerch verstäerkten endoplasmatesche Retikulum an oxidativen Stress stéieren, wat zu Stressreaktiounsweeër mat allgemeng zytotoxeschen Effekter féiert (48, 121, 177, 198). D'Enneffekter vun dësen Ännerungen sinn zentrale Insulin- a Leptinresistenz a verschlechtert hypothalamesch Reguléierung vum Energiebalance, wat d'Entwécklung vun Adipositas weider favoriséiert an am Tour, Neurodegeneratioun. Wéi och ëmmer, dës gëfteg Effekter stoppen net um Niveau vum Hypothalamus, awer kënnen och Gehirgebidder beaflossen, déi an der Belounungsveraarbechtung involvéiert sinn. Déi fettleibeg, leptin-defizit Maus ass vill méi empfindlech fir chemesch induzéiert Neurodegeneratioun wéi Metamphetamin-induzéiert Dopaminnerv-Terminaldegeneratioun wéi uginn duerch reduzéiert striatal Dopaminniveauen (170). Adipositas an Hypertriglyceridämie produzéiere kognitiv Behënnerung bei Mais, inklusiv reduzéierter Hiewel dréckt fir Liewensmëttelbelounung (59), an epidemiologesch Studien weisen eng Associatioun vum Kierpermass Index a Risiko vun der Parkinson Krankheet a kognitiven Réckgang (85). Obesitéit-ufälleg Ratten erlaabt fettleibeg op regelméisseg Chow ze ginn, oder gefiddert Quantitéiten vun héich-Fett Diät fir net extra Kierpergewiicht ze gewannen, weisen wesentlech reduzéiert operant Äntwert (progressive Verhältnis Breakpunkt) fir Saccharose, Amphetamin-induzéiert bedingte Plaz Präferenz, an Dopamin Ëmsaz am nucleus accumbens (41). Dës Resultater suggeréieren datt souwuel Adipositas per se an héich-Fett Ernährung Ännerungen am mesolimbesche Dopamin Signaliséierung a Belounungsverhalen verursaache kënnen. Méiglech Weeër a Mechanismen, duerch déi Diätmanipulatiounen an Adipositas kënnen d'neural Belounungskreeslaf beaflossen, ginn an Figebam. 4.

 

Figur. 4.

Sekundär Effekter vun Adipositas op Belounungsschaltung an Hypothalamus Energiebalanceregulatioun. Schmaacht an héich-Fett Diäten kënnen zu Adipositas mat oder ouni Hyperphagie féieren. Erhéicht entzündlech, mitochondrial, an oxidativ Stress Signaliséierung bannent der ...

Zesummegefaasst schéngt et kloer datt d'Obesitéit-induzéiert intern gëfteg Ëmfeld net um Niveau vum Gehir stoppt, an am Gehir stoppt net bei der Belounungsschaltung. Just wéi Gehirgebidder, déi an der homeostatescher Energiebalance Reguléierung involvéiert sinn, wéi zum Beispill den Hypothalamus, an a kognitiver Kontroll, wéi zum Beispill den Hippocampus an den Neocortex, Belounungskreesser am Corticolimbic an aner Gebidder ass méiglecherweis beaflosst vun Adipositas-induzéierte Verännerungen an de periphere Signaler un de Gehir a lokal Gehir Signalisatioun duerch entzündlech, oxidativ a mitochondrial Stressweeër.

Mir soen Laurel Patterson a Katie Bailey Merci fir d'Hëllef mat der Redaktioun an de Christopher Morrison an Heike Muenzberg fir vill Diskussiounen.