Riebalų / angliavandenių santykis, bet ne energijos tankis lemia užkandžių maisto suvartojimą ir aktyvuoja smegenų atlygio sritis (2015)

Mokslines ataskaitas 5, Straipsnio numeris: 10041 (2015)

doi: 10.1038 / srep10041

Maitinimo elgesys

Nutukimas

AbstrUžkandžių bulvių traškučiai ad libitum maitinamoms žiurkėms skatina maistą, kuris yra susijęs su smegenų atlygio sistemos ir kitų grandinių moduliavimu. Čia parodyta, kad sočiųjų žiurkių maistą suvartoja optimalus riebalų ir angliavandenių santykis. Kaip ir bulvių traškučiai, izokalorinis riebalų / angliavandenių mišinys turėjo įtakos žiurkių smegenų veiklai, veikdamas grandines, susijusias, pvz., Su atlygiu / priklausomybe, tačiau moduliuotų sričių skaičius ir moduliacijos mastas buvo mažesni, palyginti su pačiu užkandžiu.

Įvadas

Dėl netinkamo skanaus maisto gavimo gali išsivystyti hedoninė hiperfagija, ty padidėja suvartojamos energijos kiekis ir dėl to padidėja kūno svoris dėl pasikeitusio maisto vartojimo būdo.1. Kad maistas suvartotų daugiau nei sotumas, turi būti įtraukti veiksniai, kurie panaikina homeostatinę energijos pusiausvyrą ir sotumą per skirtingus ne homeostatinės atlygio sistemos signalizacijos kelius.2. Kaip parodyta anksčiau, suvalgytų užkandžių bulvių traškučiai stipriai moduliuoja smegenų atlygio sistemos veiklą ad libitum maitinamoms žiurkėms. Be to, tai smarkiai skirtingai suaktyvina smegenų sritis, reguliuojančias maisto vartojimą, sotumą, miegą ir lokomotorinę veiklą3. Elgesio tyrimai patvirtino, kad turint bulvių traškučius padidėjo energijos suvartojimas ir su šėrimu susijęs lokomotorinis aktyvumas3. Nors neurobiologinis maisto vartojimo reguliavimas yra daug sudėtingesnis nei priklausomybės nuo narkotikų reguliavimo, prieštaringai buvo aptariami kai kurie ryškūs neurofiziologinių mechanizmų, smegenų aktyvavimo modelio ir elgesio padarinių sutapimai.4,5,6,7. Smegenų grandinę stipriai suaktyvina ne tik maisto vartojimas po apribojimų, bet ir ypač malonus maistas8,9,10. Apskritai, labai malonus maistas yra daug kaloringas ir (arba) turtingas riebalais ir (arba) angliavandeniais. Taigi buvo iškelta hipotezė, kad maisto energijos tankis gali būti lemiamas veiksnys, sukeliantis maisto vartojimą virš sotumo, dėl kurio padidėja svoris ir galiausiai nutukimas.11,12.

Neseniai atliktas elgesio tyrimas atskleidė, kad riebalai ir angliavandeniai yra pagrindiniai užkandžių skonį lemiantys molekuliniai veiksniai13. Be to, bulvių traškučių energinį kiekį daugiausia (94%) lemia riebalų ir angliavandenių kiekis. Todėl galima manyti, kad bulvių traškučių energinė vertė yra hedoninės hiperfagijos varomoji jėga. Todėl atlikome elgesio pasirinkimo testus, norėdami ištirti, kaip vartojami skirtingo riebumo / angliavandenių turintys maisto produktai, ir atlikome magnetinio rezonanso tomografijos (MRT) matavimus, kad ištirtume žiurkių sukeltas visos smegenų veiklos moduliacijas.

Rezultatai ir DISKUSIJA

Pirmenybės testams į kiekvieną tiriamą maistą (1: 1) buvo įpilama standartinio miltelių (STD), kad būtų pašalinta juslinių savybių įtaka (1a)13. Anksčiau buvo įrodyta, kad tyrimo epizodų tvarka ir trukmė neturėjo įtakos rezultatui13. Iš pradžių santykinis suvartojimas padidėjo didėjant riebalų kiekiui, taigi ir energijos kiekiui bandomuose maisto produktuose, kurių sudėtyje buvo ne daugiau kaip 35% riebalų ir 45% angliavandenių. Didesnis riebalų kiekis sumažino suvartojamo maisto kiekį (1a). Kadangi riebalų energetinis tankis yra didesnis nei angliavandenių, šie duomenys rodo, kad energijos kiekis nėra vienintelis veiksnys, lemiantis maisto nepritekliuvusių žiurkių organizmą. Pažymėtina, kad patraukliausių bandomųjų maisto produktų vidutinis riebalų ir angliavandenių santykis beveik tiksliai atitiko bulvių traškučių sudėtį (1a). Lieka ištirti, ar pirmiau pateiktą išvadą galima išplėsti ir kitiems maisto produktams, kurių riebalų ir angliavandenių santykis yra panašus, pavyzdžiui, šokoladui ar kitam užkandžiui.

1 pav.: A) Bandomųjų maisto produktų, kurių riebalų ir angliavandenių santykis yra skirtingas, aktyvumas skatinant papildomą maisto vartojimą per trumpalaikį bandomąjį maistą (10 minutes) atliekant dviejų pasirinkimų pirmenybės testus.

1 pav

Vieno bandomo maisto energijos suvartojimo skirtumai, palyginti su etaloniniais (17.5% riebalų, 32.5% angliavandenių ir 50% STD), parodomi kaip santykinis atitinkamo tiriamojo maisto indėlis į bendrą suvartojamo tiriamojo ir etaloninio maisto kiekį (vidurkis ± SD). Žemiau parodyta bandomo maisto sudėtis ir palyginta patraukliausia vidutinė sudėtis su bulvių traškučių sudėtimi. b) energijos suvartojimas ir atitinkamas su šėrimu susijęs lokomotorinis aktyvumas 7 dienų nenutrūkstamo bandomojo maisto pateikimo fazėse. Abu veiksniai parodo jų priklausomybę nuo bandomojo maisto [standartinio ėdalo (STD) arba 35% riebalų ir 65% angliavandenių (FCH) mišinio] treniruotės (TP) ir mangano fazėje (MnP) 12 / 12 valandų šviesos / tamsos ciklai per 7 dienas. Duomenys rodo 16 gyvūnų vidutinį ± SD 4 narvuose 7 dienas iš eilės. Be to, išvardyti atitinkami statistiniai duomenys (** p <0.01, *** p <0.001, ns = nereikšmingas).

Pilno dydžio vaizdas

Neseniai parodėme, kad bulvių traškučių vartojimas žiurkėms, maitinančioms ad libitum, smarkiai moduliuoja visą smegenų veiklą, daugiausia paveikdamas atlygio grandinę ir sistemas, susijusias su maisto vartojimu, miegu ir lokomotoriniu aktyvumu.3. Todėl šiame tyrime ištirtas bandomo maisto riebalų ir angliavandenių santykio poveikis šioms moduliacijoms. Tuo tikslu ad libitum maitintos žiurkės buvo veikiamos bandomuoju maistu, kuriame buvo 35% riebalų ir 65% angliavandenių (FCH) kaip beveik izokalorinis (565 ir 535 kcal / 100 g) bulvių traškučių modelis. Kontrolinei grupei vietoj to buvo gauta lytinė liga. Vėliau visos smegenų veiklos pokyčiai maitinimo fazėje buvo užfiksuoti manganu sustiprinto magnetinio rezonanso tomografijos (MEMRI) pagalba.14,15 kaip aprašyta anksčiau3. Remiantis tyrimo planu, parodytu 1b, treniruočių fazė (TP), siūlanti tiriamąjį maistą ad libitum, vyko po tarpinės fazės be tiriamojo maisto (kiekviena septynias dienas). Prieš matuojant MEMRI, kontrastinės medžiagos mangano chloridas buvo švirkščiamas į nugaros poodį implantuojamais osmosiniais siurbliais, kad būtų parodyta integruota smegenų veikla per kitas septynias dienas. Šios mangano fazės (MnP) metu žiurkėms buvo atkurta prieiga prie jau žinomo bandomojo maisto. Viso tyrimo metu buvo galima gauti standartinį granulių šulinį ir vandenį iš čiaupo (1b). Atliekant šį bandymą abiejų grupių energijos suvartojimas, taip pat visos smegenų veiklos modeliai buvo palyginti, o FCH grupėje energijos suvartojimas TP ir MnP metu, taip pat tamsiu paros metu, palyginti su kontrole, buvo žymiai padidėjęs (1b). Be to, buvo suskaičiuotas pavienių žiurkių lokomotorinis aktyvumas šalia maisto balionėlių. Priešingai nei kiti lokomotoriniai tyrimai, pvz., Tyrimas atvirame lauke, kuriuo matuojamas bendras lokomotorinis aktyvumas ir nerimas, šiame tyrime įvertintas su maitinimu susijęs lokomotorinis aktyvumas labiau atspindi elgesį ieškant maisto. Vis dėlto su maitinimu susijęs lokomotorinis aktyvumas tik šiek tiek padidėjo, kai tamsiuoju TP ciklu buvo galima naudoti FCH, o ne STD miltelius (vidutinis lokomotorinio aktyvumo skaičius [skaičiuojamas] STD 205 ± 46, FCH 230 ± 41, n = 4, p = 0.0633) ) ir MnP (vidutinis lokomotorių aktyvumas [skaičiuoja] STD 155 ± 24, FCH 164 ± 17, n = 4, p = 0.2123) (1b). Priešingai, dėl galimybės naudotis bulvių traškučiais padidėjo su šėrimu susijęs lokomotorinis aktyvumas, palyginti su ta pačia STD kontroline grupe tamsiuoju ciklu.3, kuris buvo reikšmingas tiek TP (vidutinis judesio aktyvumo [skaičius] STD 205 ± 46, bulvių traškučiai 290 ± 52, n = 4, p <0.001), tiek MnP (vidutinis judėjimo aktyvumo [skaičius] STD 155 ± 24, bulvių traškučiai) 197 ± 29, n = 4, p = 0.0011). Taigi galima daryti išvadą, kad riebalų / angliavandenių santykis lemia bulvių traškučių skonį, tačiau šėrimo elgesiui įtakos turi ir kiti užkandžių komponentai. Vis dėlto lieka spekuliacinis, jei šie skirtumai yra susiję su maisto vartojimo „norėjimu“ ir „pamėgimu“16.

Visų smegenų aktyvumo stebėjimas, kurį atlieka MEMRI, atskleidė reikšmingus smegenų sričių aktyvinimo skirtumus, kai FCH suvartojama, palyginti su STD (2a, b, Pav 3, pirmoji skiltis Lentelė 1). Šie rezultatai buvo lyginami su ankstesnėmis smegenų aktyvumo modelio moduliavimo MEMRI analizėmis per bulvių traškučių suvartojimą prieš STD tokiomis pačiomis sąlygomis.3. Ankstesni duomenys išvardyti antroje skiltyje Fig. 2 ir 3. Nors FCH buvo panašus riebalų / angliavandenių santykis ir beveik identiškas energijos tankis, lyginant su bulvių traškučiais, FCH aktyviai sušvelnino smegenų plotų žymiai mažesnį skaičių (33) nei STD nei bulvių traškučiai (78 sritys, Pav 2). Funkcijų grupėse, susijusiose su atlygiu ir priklausomybe (3a), maistas (3b), miegoti (3c) ir lokomotorinio aktyvumo (3d). 2b pav rodo visų reikšmingai skirtingų aktyvuotų smegenų sričių apžvalgą, lyginant atitinkamai FCH ir bulvių traškučių poveikį su STD. Be to, frakcinis aktyvacijos pokytis, ty mangano įsisavinimas, atspindintis neuronų aktyvumą, skiriasi nuo FCH ir STD vartojimo, palyginti su bulvių traškučiais (STD).Pav 3, trečias stulpelis). Branduolio akumuliatoriai laikomi pagrindine atlygio sistemos struktūra17. FCH suvartojimas lėmė žymiai padidėjusią 7.8 aktyvaciją viename iš keturių pagrindų, ty kairiojo pusrutulio pagrindinio subregiono. Lukštų subregionų, taip pat dešiniojo pusrutulio pagrindinio subregiono padidėjimas nebuvo didelis (3a). Be to, bulvių traškučių suvartojimas panašiomis sąlygomis taip pat lėmė didžiausią aktyvumą iki tol, kol liko branduolio accumbens kairiojo pagrindinio subregiono. Tačiau, lyginant su FCH, aktyvavimo lygis šioje substruktūroje buvo net dvigubai didesnis. Priešingai nei FCH, kitos trys struktūros taip pat buvo reikšmingai suaktyvintos, palyginti su kontroline (3a). Taigi, galima daryti išvadą, kad FCH aktyvuoja atlygio sistemas smegenyse, bet nedideliu poveikiu nei bulvių traškučiai. Ši išvada taip pat atsispindi ir kitose atlyginimų ir priklausomybės sistemos struktūrose, kurios buvo aktyviai aktyvuotos naudojant bulvių traškučius ir FCH, pvz., Stria terminalo (kairiojo pusrutulio) lovos branduolį.17,18, nugaros subiculum19arba prebumbinė žievė (dešinysis ir kairysis pusrutuliai)20. Priešingai, kitos smegenų struktūros FCH suvartojimas reikšmingai nepaveikė, nors jos yra svarbios atlygio grandinių sudedamosios dalys ir aiškiai moduliuotos bulvių traškučių, pvz., Ventralinio pallidumo, ventralinio osmento srities, arba caudate putamen (Lentelė 1)3.

2: a) Žymiai skirtingos aktyvuotos smegenų sritys (35% riebalų / 65% angliavandenių (FCH) ir standartinių česnakų (STD) ir bulvių traškučiai (STD) mišinys)3) vokselio pagrindu atlikta morfometrine analize, parodyta trims griežinėliams, rodomiems vidutiniame žiurkės smegenų paviršiuje.

2 pav

Vidutiniai maisto grupės riebalų / angliavandenių (FCH, kairiojo stulpelio) duomenys lyginami su smegenų aktyvumo modelio pokyčiais, kuriuos sukelia bulvių traškučiai tomis pačiomis sąlygomis (peržiūrėta Hoch et al. 20133dešinėje stulpelyje). (b) žymiai skirtingai aktyvuotų smegenų sričių 3D pasiskirstymas, rodomas ašiniu ir sagitiniu vaizdu (35% riebalų / 65% angliavandenių testo maisto FCH vs STD, kairysis stulpelis ir bulvių traškučiai prieš STD, dešinysis stulpelis, peržiūrėtas iš Hoch et al. 20133). Mėlynos spalvos sferos simbolizuoja smegenų sritis su mažesnėmis, raudonomis sferomis smegenų regionuose su didesniu aktyvumu po atitinkamo bandymo maisto FCH arba bulvių traškučių suvartojimo3, kiekvienas palyginti su STD. Sferų dydis simbolizuoja reikšmingumo lygius (mažas: p ≤ 0.05, terpė: p ≤ 0.01, didelis: p ≤ 0.001, n = 16).

Pilno dydžio vaizdas

3 paveikslas: smegenų regionai, priskirti funkcinėms grupėms (a) „atlygis ir priklausomybė“, (b) „maisto suvartojimas“, (c) „miegas“ ir (d) „judėjimo aktyvumas“ schematiškai rodant žiurkę smegenys, kurių ad libitum šeriamų žiurkių smegenų struktūrose smarkiai skiriasi (p <0.05) manganas (papildomai galima gauti bandomąjį 35% riebalų / 65% angliavandenių maistą (FCH, pirmoji skiltis) arba užkandžių bulvių traškučius (apžvelgta Hocho) et al. 20133antrojoje skiltyje).

3 pav

Raudoni stačiakampiai simbolizuoja smegenų regionus, kuriuos žymiai suaktyvina užkandžių maistinių bulvių traškučiai arba FCH, abu palyginti su miltelių pavidalo chow (STD), mėlyni stačiakampiai atitinkami smegenų regionai, turintys didesnį aktyvumą dėl miltelių pavidalo STD ir užkandžių bulvių traškučių ar FCH. Trikampiai, pritvirtinti prie stačiakampių kairėje ir (arba) dešinėje, rodo reikšmingų skirtumų pusrutulį. Stačiakampiai be trikampių atspindi centrines smegenų struktūras. Trečiajame stulpelyje rodomas dalinis užkandžių ir FCH pokytis, palyginti su STD (*** p <0.001, ** p <0.01, * p <0.05, n = 16). Acb šerdis: branduolio accumbens šerdies sritis; Acb apvalkalas: branduolio accumbens apvalkalo sritis, lankas: arkinis hipotalamio branduolys, BNST: stria terminalis guolio branduolys, CgCx: cingulinė žievė, CPu: caudate putamen (stratium), DS: nugaros subikulas, Gi: gigantoceliulinis branduolys, GPV: ventralinis pallidum, HyDM: dorsomedialinis hipotalamas, HyL: šoninis hipotalamas, IlCx: infralimbiška žievė, InsCx: vidinė žievė, IP: interpeduncular branduolys, LPBN: lateralinis parabrachialinis branduolys, LPGi: šoninis paragigantoceliulinis branduolys, LRt: motorinis šoninis retikulinis branduolys , MCx1: antrinė motorinė žievė, OrbCx: orbitinė žievė, PCRt: akmenligės tinklinis branduolys, PnO: taškinis retikulinis branduolys oralinis, PrlCx: prelimbinė žievė, PTA: priešakinės žarnos plotas, PVN: paraventrikulinis talaminis branduolys priekinis, Raphe: raphe branduolys, S , Sol: pavienis traktas, Teg: tegmentaliniai branduoliai, thMD: mediodorsinis talamikas, VS: ventralinis subikulas, VTA: ventralinis tegmentalinis plotas, ZI: zona incerta.

Pilno dydžio vaizdas

1 lentelė: Žymiai skirtingai aktyvuotų smegenų zonų Z balai, lyginant žiurkes su prieiga prie tik standartinės vištos arba į riebalų ir angliavandenių mišinį ir atitinkamas t-statistikos p-reikšmes, n = 16.

Pilno dydžio lentelė

Panašias išvadas galima daryti analizuojant smegenų grandines, susijusias su maisto vartojimu. Pavyzdžiui, dorsomedialinis hipotalamas, pertvaros, taip pat paraventrikulinis talaminis branduolys, kurie buvo aktyvuoti FCH ir bulvių traškučiai, gali būti siejami su maisto suvartojimo kontrole.21,22. Bet vėl, FCH nepavyko moduliuoti kitų sotumo grandinių struktūrų, kurias deaktyvavo bulvių traškučiai, pvz., Kaulinis hipotalaminis branduolys arba vienišas takas. Be to, aktyvinimo intensyvumas FCH buvo mažesnis nei bulvių traškučiai, kuris, pavyzdžiui, atsispindėjo 2.3 kartus žymiai didesnėje paraventrikulinės talamikos branduolio anterioro aktyvacijos (3b). Šie duomenys rodo, kad FCH moduliuoja smegenų struktūras, susijusias su maisto suvartojimu, skirtingai nei STD, o tai gali pasireikšti dėl didesnės energijos suvartojimo per FCH (1b).

FCH suvartojimas taip pat smarkiai išjungė smegenų struktūras, susijusias su miegu. Kai kurias smegenų sritis, pvz., Zona incerta, FCH išjungė tik FCH.3c), o kitos sritys buvo išjungtos tik bulvių traškučiais, pvz., tegmentiniais branduoliais. Nors FCH ir vienuolika bulvių traškučių moduliavo aštuonias miego sąveikas, abiejų bandomųjų maisto produktų poveikis atrodo panašus. Kadangi šis rezultatas nebuvo tikėtinas, miego trukmė šiame tyrime nebuvo matuojama taip, kad neaišku, ar FCH sukeltas miego grandinių moduliavimas koreliuoja su miego elgesio moduliavimu.

Smegenų regionai, atsakingi už lokomotorinį aktyvumą ir judėjimą apskritai, nebuvo reikšmingai paveikti FCH suvartojimas, palyginti su STD (3d, pirmoji skiltis). Tai yra kartu su elgesio stebėjimais, kuriuos FCH sukėlė tik šiek tiek, bet ne žymiai didesnį su maistu susijusį judėjimo aktyvumą, lyginant su STD (1b). Priešingai, buvo įrodyta, kad motorinės sistemos struktūrų suaktyvinimas žiurkių smegenyse, patekusiuose į bulvių traškučius, lydėjo padidėjusį su maistu susijusį lokomotorinį aktyvumą.3.

Ne visiškai aišku, ar pastebėtas aktyvacijos modelis susijęs su hedonine hiperfagija. Priešingai nei homeostatinis maisto vartojimas, kurį kontroliuoja organizmo energijos lygis, hedoninį maistą vartoja kai kurių maisto produktų gaunamas atlygis.23. Kadangi hedoninis maisto vartojimas nėra labai susijęs su energijos poreikiais, jis dažnai sukelia hiperfagiją. Buvo sukurti modeliai, apibūdinantys hedoninės hiperfagijos neuroninius ryšius. Pavyzdžiui, Berthoudas teigia, kad homeostatinis maisto vartojimas yra susijęs su leptinui jautriomis grandinėmis, kuriose daugiausia yra ląstelių branduolys ir vienišo trakto branduolys, bet taip pat apima daug kitų sričių, įskaitant hipotalamines vietas, pvz., Paraventrikulinę branduolį arba branduolys accumbens23,24. Tačiau šis homeostatinis maisto suvartojimo reguliavimas gali būti atmestas už atlygio signalus, pvz.25. Maisto patekimas buvo susijęs su mu-opioidų signalizavimu branduoliuose accumbens, ventraliniu pallidumu, parabrachialiniu branduoliu ir vienišojo trakto branduoliu.24, kadangi maisto troškimas buvo susijęs su dopamino sistema vidurinėje skilvelio srityje, branduolio akumuliatoriais, prieš frontaline žieve, amygdala ir pagumburiu. Kenny papildomai pabrėžė salų žievės, kuri turėtų kaupti informaciją apie hedonines maisto savybes ir kurią taip pat gali sieti potraukis, indėlį.10. Priešingai nei smegenų aktyvacijos modelis, susijęs su bulvių traškučių vartojimu, FCH vartojimas iš tikrųjų turėjo įtakos tik kelioms iš šių sričių, susijusių su hedonine hiperfagija. Todėl norint išsiaiškinti, ar FCH pasirinkimą iš tikrųjų lydi hiperfagija, reikia atlikti ilgesnius elgesio eksperimentus.

Iki šiol nėra aišku, kurie bulvių traškučių molekuliniai komponentai yra atsakingi už stipresnį šio bandomojo maisto smegenų moduliavimo poveikį. Kadangi buvo naudojamas sūdytas produktas, be prieskonių, be skonio stipriklio, be pagrindinių riebalų ir angliavandenių komponentų buvo druska, skonis ir nedideli baltymų kiekiai. Be to, reikia atsižvelgti į molekulinius pokyčius, kurie atsiranda perdirbant. Anksčiau buvo parodyta, kad druskos skonis paskatino Fos ekspresiją žiurkių, neturinčių druskos, branduoliuose. Priešingai, druskos vartojimas gyvūnams, kurių organizmas neišsemtas, nesuaktyvino šios atlygio sistemos struktūros.26. Be to, buvo pranešta, kad druskos vartojimas kietame maiste žiurkėms veikė labiau neigiamai27. Todėl neatrodo, kad druska buvo pagrindinis smegenų atlygio sistemos moduliatorius atliekant šiuos eksperimentus. Anksčiau pristatytas dviejų pasirinkimo variantų testas dabar gali būti naudojamas toliau tiriant kitų bulvių traškučių komponentų įtaką maisto suvartojimui.

Iš savo elgesio duomenų darome išvadą, kad riebalų ir angliavandenių santykis, bet ne absoliutus energijos tankis, yra pagrindinis veiksnys, lemiantis užkandžių maisto skonį ir suvartojimą atliekant trumpalaikius dviejų pasirinkimų pirmenybių testus žiurkėms. Be to, FCH mišinio, kuris yra beveik izokalorinis bulvių traškučiams, suvartojimas sukėlė maksimalų energijos suvartojimą žiurkėms, maitinančioms ad libitum, o kartu su reikšmingai skirtinga smegenų struktūros aktyvacija, susijusi su atlygiu, maisto vartojimu ir miegu. Bulvių traškučių suvartojimas tomis pačiomis sąlygomis sąlygojo daug didesnį skirtingai suaktyvinamų smegenų struktūrų skaičių šiose schemose ir taip pat aiškiai didesnį frakcinį pokytį, palyginti su STD. Taigi, remiantis vaizdo gavimo metodu, galima daryti išvadą, kad vien energijos tankis yra tik nedidelis užkandžių maisto savybių lemiamas veiksnys. Nors bulvių traškučių riebalų ir angliavandenių santykis atrodo labai patrauklus, galima kelti hipotezę, kad šiame užkandžyje yra ir kitų molekulinių veiksnių, kurie dar stipriau keičia smegenų apytakos ratą, ypač atlygio sistemą, ir lemia padidėjusį maisto kiekį siekiantis elgesio.

Metodai

Etikos ataskaita

Šis tyrimas buvo atliktas griežtai laikantis Nacionalinių sveikatos institutų laboratorinių gyvūnų priežiūros ir naudojimo vadovo rekomendacijų. Protokolą patvirtino Friedricho-Aleksandro universiteto Erlangeno-Niurnbergo eksperimentų su gyvūnais etikos komitetas (Regierung Mittelfranken, leidimo numeris: 54-2532.1-28 / 12).

Pirmenybės testas

Pirmenybės testai buvo atlikti, kaip aprašyta anksčiau, tris kartus per dieną per šviesos ciklą 10 minutes, kiekvieną kartą su 20 – 36 pasikartojimais iš viso tiriamo maisto, palyginti su etaloniniu13. Šis bandymų grafikas suteikia pakankamai duomenų, kad būtų galima įvertinti maisto pasirinkimą. Tyrimai buvo atlikti su 8 patinų „Wistar“ žiurkėmis (2 narveliuose su kiekvienu 4 gyvūnu, 571 ± 41 g, įsigytas iš Charles River, Sulzfeld, Vokietija) ir daugintos su 10 patinų Sprague Dawley žiurkėmis (2 narveliai su kiekvienu 5 gyvūnais, pradinis svoris 543 ± 71 g, įsigytas iš Charles River, Sulzfeld, Vokietija), kuris buvo paruoštas bandymui. Taigi, kiekvieną bandymą atlikusių gyvūnų skaičius buvo 18, o narvelių - 4 (keturių biologinių pakartojimų) skaičius. Kiekvienas eksperimentas buvo pakartotas 5 – 6 kartus su kiekviena gyvūnų grupe. Visos žiurkės buvo laikomos 12 / 12 h tamsos / šviesos cikle. Žiurkės turėjo prieigą prie standartinių šiaudelių granulių (Altromin 1324, Lage, Vokietija, 4 g / 100 g riebalų (F), 52.5 g / 100 g angliavandenių (CH), 19 g / 100 g baltymų (P)). išbandyti maisto produktus ir viso tyrimo metu čiaupo vandenį. Tiriamieji maisto produktai, turintys skirtingą F santykį (saulėgrąžų aliejus, įsigytas iš vietinio prekybos centro) ir CH (maltodekstrinas, dekstrinas 15 iš kukurūzų krakmolo, Fluka, Vokietija), sumaišyti su 50% miltelių STD, buvo naudojami norint palyginti atitinkamą aktyvumą, norint paskatinti maistą. . Siekiant sumažinti tekstūros ir jutimo įtaką vartojimui, buvo įdėta STD miltelių pavidalu. Kaip pamatinis maistas atliekant visus elgesio pasirinkimo testus, buvo naudojamas 50% miltelių STD, 17.5% F ir 32.5% CH mišinys, kurio F / CH sudėtis yra labai panaši kaip 50% bulvių traškučių STD ir kuris buvo naudojamas kaip 50% bulvių traškučių STD modelis anksčiau13. Be to, mes išbandėme maisto produktus, sudarytus iš 50% miltelių STD, pridedant šiuos F ir CH mišinius (% F /% CH): 5 / 45, 10 / 40, 17.5 / 32.5, 25 / 25, 30 / 20, 35 / 15, 40 / 10, 45 / 5 ir 50 / 0. Atsižvelgiant į 50% STD sudėtį, etaloniniame maiste buvo viso (% F /% CH) 20 / 59, kituose bandomuosiuose maisto produktuose 7 / 71, 12 / 66, 20 / 59, 27 / 51, 32 / 46, 37 / 41, 42 / 36, 47 / 31 ir 52 / 26. Visų kitų STD miltelių komponentų, tokių kaip baltymai (9%), ląsteliena (3%) ar mineralai (pelenai, 3.5%), kiekis visuose tiriamuose maisto produktuose buvo pastovus.

Energijos sąnaudos, priklausančios nuo atitinkamo bandomojo maisto, buvo apskaičiuotos padauginus suvartoto bandomojo maisto kiekį iš jo atitinkamo energijos kiekio. Santykinis vieno bandomojo maisto indėlis į suvartoto bandomojo maisto ir referencinio maisto kiekį buvo apskaičiuotas padalijant atitinkamo tiriamojo maisto kiekį iš bendro suvartojamo bandomojo maisto ir referencinio maisto.

Elgesio duomenų, susijusių su energijos suvartojimu ir su šėrimu susijusios lokomotorinės veiklos, registravimas

Elgesio duomenys buvo registruojami taip, kaip aprašyta anksčiau3. Trumpai tariant, kasdien buvo matuojamas bandomasis maistas, o energijos suvartojimas buvo apskaičiuojamas padauginus suvartoto bandomojo maisto masę iš atitinkamo energijos kiekio. Su šėrimu susijęs lokomotorinis aktyvumas buvo įvertintas naudojant kameros nuotraukas, darytas kas 10 sekundes iš viršaus. Vienas skaičius buvo apibrėžtas taip: „viena žiurkė demonstruoja lokomotorinį aktyvumą šalia vieno maisto dalytuvo“. Statistiniam vertinimui buvo atlikti mokinių t-testai (dvipusiai), naudojant vidutinę vertę (energijos suvartojimą arba su šėrimu susijusį lokomotorinį aktyvumą) per 7 dienas (TP arba MnP) narve (n = 4 narvuose, iš viso 16 žiurkėms). kiekviena grupė).

Visų smegenų veiklos modelio registravimas MEMRI metodu

Patinų Wistar žiurkės (pradinis svoris 261 ± 19 g, įsigytos iš Charles River, Sulzfeld, Vokietija), laikomos 12 / 12 h tamsos / šviesos cikle, atsitiktine tvarka buvo padalytos į dvi grupes. Abi tiriamosios grupės per visą tyrimo laiką turėjo ad libitum prieigą prie standartinių pjaustytų granulių (Altromin 1324, Altromin, Lage, Vokietija).

Viena grupė (n = 16, pradinis kūno svoris 256 ± 21 g) gavo miltelių pavidalo STD (Altromin 1321), o kita grupė (n = 16, pradinis kūno svoris 266 ± 16 g) gavo 35% F (saulėgrąžų aliejaus, įsigytas iš vietinio prekybos centro) ir 65% CH (maltodekstrinas, dekstrinas 15 iš kukurūzų krakmolo, Fluka, Taufkirchen, Vokietija) papildomai prie standartinių čiaušinių granulių. Šis tyrimas buvo vykdomas lygiagrečiai su anksčiau paskelbtu bulvių traškučių tyrimu3, kad būtų galima naudoti tą pačią kontrolinę grupę, leidžiančią maksimaliai palyginti duomenų rinkinius.

MEMRI (naudojant 4.7 T Bruker MRT, naudojant optimizuotą modifikuotos pusiausvyros Furjė transformacijos (MDEFT) seką) buvo naudojamas smegenų aktyvacijai susieti su 109 × 109 × 440 μm skiriamąja geba (išsamiau žr. Hoch et al. 20133). Kadangi MEMRI jautrumas yra mažesnis, palyginti su pirmenybės testais, tiriamieji maisto produktai buvo pateikiami ilgesnį laiką. Įrašams reikia santykinai didelės potencialiai toksiškos kontrastinės medžiagos mangano koncentracijos, kurios į smegenis patenka tik po kelių valandų po taikymo. Siekiant išvengti neigiamo šalutinio poveikio pagrindinei gyvūnų fiziologijai ir elgesiui dėl mangano chlorido tirpalo įpurškimo dozėmis, kurių pakanka MEMRI matuoti, osmosiniai siurbliai buvo naudojami švelniam, tačiau gana daug laiko reikalaujančiam nuolatiniam netoksiško mangano kiekio naudojimui. , kuris kaupėsi aktyvuotose smegenų srityse per visą 7 dienos maisto bandymo fazės laiką28. Tyrimo planas, osmosinių siurblių paruošimas, MRT matavimų parametrai, duomenų apdorojimas, taip pat maisto suvartojimo ir su šėrimu susijusios lokomotorinės veiklos registravimas buvo aprašytas anksčiau.3. Originalios segmentinės smegenų pilkos MRT pilkosios vertės vienam gyvūnui buvo užregistruotos naudojant ne griežtą registracijos darbo eigą3. Remiantis šiais registruotais duomenų rinkiniais, buvo atlikta vokseliais pagrįsta morfometrinė analizė ir vizualizuoti gauti statistiniai parametrai. Siekiant nustatyti reikšmingus smegenų aktyvacijos skirtumus, buvo atlikti Z balais pagrįsti studentų t-testai. 3D vizualizuodami žymiai skirtingai aktyvuotų smegenų struktūrų pasiskirstymą, mes pavaizdavome kiekvieną smegenų struktūrą kaip sferą jos sunkio centre. Koordinatės buvo gautos iš skaitmeninio smegenų atlaso 3D. Kiekvienos sferos spindulys buvo naudojamas jos reikšmingumo lygiui koduoti, o intensyvumo šešėliavimas koduoja aktyvumo skirtumą iki STD.

Papildoma informacija

Kaip cituoti šį straipsnį: Hoch, T. et al. Riebalų / angliavandenių santykis, bet ne energijos tankis, lemia užkandžių vartojimą ir suaktyvina smegenų veiklos sritis. Sci. Rep. 5, 10041; doi: 10.1038 / srep10041 (2015).

Nuorodos

  1. 1.

La Fleur, SE, Luijendijk, MCM, van der Zwaal, EM, Brans, MAD & Adan, RAH Žiurkė, užkandžiaujanti kaip žmogaus nutukimo pavyzdys: laisvai pasirenkamos riebios ir daug cukraus turinčios dietos poveikis valgymo įpročiams. Vid. J. Obes. 38, 643 – 649 (2014).

  •  

· 2.

Berthoud, H.-R. Homeostatiniai ir ne homeostatiniai būdai kontroliuojant maisto vartojimą ir energijos balansą. Nutukimas. 14 „S8“, „197S – 200S“ (2006).

  •  

· 3.

Hochas, T., Kreitzas, S., Gafflingas, S., Pischetsriederis, M. ir Hessas, A. Patobulintas mangano magnetinio rezonanso tyrimas, skirtas visų smegenų veiklos, susijusios su užkandžiais, vartojimui ad libitum maitinamoms žiurkėms. PLoS ONE. 8, „e55354“; 10.1371 / journal.pone.0055354 (2013).

  •  

· 4.

Volkow, ND & Wise, RA Kaip narkomanija gali padėti mums suprasti nutukimą? Nat. Neurosci. 8, 555 – 560 (2005).

  •  

· 5.

Berthoud, H.-R. Metaboliniai ir hedoniniai apetito kontrolės neuronai: kas yra viršininkas? Curr. Opin. Neurobiol. 21, 888 – 896 (2011).

  •  

· 6.

Gearhardtas, AN, Grilo, CM, DiLeone, RJ, Brownellas, KD ir Potenza, MN Ar maistas gali būti priklausomas? Visuomenės sveikata ir politika. Polinkis. 106, 1208 – 1212 (2011).

  •  

· 7.

Hebebrand, Dž. et al. „Valgyti priklausomybę“, o ne „priklausomybę nuo maisto“, geriau užfiksuoja priklausomybę sukeliantį valgymo elgesį. Neurosci. Biobehav. Rev. 47, 295 – 306 (2014).

  •  

· 8.

Epšteinas, DH ir Shahamas, Y. Sūrio valgymo žiurkės ir priklausomybės nuo maisto klausimas. Nat. Neurosci. 13, 529 – 531 (2010).

  •  

· 9.

DiLeone, RJ, Tayloras, JR ir Picciotto, MR Vairavimas valgyti: atlygio už maistą ir priklausomybės nuo narkotikų palyginimai ir skirtumai. Nat. Neurosci. 15, 1330 – 1335 (2012).

  •  

· 10.

Kenny, PJ Dažni ląstelių ir molekuliniai mechanizmai nutukimui ir narkomanijai. Nat. Rev. Neurosci. 12, 638 – 651 (2011).

  •  

· 11.

Rolls, BJ & Bell, EA Riebalų ir angliavandenių suvartojimas: energijos tankio vaidmuo. Euras. J. Clin. Mityba. 53 („1“), „S166 – 173“ („1999“).

  •  

· 12.

Šafatas, A., Murray, B. ir Rumsey, D. Energijos tankis kavinės dietoje sukėlė žiurkių hiperfagiją. Apetitas. 52, 34 – 38 (2009).

  •  

· 13.

Hochas, T., Pischetsriederis, M. ir Hessas, A. Užkandžių maistą šunims, kurie šeriami ad libitum, sukelia riebalų ir angliavandenių derinys. Priekyje. Psychol. 5, 250; 10.3389 / fpsyg.2014.00250 (2014).

  •  

· 14.

Linas, YJ ir Koretsky, AP Mangano jonas stiprina T1 svertinį MRT smegenų aktyvavimo metu: tiesioginis smegenų funkcijos vaizdavimo metodas. Magn. Reson. Med. 38, 378 – 388 (1997).

  •  

· 15.

Koretsky, AP & Silva, AC Mangano sustiprintas magnetinio rezonanso tyrimas (MEMRI). BMR Biomed. 17, 527 – 531 (2004).

  •  

· 16.

Berridge, KC Smegenų malonumai. Smegenys Cogn. 52, 106 – 128 (2003).

  •  

· 17.

Haberis, SN ir Knutsonas, B. Atlyginimo grandinė: primityvinės anatomijos ir žmogaus vaizdavimo susiejimas. Neuropsychopharmacology 35, 4 – 26 (2010).

  •  

· 18.

Eppingas-Jordanas, parlamento narys, Markou, A. ir Koobas, GF Dopamino D-1 receptorių antagonistas SCH 23390, švirkščiamas į stria terminalo dorsolaterialinį branduolį, sumažino kokaino sustiprėjimą žiurkėse. Brain Res. 784, 105 – 115 (1998).

  •  

· 19.

Martin-Fardon, R., Ciccocioppo, R., Aujla, H. & Weiss, F. Dorsalinis subiculum tarpininkauja sąlygotam kokaino paieškos atkūrimui. Neuropsychopharmacology. 33, 1827 – 1834 (2008).

  •  

· 20.

Limpensas, JHW, Damsteegtas, R., Broekhovenas, MH, Voornas, P. ir Vanderschurenas, LJMJ Farmakologinė prelimbinės žievės inaktyvacija imituoja kompulsinį atlygį ieškant žiurkių. Brain Res.; 10.1016 / j.brainres.2014.10.045 (2014).

  •  

21.

Bellinger, LL ir Bernardis, LL Dorsomedialinis hipotalaminis branduolys ir jo vaidmuo nurijus elgesį ir kūno svorio reguliavimą.. Physiol. Behav. 76, 431 – 442 (2002).

  •  

· 22.

Stratfordas, TR ir Wirtshafteris, D. Muskimolio švirkštimas į paraventrikulinę talaminę branduolį, bet ne mediodoraliniai talaminiai branduoliai, sukelia žiurkių šėrimą. Brain Res. 1490, 128 – 133 (2013).

  •  

· 23.

Harroldas, JA, Dovey, TM, Blundellas, JE ir Halfordas, JCG CNS reguliavimas apetitui. Neurofarmakologija 63, 3 – 17 (2012).

  •  

· 24.

Berthoud, H.-R. Nervų apetito kontrolė: pokalbis tarp homeostatinių ir ne homeostatinių sistemų. Apetitas. 43, 315 – 317 (2004).

  •  

· 25.

Berridge, KC Maisto apdovanojimas: smegenų substratai, kurie nori ir mėgsta. Neurosci. Biobehav. Rev. 20, 1 – 25 (1996).

  •  

· 26.

Voorhies, AC ir Bernšteinas, IL Druskos apetito indukcija ir ekspresija: poveikis Fos ekspresijai branduoliuose. Behav. Brain Res. 172, 90 – 96 (2006).

  •  

· 27.

Beauchampas, GK ir Bertino, M. Žiurkės (Rattus norvegicus) nenorėtų sūdyti kieto maisto. J. Comp. Psychol. 99, 240 – 247 (1985).

  •  

· 28.

Eschenko, O. et al. Funkcinių smegenų aktyvumo atvaizdavimas laisvai elgiantis žiurkėms savanoriško važiavimo metu, naudojant mangano sustiprintą MRT: poveikis ilgalaikiams tyrimams. Neuroimage 49, 2544 – 2555 (2010).

  •  

· 29.

Denbleykeris, M., Nicklousas, DM, Wagneris, PJ, Wardas, HG ir Simansky, KJ Suaktyvinus mu-opioidinius receptorius šoniniame parabachijos branduolyje, padidėja c-Fos ekspresija pirmtakų srityse, susijusiose su kalorijų reguliavimu, atlygiu ir pažinimu. Neurologijos 162, 224 – 233 (2009).

  •  

· 30.

Hernandezas, L. ir Hoebelis, BG Užmokestis už maistą ir kokainas padidina ekstraląstelinį dopaminą branduoliuose, matuojant mikrodializės metodu.. Life Sci. 42, 1705 – 1712 (1988).

  •  

· 31.

Zahm, DS et al. Fos po vienkartinio ir kartotinio kokaino ir fiziologinio tirpalo patekimo į žiurkes: akcentavimas baziniu priešakiniu ir ekspresijos kalibravimu. Neuropsychopharmacology 35, 445 – 463 (2010).

  •  

· 32.

Oliveira, LA, Gentil, CG ir Covian, MR Tarpinės srities vaidmuo šėrimo elgesyje, kurį sukelia žiurkės šoninės hipotalamos elektrinė stimuliacija. Brazas. J. Med. Biol. Res. 23, 49 – 58 (1990).

  •  

· 33.

Chase, MH Sutikimas, kad glikcinerginis postinaptinis slopinimas yra atsakingas už REM miego atoniją. miegas. 31, 1487 – 1491 (2008).

  •  

· 34.

Sirieix, C., Gervasoni, D., Luppi, P.-H. & Léger, L. Šoninio paragigantoceliulinio branduolio vaidmuo paradoksinio (REM) miego tinkle: elektrofiziologinis ir anatominis tyrimas su žiurkėmis. PLoS ONE. 7, „e28724“; 10.1371 / journal.pone.0028724 (2012).

  •  

· 35.

Trepelis, M. Neuroanatomija. Struktur und Funktion 3rd ed. Urban & Fischer, Miunchenas, 2003).

  •  

36.

Milleris, AM, Milleris, RB, Obermejeris, WH, Behanas, M. ir Benca, RM Predektas skleidžia greitą akių judėjimo miego reguliavimą šviesos būdu. Behav. Neurosci. 113, 755 – 765 (1999).

  •  

· 37.

Léger, L. et al. Dopaminerginiai neuronai, išreiškiantys Fos pabudimo ir paradoksinio miego metu žiurkėms. J. Chem. Neuroanat. 39, 262 – 271 (2010).

  •  

37.   

o    

Atsisiųsti nuorodas

Padėka

Tyrimas yra Neurotrition projekto, kurį remia FAU kylančių laukų iniciatyva, dalis. Be to, dėkojame Christine Meissner už rankraščio korektūrą.

Autoriaus informacija

Narystė

1.    Maisto chemijos skyrius, Chemijos ir farmacijos katedra, Emil Fischer centras, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangenas, Vokietija

o Tobiasas Hochas

o & Monika Pischetsrieder

2.    Eksperimentinės ir klinikinės farmakologijos ir toksikologijos institutas, Emil Fischer centras, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangenas, Vokietija

o Silke Kreitz

o Andreasas Hessas

3.    Rašto atpažinimo laboratorija, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangenas, Vokietija

o Simone Gaffling

4.    Pažangių optinių technologijų mokykla (SAOT), Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangenas, Vokietija

o Simone Gaffling

Įmokos

Sukurta ir suprojektuota eksperimentai: THMPAH Atlikti eksperimentai: THAH Analizuoti duomenis: THSKSGAH Išaiškinti duomenis THMPAH Prisidėję reagentai / medžiagos / analizės įrankiai: AHMP Parašė popierių: THMPAH

Konkuruojantys interesai

Autoriai skelbia konkuruojančius finansinius interesus.

Autorius susirašinėjimui

Susirašinėjimas su Monika Pischetsrieder.