Priekinė mityba. 2016; 3: 6.
Paskelbta internete 2016 Feb 15. doi: 10.3389 / fnut.2016.00006
PMCID: PMC4753312
Įvadas
Vis dar vykstant pasaulinei nutukimo krizei, sprendimų poreikis išaugo. Diskusija apie prigimtį ir puoselėjimą bei biologiją ir psichologiją baigėsi kai kurių medicinos organizacijų nutukimo paskelbimu liga. Kaip bet kuri kita liga kalti aplinkos veiksniai ir genetinis polinkis, o ne asmeninė atsakomybė. Šis požiūris suponuoja, kad kūno svorį reguliuojantys biologiniai procesai iš esmės veikia nesąmoningoje srityje. Nors tai jau seniai priimta vadinamajam homeostatiniam energijos balanso reguliavimui, hedoninėms valdikliams tai nėra tokia aiški. Čia kritiškai įvertiname svarbų klausimą, kaip graužikų modeliai gali padėti suprasti hedoninių nervinių procesų indėlį į kūno svorio reguliavimą. Nagrinėjant atlygio, pastiprinimo, motyvacijos, priklausomybės nuo malonumo sąvokas ir jų nervinius mechanizmus valgymo ir mankštos kontekste, išryškėja nauja nuomonė, kad homeostatinė ir hedoninė kontrolė yra glaudžiai susijusios ir dažnai nesąmoningai veikia vieningai. pasiekti biologiškai prisitaikančias reakcijas. Nors pastaraisiais metais diskusija apie nustatytą kūno svorio tašką buvo atmesta, ši tema tampa svarbesnė veiksmingam nutukimo gydymo aspektu.
Hedoniniai mechanizmai užgožia homeostatinį reguliavimą
Kai gyvūnų ir žmonių kūno svoris sutrinka dėl per mažo ar per didelio maitinimosi laikotarpių, jis greitai grįžta į prieštaringumo lygį, vykdydamas procesą, vadinamą homeostatiniu reguliavimu, kuris apima energijos suvartojimo ir energijos sąnaudų kontrolę (1, 2). Pagrindinė pagumburio grandinė, kuria grindžiamas šis reglamentas, buvo seniai žinoma (3) ir buvo labai patobulintas, ypač per pastaruosius 20 metus atradus leptiną. Trumpai tariant, dvi skirtingos nervų populiacijos, esančios vidutiniame pagrindiniame pagumburyje, veikia kaip pirminės energijos jutikliai ir jungia sudėtingą efektorių grandinių tinklą, kontroliuodamos tiek energijos tiekimą, tiek išeikvojimą biologiškai adaptyviu būdu [apžvalgą, žr. (4-7)].
Nors dauguma sutinka su tokiu pagrindiniu homeostatiniu reguliavimu, buvo daug diskutuojama dėl tikslaus ginamo kūno svorio lygio ir susijusių mechanizmų (8-13). Aišku, nėra jokio nustatyto taško, aplink kurį žinduolių rūšys reguliuotų savo kūno svorį. Veikiau jis yra lankstus, priklausomai nuo vidaus ir išorės sąlygų, įskaitant genetinį ir epigenetinį polinkį, maisto prieinamumą, maisto skonį ir kitus aplinkos veiksnius (10). Tai geriausiai iliustruoja hibernatorių sezoniškai kintantis ir homeostatiškai ginamas kūno svorio taškas (14).
Vienas veiksnys, kuris, kaip manoma, labai svarbus darant įtaką individualiam kūno svorio nustatymo taškui, yra maisto hedonika, ypač perėjimas prie didesnio kūno svorio labai skoningais, kaloringais maisto produktais. (Pav. \ T (Figure1A) .1A). Aiškiausias šio ginamojo kūno svorio pokyčio pavyzdys yra kavinės dietos sukeltos nutukusios žiurkės ir pelės (15). Nors įtariama, kad dėl dabartinio nutukimo epidemijos daugiausia prisideda prie to, kad padažnėja labai skani, energetiškai tiršta energija, ją įrodyti yra daug sunkiau, nes sunku ilgai kontroliuoti energijos balansą ir aplinkos sąlygas žmonėms. laiką, kiek tai įmanoma gyvūnų modeliuose. Plačiai priimta nuomonė, kad genetiškai ir (arba) epigenetiškai jautriems asmenims obesogeninė maisto aplinka sugeba nustatyti naują, didesnį kūno svorį, nustatytą tašką, kuris yra panašiai ginamas nuo priverstinio badavimo ir permaitinimo, kaip ir normalaus svorio asmenims (11). Todėl vienas pagrindinių kūno svorio reguliavimo supratimo klausimų yra neurologinis šio ginamojo kūno svorio poslinkio paaiškinimas. Kokie yra neuroniniai mechanizmai, kurie suteikia energijos tiekimui reikalingą maistą ir jo skonį, kad jis užvaldytų pagrindinę homeostatinę gynybos sistemą? Šių mechanizmų supratimas gali paskatinti kurti konkretesnius vaistus ar elgesio intervencijas kovojant su nutukimu.
Hedoninis apdorojimas yra neatsiejama homeostatinės reguliavimo sistemos dalis
Sparčiai populiarėja požiūris, kad hedoninės ir homeostatinės nervų grandinės nėra atskiri subjektai, bet yra tos pačios reguliavimo sistemos dalis. Tai pagrįsta įrodymais, kad kortikolimbinių smegenų sričių moduliavimas yra dvikryptis pagal intercepcinius signalus, o pagumburio - pagal eksteroceptinius signalus ir jų pažintinės bei emocinės koreliacijos (pav. (Pav .11B).
Kortikolimbinių pažinimo ir motyvavimo grandinių iš apačios į viršų moduliacija, atsižvelgiant į maistinių medžiagų perteklinius signalus
Vidinis hedoninių ir pažintinių procesų valdymas vidiniais signalais nėra nauja įžvalga. Atsižvelgiant į lemiamą maistinių medžiagų svarbą išgyvenimui, tai yra pagrindinis alkio reiškimo požymis ir siekia nervų sistemos evoliucijos pradžią. Konkrečiai, alkanai būsenai būdingas padidėjęs paskatinamasis jautrumas (mechanizmas, kurio dėka tikslo objektas, pavyzdžiui, maistas, tampa labai geidžiamu ir norimu - elgesio magnetu), kuris neurologiškai pasireiškia padidėjusiu mezolimbinės dopamino sistemos aktyvumu (16-18). Kas naujo, parodoma, kad kai kurie pasiuntiniai ir nerviniai mechanizmai yra susiję. Pavyzdžiui, dabar akivaizdu, kad vienas ryškiausių homeostatinių kūno svorio reguliatorių - leptinas - modifikuoja apetitą veikdamas ne tik pagumburį, bet ir mezolimbinės dopamino sistemos komponentus (19-22) ir dėl uoslės bei skonio jutimo (23-25). Panašiai ir daugelis kitų vidinių maistinių medžiagų prieinamumo signalų, tokių kaip grelinas, žarnyno GLP-1 ir PYY, taip pat insulinas, taip pat gliukozė ir riebalai, iš dalies veikia kortikolimbines struktūras, dalyvaujančias pažintiniuose ir naudinguose maisto suvartojimo kontrolės aspektuose (26-36). Šių hormonų poveikis kognityvinėms funkcijoms yra įdomus atliekant tyrimus su žmonėmis, rodančius nutukusių pacientų pažintinių ir metabolinių funkcijų sutrikimus (37-39). Nors bendras ryšys dar nežinomas, pagrindinė hipotezė leidžia manyti, kad žarnyno disbiozė, atsirandanti dėl sąveikos tarp neoptimalios mitybos, žarnyno mikrobiotos ir įgimtos imuninės sistemos, po to keičiantis signalams tarp žarnų ir smegenų bei kraujo ir smegenų barjero vientisumui. yra svarbūs (40-43).
Klasikinio pagumburio reguliatoriaus moduliacija iš viršaus į apačią jutimo, pažinimo ir motyvacijos signalais
Kitas šio integruoto požiūrio variklis yra nauja klasikinių homeostatinių grandinių moduliacijos iš viršaus į apačią įžvalga ir emocinis apdorojimas kortikolimbinėse sistemose (44). Manoma, kad nuo vaisto sukeltas kondicionuotas maisto vartojimas yra svarbus mechanizmas, kai žmonės persivalgo obesogeninėje aplinkoje (45, 46) ir ilgą laiką buvo tiriamas graužikų (47). Kai kurie svarbūs šio pažinimo metodo priklausomi maisto vartojimo būdai buvo nustatyti žiurkėms, parodant priklausomybę nuo amygdalos ir priekinės žievės žievės iki šoninės pagumburio projekcijų (48, 49). Visai neseniai buvo pateikti AGRP neuronų moduliacijos iš viršaus į apačią meditabazaliniame pogumburyje, klasikinio homeostatinio reguliavimo epicentre, įrodymai. Manoma, kad šiuos galingus neuronus daugiausia kontroliuoja cirkuliuojantys hormonai ir metabolitai santykinai lėtai valant ir mažėjant proporcingai nevalgiusiems ir maitinantis. Taikant modernią, genetiškai pagrįstą, neuronams būdingą technologiją, buvo įrodyta, kad AGRP neuronų aktyvumą taip pat kontroliuoja sekundė po sekundės sąlyginė tikimybė, kad netrukus bus prarytas maistas (50, 51). Ši ūminė išorinė sensorinė ir pažintinė AGRP neuronų sudeginimo greičio kontrolė greičiausiai bus vykdoma tiesiogiai ar netiesiogiai įvedant daugelį žievės ir subkortikinių sričių, tai parodo neuronams būdingi retrogradiniai virusų atsekimai (52).
Maisto vartojimo kontrolė ir energijos balanso reguliavimas yra daugiausia pasąmoningas
Akivaizdu, kad klasikinė pagumburio nervų grandinė, atsakinga už homeostatinį energijos balanso ir kūno svorio reguliavimą, panaši į homeostatinį kitų kūno funkcijų, tokių kaip gliukozės kiekis kraujyje ar kraujospūdis, reguliavimą, nesąmoningame lygmenyje veikia iš esmės nesuvokiant. Be to, kaip aptarta aukščiau, stimuliuojantis sensibilizacijos mechanizmas, kuriuo per daug nepriimtinų energijos išeikvojimo signalų, tokių kaip žemas leptino kiekis „nori“ per mezolimbinę dopamino sistemą (16, 18, 53) taip pat didžiąja dalimi veikia išorės sąmoningumas, kaip parodė žmonių neurovaizdingumo tyrimai (54-56). Net nesant metabolinio alkio ir susijusių interocepcinių sensibilizacijos signalų, sąmoningas suvokimas apie lazdą neatrodo būtinas. Tai buvo įrodyta žiurkėms, kurių suvartotas kondicionierius suvartojamas laikinai (47, 48). Be to, žmogaus smegenys gali sužinoti piniginio atlygio vertę ir naudoti ją priimant sprendimus, sąmoningai neapdorojant kontekstinių užuominų (57). Nors optimaliam sprendimų priėmimui reikalinga savikontrolė, reprezentuojama dorsolateralinėje prefrontalinėje žievėje (58, 59), neatlygintinai kontroliuojant šią smegenų sritį, neatlygintinai keičiamas atlygis grindžiamas elgesys ir dažnai suvaržoma laisva valia veikti (60). Galiausiai, nervinė veikla tam tikrose smegenų srityse gali būti vykdoma gana ilgą laiką, kol žmonės suvokia savo sprendimą (61, 62), teigdama, kad dauguma procesų, lemiančių sprendimą, vyksta nesąmoningame lygmenyje.
Žmonių ir graužikų elgesys virškinimo srityje tampa ypač atsparus kognityvinei kontrolei, kai tai yra įprasta (63, 64). Normaliomis sąlygomis informacija apie galimus rezultatus yra svarbi veiksmams, kuriuos sukelia į tikslą nukreipti veiksmai, padarantys tokius veiksmus jautrius devalvacijai. Tačiau įprasta elgsena nebepriklauso nuo išmoktų atlygio lūkesčių ir todėl yra beveik nejautri atlygio devalvacijos mechanizmams (64, 65). Neuroniško elgesio nervų grandinės yra kitaip organizuotos nei įprastos ar automatinės. Neįprastas elgesys labai priklauso nuo vidurinio striatumo (nucleus carrbens) ir ventromedialinės priekinės žievės, o įprastas elgesys labiau priklauso nuo dorsolateralinio striatumo (65, 66). Atminties saugojimo ir prisiminimo mechanizmai taip pat skiriasi įprastais ir neįprastais veiksmais ir elgesiu. Skirtingai nuo deklaratyvių prisiminimų, kuriems reikalingas sąmoningas protas, procedūriniai prisiminimai veikia daug žemiau sąmoningo suvokimo lygio, o saugojimas yra labiau paskirstytas (67-69). Dėl to procedūriniai prisiminimai ir įprastas žvalgybinis elgesys, kuriuo jie vadovaujasi, yra gana atsparūs slopinančiai pažintinei kontrolei ir vykdomosioms funkcijoms.
Išvada
Gyvūnų modeliai buvo nepaprastai svarbūs nustatant sudėtingus mechanizmus, lemiančius polinkį į nutukimą. Atsižvelgiant į tai, kad didžioji dalis genetinių lokusų, susijusių su žmogaus nutukimu, yra susiję su nervų funkcijomis (70), nenuostabu, kad pagrindinė šių mechanizmų sudedamoji dalis yra maisto suvartojimas ir energijos balanso reguliavimas. Nors žmogaus funkcinis neurovaizdis taip pat pradeda daug ką daryti, tik labiau invaziniai požiūriai į graužikus sugebėjo pateikti mechanistinius paaiškinimus. Todėl tradicinė homeostatinės ir ne homeostatinės / hedoninės sistemų, atsakingų už apetito kontrolę ir kūno svorio reguliavimą, dichotomija, nors ir heuristiškai vis dar naudinga, tačiau nebepakankamai apibūdina plačią anatominę ir funkcinę sąveiką tarp dviejų sistemų. Be to, didžioji šios didesnės interaktyvios sistemos išeitis yra žinomumo aplenkimas. Šių naujų įžvalgų reikšmė yra toliaregiška, nes jie padės ne tik atlikti būsimus tyrimus, bet ir rengti nutukimo ir valgymo sutrikimų farmakologinius ir elgesio gydymo metodus.
Autoriaus įnašai
HM ir CM padėjo susidaryti nuomonę, apžvelgė literatūrą, parašė rankraščio dalis ir suredagavo preliminarią rankraščio versiją. EQ-C ir SY dalyvavo diskusijose apie pirminę idėją, apžvelgė literatūros dalis, parašė rankraščio dalis ir redagavo preliminarų rankraštį. H-RB sugalvojo pirminę nuomonės idėją, su visais bendraautoriais aptarė keletą rankraščio variantų variantų, tyrinėjo literatūrą ir parašė galutinį rankraštį.
Interesų konflikto pareiškimas
Autoriai teigia, kad tyrimas buvo atliktas nesant jokių komercinių ar finansinių santykių, kurie galėtų būti laikomi galimu interesų konfliktu.
Finansavimas
Šį darbą rėmė Nacionaliniai sveikatos institutų dotacijos DK047348 (H-RB), DK092587 (HM) ir DK081563 (CM).
Nuorodos