Dana M. Small, Aleksandra G. DiFeliceantonio
Zinātne 25 Jan 2019:
Vol. 363, 6425 numurs, 346-347
DOI: 10.1126 / science.aav0556
Signāli, kas nodod uztura informāciju no zarnām uz smadzenēm, regulē pārtikas stiprināšanu un pārtikas izvēli (1-4). Konkrēti, lai gan centrālie neirālie aprēķini veic izvēli, zarnu nervu sistēma informē par smadzeņu izvēli par uzturvērtību, lai varētu atjaunināt pārtikas vērtību attēlojumu. Šeit mēs apspriežam jaunākos konstatējumus, kas liecina par zarnu un smadzeņu signalizācijas uzticamību un no tā izrietošo pārtikas vērtības attēlojumu apdraud pārstrādāti pārtikas produkti (3, 4). Šīs ass izpratne varētu sniegt informāciju par barības uzvedību, kas saistīta ar pārstrādātiem pārtikas produktiem un aptaukošanos.
1947 pētījumos, kuros grauzēji tika baroti ar izokaloriskiem uztura daudzumiem, tika konstatēts, ka grauzēji precīzi titrē pārtikas daudzumu, ko patērē, lai uzturētu nemainīgu kaloriju daudzumu dienās, norādot, ka „žurkas ēd kalorijas” (5). Tas nozīmēja, ka ir jārada signāls, lai informētu par enerģijas enerģētisko vērtību smadzenēm, lai vadītu uzņemšanu. Vēlāk citi apstiprināja, ka šie „pēcdzemdību” signāli var pastiprināties, parādot, ka dzīvnieki var veidot preferences attiecībā uz garšvielām, ko patērē ar kalorijām, salīdzinot ar tiem, kas tiek patērēti bez zālēm - to sauc par garšas barības vielu kondicionēšanu (FNC).6). Svarīgi ir tas, ka FNC notiek pat tad, ja nav vienlaicīgas perorālas sensorās stimulācijas, kas izolē pēcdzemdību signālus kā galveno pastiprinātāju (7). Piemēram, dzīvnieki, kuriem nav neirobioloģisku mašīnu, lai pārvērstu saldo garšu, tomēr veido preferences attiecībā uz ūdeni, kas satur saharozi, salīdzinot ar tikai ūdeni, un šo uzvedību papildina ekstracelulārā dopamīna palielināšanās striatumā, smadzeņu reģions, kas ir nepieciešams motivācijai un mācīšanās procesam. Kritiski, antimetaboliskā līdzekļa 2-deoksiglikozes infūzija, kas bloķē šūnu spēju izmantot glikozi kā degvielu, mazina ekstracelulāro dopamīnu un preferenču veidošanos (1). Šie signāli, iespējams, ir neiroloģiski neirofiski (tas ir, hormonāli), jo ekstracelulārā dopamīna palielināšanās ir strauja pēc glikozes infūzijas (8). Turklāt glikozes infūzija, bet ne metabolizējama glikoze portāla vēnā palielina ekstracelulāro dopamīnu (8). Kopīgi tas liecina, ka dzīvniekiem bezkrāsains stimuls, kas virza cukura (ogļhidrātu) stiprinājumu, ir vielmaiņas signāls, kas rodas, kad šūnas izmanto glikozi degvielai; pēc tam šo signālu uztver mehānisms portāla vēnā un pēc tam tiek pārnests uz smadzenēm, lai regulētu dopamīna signalizāciju (skatīt attēlu). Nav zināma vielmaiņas signāla, tā sensora un tā transmisijas uz smadzenēm precīzs raksturs.
Ir pierādījumi, ka līdzīgs mehānisms darbojas cilvēkiem. Neiromaging pētījumi ir pierādījuši, ka pārtikas norādes, kas paredz prognozēt kalorijas, aktivizē striatumu cilvēkiem un ka šo reakciju lielumu regulē vielmaiņas signāli (9). Konkrētāk, glikozes līmeņa paaugstināšanās asins plazmā pēc ogļhidrātu saturoša dzēriena lietošanas prognozē nosacītā striatra atbildes reakciju uz dzēriena redzamību un garšu. Tā kā glikozei jābūt klāt, lai to izmantotu kā degvielu, tas nozīmē, ka cilvēkiem, tāpat kā dzīvniekiem, ogļhidrātu pastiprināšana ir atkarīga no vielmaiņas signāla, kas saistīts ar glikozes klātbūtni. Turklāt novērojumi cilvēkiem liecina, ka vielmaiņas signālu smadzeņu attēlošana ir neatkarīga no apzinātas uztveres, piemēram, ēdienreizes. Tādas pašas striatīvas atbildes uz kaloriju prognozēšanas aromātu, kas bija tik cieši saistītas ar glikozes koncentrāciju plazmā, nebija saistītas ar dzērienu vērtējumu, ko dalībnieki novērtēja. Tas saskan ar papildu neirektēšanas pētījumiem, kuros konstatēts, ka faktiskais enerģijas blīvums, nevis aprēķinātais pārtikas attēlu blīvums vai nominālā patika, prognozē gatavību maksāt par pārtikas produktiem un striatāla atlīdzības shēmas atbildēm (3, 10). Šie novērojumi liecina, ka šo pastiprinošo uztura signālu nervu attēlojums nav atkarīgs no apzināta uztura par pārtiku. Intriģējoša iespēja ir tā, ka vielmaiņas signāli ir nozīmīgi stimulējošas sajūtas ģeneratori (kā norādes kļūst motivējošas) un ka atšķirīgie ceļi, ko šie signāli sākuši, uz kartes novirza uz pārtiku gribošiem un pārtikas nepatīkamiem neiru ķēdēm (11).
Lipīdi ir vēl viens svarīgs enerģijas avots, kas metabolizējas atšķirīgi no ogļhidrātiem. Attiecīgi ceļš, ar kuru tiek informēta tauku enerģētiskā vērtība, atšķiras. Tauku oksidācijas bloķēšana palielina tauku apetīti un glikozes oksidācijas bloķēšana palielina cukura apetīti. Tomēr vagotomija (ķirurģija, lai atdalītu maksts nervu) pelēm tikai traucē palielināt tauku apetīti, atstājot glikozes apetīti neietekmētu (12). Konsekventi, tāpat kā glikoze, lipīdu tieša infūzija zarnās rada tūlītēju ekstracelulārā striatāla dopamīna palielināšanos. Tomēr tas notiek caur peroksisomu proliferatora-aktivētā receptoru α (PPARα) specifisko mehānismu (2). PPARα izpaužas divpadsmitpirkstu zarnas un jejūnu enterocīti tievajās zarnās un signālus vagus nervam, izmantojot vēl nezināmus mehānismus. Līdzīgi kā striatāla dopamīna izdalīšanās ar glikozi, dopamīna pieaugums ir straujš, kas atbilst neironu, nevis endokrīnai signalizācijai. Turklāt šo vagālo sensoro neironu aktivizēšana augšējā zarnā, kas ir vērsta uz labo mezglu gangliju, aizmugures smadzenēm, materiālo nigru un dorsālo striatumu, ir pietiekama, lai atbalstītu atalgojuma mācīšanos (vietu izvēli) un atbrīvotu striatāla dopamīnu pelēm (13). Tas, vai šis ceļš pastāv cilvēkiem, ir neskaidrs un vai tiek pētīti šādi metaboliskie neironu afferenti (MNA) ceļi citiem lipīdiem un barības vielām.
Atklājums, ka beznosacījumu stimuls, kas atbalsta pārtikas pastiprināšanu, ir MNA signāls, kas vismaz reizēm ir neatkarīgs no sensorās baudas, ir pārsteidzošs. Tomēr dziļāka pārdomas atklāj šī risinājuma eleganci. Visiem organismiem ir jāiegūst enerģija, lai izdzīvotu, un lielākoties trūkst augstākas kārtas smadzeņu funkcijas, kas atbalsta apziņu. Tādējādi mehānisms, iespējams, atspoguļo konservētu sistēmu, kas paredzēta pārtikas barības īpašību pārnešanai uz centrālajām ķēdēm smadzenēs, kas regulē barošanu neatkarīgi no apziņas, lai pārtika būtu tik stiprinoša, kā tas ir noderīgs enerģijas avots. Tādējādi, lai precīzi novērtētu vērtību, ļoti svarīga ir uzturvērtības informācijas pārsūtīšana no zarnām uz smadzenēm.
Lai gan ir skaidrs, ka mūsdienu pārtikas vide veicina aptaukošanos un diabētu, strīds aptver precīzus mehānismus, ar kādiem tas notiek. Mūsdienu pārstrādātie pārtikas produkti parasti ir enerģiski blīvi, tiek konstruēti tā, lai tie būtu pēc iespējas neatgriezeniskāki, un piedāvātu barības vielas devās un kombinācijās, kas nav bijušas iepriekš. Tā kā enerģētiskie signāli pastiprina spēku, palielinātas devas var palielināt apstrādāto pārtikas produktu pastiprināšanos un līdz ar to arī atkarību. Tomēr tie var nebūt vienīgie faktori, kas veicina paaugstinātu diabētu un aptaukošanos.
Lai palielinātu gardumu, pārtikas produktiem un dzērieniem, kas satur arī barojošus cukurus un cietes, bieži tiek pievienoti ne-barojoši saldinātāji (vielas bez siltuma satura). Piemēram, cukura saldinātie dzērieni satur glikozi un fruktozi, kas satur barības vielas, kā arī nekrāsojošus saldinātājus sukralozi un acesulfāmu K. Yogurts bieži satur barojošus cukurus un nekaitīgus saldinātājus, piemēram, stīvijas lapu ekstraktu. Īsā pārtikas produktu etiķešu iepazīšanās pārtikas preču veikalā atklās daudzus pārtikas produktu un dzērienu piemērus, kas satur gan barojošus cukurus, gan nepārtikas saldinātājus. Turpretī neapstrādātos pārtikas produktos saldums ir proporcionāls pārtikas produkta cukura saturam un līdz ar to arī kaloriju (enerģiju). Nesenie pierādījumi liecina, ka produkti, kas satur barojošu cukuru un nekaitīgu saldinātāju kombināciju, rada pārsteidzošu vielmaiņu un pastiprina iedarbību. Piemēram, 115 kcal dzēriena lietošana izraisīs lielāku termogēno iedarbību, ja saldums ir “saskaņots” ar kaloriju slodzi, salīdzinot ar to, ja tas ir pārāk salds vai nav pietiekami salds (4). Tā kā ar uzturu saistītā termogēniskā viela (DIT) ir barības vielu vielmaiņas marķieris un vielmaiņas reakcija veicina pastiprināšanos caur MNA, zemāks kaloriju saturošs dzēriens, kas atbilst "kaloriju", var nodrošināt lielāku patikas un striatīvu reakciju, nekā augstāka kaloriju "nesakritības" dzēriens (4). Svarīgi, ka šis efekts rodas, pat ja palielinās glikozes līmenis plazmā. Tas pierāda, ka cilvēkiem, tāpat kā dzīvniekiem, nav pastiprināta barības vielas klātbūtne zarnās vai asinīs, bet gan MNA radīšana, ja barības vielu izmanto kā degvielu, kas ir kritiska. Mehānisms, kas nosaka šo „nesakritības” efektu cilvēkiem, nav zināms, un tas prasa turpmāku izpēti. Konkrētāk, neizprotamā glikozes likteņa izpratne un noskaidrošana, vai ir ietekme uz diabētu un aptaukošanos, ir kritisks nākotnes virziens. Ir skaidrs, ka dzērienu enerģētiskā vērtība, kas satur barojošus cukurus un nekaitīgus saldinātājus, netiek precīzi paziņota smadzenēm, vismaz dažos gadījumos, un tas var novest pie neprecīzu signālu radīšanas ne tikai atlīdzības regulēšanai, bet arī arī tādi procesi kā enerģijas uzkrāšana un barības vielu sadalīšana.
Metabolisma signālu nostiprināšana smadzenēs
Šajā ierosinātajā metabolisko nervu afferenta (MNA) signālu stiprināšanas modelī tauku signāls ir atkarīgs no PPARa-mediētās vagālo sensoro afferentu aktivācijas, kas nonāk pie labā mezgla gangliona, aizmugurējās smadzeņu, materiālās nigras un muguras strēmas. Ogļhidrātu signāls tiek ģenerēts glikozes oksidācijas laikā un aktivizē nezināmu portāla vēnu sensoru, kas izraisa signālu, kas aktivizē vidus smadzeņu dopamīna neironus, kas izvirzās uz striatumu. Neatkarīgs kortikālais tīkls integrē MNA signālus ar apzinātu vērtību.
GRAFIKS: A. KITTERMAN /ZINĀTNE
Otrs piemērs, kas liecina par zarnu un smadzeņu signalizācijas apdraudējumu, nāk no pētījuma, kurā salīdzināja to pārtikas produktu stiprinājuma vērtību, kas satur galvenokārt taukus, galvenokārt ogļhidrātu, vai gan taukus, gan ogļhidrātu.3). Pārtikas produkti ar augstu tauku un ogļhidrātu saturu nav viegli atrodami neapstrādātos pārtikas produktos, bet bieži vien tie ir pārtikas apetīti (piemēram, šokolāde un donuts). Pētījums parādīja, ka, izvēloties vienlīdz kaloriskus un patīkamus ēdienus, cilvēki vēlējās, lai pārtikas produkti, kuros ir vairāk tauku un ogļhidrātu, būtu vairāk nekā tikai ar taukiem vai ogļhidrātu, un tas atspoguļojās pārmērīgi papildinošās striatāla atbildēs (3). Tas var veicināt to, ka daži pārtikas produkti tiek alkāti vai neatvairāmāki nekā citi, un tāpēc tiem ir nozīme pārēšanās procesā.
Šie jaunie konstatējumi norāda uz divām atdalāmām sistēmām, kas rada izvēli pārtikā. Viena sistēma tieši atspoguļo pārtikas produktu uzturvērtību un balstās uz vielmaiņas signāliem, kas sasniedz smadzenes (MNA). Šai barības vielu noteikšanas sistēmai, šķiet, ir izšķiroša nozīme striatāla dopamīna regulēšanā, pārtikas produktu vērtības noteikšanā un pārtikas izvēlei. Otrajā sistēmā pārtikas aprites noteicošie faktori ir arī apziņas uztvere, piemēram, garša un pārliecība par pārtikas produktu kaloriju, izmaksām un veselību.14, 15). Neirālie aprēķini, kas saistīti ar apzinātiem devēju vērtībām, atšķiras no tiem, kas saistīti ar MNA uztura pastiprinošajiem signāliem un ir atkarīgi no ķēdēm prefrontālā garozā un salu garozā (9). Svarīgs pētījuma temats ir tas, kā abas sistēmas mijiedarbojas, lai regulētu norīšanas uzvedību un barības vielu metabolismu.
Pierādījumi liecina, ka apstrādāto pārtikas produktu uzturvielu saturs nav precīzi pārnests uz smadzenēm. Tas palielina iespēju, ka, gatavojot un apstrādājot pārtiku, papildus to enerģētiskajam blīvumam vai garšas sajūtai, tas ietekmē neparedzētu fizioloģiju, kas varētu veicināt pārēšanās un vielmaiņas traucējumus. Labāka izpratne par to, kā apstrādātu pārtikas produktu īpašības mijiedarbojas ar zarnu-smadzeņu ceļu, ir izšķiroša, kā arī jānosaka, vai šādas sekas ietekmē sāta sajūtu signalizāciju, pārtikas atkarību izraisošās īpašības, vielmaiņas veselību un aptaukošanos. Turklāt, lai gan mēs koncentrējamies uz taukiem un ogļhidrātiem, ir iespējams, ka vairāki signalizācijas ceļi nodos smadzeņu daudzveidīgu informāciju par uzturu, lai vadītu pārtikas izvēli, un šos ceļus var līdzīgi ietekmēt pārstrādāti pārtikas produkti.
http://www.sciencemag.org/about/science-licenses-journal-article-reuse
Šis ir pants, kas tiek izplatīts saskaņā ar. \ T Zinātnes žurnālu noklusējuma licence.
Atsauces un piezīmes
- ↵
- LA Tellez et al
., J. Physiol. 591, 5727 (2013).
- ↵
- LA Tellez et al
., Zinātne 341, 800 (2013).
Kopsavilkums / bezmaksas tekstsGoogle Scholar
- ↵
- AG DiFeliceantonio et al
., Šūnu metabs. 28, 33 (2018).
- ↵
- MG Veldhuizen et al
., Curr. Biol. 27, 2476 (2017).
- ↵
- EF Adolph
, Am. J. Physiol. 151, 110 (1947).
- ↵
- GL Holman
, J. Comp. Physiol. Psihols. 69, 432 (1969).
CrossRefPubMedZinātnes WebGoogle Scholar
- ↵
- X. Ren et al
., J. Neurosci. 30, 8012 (2010).
Kopsavilkums / bezmaksas tekstsGoogle Scholar
- ↵
- L. Džan et al
., Priekšā. Integr. Nuerosci. 12, 57 (2018).
- ↵
- IE de Araujo et al
., Curr. Biol. 23, 878 (2013).
- ↵
- DW Tang et al
., Psihols. Sci. 25, 2168 (2014).
- ↵
- KC Berridge
, Neurosci. Biobehav. 20, 1 (1996).
CrossRefPubMedZinātnes WebGoogle Scholar
- ↵
- S. Ritter,
- JS Taylor
, Esmu J. Fiziols. 258, R1395 (1990).
- ↵
- W. Han et al
., Šūna 175, 665 (2018).
- ↵
- TA Hare et al
., Zinātne 324, 646 (2009).
Kopsavilkums / bezmaksas tekstsGoogle Scholar
- ↵
- H. Plassmann et al
., J. Neurosci. 30, 10799 (2010).
Kopsavilkums / bezmaksas tekstsGoogle Scholar
Pateicības: Mēs pateicamies I. de Araujo, A. Dagher, S. La Fleur, S. Luquet, M. Schatzker un M. Tittgemeyer par palīdzību mūsu perspektīvas veidošanā. Mēs atzīstam B. Milner par viņas novatorisko darbu netiešās mācīšanās jomā.
;
