Kesan indeks glisemik diet di kawasan otak yang berkaitan dengan ganjaran dan keinginan lelaki (2013)

Am J Clin Nutr. Sep 2013; 98 (3): 641-647.

Diterbitkan dalam talian Jun 26, 2013. doi:  10.3945 / ajcn.113.064113

PMCID: PMC3743729

Artikel ini telah dikutip oleh artikel lain dalam PMC.

Pergi ke:

Abstrak

latar Belakang: Aspek kualitatif diet mempengaruhi tingkah laku makan, tetapi mekanisme fisiologi untuk kesan kalori ini bebas tetap spekulatif.

Objektif: Kami mengkaji kesan daripada indeks glisemik (GI) pada aktiviti otak pada hujung pasca-akhir selepas selang intermei yang biasa.

reka bentuk: Dengan menggunakan reka bentuk rawak, buta, crossover, 12 yang berlebihan berat badan atau lelaki gemuk yang berumur 18-35 menggunakan makanan tinggi dan rendah GI yang dikawal untuk kalori, makronutrien, dan kesesuaian pada masa 2. Hasil utama adalah aliran darah serebrum sebagai ukuran aktiviti otak berehat, yang dinilai dengan menggunakan pencitraan resonans magnetik spin-labeling 4 h selepas makan ujian. Kami mensyukuri bahawa aktiviti otak akan lebih besar selepas makan GI yang tinggi di kawasan yang dikenalpasti terlibat dalam makan tingkah laku, ganjaran, dan keinginan.

Results: Glukosa plasma vena tambahan (kawasan 2-h di bawah lengkung) adalah 2.4-kali lebih besar selepas tinggi- berbanding dengan makanan rendah GI (P = 0.0001). Glukosa plasma adalah lebih rendah (min ± SE: 4.7 ± 0.14 berbanding dengan 5.3 ± 0.16 mmol / L; P = 0.005) dan dilaporkan kelaparan adalah lebih besar (P = 0.04) 4 h selepas tinggi - daripada makanan GI rendah. Pada masa ini, makanan GI yang tinggi menimbulkan aktiviti otak yang lebih besar yang berpusat pada nukleus accumbens yang betul (kawasan yang dikenalpasti; P = 0.0006 dengan pelarasan untuk beberapa perbandingan) yang merebak ke kawasan lain di striatum yang betul dan di kawasan penciuman.

Kesimpulan: Berbanding dengan makanan rendah GI yang rendah, makanan GI yang tinggi menurunkan glukosa plasma, kelaparan yang semakin meningkat, dan kawasan otak yang dirangsang secara selektif yang dikaitkan dengan ganjaran dan keinginan pada hujung pasca akhir, yang merupakan masa yang sangat penting untuk memakan tingkah laku pada masa akan datang makan. Perbicaraan ini telah didaftarkan di clinicaltrials.gov sebagai NCT01064778.

PENGENALAN

Sistem dopaminergik mesolimbi otak, yang menyatukan nukleus accumbens (sebahagian daripada striatum), memainkan peranan penting dalam ganjaran dan keinginan, dan sistem ini muncul untuk menengahi tindak balas makanan hedonik1-3). Dalam kajian tikus, kepekatan ekopelular dopamine dan metabolitnya dalam nukleus accumbens bertambah lebih banyak selepas penggunaan makanan yang sangat enak dari pelet makanan haiwan tikus (4). Tambahan pula, microinjections of opiate ke nukleus accumbens meningkatkan pengambilan makanan dan nilai ganjaran makanan (5). Kajian klinikal yang menggunakan pengimejan otak berfungsi telah melaporkan pengaktifan yang lebih besar dalam akusatik nukleus atau kawasan lain striatum yang obes daripada individu yang tidak bersandar selepas melihat atau mengonsumsi makanan kalori yang tinggi,6-11). Kepentingan tertentu, dopamine striatal D2 Ketersediaan reseptor adalah jauh lebih rendah pada individu yang gemuk berbanding dengan kawalan yang tidak dipadankan oleh orang lain (11), yang menimbulkan kemungkinan bahawa makan berlebihan boleh mengimbangi aktiviti dopaminergik yang rendah. Walau bagaimanapun, perbandingan keratan rentas antara kumpulan orang yang kurus dan gemuk tidak dapat menilai arah kausal.

Pemerhatian fisiologi mengenai indeks glisemik (GI)5 menyediakan mekanisme untuk memahami bagaimana faktor pemakanan tertentu, selain rasa kesenangan, mungkin menimbulkan keinginan makanan dan makan berlebihan. GI menggambarkan bagaimana makanan yang mengandungi karbohidrat mempengaruhi glukosa darah dalam keadaan postprandial (12, 13). Seperti yang digambarkan sebelum ini di kalangan remaja gemuk (13, 14), penggunaan tinggi berbanding dengan makanan rendah GI mengakibatkan glukosa darah dan insulin yang lebih tinggi pada tempoh selepas awal (0-2 h), yang diikuti oleh glukosa darah yang lebih rendah pada tempoh akhir pasca-akhir (3-5 h ). Pengurangan dalam glukosa darah, yang sering jatuh di bawah kepekatan puasa oleh 4 h selepas makan GI yang tinggi, boleh mengakibatkan kelaparan berlebihan, makan berlebihan, dan pilihan makanan yang cepat memulihkan glukosa darah dengan normal (iaitu, GI tinggi)15-17), menyebarkan kitaran makan berlebihan. Sesungguhnya, dalam kajian orang dewasa yang kurus dan obes, pengurangan kadar insulin yang disebabkan oleh kepekatan glukosa darah dari 4.9 hingga 3.7 mmol / L meningkatkan pengaktifan rangsangan makanan striatum dan keinginan untuk makanan berkalori tinggi (18). Untuk meneroka mekanisme ini, kami membandingkan kesan makanan ujian GI yang tinggi dan rendah yang dikawal untuk kalori, kandungan makronutrien, sumber bahan, dan kesesuaian semasa tempoh pasca-akhir dengan menggunakan pencitraan otak berfungsi litar imbuhan yang terlibat dalam motivasi makanan dan keseimbangan tenaga.

SUBJEK DAN KAEDAH

Kami menjalankan kajian rawak, buta, crossover dalam lelaki berlebihan berat badan dan obes yang sihat dan membandingkan kesan makanan ujian GI tinggi dan rendah pada 2 d yang dipisahkan oleh 2-8 wk. Hasil utama adalah aliran darah serebral sebagai ukuran aktiviti otak berehat, yang ditentukan dengan menggunakan label spin arteri (ASL) fMRI 4 h selepas makan ujian. Kami mengandaikan bahawa makan tinggi GI akan meningkatkan aktiviti di striatum, hypothalamus, amygdala, hippocampus, cingulate, korteks orbitofrontal, dan korteks insula, yang merupakan kawasan otak yang terlibat dalam makan tingkah laku, ganjaran, dan ketagihan (6-11). Titik akhir sekunder termasuk glukosa plasma, insulin serum, dan dilaporkan lapar sepanjang tempoh 5-h selepas akhir tahun. Kebiasaan makanan ujian juga dinilai dengan menggunakan skala analog visual 10-cm (VAS). Rawatan statistik merangkumi pemaparan ke atas kawasan otak kepentingan dan pembetulan untuk pelbagai perbandingan. Protokol ini dijalankan dan mendapat ulasan etika daripada Pusat Perubatan Deaconess Beth Israel (Boston, MA). Percubaan itu didaftarkan di clinicaltrials.gov sebagai NCT01064778, dan para peserta memberikan persetujuan bertulis secara bertulis. Data dikumpulkan antara 24 April 2010 dan 25 Februari 2011.

Peserta

Para peserta telah direkrut dengan penumpang dan poster yang diedarkan di kawasan metropolitan Boston dan penyenaraian Internet. Kriteria penyertaan adalah seks lelaki, usia antara 18 dan 35 y, dan BMI (dalam kg / m2) ≥25. Wanita tidak termasuk dalam kajian awal ini untuk mengelakkan pembengkakan yang mungkin timbul dari kitaran haid (19). Kriteria pengecualian adalah masalah perubatan yang besar, penggunaan ubat yang mempengaruhi selera makan atau berat badan, merokok atau penggunaan ubat rekreasi, tahap aktiviti fizikal yang tinggi, penyertaan semasa dalam program penurunan berat badan atau perubahan berat badan> 5% sebelumnya 6 bulan, alahan atau intoleransi makanan percubaan, dan sebarang kontraindikasi terhadap prosedur MRI [contohnya, implan logam kontraindikasi, berat badan> 300 lb (136 kg)]. Kelayakan dinilai melalui pemeriksaan telefon diikuti dengan sesi penilaian secara langsung. Pada sesi penilaian, kami memperoleh ukuran antropometri dan melakukan ujian toleransi glukosa oral. Di samping itu, para peserta mencuba makanan percubaan dan menjalani urutan MRI untuk memastikan kemampuan untuk mentolerir prosedur.

Peserta yang didaftarkan dimasukkan secara berurutan ke dalam senarai tugas rawak (disediakan oleh Pusat Penyelidikan Klinikal di Hospital Kanak-kanak Boston) untuk urutan makanan percubaan dengan menggunakan blok yang disatukan secara rawak sebanyak 4. Makanan ujian cair dibekalkan kepada peserta oleh staf kajian dalam cawan kertas. . Kedua-dua makanan ujian mempunyai penampilan, bau, dan rasa yang serupa. Semua peserta dan kakitangan penyelidikan yang terlibat dalam pengumpulan data ditutup dengan urutan intervensi. Peserta menerima $ 250 untuk menyelesaikan protokol.

Uji makanan

Makanan ujian diubahsuai dari Botero et al (20) untuk mencapai kemanisan yang sama dan kesesuaian dalam ujian rasa yang melibatkan kakitangan pengajar. Seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 1, kedua-dua makanan ujian terdiri daripada bahan-bahan yang sama dan mempunyai pengedaran macronutrient yang sama (Perisian ProNutra, versi 3.3.0.10; Viocare Technologies Inc). GI yang diramalkan makanan ujian tinggi dan rendah GI adalah masing-masing 84% dan 37% dengan menggunakan glukosa sebagai standard rujukan. Kandungan kalori makanan ujian secara individu ditentukan untuk memberi setiap peserta dengan keperluan tenaga harian 25% berdasarkan perkiraan membelanjakan perbelanjaan tenaga21) dan faktor aktiviti 1.2.

TABLE 1 

Komposisi makan ujian1

Prosedur

Pada sesi penilaian, ketinggian dan berat diukur, data deskriptif asas (termasuk etnik dan kaum yang dilaporkan sendiri) telah dikumpulkan, dan hormon serum tiroid (untuk pemeriksaan hipotiroidisme) diperolehi. Peserta menerima ujian toleransi glukosa oral 75-g (minuman 10-O-75; Azer Scientific) dengan persampelan glukosa plasma dan insulin serum di 0, 30, 60, 90, dan 120 min.

Sesi ujian dipisahkan oleh 2-8 wk. Peserta telah diarahkan untuk mengelakkan perubahan dalam diet biasa dan tahap aktiviti fizikal untuk 2 d sebelum setiap sesi ujian dan mengekalkan berat badan dalam 2.5% garis dasar sepanjang kajian. Para peserta tiba untuk kedua-dua sesi ujian antara 0800 dan 0930 yang berpuasa ≥12 h dan tidak mengambil alkohol sejak malam sebelumnya. Pada permulaan setiap sesi, kesihatan selangit dinilai, tempoh puasa disahkan, dan berat badan dan tekanan darah diukur. Kateter intravena kateter 20 diletakkan untuk pensampelan darah bersiri. Setelah tempoh penyesuaian 30-min, makanan ujian yang ditentukan secara rawak dimakan secara keseluruhan dalam min 5. Sampel darah dan penilaian kelaparan telah diperoleh sebelum dan setiap min 30 selepas permulaan makanan ujian semasa tempoh 5-h. Kami tidak dapat menggunakan peranti pemanasan tangan metalik untuk membiasakan darah vena di dekat mesin fMRI, dan tekanan yang terlibat dalam tongkat jari yang berulang untuk darah kapilari boleh memalukan hasil kajian utama. Penggunaan darah vena boleh menyebabkan kesilapan dalam pengukuran kepekatan glukosa darah arteri di atas dan di bawah kepekatan puasa, terutamanya untuk makan GI tinggi, yang terdiri daripada had kajian (22). Kesesuaian telah dinilai selepas selesai makan ujian, dan neuroimaging dilakukan selepas 4 h.

Pengukuran

Berat diukur dalam gaun hospital dan pakaian ringan dengan skala elektronik yang dikalibrasi (Scaletronix). Ketinggian diukur dengan stadiometer yang dikalibrasi (Holtman Ltd). BMI dikira dengan membahagikan berat kilogram mengikut kuadrat tinggi dalam meter. Tekanan darah diperoleh dengan sistem automatik (IntelliVue monitor; Phillips Healthcare) dengan peserta duduk secara senyap untuk min 5. Glukosa plasma dan hormon yang merangsang tiroid diukur dengan kaedah-kaedah yang diluluskan oleh Laboratori Penambahbaikan Makmal (Labcorp). Serum disediakan dengan sentrifugasi dan disimpan pada -80 ° C untuk pengukuran insulin dalam satu kumpulan pada akhir kajian (Harvard Catalyst Central Laboratory).

Keseronokan ditaksir dengan soalan "Betapa lazatnya makanan ini?" Para peserta diarahkan untuk membuat tanda menegak pada VAS 10-cm dengan sauh lisan yang berkisar dari "tidak sama sekali lazat" (0 cm) kepada "sangat lazat" 10 cm). Kelaparan dinilai sama, dengan soalan "Bagaimana kelaparan kamu sekarang?" Dan sauh lisan yang berkisar dari "tidak lapar sama sekali" kepada "sangat lapar" (14).

Neuroimaging dilakukan pada 4 selepas makan ujian, apabila nadir glukosa darah selepas makan GI tinggi dijangka (14), dengan menggunakan pengimbas seluruh badan GE 3Tesla (GE Healthcare). Aliran darah serebrum ditentukan dengan menggunakan ASL, yang merupakan kaedah berasaskan MRI yang menggunakan medan magnet yang digunakan secara luaran untuk melaburkan label air darah arteri masuk untuk digunakan sebagai pencera yang dapat diabaikan. Suatu pemindah pelopor tempatan 3 diperolehi, diikuti oleh dataset berwajaran T1 untuk korelasi anatomik (Modified Driven Equilibrium Fourier Transform)23), dengan masa pengulangan ms 7.9, masa gema 3.2 ms, 32-kHz pesawat pengambilalihan jalur coronal, bidang 24 × 19, resolusi dalam 1-mm, dan 1.6-mm irisan. Waktu penyediaan adalah 1100 ms dengan ketepuan berulang pada permulaan tempoh penyediaan dan denyutan invasi adiabatik 500 ms sebelum pengimejan. Selepas urutan ini, imbasan ASL diperolehi selepas kaedah yang diterangkan sebelumnya (24). Urutan menggunakan penanda pseudocontinuous dengan penekanan latar belakang untuk meminimumkan artifak gerakan, timbunan multishot dimensi 3 dimensi pencitraan lingkaran, resolusi gambar 3.8 mm dalam satah, dan empat puluh empat irisan 4-mm setiap satu volum. Label pelabelan untuk 1.5 s dengan kelewatan poslabel 1.5 sebelum pemerolehan imej (25) telah dilakukan 1 cm di bawah pangkal cerebellum (purata label dan kawalan 4 dan imej yang tidak ditekan 2 untuk mengkuantifikasi aliran darah serebrum diperolehi). Aliran darah serebral dikuantifikasi dengan perisian khusus seperti yang dilaporkan sebelum ini (24-26).

Analisis statistik

Kajian ini direka bentuk untuk memberikan kuasa% 80 dengan menggunakan kadar ralat% jenis 5 untuk mengesan perbezaan aliran darah serebral 11.8%, dengan mengambil sampel saiz peserta 12, sisa SD 11% untuk pengukuran tunggal dan intrasubject korelasi 0.6. Sampel peserta 11 yang dicapai dengan data yang boleh digunakan memberikan kuasa 80% untuk mengesan perbezaan 12.4%, dengan semua anggapan lain yang tersisa.

Analisis data neuroimaging dilakukan dalam persekitaran analisis imej statistik Pemetaan Parametrik (SPM5; Jabatan Kejuruteraan Neurologi Kesejahteraan). Imej aliran darah serebral disusun kembali kepada imej pertama dan diubah menjadi ruang anatomik piawai (Montreal Neurologic Institute / Konsortium Antarabangsa untuk Pemetaan Otak)27) dengan menggunakan pembolehubah pendaftaran yang diperoleh daripada algoritma Normalisasi SPM5. Imej diletakkan dengan lebar penuh 8-mm pada separuh kernel maksimum sebagai persediaan untuk analisis statistik.

Kami memeriksa ruang stereotactic dengan menggunakan templat dalam toolkit WFU Pickatlas (28). Daripada jumlah keseluruhan kawasan anatomi 334 di seluruh otak, kawasan yang dipertimbangkan kepentingan merangkumi kawasan berasingan 25 (lihat Jadual Tambahan 1 di bawah "Data tambahan" dalam terbitan dalam talian). Untuk menguji hipotesis utama kami, kami membandingkan perbezaan dalam aliran darah serantau rata-rata (makanan GI tinggi tolak makanan GI rendah) dengan menggunakan berpasangan, 2-tailed t ujian diselaraskan untuk kesan pesanan dan dengan pembetulan Bonferroni untuk pelbagai perbandingan (mentah P nilai didarab dengan 25). Untuk menggambarkan pembahagian spekulasi perbezaan aliran darah serebral, kami menjalankan analisis voxel-by-voxel dengan menggunakan algoritma model linear umum (29) dan ambang statistik P ≤ 0.002.

AUCs peningkatan untuk glukosa plasma (0-2 h), insulin serum (0-2 h), dan kelaparan (0-5 h) dikira dengan menggunakan kaedah trapezoid. Bidang-bidang dan nilai-nilai untuk hasil-hasil ini di 4 h (titik waktu utama prespecified kepentingan utama) dianalisis untuk kesan makan ujian dengan menggunakan 2-sisi, dipasangkan t ujian dengan perisian SAS (versi 9.2; SAS Institute Inc). Pelarasan untuk kesan pesanan tidak menjejaskan hasil ini secara material. Untuk mengkaji hubungan antara pembolehubah fisiologi dan pengaktifan otak, analisis model linier am dilakukan dengan aliran darah di nukleus kanan accumbens sebagai pembolehubah bergantung dan nombor peserta dan pembolehubah metabolik masing-masing sebagai pembolehubah bebas. Data dibentangkan sebagai cara dan, jika ditunjukkan, SEs.

KEPUTUSAN

Peserta kajian

Daripada 89 individu yang ditayangkan, kami mendaftarkan lelaki 13, dengan penurunan 1 sebelum pentadbiran makanan ujian pertama (Rajah 1). Baki peserta 12 termasuk Hispanik 2, 3 bukan hitam Hispanik, dan 7 putih bukan-Hispanik. Umur min adalah 29.1 y (pelbagai: 20-35 y), BMI adalah 32.9 (pelbagai: 26-41), kepekatan glukosa plasma puasa adalah 4.9 mmol / L (pelbagai: 3.6-6.2 mmol / L) adalah 10.3 μU / mL (julat: 0.8-25.5 μU / mL). Data pengimejan untuk satu peserta tidak lengkap kerana ralat penyimpanan data; Peserta lain menyiapkan protokol secara tidak sengaja.

RAJAH 1. 

Gambar aliran peserta.

Jawapan subjektif dan biokimia untuk menguji makanan

Kesederhanaan makanan ujian GI tinggi dan rendah tidak berbeza mengikut jawapan pada VAS 10-cm (5.5 ± 0.67 berbanding dengan 5.3 ± 0.65 cm, masing-masing; P = 0.7). Selaras dengan GI yang diramalkan (Jadual 1), peningkatan AUC 2-h untuk glukosa adalah 2.4-kali ganda lebih tinggi selepas makan ujian GI yang tinggi-rendah berbanding dengan 2.9 ± 0.36 berbanding dengan 1.2 ± 0.27 mmol · h / L, masing-masing; P = 0.0001) (Rajah 2). AUC 2-h tambahan untuk insulin (127.1 ± 18.1 berbanding dengan 72.8 ± 9.78 μU · h / mL; P = 0.003) dan tambahan 5-h AUC untuk kelaparan (0.45 ± 2.75 berbanding dengan -5.2 ± 3.73 cm · h; P = 0.04) juga lebih tinggi selepas makanan uji GI yang tinggi-rendah daripada masing-masing. Pada 4 h ke dalam tempoh postprandial, kepekatan glukosa darah lebih rendah (4.7 ± 0.14 berbanding dengan 5.3 ± 0.16 mmol / L, P = 0.005), dan perubahan kelaparan dari garis dasar adalah lebih besar (1.65 ± 0.79 berbanding dengan -0.01 cm ± 0.92; P = 0.04) selepas makan ujian GI yang tinggi - daripada masing-masing.

RAJAH 2. 

Perubahan purata ± SE dalam glukosa plasma (A), insulin serum (B), dan kelaparan (C) selepas makanan ujian. Perbezaan antara makanan tinggi dan rendah GI adalah signifikan pada 4 h (titik masa minat) untuk semua hasil 3 dengan menggunakan berpasangan t ujian. n = 12. GI, ...

Pengimejan otak

Aliran darah serebral adalah lebih besar selepas makan makanan GI yang tinggi-rendah daripada nukleus yang tepat (perbezaan bermakna: 4 ± 4.4 mL · 0.56 g-1 · Min-1; julat: 2.1-7.3 mL · 100 g-1 · Min-1; perbezaan relatif 8.2%). Perbezaan ini kekal ketara selepas pembetulan Bonferroni untuk kawasan kepentingan anatomi yang dipandang 25 (P = 0.0006) dan selepas pembetulan untuk semua kawasan otak 334 yang tidak terinspirasi (P = 0.009). Analisis berasaskan imej menunjukkan rantau tunggal dalam nukleus kanan di Montreal Neurologic Institute / Konsortium Antarabangsa untuk koordinat Pemetaan Otak 8, 8, -10 (puncak t = 9.34) dan satu lagi setempat pada koordinat 12, 12, 2 (t = 5.16), yang merebak ke kawasan lain dari striatum kanan (caudate, putamen, dan globus pallidus) dan kawasan penciuman (Rajah 3). Kami tidak memerhatikan perbezaan di stratum kontralateral atau kawasan kepentingan prespecifik yang lain.

RAJAH 3. 

Daerah dengan aliran darah serebral yang berbeza 4 h selepas makan ujian (P ≤ 0.002). Skala warna mewakili nilai t statistik untuk perbandingan antara makanan (n = 11) dengan menggunakan analisa model linier am seperti yang diterangkan dalam ...

Hubungan antara pembolehubah metabolik dan aliran darah dalam nukleus kanan accumbens ditunjukkan di dalam Jadual 2. Semua pembolehubah yang berkaitan dengan glukosa plasma, insulin serum, dan kelaparan secara signifikan berkaitan dengan aliran darah di dalam nukleus kanan accumbens, sedangkan kebolehan makan tidak.

TABLE 2 

Hubungan antara pembolehubah fisiologi dan aliran darah di dalam nukleus kanan accumbens1

PERBINCANGAN

Pengambilan makanan dikawal oleh sistem hedonik dan homeostatik (3) yang secara historikal berkhidmat untuk mengekalkan BMI minima dalam lingkungan yang sihat di bawah keadaan alam sekitar yang berlainan. Bagaimanapun, kebetulan dengan wabak obesiti, bekalan makanan telah berubah secara radikal, dengan peningkatan pesat penggunaan produk makanan yang sangat diproses yang diperoleh terutamanya dari komoditi bijirin. Akibatnya, beban glisemik (produk multiplikat GI dan jumlah karbohidrat) (30) diet Amerika Syarikat telah meningkat dengan ketara dalam tempoh separuh abad yang lalu, dan trend sekular ini mungkin menjejaskan kedua-dua sistem yang mengawal pengambilan makanan. Penurunan glukosa darah (dan bahan api metabolik lain) (13, 14) dalam tempoh selepas tamat selepas makanan GI yang tinggi tidak hanya akan menjadi isyarat kelaparan homostatik yang kuat (15) tetapi juga meningkatkan nilai hedonik makanan melalui pengaktifan striatal (18). Gabungan peristiwa fisiologi ini dapat menimbulkan keinginan makanan dengan keinginan khusus untuk karbohidrat GI tinggi (16, 17), dengan itu menyebarkan kitaran makan berlebihan. Di samping itu, pengaktifan striatum yang berulang mungkin akan mengurangkan reseptor dopamin dan meningkatkan lagi pemanduan untuk makan terlalu banyak (11).

Kajian ini mempunyai beberapa kekuatan. Pertama, kami menggunakan ASL, yang merupakan teknik pencitraan novel yang menyediakan ukuran kuantitatif aliran darah serebrum. Kaedah konvensional (fMRI bergantung pada tahap pengoksigenan darah) menilai perubahan akut dalam aktiviti otak, bukannya perbezaan mutlak, yang biasanya membatasi pengamatan kepada beberapa minit selepas gangguan fisiologi. Dengan ASL, kami dapat mengkaji kesan gigih makanan ujian tanpa rangsangan yang ditimbulkan (contohnya, gambar makanan berkalori tinggi). Kedua, kami menggunakan campur tangan crossover dan bukannya perbandingan rentas antara kumpulan (contohnya, bersandar berbanding dengan obes), yang memberikan peningkatan kuasa statistik dan bukti untuk arah kausal. Ketiga, kami memberi tumpuan kepada faktor pemakanan tertentu dengan mengawal kandungan kalori, komposisi macronutrient, sumber bahan, dan bentuk makanan, dan bukannya membandingkan makanan yang sangat berbeza (contohnya cheesecake berbanding sayur-sayuran)6, 10, 31, 32). Keempat, makanan ujian 2 direka dan didokumentasikan untuk mempunyai keseronokan yang sama, yang membantu mengurangkan kesan metabolik daripada tindak balas hedonik. Kelima, kita meneliti masa lampau pasca akhir, yang merupakan masa yang sangat penting untuk makan tingkah di makan berikutnya. Kajian terdahulu biasanya membatasi tempoh pemerhatian untuk ≤1 h selepas penggunaan makanan, apabila puncak penyerapan glukosa dan makanan GI tinggi mungkin secara sementara kelihatan memberikan faedah kepada fungsi otak (33). Keenam, kami menggunakan makanan campuran dengan komposisi makronutrien dan beban glisemik pemakanan dalam julat yang berlaku. Oleh itu, penemuan mempunyai kaitan dengan sarapan pagi GI yang biasa digunakan di Amerika Syarikat (misalnya, keju krim bagel dan bebas lemak) (12).

Batasan kajian utama termasuk saiz kecil dan tumpuan eksklusif kepada lelaki berlebihan berat badan dan obes. Kajian kecil mengehadkan kebolehpercayaan dan meningkatkan risiko penemuan negatif negatif (tetapi tidak palsu). Kajian kami, walaupun saiznya, mempunyai kuasa yang kuat untuk menguji hipotesis priori dengan pelarasan untuk pelbagai perbandingan. Kajian tambahan dengan subjek-subjek kawalan ramping, wanita, dan obes individu sebelum dan selepas penurunan berat badan akan memberi maklumat. Kami tidak menilai tindak balas hedonik terhadap makanan atau keinginan makanan secara langsung, dan oleh itu, kami tidak dapat meneroka hubungan antara nilai subjektif dan pengaktifan otak. Di samping itu, bentuk cecair makanan ujian mengehadkan kebolehpercayaan penemuan untuk makanan pepejal.

Beberapa isu penafsiran lain menjamin pertimbangan. Kami tidak menjangkakan kesan GI di otak terhad kepada hemisfera yang betul, walaupun laterality telah terlibat dalam gangguan neurobehavioral yang melibatkan litar imbalan. Sesungguhnya, kajian yang membandingkan sensitif insulin berbanding lelaki yang tahan insulin menunjukkan kesan pembezaan pentadbiran insulin sistemik terhadap metabolisme glukosa untuk hak, tetapi tidak ditinggalkan, striatum ventral34). Kami juga tidak melihat perbezaan di kawasan otak prespecifik yang lain, sama ada kerana kajian kami kekurangan kuasa untuk melihat kurang kesan yang kuat atau kerana kesan tersebut tidak berlaku pada titik waktu 4-h. Walau bagaimanapun, manipulasi kimia nukleus yang terdapat pada tikus mengakibatkan rangsangan neuron orexigenik dan perencatan neuron anorexigenik dalam hipotalamus (35), yang menggambarkan pengaruh striatum di kawasan otak lain yang terlibat dalam pemakanan.

Lebih daripada ganjaran dan keinginan, nukleus accumbens terlibat secara aktif dalam penyalahgunaan dan ketergantungan bahan (36-38), menimbulkan persoalan sama ada makanan tertentu mungkin ketagihan. Sesungguhnya, tanggapan ketagihan makanan telah mendapat perhatian yang luas melalui buku diet dan laporan anekdot dan semakin menjadi subjek penyiasatan ilmiah. Kajian terbaru yang menggunakan fMRI yang bergantung pada tahap oksigenasi konvensional darah menunjukkan kesabaran selektif dalam akujen nukleus dan kawasan otak yang berkaitan dengan obes berbanding dengan individu yang bersandar apabila membayangkan makanan yang sangat enak (6-11) dan dalam subjek yang menjaringkan tinggi pada ukuran ketagihan makanan (39). Walau bagaimanapun, boleh dikatakan bahawa tindak balas keseronokan yang melibatkan makanan tidak secara asasnya berbeza daripada keseronokan gambar penonton golf yang memaparkan penampilan hijau atau pendengaran audiophile muzik yang indah (40). Berbeza dengan penyelidikan terdahulu, kajian kami menggunakan makanan ujian keseronokan yang sama dan kaedah ASL untuk memeriksa aktiviti otak yang tidak dimantulkan selepas 4 h. Walau bagaimanapun, kesahihan konsep ketagihan makanan terus diperdebatkan dengan kuat (41-47). Tidak seperti ubat penyalahgunaan, makanan diperlukan untuk terus hidup, dan sesetengah individu boleh menggunakan sejumlah besar produk makanan GI tinggi (dan tinggi kalori, sangat diproses) yang tidak mempunyai kesan fizikal atau psikologi yang buruk. Oleh itu, penerapan konsep ketagihan kepada makanan menjamin kajian tambahan intervensional dan pemerhatian berorientasikan mekanikal.

Kesimpulannya, kami menunjukkan bahawa penggunaan yang tinggi berbanding dengan makanan ujian GI yang rendah meningkatkan aktiviti di kawasan otak yang berkaitan dengan pengambilan makanan, ganjaran, dan keinginan pada tempoh pasca akhir, yang bersamaan dengan glukosa darah yang lebih rendah dan lebih besar lapar. Penemuan neurophysiologic ini, bersama-sama dengan kajian pemakanan yang lebih lama penyelenggaraan berat badan (48, 49), mencadangkan penggunaan karbohidrat tinggi GI yang berkurangan (khususnya, produk bijirin yang diproses, kentang, dan gula pekat) boleh mengatasi makan berlebihan dan memudahkan penyelenggaraan berat badan yang sihat dalam individu yang berlebihan berat badan dan gemuk.

Penghargaan

Kami mengucapkan terima kasih kepada Dorota Pawlak, Simon Warfield, dan Phillip Pizzo untuk merangsang perbincangan dan nasihat; Joanna Radziejowska untuk membantu dengan rumusan makanan dan peruntukan; dan Henry Feldman untuk nasihat statistik. Tiada seorang pun daripada mereka menerima pampasan atas sumbangan mereka.

Tanggungjawab penulis adalah seperti berikut-DCA, CBE, JMG, LMH, BSL, DSL, dan ES: dengan menyediakan konsep dan reka bentuk kajian; DCA dan BSL: memperoleh data dan menyediakan kepakaran statistik; DCA, JMG, LMH, BSL, dan DSL: dianalisis dan ditafsirkan data; BSL dan DSL: merangka manuskrip; DCA, CBE, JMG, LMH, RR, dan ES: mengkritik manuskrip secara kritis; RR: menyediakan sokongan teknikal; DCA, BSL, dan DSL: mendapat pembiayaan; DCA dan DSL: menyediakan pengawasan; dan DSL: sebagai penyiasat utama, mempunyai akses penuh kepada semua data dalam kajian dan mengambil tanggungjawab untuk integriti data dan ketepatan analisis data. DCA menerima geran dari NIH dan GE Healthcare, yang merupakan vendor MRI, untuk pembangunan teknik pengimejan dan aplikasi dan royalti menerusi institusi akademik semasa dan bekas akademiknya untuk penemuan yang berkaitan dengan teknik ASL yang digunakan dalam kajian ini. DSL menerima geran dari NIH dan yayasan untuk penyelidikan, bimbingan, dan penjagaan pesakit yang berkaitan dengan obesiti dari buku mengenai obesiti kanak-kanak. BSL, LMH, ES, RR, CBE, dan JMG tidak melaporkan konflik kepentingan.

Nota kaki

5Singkatan digunakan: ASL, label spin arteri; GI, indeks glisemik; VAS, skala analog visual.

RUJUKAN

1. Berridge KC. Ganjaran makanan 'menarik' dan 'inginkan': substrat otak dan peranan dalam gangguan makan. Physiol Behav 2009; 97: 537-50 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
2. Dagher A. Pengimejan otak berfungsi dengan selera makan. Trend Endocrinol Metab 2012; 23: 250-60 [PubMed]
3. Lutter M, Nestler EJ. Isyarat homeostatik dan hedonik berinteraksi dalam peraturan pengambilan makanan. J Nutr 2009; 139: 629-32 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
4. Martel P, Fantino M. Mesolimbic aktiviti sistem dopaminergik sebagai fungsi ganjaran makanan: kajian microdialysis. Pharmacol Biochem Behav 1996; 53: 221-6 [PubMed]
5. Peciña S, Berridge KC. Tapak opioid dalam cengkerang inti inti memusatkan makan dan 'suka' hedonik terhadap makanan: peta berdasarkan mikroinjeksi Fos. Brain Res 2000; 863: 71–86 [PubMed]
6. Bruce AS, Holsen LM, Chambers RJ, Martin LE, Brooks WM, Zarcone JR, Butler MG, Savage CR. Kanak-kanak yang gemuk menunjukkan hiperaktif kepada gambar makanan dalam rangkaian otak yang dikaitkan dengan motivasi, ganjaran dan kawalan kognitif. Int J Obes (Lond) 2010; 34: 1494-500 [PubMed]
7. Holsen LM, Savage CR, Martin LE, Bruce AS, Lepping RJ, Ko E, Brooks WM, Butler MG, Zarcone JR, Goldstein JM. Kepentingan ganjaran dan litar prefrontal dalam kelaparan dan ketenangan: Sindrom Prader-Willi vs obesiti sederhana. Int J Obes (Lond) 2012; 36: 638-47 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
8. Rothemund Y, Preuschhof C, Bohner G, Bauknecht HC, Klingebiel R, Flor H, Klapp BF. Pengaktifan stigatori dorsal oleh rangsangan makanan visual tinggi kalori dalam individu gemuk. Neuroimage 2007; 37: 410-21 [PubMed]
9. Stice E, Spoor S, Bohon C, Veldhuizen MG, DM Kecil. Hubungan ganjaran dari pengambilan makanan dan pengambilan makanan yang dijangkakan kepada obesiti: kajian pencitraan resonans magnetik berfungsi. J Abnorm Psychol 2008; 117: 924-35 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
10. Stoeckel LE, Weller RE, Cook EW, 3rd, Twieg DB, Knowlton RC, Cox JE. Pengaktifan sistem ganjaran yang meluas dalam wanita gemuk sebagai tindak balas kepada gambar makanan berkalori tinggi. Neuroimage 2008; 41: 636-47 [PubMed]
11. Wang GJ, Volkow ND, Logan J, Pappas NR, Wong CT, Zhu W, Netusil N, Fowler JS. Dopamine otak dan obesiti. Lancet 2001; 357: 354-7 [PubMed]
12. Atkinson FS, Foster-Powell K, Brand-Miller JC. Jadual antarabangsa bagi indeks glisemik dan nilai beban glisemik: 2008. Penjagaan Diabetes 2008; 31: 2281-3 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
13. Ludwig DS. Indeks glisemik: mekanisme fisiologi yang berkaitan dengan obesiti, diabetes, dan penyakit kardiovaskular. JAMA 2002; 287: 2414-23 [PubMed]
14. Ludwig DS, Majzoub JA, Al-Zahrani A, Dallal GE, Blanco I, Roberts SB. Makanan indeks glisemik tinggi, makan berlebihan, dan obesiti. Pediatrik 1999; 103: E26. [PubMed]
15. Campfield LA, Smith FJ, Rosenbaum M, Hirsch J. Makanan manusia: bukti untuk asas fisiologi menggunakan paradigma yang diubahsuai. Neurosci Biobehav Rev 1996; 20: 133-7 [PubMed]
16. Thompson DA, Campbell RG. Kelembapan pada manusia yang disebabkan oleh 2-deoxy-D-glukosa: kawalan glucoprivic terhadap keinginan selera dan pengambilan makanan. Sains 1977; 198: 1065-8 [PubMed]
17. Strachan MW, Ewing FM, BM Frier, Harper A, Deary IJ. Mengidam makanan semasa hypoglycaemia akut pada orang dewasa dengan diabetes jenis 1. Physiol Behav 2004; 80: 675-82 [PubMed]
18. Page KA, Seo D, Belfort-DeAguiar R, Lacadie C, Dzuira J, Naik S, Amarnath S, Constable RT, Sherwin RS, Sinha R. Menggulungkan tahap glukosa memodulasi kawalan neural keinginan untuk makanan berkalori tinggi pada manusia. J Clin Invest 2011; 121: 4161-9 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
19. Frank TC, Kim GL, Krzemien A, Van Vugt DA. Kesan fasa kitaran haid pada pengaktifan otak kortikolimbi melalui isyarat makanan visual. Brain Res 2010; 1363: 81-92 [PubMed]
20. Botero D, Ebbeling CB, Blumberg JB, Ribaya-Mercado JD, Creager MA, Swain JF, Feldman HA, Ludwig DS. Kesan akut indeks glisemik diet ke atas kapasiti antioksidan dalam kajian pemakanan yang dikawal nutrien. Obesiti (Silver Spring) 2009; 17: 1664-70 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
21. Mifflin MD, St Jeor ST, Hill LA, Scott BJ, Daugherty SA, Koh YO. Persamaan ramalan baru untuk berehat perbelanjaan tenaga dalam individu yang sihat. Am J Clin Nutr 1990; 51: 241-7 [PubMed]
22. Brouns F, Bjorck I, Frayn KN, Gibbs AL, Lang V, Slama G, Wolever TM. Metodologi indeks glisemik. Nutr Res Rev 2005; 18: 145-71 [PubMed]
23. Deichmann R, Schwarzbauer C, Turner R. Pengoptimalan urutan MDEFT 3D untuk pengimejan otak anatomi: implikasi teknikal di 1.5 dan 3 T. Neuroimage 2004; 21: 757-67 [PubMed]
24. Dai W, Garcia D, de Bazelaire C, Alsop DC. Penyerapan aliran berterusan yang berterusan untuk pelabelan spin arteri menggunakan frekuensi radio berdenyut dan medan kecerunan. Magn Reson Med 2008; 60: 1488-97 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
25. Alsop DC, Detre JA. Mengurangkan kepekaan transit-masa dalam pencitraan resonans magnetik yang tidak dinamik bagi aliran darah serebrum manusia. J Sereb Aliran Darah Metab 1996; 16: 1236-49 [PubMed]
26. Järnum H, Steffensen EG, Knutsson L, Frund ET, Simonsen CW, Lundbye-Christensen S, Shankaranarayanan A, Alsop DC, Jensen FT, Larsson EM. Perfusi MRI tumor otak: kajian komparatif terhadap label spin arteri pseudo berterusan dan pengimejan kontras kecenderungan dinamik. Neuroradiologi 2010; 52: 307-17 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
27. Lancaster JL, Tordesillas-Gutierrez D, Martinez M, Salinas F, Evans A, Zilles K, Mazziotta JC, Fox PT. Bias antara koordinat MNI dan Talairach dianalisis dengan menggunakan template otak ICBM-152. Hum Brain Mapp 2007; 28: 1194-205 [PubMed]
28. Maldjian JA, Laurienti PJ, Kraft RA, Burdette JH. Kaedah automatik untuk soal siasat berasaskan atmosfera dan cytoarkitonik di antara set data fMRI. Neuroimage 2003; 19: 1233-9 [PubMed]
29. Friston KJ, Holmes A, Poline JB, Harga CJ, Frith CD. Mengesan pengaktifan dalam PET dan fMRI: tahap kesimpulan dan kuasa. Neuroimage 1996; 4: 223-35 [PubMed]
30. Salmerón J, Ascherio A, Rimm EB, Colditz GA, Spiegelman D, Jenkins DJ, Stampfer MJ, Wing AL, Willett WC. Serat pemakanan, beban glisemik, dan risiko NIDDM pada lelaki. Penjagaan Diabetes 1997; 20: 545-50 [PubMed]
31. Dimitropoulos A, Tkach J, Ho A, Kennedy J. Pengaktifan kortikolimbi yang lebih besar kepada isyarat makanan berkalori tinggi selepas makan dengan obes berbanding orang dewasa yang berat badan normal. Selera 2012; 58: 303-12 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
32. Murdaugh DL, Cox JE, Cook EW, 3rd, Weller RE. Kereaktifan fMRI kepada gambar makanan berkalori tinggi meramalkan hasil jangka pendek dan jangka panjang dalam program penurunan berat badan. Neuroimage 2012; 59: 2709-21 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
33. Page KA, Chan O, Arora J, Belfort-Deaguiar R, Dzuira J, Roehmholdt B, Cline GW, Naik S, Sinha R, Constable RT, et al. Kesan fruktosa vs glukosa pada aliran darah serebrum serantau di kawasan otak yang terlibat dengan selera makan dan ganjaran. JAMA 2013; 309: 63-70 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
34. Anthony K, Reed LJ, Dunn JT, Bingham E, Hopkins D, Marsden PK, Amiel SA. Penolakan respon insulin yang ditimbulkan dalam rangkaian otak mengawal selera dan ganjaran dalam rintangan insulin: asas otak untuk mengawal pengurangan pengambilan makanan dalam sindrom metabolik? Diabetes 2006; 55: 2986-92 [PubMed]
35. Zheng H, Corkern M, Stoyanova I, Patterson LM, Tian R, Berthoud HR. Peptida yang mengawal selia pengambilan makanan: manipulasi akusatif yang mengundang selera mengaktifkan neuron hipotalamik orexin dan menghalang neuron POMC. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 2003; 284: R1436-44 [PubMed]
36. Di Chiara G, Tanda G, Bassareo V, Pontieri F, Acquas E, Fenu S, Cadoni C, Carboni E. Ketagihan dadah sebagai gangguan pembelajaran bersekutu. Peranan nucleus accumbens shell / extended amygdala dopamine. Ann NY Acad Sci 1999; 877: 461-85 [PubMed]
37. Feltenstein MW, Lihat RE. The neurocircuitry of addiction: a overview. Br J Pharmacol 2008; 154: 261-74 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
38. Kalivas PW, Volkow ND. Asas neural ketagihan: patologi motivasi dan pilihan. Am J Psikiatri 2005; 162: 1403-13 [PubMed]
39. Gearhardt AN, Yokum S, Orr PT, Stice E, Corbin WR, Brownell KD. Neural menghubungkan ketagihan makanan. Arch Psychiatry Gen 2011; 68: 808-16 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
40. Salimpoor VN, van den Bosch I, Kovacevic N, McIntosh AR, Dagher A, Zatorre RJ. Interaksi di antara nukleus accumbens dan kortik auditori meramalkan nilai ganjaran muzik. Sains 2013; 340: 216-9 [PubMed]
41. Benton D. Kemungkinan ketagihan gula dan peranannya dalam obesiti dan gangguan makan. Clin Nutr 2010; 29: 288-303 [PubMed]
42. Blumenthal DM, Gold MS. Neurobiologi ketagihan makanan. Curr Opin Clin Nutr Metab Care 2010; 13: 359-65 [PubMed]
43. Corwin RL, Grigson PS. Gambaran keseluruhan Simposium-ketagihan makanan: fakta atau fiksyen? J Nutr 2009; 139: 617-9 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
44. Moreno C, Tandon R. Sekiranya makan berlebihan dan obesiti dikelaskan sebagai gangguan ketagihan dalam DSM-5? Curr Pharm Des 2011; 17: 1128-31 [PubMed]
45. Parylak SL, Koob GF, Zorrilla EP. Sisi gelap ketagihan makanan. Physiol Behav 2011; 104: 149-56 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
46. Pelchat ML. Ketagihan makanan pada manusia. J Nutr 2009; 139: 620-2 [PubMed]
47. Toornvliet AC, Pijl H, Tuinenburg JC, Elte-de Wever BM, Pieters MS, Frolich M, Onkenhout W, Meinders AE. Maklum balas psikologi dan metabolik pesakit obes keinginan karbohidrat untuk makanan karbohidrat, lemak dan protein yang kaya. Int J Obes Relat Metab Disord 1997; 21: 860-4 [PubMed]
48. Larsen TM, Dalskov SM, van Baak M, Jebb SA, Papadaki A, Pfeiffer AF, Martinez JA, Handjieva-Darlenska T, Kunesova M, Pihlsgard M, et al. Diet dengan kandungan protein tinggi dan rendah dan indeks glisemik untuk penyelenggaraan berat badan. N Engl J Med 2010; 363: 2102-13 [Artikel percuma PMC] [PubMed]
49. Ebbeling CB, Swadaya JF, Feldman HA, Wong WW, Hachey DL, Garcia-Lago E, Ludwig DS. Kesan komposisi diet ke atas perbelanjaan tenaga semasa penyelenggaraan berat badan. JAMA 2012; 307: 2627-34 [Artikel percuma PMC] [PubMed]