Nutrisi depan. 2016; 3: 6.
Diterbitkan dalam talian 2016 Feb 15. doi: 10.3389 / fnut.2016.00006
PMCID: PMC4753312
Pengenalan
Dengan krisis obesiti global yang terus mengambil tol, permintaan untuk penyelesaian telah meningkat. Perbincangan mengenai alam semula jadi berbanding pemeliharaan dan biologi berbanding psikologi telah memuncak dalam mengisytiharkan obesiti sebagai penyakit oleh sesetengah organisasi perubatan. Faktor-faktor alam sekitar dan kecenderungan genetik, bukannya tanggungjawab peribadi adalah untuk menyalahkan, seperti mana-mana penyakit lain. Pandangan ini membayangkan bahawa proses biologi mengawal berat badan pada asasnya beroperasi di alam bawah sadar. Walaupun ini telah lama diterima untuk apa yang dipanggil regulasi homeostatik keseimbangan tenaga, ia kurang jelas untuk kawalan hedonik. Di sini, kita secara kritis menilai soalan penting bagaimana model pemanah boleh membantu memahami sumbangan proses neural hedonik kepada peraturan berat badan. Apabila melihat konsep ganjaran, pengukuhan, motivasi, ketagihan keseronokan, dan mekanisme saraf mereka, dalam konteks pemakanan dan latihan, pandangan baru muncul bahawa kawalan homeostatik dan hedonik saling berkaitan dan sering bertindak serentak di tahap tidak sedarkan diri mencapai maklum balas penyesuaian secara biologi. Walaupun perbincangan tentang titik setat berat badan telah diabaikan pada tahun-tahun kebelakangan ini, topik ini menjadi lebih penting sebagai aspek penting untuk rawatan obesiti yang berkesan.
Mekanisme Hedonic Mengatasi Peraturan Homeostatik
Apabila berat badan haiwan dan manusia terganggu oleh tempoh sama ada di bawah atau berlebihan, ia segera kembali ke tahap pra-perturbasi melalui proses yang disebut peraturan homeostatic yang melibatkan kawalan kedua-dua pengambilan tenaga dan perbelanjaan tenaga1, 2). Litar hipotalamik asas yang mendasari peraturan ini telah lama diketahui (3) dan banyak halus, terutamanya sejak tahun-tahun terakhir 20 berikutan penemuan leptin. Ringkasnya, dua populasi saraf yang berbeza dalam hipobalamus mediobasal bertindak sebagai sensor tenaga utama dan melibatkan rangkaian litar effector yang mengendalikan kedua-dua tenaga dan tenaga dalam fasa penyesuaian secara biologi [untuk diperiksa, lihat Ref. (4-7)].
Bagaimanapun, walaupun kebanyakan bersetuju dengan peraturan homeostatic seperti itu, terdapat banyak perbincangan mengenai tahap berat tubuh yang dipertahankan dan mekanisme yang terlibat (8-13). Jelas sekali, tidak ada titik set tetap di mana spesies mamalia mengawal berat badan mereka. Sebaliknya, ia adalah fleksibel, bergantung kepada keadaan dalaman dan luaran termasuk predisposisi genetik dan epigenetik, ketersediaan makanan, kesenangan makanan dan faktor persekitaran yang lain (10). Ini digambarkan dengan baik oleh pembolehubah musim yang berpanjangan dan bernafas dengan titik hibernator14).
Satu faktor yang dipercayai secara meluas sangat penting untuk mempengaruhi titik setat berat badan ialah hedonik makanan, khususnya peralihan ke arah berat badan yang lebih tinggi oleh makanan kalori yang sangat enak, kalori (Rajah (Rajah1A) .1A). Contoh yang paling jelas tentang peralihan ini dalam berat badan yang dipertahankan adalah tikus obes dan tikus obesinya yang disebabkan oleh kafeteria (15). Walaupun disyaki bahawa peningkatan ketersediaan makanan yang sangat enak dan enak juga sangat bertanggungjawab terhadap wabak obesiti semasa, lebih sukar untuk membuktikan, kerana kesulitan untuk mengendalikan keseimbangan tenaga dan keadaan alam sekitar pada manusia dalam tempoh yang lama masa yang mungkin dalam model haiwan. Pandangan yang diterima secara meluas adalah bahawa dalam individu yang secara genetik dan / atau epigenetically vulnerable, persekitaran makanan yang obesogenik dapat membentuk titik setat berat badan yang lebih tinggi yang sama-sama dipertahankan terhadap puasa yang dipaksa dan overfeeding seperti pada individu berat badan normal11). Oleh itu, salah satu isu utama dalam memahami peraturan berat badan ialah penjelasan saraf untuk pergeseran ini dalam berat badan yang dipertahankan. Apakah mekanisme saraf yang membolehkan kebolehlihatan dan kesesuaian makanan yang padat untuk mengatasi sistem pertahanan dasar homostatik? Memahami mekanisme ini boleh membawa kepada pembangunan ubat yang lebih spesifik atau campurtangan tingkah laku dalam memerangi obesiti.
Pemprosesan Hedonic adalah Bahagian Integral dari Sistem Kawalselia Homeostatik
Pandangan bahawa litar neural hedonik dan homeostatik bukan entiti berasingan tetapi merupakan sebahagian daripada sistem pengawalan yang sama dengan pantas mendapat daya tarikan. Ini berdasarkan kepada bukti untuk modulasi bidirectional bidang otak kortikolimbi melalui isyarat interoceptive, dan hypothalamus oleh isyarat exteroceptive dan korelasi kognitif dan emosi mereka (Rajah (Rajah11B).
Modulasi Bottom-up Litar Corticolimbic Kognisi dan Motivasi oleh Isyarat interpeptif Ketersediaan Nutrisi
Kawalan bawah proses hedonik dan kognitif melalui isyarat dalaman bukanlah satu pandangan baru. Memandangkan kepentingan penting nutrien untuk hidup, ia adalah sifat asas ekspresi kelaparan dan kembali kepada permulaan evolusi sistem saraf. Khususnya, keadaan lapar disifatkan oleh peningkatan penambahan insentif insentif (mekanisme di mana objek matlamat seperti makanan menjadi sangat dikehendaki dan dikehendaki - magnet tingkah laku), yang secara neurologis ditunjukkan oleh aktiviti dopamine mesolimbik yang semakin tinggi (16-18). Yang baru, ada beberapa utusan dan mekanisme saraf yang ditunjukkan untuk terlibat. Sebagai contoh, kini jelas bahawa salah satu pengawal selia utama yang paling terkenal dalam badan - leptin - memodulasi selera dengan bertindak bukan sahaja pada hipotalamus tetapi juga pada komponen sistem dopamin mesolimbi (19-22) dan pemprosesan deria penciuman dan rasa23-25). Begitu juga, banyak lagi isyarat dalaman yang terdapat dalam ketersediaan nutrien, seperti ghrelin, GLP-1 dan PYY usus, dan insulin, serta glukosa dan lemak, juga sebahagiannya bertindak pada struktur kortikolimbi yang terlibat dalam aspek kognitif dan ganjaran kawalan asupan makanan (26-36). Kesan fungsi kognitif oleh hormon ini menarik dalam konteks kajian manusia yang menunjukkan kecacatan fungsi kognitif dan metabolik dalam pesakit obes (37-39). Walaupun pautan umum belum diketahui, hipotesis utama mencadangkan bahawa dysbiosis usus disebabkan oleh interaksi antara pemakanan sub-optimum, mikrobiota usus, dan sistem imun yang semula jadi dengan perubahan seterusnya dalam isyarat perut usus dan otak-otak integriti adalah penting (40-43).
Modul Atas-turun Pengawal Hypothalamic Klasik oleh Isyarat Sensori, Kognitif, dan Motivasi
Pemandu lain pandangan bersepadu ini adalah pandangan baru ke atas modulasi topologi litar rumahostatik klasik oleh pemprosesan kognitif dan emosi dalam sistem kortikolimbi (44). Pengambilan makanan yang disebabkan oleh cue dianggap sebagai mekanisme penting dalam makan makanan oleh manusia dalam persekitaran obesogenik45, 46) dan telah dikaji dalam tikus untuk beberapa waktu (47). Beberapa laluan yang berkaitan yang terlibat dalam pengambilan makanan kognisi yang bergantung kepada ini telah dikenalpasti di dalam tikus dengan menunjukkan kebergantungan terhadap unjuran amygdala dan prefrontal unjuran hipotalamus prategasan (48, 49). Paling baru-baru ini, bukti untuk modulasi top-down dari neuron AGRP di hipotalamus mediobasal, pusat pusat regulasi homeostatik klasik, telah dibentangkan. Ini neuron berkuasa telah dianggap terkawal terutamanya oleh hormon dan metabolit yang beredar dalam lilin yang agak perlahan dan fesyen yang semakin berkurang sesuai dengan keadaan berpuasa dan diberi makan. Menggunakan teknologi khusus neuron yang berasaskan genetik, ia menunjukkan bahawa aktiviti neuron AGRP juga dikawal pada kedua-kedua detik oleh jangkaan konvensional pengambilan makanan yang pasti (50, 51). Kawalan sensori luaran dan kognitif yang luar jangkaan terhadap kadar penembakan neuron AGRP mungkin dicapai oleh input langsung atau tidak langsung dari beberapa kawasan kortikal dan subkorteks seperti yang ditunjukkan oleh penjejakan virus retrograde spesifik neuron (52).
Kawalan Pengambilan Makanan dan Pengawalseliaan Keseimbangan Tenaga adalah Kebimbangan Subconscious
Adalah jelas bahawa litar saraf hipotalamik klasik yang bertanggungjawab terhadap peraturan homeostatic keseimbangan tenaga dan berat badan, sama dengan peraturan homeostatik fungsi tubuh yang lain, seperti glukosa darah atau tekanan darah, beroperasi di luar kesedaran, pada tahap tidak sedarkan diri. Di samping itu dan seperti yang dibincangkan di atas, mekanisme pemekaan insentif dengan isyarat interpeptif penipisan tenaga seperti pemacu leptin yang rendah "menginginkan" melalui sistem dopamin mesolimbi (16, 18, 53) juga sebahagian besarnya beroperasi di luar kesedaran seperti yang ditunjukkan dalam kajian neuroimaging manusia (54-56). Walaupun dalam ketiadaan kelaparan metabolik dan isyarat pemekaan interoceptive yang berkaitan, kesedaran sedar mengenai petunjuk tidak sepatutnya diperlukan. Ini telah ditunjukkan dalam tikus dengan pengambilan makanan yang disebabkan oleh isyarat (47, 48). Selain itu, otak manusia dapat mempelajari nilai ganjaran kewangan dan menggunakannya untuk membuat keputusan tanpa pemprosesan isyarat kontekstual (57). Walaupun pengambilan keputusan optimum memerlukan kawalan kendiri, yang diwakili dalam korteks prefrontal dorsolateral (58, 59), perubahan tindakan tingkah laku yang digerakkan oleh ganjaran tidak berada di bawah kawalan wajib di kawasan otak ini dan sering membatasi kehendak bebas untuk bertindak (60). Akhirnya, aktiviti saraf di kawasan otak tertentu boleh berlaku beberapa kali sebelum manusia menyedari keputusan mereka sendiri (61, 62), mencadangkan bahawa banyak proses yang membawa kepada keputusan sedang berlaku di tahap tidak sedarkan diri.
Tingkah laku ingestif pada kedua-dua manusia dan tikus kelihatan sangat tahan terhadap kawalan kognitif apabila sangat biasa (63, 64). Di bawah keadaan biasa, maklumat tentang kemungkinan hasil adalah penting untuk tindakan yang diarahkan oleh tindakan yang ditimbulkan oleh tindakan yang sensitif terhadap penurunan nilai. Walau bagaimanapun, kelakuan biasa tidak lagi bergantung kepada jangkaan ganjaran yang dipelajari dan oleh itu sebahagian besar tidak sensitif terhadap mekanisme penurunan nilai ganjaran (64, 65). Litar saraf yang mengawal tingkah laku yang tidak lazim berbeza daripada yang ditetapkan untuk tingkah laku biasa atau automatik. Tingkah laku yang tidak lazim bergantung kepada striatum ventral (nukleus accumbens) dan korteks prefrontal ventrenedial, sedangkan tingkah laku yang kerap bergantung lebih kepada striatum dorsolateral (65, 66). Penyimpanan memori dan mekanisme ingat juga berbeza untuk tindakan dan tingkah laku yang tidak biasa. Dalam perbezaan kepada kenangan deklaratif yang memerlukan minda sedar, kenangan prosedur beroperasi di bawah tahap kesedaran sedar dan penyimpanan lebih banyak diedarkan (67-69). Akibatnya, kenangan prosedur dan kelakuan ingestive yang biasa mereka panduan agak tahan terhadap kawalan kognitif dan fungsi eksekutif yang melarang.
Kesimpulan
Model haiwan amat penting untuk membedah mekanisme kompleks yang mendasari kecenderungan obesiti. Memandangkan majoriti loci genetik yang banyak dikaitkan dengan obesiti manusia dikaitkan dengan fungsi saraf (70), tidak menghairankan bahawa kawalan saraf pengambilan makanan dan pengawalan keseimbangan tenaga merupakan komponen utama mekanisme ini. Walaupun fungsi neuroimaging dalam manusia juga mula membuat sumbangan penting, hanya pendekatan yang lebih invasif dalam tikus telah dapat memberikan penjelasan mekanistik. Hasilnya, dikotomi tradisional antara sistem homeostatic dan non-homeostatic / hedonic yang bertanggungjawab terhadap kawalan selera makan dan pengawalan berat badan, walaupun secara heuristik masih berguna, tidak lagi menggambarkan interaksi anatomi dan fungsi yang meluas antara kedua-dua sistem. Di samping itu, banyak keluaran sistem interaktif yang lebih besar ini memintas kesedaran. Implikasi dari pandangan-pandangan baru ini jauh menjangkau kerana mereka akan membimbing bukan sahaja penyelidikan masa depan tetapi juga reka bentuk terapi farmakologi dan tingkah laku untuk obesiti dan gangguan makan.
Sumbangan Pengarang
HM dan CM membantu memahami pendapat, mengkaji kesusasteraan, menulis bahagian manuskrip, dan menyunting versi pra-muktamad manuskrip. EQ-C dan SY terlibat dalam perbincangan mengenai idea asal, menyemak bahagian-bahagian kesusasteraan, menulis bahagian manuskrip, dan mengedit manuskrip pra-akhir. H-RB menyusun idea asal untuk pendapat itu, membincangkan beberapa draf versi manuskrip dengan semua pengarang, meneliti kesusasteraan, dan menulis manuskrip akhir.
Penyata Percanggahan Kepentingan
Penulis mengisytiharkan bahawa penyelidikan itu dijalankan tanpa adanya sebarang hubungan komersial atau kewangan yang boleh ditafsirkan sebagai potensi konflik kepentingan.
pembiayaan
Kerja-kerja ini disokong oleh Institut Kesihatan Nasional yang memberi geran DK047348 (H-RB), DK092587 (HM), dan DK081563 (CM).
Rujukan
;