Effecten van de glycemische index op hersengebieden gerelateerd aan beloning en verlangen bij mannen (2013)

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

Online gepubliceerd Jun 26, 2013. doi:  10.3945 / ajcn.113.064113

PMCID: PMC3743729

Dit artikel is geweest geciteerd door andere artikelen in PMC.

Ga naar:

Abstract

Achtergrond: Kwalitatieve aspecten van voeding beïnvloeden eetgedrag, maar de fysiologische mechanismen voor deze calorie-onafhankelijke effecten blijven speculatief.

Doelstelling: We onderzochten de effecten van de glycemische index (GI) op hersenactiviteit in de late postprandiale periode na een typisch intermealingsinterval.

Design: Met het gebruik van een willekeurig, geblindeerd, cross-over ontwerp, 12-mannen met overgewicht of obesitas, ouder dan 18-35 y, consumeerden hoge- en lage-GI-maaltijden gecontroleerd op calorieën, macronutriënten en smakelijkheid op 2-gelegenheden. De primaire uitkomstmaat was de cerebrale bloedstroom als een maat voor de rustende hersenactiviteit, die werd beoordeeld met behulp van arteriële spin-labelling functionele magnetische resonantie beeldvorming 4 h na testmaaltijden. We veronderstelden dat de hersenactiviteit groter zou zijn na de maaltijd met hoge GI in vooraf gespecificeerde regio's die te maken hebben met eetgedrag, beloning en verlangen.

Resultaten: Incrementeel veneuze plasmaglucose (2-h ruimte onder de curve) was 2.4-vouw groter na de high- dan de low-GI-maaltijd (P = 0.0001). Plasmaglucose was lager (gemiddelde ± SE: 4.7 ± 0.14 vergeleken met 5.3 ± 0.16 mmol / L; P = 0.005) en meldde dat de honger groter was (P = 0.04) 4 h na de high- dan de low-GI-maaltijd. Op dit moment lokte de high-GI-maaltijd grotere hersenactiviteit uit, gecentreerd in de juiste nucleus accumbens (een vooraf gespecificeerd gebied; P = 0.0006 met aanpassing voor meerdere vergelijkingen) die zich uitbreiden naar andere gebieden van het rechter striatum en naar het olfactorische gebied.

Conclusies: Vergeleken met een isocalorische maaltijd met een lage GI verlaagde een maaltijd met een hoge GI-plasmaconcentratie glucose, verhoogde honger en selectief gestimuleerde hersengebieden geassocieerd met beloning en verlangen in de late postprandiale periode, wat een tijd is met speciale betekenis voor het eetgedrag bij de volgende maaltijd. maaltijd. Deze proef werd geregistreerd bij clinicaltrials.gov als NCT01064778.

INLEIDING

Het mesolimbische dopaminerge systeem van de hersenen, dat samenkomt op de nucleus accumbens (onderdeel van het striatum), speelt een centrale rol bij beloning en verlangen, en dit systeem lijkt te bemiddelen in hedonische voedselreacties (1-3). In knaagdierstudies namen de extracellulaire concentraties van dopamine en zijn metabolieten in de nucleus accumbens na de consumptie van zeer smakelijk voedsel meer toe dan standaard knaagdiervoederkorrels (4). Bovendien verhoogden micro-injecties van opiaat in de nucleus accumbens de voedselinname en de beloningswaarde van voedsel (5). Klinische studies die functionele beeldvorming van de hersenen gebruikten, meldden meer activatie in de nucleus accumbens of andere regio's van het striatum bij obese mensen dan magere individuen nadat ze smakelijke, calorierijke voedingsmiddelen hadden gezien of geconsumeerd (6-11). Van bijzonder belang, striatale dopamine D2 de beschikbaarheid van de receptor was significant lager bij obese personen dan bij niet-gelijktijdige gematchte controles (11), wat de mogelijkheid verhoogde dat te veel eten compensatie kan bieden voor lage dopaminerge activiteit. Deze cross-sectionele vergelijkingen tussen groepen magere en zwaarlijvige mensen konden de causale richting echter niet beoordelen.

Fysiologische observaties met betrekking tot de glycemische index (GI)5 een mechanisme bieden om te begrijpen hoe een specifieke voedingsfactor, anders dan smakelijkheid, voedselhonger en overeten kan veroorzaken. De GI beschrijft hoe koolhydraatbevattende voedingsmiddelen de bloedglucose beïnvloeden in de postprandiale toestand (12, 13). Zoals eerder beschreven bij obese adolescenten (13, 14), resulteerde de consumptie van een hoog- in vergelijking met laag-GI-maalmeel in hogere bloedglucose en insuline in de vroege postprandiale periode (0-2 h), die werden gevolgd door lagere bloedglucose in de late postprandiale periode (3-5 h ). De verlaging van de bloedglucose, die vaak lager is dan de nuchtere concentratie met 4 h na een maaltijd met hoge GI, kan leiden tot overmatige honger, te veel eten en een voorkeur voor voedingsmiddelen die de bloedsuikerspiegel snel weer normaal maken (dwz hoge GI) (15-17), voortplantingscycli van overeten. Inderdaad, in een studie van magere en zwaarlijvige volwassenen, verhoogde een gemiddelde insuline-geïnduceerde afname van de bloedglucoseconcentraties van 4.9 naar 3.7 mmol / L de voedselstimulus-activering van het striatum en de behoefte aan calorierijk voedsel (18). Om deze mechanismen te onderzoeken, vergeleken we de effecten van hoge- en laag-GI-testmaaltijden gecontroleerd op calorieën, macronutriëntengehalten, ingrediëntenbronnen en smakelijkheid tijdens de late postprandiale periode door functionele brain imaging van beloningscircuits te gebruiken die betrokken zijn bij voedselmotivatie en energiebalans.

ONDERWERPEN EN METHODEN

We voerden een gerandomiseerde, geblindeerde cross-over studie uit bij gezonde, zwaarlijvige en zwaarlijvige jonge mannen en vergeleken de effecten van hoge- en laag-GI-testmaaltijden op 2 d gescheiden door 2-8 wk. De primaire uitkomstmaat was de cerebrale bloedstroom als een maat voor de rustende hersenactiviteit, die werd bepaald met behulp van arteriële spin labeling (ASL) fMRI 4 h na de testmaaltijd. We veronderstelden dat de high-GI-maaltijd de activiteit in het striatum, hypothalamus, amygdala, hippocampus, cingulate, orbitofrontale cortex en de insulaire cortex zou verhogen, hersenregio's die betrokken zijn bij eetgedrag, beloning en verslaving (6-11). Secundaire eindpunten waren onder meer plasmaglucose, seruminsuline en gerapporteerde honger in de periode na 5-h na de maaltijd. De smakelijkheid van de testmaaltijden werd ook beoordeeld met behulp van een visuele analoge schaal van 10-cm (VAS). Statistische behandelingen omvatten de prespecificatie van hersengebieden van interesse en correctie voor meervoudige vergelijkingen. Het protocol werd uitgevoerd bij en kreeg een ethische beoordeling van het Beth Israel Deaconess Medical Center (Boston, MA). De proef werd geregistreerd bij clinicaltrials.gov als NCT01064778, en de deelnemers verstrekten schriftelijke geïnformeerde toestemming. Gegevens zijn verzameld tussen 24 April 2010 en 25 February 2011.

Deelnemers

Deelnemers werden gerekruteerd met vliegers en posters verspreid in het metropolitaanse gebied van Boston en met internetvermeldingen. Inclusiecriteria waren mannelijk geslacht, leeftijd tussen 18 en 35 y en BMI (in kg / m2) ≥25. Vrouwen werden niet opgenomen in deze eerste studie om de verwarring te voorkomen die mogelijk uit de menstruatiecyclus zou zijn voortgekomen (19). Uitsluitingscriteria waren elk groot medisch probleem, gebruik van een medicijn dat de eetlust of het lichaamsgewicht beïnvloedde, roken of recreatief drugsgebruik, hoge mate van lichamelijke activiteit, huidige deelname aan een afslankprogramma of verandering in lichaamsgewicht> 5% in het voorgaande 6 maanden, allergieën voor of intolerantie voor testmaaltijden, en eventuele contra-indicaties voor de MRI-procedure [bijv. Gecontra-indiceerde metalen implantaten, gewicht> 300 lb (136 kg)]. De geschiktheid werd beoordeeld door telefonische screening, gevolgd door een persoonlijke evaluatiesessie. Tijdens de evaluatiesessie hebben we antropometrische metingen verkregen en een orale glucosetolerantietest uitgevoerd. Bovendien proefden de deelnemers testmaaltijden en ondergingen ze een MRI-sequentie om vast te stellen of ze de procedure konden verdragen.

Ingeschreven deelnemers werden opeenvolgend toegevoegd aan een lijst met willekeurige opdrachten (opgesteld door het Clinical Research Center van het Boston Children's Hospital) voor de volgorde van testmaaltijden door willekeurig gepermuteerde blokken van 4 te gebruiken. Vloeibare testmaaltijden werden aan de deelnemers geleverd door het studiepersoneel in papieren bekertjes . Beide testmaaltijden hadden een soortgelijk uiterlijk, geur en smaak. Alle deelnemers en onderzoeksmedewerkers die betrokken waren bij het verzamelen van gegevens werden gemaskeerd voor de interventiereeks. Deelnemers ontvingen $ 250 voor het voltooien van het protocol.

Test maaltijden

Testmaaltijden werden gewijzigd van Botero et al (20) om een ​​soortgelijk zoet en smakelijke smaak te bereiken bij smaaktests waarbij stafleden betrokken waren. Zoals getoond in Tabel 1Beide testmaaltijden waren samengesteld uit vergelijkbare ingrediënten en hadden dezelfde macronutriëntendistributie (ProNutra Software, versie 3.3.0.10; Viocare Technologies Inc.). De voorspelde GI van de high- en low-GI-testmaaltijden waren respectievelijk 84% en 37% door glucose als referentiestandaard te gebruiken. Het caloriegehalte van de testmaaltijden werd individueel bepaald om elke deelnemer 25% van de dagelijkse energievraag te bieden op basis van een schatting van het energieverbruik in rust (21) en een activiteitsfactor van 1.2.

TABEL 1 

Testmaaltijd samenstelling1

procedures

Tijdens de evaluatiesessie werden lengte en gewicht gemeten, basislijnbeschrijvende gegevens (inclusief zelfgerapporteerde etniciteit en ras) werden verzameld en serum-thyroidstimulerend hormoon (om op hypothyreoïdie te screenen) werd verkregen. Deelnemers kregen een 75-g orale glucosetolerantietest (drank 10-O-75; Azer Scientific) met de bemonstering van plasmaglucose en seruminsuline bij 0, 30, 60, 90 en 120 min.

Testsessies werden gescheiden door 2-8 wk. Deelnemers werden geïnstrueerd om vóór elke testsessie veranderingen in het gebruikelijke dieet en fysieke activiteitsniveau voor 2 d te vermijden en het lichaamsgewicht binnen 2.5% van de baseline te behouden gedurende het onderzoek. Deelnemers arriveerden voor beide testsessies tussen 0800 en 0930 die ≥12 h hadden gevast en zich sinds de avond ervoor hadden onthouden van alcohol. Aan het begin van elke sessie werd de intervalgezondheid beoordeeld, de duur van vasten bevestigd en gewicht en bloeddruk gemeten. Een 20-gauge intraveneuze katheter werd geplaatst voor seriële bloedafname. Na een acclimatisatieperiode van 30-min werd de willekeurig bepaalde testmaaltijd in zijn geheel binnen 5 min. Ingenomen. Bloedmonsters en hongergegevens werden vóór en om de 30 min. Na het begin van de testmaaltijd tijdens de 5-h-postprandiale periode verkregen. We waren niet in staat om een ​​metalen apparaat voor het opwarmen van de hand te gebruiken om veneus bloed in de buurt van de fMRI-machine te arterialiseren, en de stress bij herhaalde vingerstokken voor capillair bloed kan de primaire studieresultaten hebben verward. Het gebruik van veneus bloed had een fout kunnen veroorzaken in de meting van arteriële bloedglucoseconcentraties boven en onder nuchtere concentraties, met name voor de maaltijd met hoge GI, die een studielimiet bevatte (22). De smakelijkheid werd beoordeeld na voltooiing van de testmaaltijd en neuro-imaging werd uitgevoerd na 4 h.

Afmetingen

Gewicht werd gemeten in een ziekenhuisjurk en lichte onderkleding met een gekalibreerde elektronische weegschaal (Scaletronix). De hoogte werd gemeten met een gekalibreerde stadiometer (Holtman Ltd). BMI werd berekend door het gewicht in kilogram te delen door het kwadraat van de hoogte in meters. Bloeddruk werd verkregen met een geautomatiseerd systeem (IntelliVue-monitor; Phillips Healthcare) waarbij de deelnemer stil bleef zitten voor 5 min. Plasmaglucose en schildklierstimulerend hormoon werden gemeten met door Clinical Laboratory Improvement Amendments goedgekeurde methoden (Labcorp). Serum werd bereid door centrifugatie en opgeslagen bij -80 ° C voor het meten van insuline in één batch aan het einde van het onderzoek (Harvard Catalyst Central Laboratory).

De smakelijkheid werd beoordeeld met de vraag "Hoe lekker was deze maaltijd?" Deelnemers kregen de opdracht om een ​​verticale markering te maken op een 10-cm VAS met verbale ankers die varieerden van "helemaal niet lekker" (0 cm) tot "extreem lekker" ( 10 cm). Honger werd op dezelfde manier beoordeeld, met de vraag "Hoe hongerig ben je nu?" En verbale ankers die varieerden van "helemaal geen honger" tot "extreem hongerig" (14).

Neuroimaging werd uitgevoerd bij 4 h na de testmaaltijd, toen het bloedglucosediepte na de maaltijd met hoge GI werd verwacht (14), door een GE 3Tesla whole-body scanner (GE Healthcare) te gebruiken. De cerebrale bloedstroom werd bepaald door ASL te gebruiken, een MRI-gebaseerde methode die extern aangelegde magnetische velden gebruikt om tijdelijk instromend arterieel bloedwater te labelen voor gebruik als een diffuse traceur. Een 3-vlak localizer-scan werd verkregen, gevolgd door een T1-gewogen dataset voor anatomische correlatie (Modified Driven Equilibrium Fourier Transform) (23), met een herhalingstijd van 7.9 ms, echotijd van 3.2 ms, 32-kHz bandbreedte coronair acquisitie vlak, 24 × 19 gezichtsveld, 1-mm resolutie in het vlak, en 1.6-mm plakjes. De voorbereidingstijd was 1100 ms met herhaalde verzadiging aan het begin van de voorbereidingsperiode en een adiabatische inversiepuls 500 ms vóór beeldvorming. Na deze sequenties werd een ASL-scan verkregen volgens eerder beschreven methoden (24). De sequentie gebruikte pseudocontinue labeling met achtergrondonderdrukking om bewegingsartefacten te minimaliseren, een 3-dimensionale multishot-stapel van spiraalvormige beeldvorming, een beeldresolutie van 3.8 mm in het vlak, en vierenveertig 4-mm plakjes per enkel volume. Pseudocontinue labeling voor 1.5 s met een postlabelingvertraging van 1.5 na beeldacquisitie (25) werd 1 cm onder de basis van het cerebellum uitgevoerd (4-gemiddelden van label en controle en 2 niet-onderdrukte beelden voor kwantificering van de cerebrale bloedstroom werden verkregen). Cerebrale bloedstroom werd gekwantificeerd met aangepaste software zoals eerder gemeld (24-26).

statistische analyse

De studie was bedoeld om 80% kracht te bieden door een 5% type I-foutpercentage te gebruiken om een ​​verschil in cerebrale bloedstroom van 11.8% te detecteren, uitgaande van een steekproefomvang van 12-deelnemers, resterende SD van 11% voor een enkele meting en intrasubject correlatie van 0.6. De behaalde steekproef van 11-deelnemers met bruikbare gegevens verschafte 80% power om een ​​verschil van 12.4% te detecteren, met alle andere aannames over.

Analyses van neuroimaging-gegevens werden uitgevoerd binnen de statistische parametrische mapping statistische beeldanalyseomgeving (SPM5; Wellcome Department of Cognitive Neurology). Cerebrale bloedstroombeelden werden opnieuw uitgelijnd op het eerste beeld en getransformeerd in een standaard anatomische ruimte (Montreal Neurologic Institute / International Consortium for Brain Mapping) (27) door de registratievariabelen te gebruiken die zijn afgeleid van het SPM5-algoritme voor normalisatie. Beelden werden afgevlakt met een 8-mm volledige breedte bij half-maximale kernel ter voorbereiding van de statistische analyse.

We onderzochten de stereotactische ruimte met behulp van sjablonen in de WFU Pickatlas-toolkit (28). Van de totale niet-redundante anatomische 334-regio's in de hersenen omvatten vooraf gespecificeerde interessegebieden 25-afzonderlijke regio's (zien Aanvullende tabel 1 onder "Aanvullende gegevens" in het onlineprobleem). Om onze primaire hypothese te testen, vergeleken we het verschil in gemiddelde regionale bloedstroom (hoge GI maaltijd minus lage GI-maaltijd) door gepaarde, 2-tailed te gebruiken t tests aangepast voor ordereffect en met Bonferroni-correctie voor meerdere vergelijkingen (onbewerkt P waarde vermenigvuldigd met 25). Om de ruimtelijke verdeling van cerebrale bloedstroomverschillen weer te geven, voerden we een voxel-per-voxel-analyse uit met behulp van algoritmen van het algemene lineaire model (29) en een statistische drempel van P ≤ 0.002.

Incrementele AUC's voor plasmaglucose (0-2 h), seruminsuline (0-2 h) en honger (0-5 h) werden berekend met behulp van de trapezoïdale methode. Deze gebieden en waarden voor deze uitkomsten bij 4 h (het vooraf gespecificeerde tijdstip van primair belang) werden geanalyseerd voor het testmeeleffect met behulp van een 2-zijdige, gepaarde t test met SAS-software (versie 9.2; SAS Institute Inc.). Aanpassing voor het ordereffect heeft deze uitkomsten niet wezenlijk beïnvloed. Om de relatie tussen fysiologische variabelen en hersenactivatie te onderzoeken, werden algemene lineaire modelanalyses uitgevoerd met bloedstroom in de rechter nucleus accumbens als een afhankelijke variabele en het deelnemersaantal en respectieve metabole variabelen als onafhankelijke variabelen. Gegevens worden gepresenteerd als middel en, waar aangegeven, SE's.

RESULTATEN

Deelnemers bestuderen

Van de gescreende 89-individuen namen we 13-mannen op, met 1-uitval vóór toediening van de eerste testmaaltijd (Figuur 1). De overige 12-deelnemers waren onder meer 2 Hispanics, 3 niet-Spaanse zwarten en 7 niet-Spaanse blanken. De gemiddelde leeftijd was 29.1 y (bereik: 20-35 y), BMI was 32.9 (bereik: 26-41), nuchtere plasmaglucoseconcentratie was 4.9 mmol / L (bereik: 3.6-6.2 mmol / L) en nuchtere insulineconcentratie was 10.3 μU / ml (bereik: 0.8-25.5 μU / ml). Beeldvormingsgegevens voor één deelnemer waren onvolledig vanwege een fout in de gegevensopslag; de andere deelnemers hebben het protocol zonder problemen voltooid.

FIGUUR 1. 

Deelnemersstroomdiagram.

Subjectieve en biochemische reacties op testmaaltijden

De smakelijkheid van hoge- en laag-GI-testmaaltijden verschilde niet volgens de responsen op de 10-cm VAS (5.5 ± 0.67 in vergelijking met 5.3 ± 0.65 cm, respectievelijk; P = 0.7). In overeenstemming met de voorspelde GI (Tabel 1) was de incrementele 2-h AUC voor glucose 2.4-voudig groter na de hoog-dan-laag-GI-testmaaltijd (2.9 ± 0.36 vergeleken met 1.2 ± 0.27 mmol · h / L, respectievelijk; P = 0.0001) (Figuur 2). De incrementele 2-h AUC voor insuline (127.1 ± 18.1 vergeleken met 72.8 ± 9.78 μU · u / ml; P = 0.003) en incrementele 5-h AUC voor honger (0.45 ± 2.75 vergeleken met -5.2 ± 3.73 cm · h; P = 0.04) waren ook groter na respectievelijk de high- dan low-GI-testmaaltijd. Bij 4 h in de postprandiale periode was de bloedglucoseconcentratie lager (4.7 ± 0.14 vergeleken met 5.3 ± 0.16 mmol / L, P = 0.005), en de verandering in honger ten opzichte van de basislijn was groter (1.65 ± 0.79 vergeleken met -0.01 cm ± 0.92; P = 0.04) na respectievelijk de high- dan low-GI-testmaaltijd.

FIGUUR 2. 

Gemiddelde ± SE-veranderingen in plasmaglucose (A), seruminsuline (B) en honger (C) na testmaaltijden. Verschillen tussen maaltijden met hoge en lage GI waren significant bij 4 h (het gewenste tijdsinterval) voor alle 3-uitkomsten door gepaarde t testen. n = 12. GI, ...

Brain imaging

Cerebrale doorbloeding was groter 4 h na de high- dan low-GI-maaltijd in de rechter nucleus accumbens (gemiddeld verschil: 4.4 ± 0.56 ml · 100 g-1 · Min-1; bereik: 2.1-7.3 ml · 100 g-1 · Min-1; een relatief verschil van 8.2%). Dit verschil bleef significant na Bonferroni-correctie voor de 25 vooraf gespecificeerde anatomische gebieden van interesse (P = 0.0006) en na correctie voor alle niet-redundante hersengebieden van 334 (P = 0.009). Een beeldgebaseerde analyse toonde een enkele regio in de rechter nucleus accumbens bij Montreal Neurologic Institute / International Consortium voor Brain Mapping coördinaten 8, 8, -10 (piek t = 9.34) en een ander lokaal maximum op de coördinaten 12, 12, 2 (t = 5.16), die zich naar andere striatumgebieden (caudaat, putamen en globus pallidus) en olfactorisch gebied (Figuur 3). We observeerden geen verschillen in het contralaterale striatum of andere vooraf gespecificeerde interessegebieden.

FIGUUR 3. 

Regio's met significant verschillende cerebrale doorbloeding 4 h na testmaaltijden (P ≤ 0.002). De kleurenschaal vertegenwoordigt de waarde van de t statistiek voor de vergelijking tussen maaltijden (n = 11) door algemene lineaire modelanalyses te gebruiken zoals beschreven in ...

De relatie tussen metabolische variabelen en de bloedstroom in de rechter nucleus accumbens is weergegeven in Tabel 2. Alle variabelen gerelateerd aan plasmaglucose, seruminsuline en honger waren significant gerelateerd aan de bloedstroom in de rechter nucleus accumbens, terwijl de smakelijkheid van maaltijden dat niet was.

TABEL 2 

Relatie tussen fysiologische variabelen en bloedstroming in de juiste nucleus accumbens1

DISCUSSIE

Voedselinname wordt geregeld door hedonistische en homeostatische systemen (3) die van oudsher diende om de gemiddelde BMI binnen een gezond bereik te houden onder sterk variërende milieuomstandigheden. Echter, samenvallend met de obesitasepidemie, is de voedselvoorziening radicaal veranderd, met de snel toenemende consumptie van hoogverwerkte voedingsproducten die voornamelijk zijn afgeleid van graanproducten. Als gevolg hiervan is de glycemische belasting (het multiplicatieve product van GI en koolhydraathoeveelheid) (30) van het dieet in de VS is in de afgelopen halve eeuw aanzienlijk gestegen, en deze seculiere trend kan een negatief effect hebben op beide systemen die de voedselinname reguleren. De daling van de bloedglucose (en andere metabole brandstoffen) (13, 14) in de late postprandiale periode nadat een high-GI-maaltijd niet alleen een krachtig homeostatisch hongaarsignaal zou vormen (15) maar verhoog ook de hedonische waarde van voedsel door striatale activering (18). Deze combinatie van fysiologische gebeurtenissen kan het hunkeren naar voedsel bevorderen met een speciale voorkeur voor koolhydraten met een hoge GI (16, 17), waardoor cycli van overeten worden gepropageerd. Bovendien kan de recurrente activering van het striatum de dopaminereceptorbeschikbaarheid verminderen en de drang tot te veel eten verder verhogen (11).

Deze studie had verschillende sterke punten. Eerst hebben we ASL gebruikt, een nieuwe beeldvormende techniek die een kwantitatieve meting van de cerebrale doorbloeding geeft. De conventionele methode (bloedoxygeniveau-afhankelijke fMRI) beoordeelt acute veranderingen in hersenactiviteit, geen absolute verschillen, waardoor observaties doorgaans tot enkele minuten na een fysiologische verstoring worden beperkt. Met ASL konden we de aanhoudende effecten van testmaaltijden zonder oververhitte stimuli (bijv. Foto's van calorierijk voedsel) onderzoeken. Ten tweede gebruikten we een cross-over interventie in plaats van een cross-sectionele vergelijking tussen groepen (bijvoorbeeld mager in vergelijking met obesitas), die een toegenomen statistische kracht en bewijs voor causale richting opleverde. Ten derde hebben we ons gericht op een specifieke voedingsfactor door controle uit te oefenen op het caloriegehalte, de samenstelling van macronutriënten, de ingrediënten en de voedselvorm, in plaats van grof verschillende soorten voedsel te vergelijken (bijvoorbeeld cheesecake in vergelijking met groenten) (6, 10, 31, 32). Ten vierde werden de 2-testmaaltijden ontworpen en gedocumenteerd om een ​​vergelijkbare smakelijkheid te hebben, wat hielp om metabole effecten te ontwarren van directe hedonische reacties. Ten vijfde hebben we de late postprandiale periode onderzocht, wat een tijd is met speciale betekenis voor het eetgedrag bij de volgende maaltijd. Eerdere studies beperkten de waarnemingsduur tot ≤1 h na voedselconsumptie, wanneer glucoseabsorptie pieken en een maaltijd met hoge GI tijdelijk voordelen lijkt te bieden voor de hersenfunctie (33). Ten zesde gebruikten we gemengde maaltijden met een samenstelling van macronutriënten en een glykemische lading binnen de heersende waarden. De bevindingen zijn dus relevant voor high-GI-ontbijten die gewoonlijk in de Verenigde Staten worden geconsumeerd (bijvoorbeeld een bagel en vetvrije roomkaas) (12).

De belangrijkste studiebeperkingen omvatten de kleine omvang en een exclusieve focus op mannen met overgewicht en obesitas. Kleine onderzoeken beperken de generaliseerbaarheid en verhogen het risico op een vals-negatieve (maar niet fout-positieve) bevinding. Onze studie had ondanks zijn grootte robuuste kracht om de a priori-hypothese te testen met aanpassing voor meerdere vergelijkingen. Aanvullende onderzoeken met magere controlepersonen, vrouwen en obese personen vóór en na het gewichtsverlies zouden informatief zijn. We hebben de hedonistische reacties op maaltijden of trek in eten niet direct beoordeeld en daarom konden we de relatie tussen deze subjectieve waarden en hersenactivatie niet onderzoeken. Bovendien beperkte de vloeibare vorm van de testmaaltijden de generaliseerbaarheid van de bevindingen tot vaste maaltijden.

Verschillende andere interpretatieve kwesties verdienen overweging. We anticipeerden niet op een effect van de GI op de hersenen beperkt tot de rechterhelft, hoewel lateraliteit eerder is betrokken bij neurologische gedragsstoornissen waarbij beloningscircuits zijn betrokken. Inderdaad, een onderzoek dat insuline-gevoelig vergeleek met insuline-resistente mannen toonde een differentieel effect van systemische insulinetoediening op het glucosemetabolisme voor het rechter, maar niet het linker, ventrale striatum (34). We observeerden ook geen verschillen in andere vooraf gespecificeerde hersenregio's, ofwel omdat ons onderzoek onvoldoende vermogen ontbeerde om minder robuuste effecten te zien of omdat dergelijke effecten niet op het tijdstip 4-h voorkwamen. Niettemin resulteerde de chemische manipulatie van de nucleus accumbens bij ratten in de stimulatie van orexigene neuronen en remming van anorexigene neuronen in de hypothalamus (35), wat de invloed van het striatum op andere hersengebieden bij het voeden illustreerde.

Naast beloning en begeerte, is de nucleus accumbens van cruciaal belang bij drugsmisbruik en afhankelijkheid (36-38), wat de vraag oproept of bepaalde voedingsmiddelen verslavend kunnen zijn. Inderdaad, het begrip voedselverslaving heeft uitgebreide aandacht van het publiek gekregen via dieetboeken en anekdotische rapporten en wordt steeds meer onderwerp van wetenschappelijk onderzoek. Recente studies die de conventionele bloedoxygeniveau-afhankelijke fMRI gebruikten, toonden selectieve overactiviteit aan in de nucleus accumbens en aanverwante hersengebieden bij obesitas in vergelijking met magere individuen, toen ze fantasieën van zeer smakelijk voedsel vertoonden (6-11) en bij proefpersonen die hoog scoorden op een maat voor voedselverslaving (39). Er kan echter worden betoogd dat deze plezierreactie met betrekking tot voedsel niet fundamenteel verschilt van het genot van een golfer die foto's van een putting green of een audiofiel hoorzitting prachtige muziek bekijkt (40). In tegenstelling tot eerder onderzoek, gebruikte onze studie testmaaltijden met vergelijkbare smakelijkheid en ASL-methoden om niet-gestimuleerde hersenactiviteit na 4 h te onderzoeken. Niettemin blijft de geldigheid van het concept van voedselverslaving krachtig worden besproken (41-47). In tegenstelling tot drugs van misbruik, is voedsel noodzakelijk om te overleven, en sommige individuen kunnen gewoonlijk grote hoeveelheden hoog-GI (en hoog-calorierijk, hoogst verwerkt) voedselproducten verbruiken zonder duidelijke nadelige fysieke of psychologische gevolgen. Dus, de toepassing van het concept van verslaving aan voedsel vereist een extra mechanistisch georiënteerde interventionele en observationele studie.

Concluderend toonden we aan dat de consumptie van een high-vergeleken met een testmaaltijd met een lage GI de activiteit in hersenregio's verhoogde, gerelateerd aan voedselinname, beloning en verlangen in de late postprandiale periode, die samenviel met lagere bloedglucose en groter honger. Deze neurofysiologische bevindingen, samen met langere voedingsonderzoeken naar het onderhoud van gewichtsverlies (48, 49), suggereren dat een verminderd gebruik van koolhydraten met een hoge GI-waarde (met name sterk bewerkte graanproducten, aardappelen en geconcentreerde suiker) de overeten kan verminderen en het handhaven van een gezond gewicht bij personen met overgewicht en obesitas kan vergemakkelijken.

Dankwoord

We danken Dorota Pawlak, Simon Warfield en Phillip Pizzo voor het stimuleren van discussies en advies; Joanna Radziejowska voor hulp bij het formuleren en verstrekken van testmaaltijden; en Henry Feldman voor statistisch advies. Geen van deze personen ontving een vergoeding voor hun bijdragen.

De verantwoordelijkheden van de auteurs waren als volgt: DCA, CBE, JMG, LMH, BSL, DSL en ES: verstrekten het studieconcept en ontwerp; DCA en BSL: verworven gegevens en statistische expertise; DCA, JMG, LMH, BSL en DSL: geanalyseerde en geïnterpreteerde gegevens; BSL en DSL: het manuscript opgesteld; DCA, CBE, JMG, LMH, RR en ES: het manuscript kritisch herzien; RR: technische ondersteuning; DCA, BSL en DSL: verkregen financiering; DCA en DSL: verstrekt toezicht; en DSL: als hoofdonderzoeker hadden volledige toegang tot alle gegevens in het onderzoek en namen de verantwoordelijkheid voor de integriteit van de gegevens en de nauwkeurigheid van de gegevensanalyse. DCA ontving subsidies van de NIH en GE Healthcare, een MRI-leverancier, voor de ontwikkeling van beeldvormingstechnieken en toepassingen en royalty's via zijn huidige en voormalige academische instellingen voor uitvindingen die verband houden met de ASL-technieken die in dit onderzoek worden gebruikt. DSL ontving subsidies van de NIH en stichtingen voor obesitas gerelateerd onderzoek, mentoring en patiëntenzorg en royalty's uit een boek over obesitas bij kinderen. BSL, LMH, ES, RR, CBE en JMG meldden geen belangenconflicten.

voetnoten

5Gebruikte afkortingen: ASL, arteriële spin-labeling; GI, glycemische index; VAS, visuele analoge schaal.

REFERENTIES

1. Berridge KC. 'Liken' en 'willen' voedselbeloningen: hersensubstraten en rollen in eetstoornissen. Physiol Behav 2009; 97: 537-50 [PMC gratis artikel] [PubMed]
2. Dagher A. Functionele beeldvorming van de hersenen van de eetlust. Trends Endocrinol Metab 2012; 23: 250-60 [PubMed]
3. Lutter M, Nestler EJ. Homeostatische en hedonische signalen beïnvloeden de regulatie van de voedselinname. J Nutr 2009; 139: 629-32 [PMC gratis artikel] [PubMed]
4. Martel P, Fantino M. Mesolimbic dopaminerge systeemactiviteit als een functie van voedselbeloning: een microdialyseonderzoek. Pharmacol Biochem Behav 1996; 53: 221-6 [PubMed]
5. Peciña S, Berridge KC. Opioïde site in nucleus accumbens-schaal bemiddelt bij het eten en hedonistische 'smaak' voor voedsel: kaart op basis van micro-injectie Fos-pluimen. Brain Res 2000; 863: 71-86 [PubMed]
6. Bruce AS, Holsen LM, Chambers RJ, Martin LE, Brooks WM, Zarcone JR, Butler MG, Savage CR. Zwaarlijvige kinderen vertonen hyperactivatie aan voedselfoto's in hersennetwerken gekoppeld aan motivatie, beloning en cognitieve controle. 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. Belang van beloning en prefrontale circuits in honger en verzadiging: Prader-Willi-syndroom versus eenvoudige obesitas. Int J Obes (Lond) 2012; 36: 638-47 [PMC gratis artikel] [PubMed]
8. Rothemund Y, Preuschhof C, Bohner G, Bauknecht HC, Klingebiel R, Flor H, Klapp BF. Differentiële activering van het dorsale striatum door hoogcalorische visuele voedselstimuli bij obese personen. Neuroimage 2007; 37: 410-21 [PubMed]
9. Stice E, Spoor S, Bohon C, Veldhuizen MG, Small DM. Relatie tussen beloning van voedselinname en verwachte voedselinname tot obesitas: een functioneel onderzoek naar magnetische resonantie beeldvorming. J Abnorm Psychol 2008; 117: 924-35 [PMC gratis artikel] [PubMed]
10. Stoeckel LE, Weller RE, Cook EW, 3rd, Twieg DB, Knowlton RC, Cox JE. Wijdverbreide beloning-systeemactivatie bij vrouwen met overgewicht als reactie op foto's van calorierijk voedsel. Neuroimage 2008; 41: 636-47 [PubMed]
11. Wang GJ, Volkow ND, Logan J, Pappas NR, Wong CT, Zhu W, Netusil N, Fowler JS. Hersenen dopamine en obesitas. Lancet 2001; 357: 354-7 [PubMed]
12. Atkinson FS, Foster-Powell K, Brand-Miller JC. Internationale tabellen met glycemische index en glycemische ladingswaarden: 2008. Diabeteszorg 2008; 31: 2281-3 [PMC gratis artikel] [PubMed]
13. Ludwig DS. De glycemische index: fysiologische mechanismen met betrekking tot obesitas, diabetes en hart- en vaatziekten. JAMA 2002; 287: 2414-23 [PubMed]
14. Ludwig DS, Majzoub JA, Al-Zahrani A, Dallal GE, Blanco I, Roberts SB. Voedsel met hoge glycemische index, te veel eten en obesitas. Pediatrics 1999; 103: E26. [PubMed]
15. Campfield LA, Smith FJ, Rosenbaum M, Hirsch J. Menselijk eten: bewijs voor een fysiologische basis met behulp van een aangepast paradigma. Neurosci Biobehav Rev 1996; 20: 133-7 [PubMed]
16. Thompson DA, Campbell RG. Honger bij mensen geïnduceerd door 2-deoxy-D-glucose: glucoprivische controle van smaakvoorkeur en voedselinname. Science 1977; 198: 1065-8 [PubMed]
17. Strachan MW, Ewing FM, Frier BM, Harper A, Deary IJ. Verlangen naar voedsel tijdens acute hypoglykemie bij volwassenen met type 1 diabetes. Physiol Behav 2004; 80: 675-82 [PubMed]
18. Pagina KA, Seo D, Belfort-DeAguiar R, Lacadie C, Dzuira J, Naik S, Amarnath S, Constable RT, Sherwin RS, Sinha R. Circulerende glucosespiegels moduleren de neurale controle van de behoefte aan calorierijk voedsel bij de mens. J Clin Invest 2011; 121: 4161-9 [PMC gratis artikel] [PubMed]
19. Frank TC, Kim GL, Krzemien A, Van Vugt DA. Effect van de menstruatiecyclusfase op corticolimbische hersenactivatie door visuele voedingsleer. 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. Acute effecten van de glycemische index in het dieet op de antioxidantcapaciteit in een nutriëntgecontroleerd voedingsonderzoek. Obesitas (Silver Spring) 2009; 17: 1664-70 [PMC gratis artikel] [PubMed]
21. Mifflin MD, St Jeor ST, Hill LA, Scott BJ, Daugherty SA, Koh YO. Een nieuwe voorspellende vergelijking voor energieverbruik in rust bij gezonde individuen. Am J Clin Nutr 1990; 51: 241-7 [PubMed]
22. Brouns F, Bjorck I, Frayn KN, Gibbs AL, Lang V, Slama G, Wolever TM. Methode van glycemische index. Nutrition Res Rev 2005; 18: 145-71 [PubMed]
23. Deichmann R, Schwarzbauer C, Turner R. Optimalisatie van de 3D MDEFT-sequentie voor anatomische hersenscans: technische implicaties bij 1.5 en 3 T. Neuroimage 2004; 21: 757-67 [PubMed]
24. Dai W, Garcia D, de Bazelaire C, Alsop DC. Continue stroomgestuurde inversie voor arteriële spinlabeling met behulp van gepulseerde radiofrequentie- en gradiëntvelden. Magn Reson Med 2008; 60: 1488-97 [PMC gratis artikel] [PubMed]
25. Alsop DC, Detre JA. Verminderde transit-time gevoeligheid bij niet-invasieve magnetische resonantie beeldvorming van menselijke cerebrale bloedstroom. J Cereb Bloedstroom 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. Perfusie MRI van hersentumoren: een vergelijkende studie van pseudo-continue arteriële spin-labeling en dynamische gevoeligheid contrast-beeldvorming. Neuroradiology 2010; 52: 307-17 [PMC gratis artikel] [PubMed]
27. Lancaster JL, Tordesillas-Gutierrez D, Martinez M, Salinas F, Evans A, Zilles K, Mazziotta JC, Fox PT. Bias tussen MNI en Talairach-coördinaten geanalyseerd met behulp van de ICBM-152 hersensjabloon. Hum Brain Mapp 2007; 28: 1194-205 [PubMed]
28. Maldjian JA, Laurienti PJ, Kraft RA, Burdette JH. Een geautomatiseerde methode voor neuroanatomic en cytoarchitectonische atlas-gebaseerde ondervraging van fMRI-datasets. Neuroimage 2003; 19: 1233-9 [PubMed]
29. Friston KJ, Holmes A, Poline JB, Price CJ, Frith CD. Detecteren van activaties in PET en fMRI: niveaus van inferentie en macht. 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. Dieetvezel, glycemische lading en risico op NIDDM bij mannen. Diabeteszorg 1997; 20: 545-50 [PubMed]
31. Dimitropoulos A, Tkach J, Ho A, Kennedy J. Meer corticolimbische activering tot calorierijke voedselelementen na eten bij obese volwassenen versus volwassenen met een normaal gewicht. Eetlust 2012; 58: 303-12 [PMC gratis artikel] [PubMed]
32. Murdaugh DL, Cox JE, Cook EW, 3rd, Weller RE. fMRI-reactiviteit op calorierijke voedselbeelden voorspelt resultaten op korte en lange termijn in een programma voor gewichtsverlies. Neuroimage 2012; 59: 2709-21 [PMC gratis artikel] [PubMed]
33. Pagina KA, Chan O, Arora J, Belfort-Deaguiar R, Dzuira J, Roehmholdt B, Cline GW, Naik S, Sinha R, Constable RT, et al. Effecten van fructose versus glucose op de regionale cerebrale bloedstroom in hersengebieden die betrokken zijn bij eetlust- en beloningsroutes. JAMA 2013; 309: 63-70 [PMC gratis artikel] [PubMed]
34. Anthony K, Reed LJ, Dunn JT, Bingham E, Hopkins D, Marsden PK, Amiel SA. Verzwakking van insuline-opgewekte reacties in hersennetwerken die de eetlust en beloning in insulineresistentie regelen: de cerebrale basis voor verminderde controle van voedselinname bij het metabool syndroom? Diabetes 2006; 55: 2986-92 [PubMed]
35. Zheng H, Corkern M, Stoyanova I, Patterson LM, Tian R, Berthoud HR. Peptiden die voedselinname regelen: eetlustopwekkende accumbens-manipulatie activeert hypothalamische orexine-neuronen en remt POMC-neuronen. 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. Drugsverslaving als een stoornis van associatief leren. De rol van nucleus accumbens omhulsel / verlengd amygdala dopamine. Ann NY Acad Sci 1999; 877: 461-85 [PubMed]
37. Feltenstein MW, zie RE. Het neurocircuit van verslaving: een overzicht. Br J Pharmacol 2008; 154: 261-74 [PMC gratis artikel] [PubMed]
38. Kalivas PW, Volkow ND. De neurale basis van verslaving: een pathologie van motivatie en keuze. Am J Psychiatry 2005; 162: 1403-13 [PubMed]
39. Gearhardt AN, Yokum S, Orr PT, Stice E, Corbin WR, Brownell KD. Neurale correlaten van voedselverslaving. Arch Gen Psychiatry 2011; 68: 808-16 [PMC gratis artikel] [PubMed]
40. Salimpoor VN, van den Bosch I, Kovacevic N, McIntosh AR, Dagher A, Zatorre RJ. Interacties tussen de nucleus accumbens en auditieve cortices voorspellen muziekbeloningswaarde. Science 2013; 340: 216-9 [PubMed]
41. Benton D. De plausibiliteit van suikerverslaving en zijn rol bij obesitas en eetstoornissen. Clin Nutr 2010; 29: 288-303 [PubMed]
42. Blumenthal DM, Gold MS. Neurobiologie van voedselverslaving. Curr Opin Clin Nutr Metab Care 2010; 13: 359-65 [PubMed]
43. Corwin RL, Grigson PS. Symposiumoverzicht - voedselverslaving: feit of fictie? J Nutr 2009; 139: 617-9 [PMC gratis artikel] [PubMed]
44. Moreno C, Tandon R. Moeten te veel eten en obesitas worden geclassificeerd als een verslavende stoornis in DSM-5? Curr Pharm Des 2011; 17: 1128-31 [PubMed]
45. Parylak SL, Koob GF, Zorrilla EP. De donkere kant van voedselverslaving. Physiol Behav 2011; 104: 149-56 [PMC gratis artikel] [PubMed]
46. Pelchat ML. Voedselverslaving bij mensen. 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. Psychologische en metabole reacties van koolhydraten die zwaarlijvige patiënten naar koolhydraat-, vet- en eiwitrijke maaltijden verlangen. 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. Diëten met een hoog of laag eiwitgehalte en glycemische index voor het onderhoud van afvallen. N Nader J Med 2010; 363: 2102-13 [PMC gratis artikel] [PubMed]
49. Ebbeling CB, Swain JF, Feldman HA, Wong WW, Hachey DL, Garcia-Lago E, Ludwig DS. Effecten van voedingssamenstelling op energieverbruik tijdens onderhoud van afvallen. JAMA 2012; 307: 2627-34 [PMC gratis artikel] [PubMed]