Gewichtstoename hangt samen met verminderde striatale respons op smakelijk voedsel (2010) MENSEN

Commentaar: Onderzoek toont bij mensen aan dat voedsel - een natuurlijke bekrachtiger - een afname van dopaminereceptoren kan veroorzaken. Is internetporno minder stimulerend dan 'zeer smakelijk' eten?

 

LAY ARTICLE: Onderzoek onderzoekt vicieuze cirkel van overeten en obesitas (abstract hieronder)

Uitgebracht: 9 / 29 / 2010 4: 30 PM EDT
Bron: Universiteit van Texas in Austin

Newswise - Nieuw onderzoek levert bewijs op van de vicieuze cirkel die wordt gecreëerd wanneer een zwaarlijvig persoon te veel eet om het verminderde genot van voedsel te compenseren.

Zwaarlijvige personen hebben minder genotreceptoren en eten te veel om te compenseren, volgens een onderzoek van de Universiteit van Texas in Austin senior onderzoekscollega en Oregon Research Institute, senior wetenschapper Eric Stice en zijn collega's deze week in The Journal of Neuroscience.

Stice toont aan dat deze overeten de responsiviteit van de plezierreceptoren verder kan verzwakken ('hypofunctionerende beloningscircuits'), waardoor de voordelen van te veel eten verder afnemen.
Voedselinname wordt geassocieerd met dopamine-afgifte. De mate van plezier die wordt verkregen door het eten komt overeen met de hoeveelheid vrijgekomen dopamine. Uit gegevens blijkt dat obese personen minder dopamine (D2) -receptoren in de hersenen hebben dan alleen magere personen en suggereert dat obese personen te veel eten om dit beloningsdeficit te compenseren.

Mensen met minder dopaminereceptoren moeten meer van een lonende stof opnemen - zoals voedsel of medicijnen - om een ​​effect te krijgen dat andere mensen krijgen met minder.

"Hoewel recente bevindingen suggereerden dat obese personen minder plezier kunnen ervaren tijdens het eten, en daarom meer eten om te compenseren, is dit het eerste prospectieve bewijs dat aantoont dat het teveel eten zelf het beloningscircuit verder afstompt," zegt Stice, een senior wetenschapper bij Oregon Research Instituut, een non-profit, onafhankelijk gedragsonderzoekscentrum. "De verzwakte responsiviteit van het beloningscircuit verhoogt het risico op toekomstige gewichtstoename op een feed-forward manier. Dit kan verklaren waarom obesitas meestal een chronisch beloop vertoont en resistent is tegen behandeling. "

Met behulp van Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI), meette Stice's team de mate waarin een bepaald deel van de hersenen (het dorsale striatum) werd geactiveerd als reactie op de consumptie door het individu van de smaak van chocolademilkshake (versus een smakeloze oplossing). Onderzoekers volgden de veranderingen van de deelnemers in de body mass index gedurende zes maanden.

De resultaten gaven aan dat de deelnemers die aankwamen significant minder activering vertoonden als reactie op de milkshake-inname bij een follow-up van zes maanden ten opzichte van hun baseline-scan en ten opzichte van vrouwen die niet aankwamen.

"Dit is een nieuwe bijdrage aan de literatuur omdat dit, voor zover ons bekend, de eerste prospectieve fMRI-studie is om verandering in de striatale respons op voedselconsumptie te onderzoeken als een functie van gewichtsverandering," zei Stice. "Deze resultaten zullen belangrijk zijn bij het ontwikkelen van programma's om obesitas te voorkomen en te behandelen."

Het onderzoek werd uitgevoerd in het Brain Imaging Center van The University of Oregon. Stice's co-auteurs omvatten Sonja Yokum, een voormalig postdoctoraal fellow aan de Universiteit van Texas in Austin.

Stice bestudeert al jaren 20 eetstoornissen en obesitas. Dit onderzoek heeft verschillende preventieprogramma's opgeleverd die het risico op het ontstaan ​​van eetstoornissen en obesitas op betrouwbare wijze verminderen.

 

DE STUDIE: Gewichtstoename hangt samen met verminderde striatale respons op smakelijk voedsel.

J Neurosci. Auteur manuscript; beschikbaar in PMC Mar 29, 2011.
Gepubliceerd in definitief bewerkte vorm als:
PMCID: PMC2967483
NIHMSID: NIHMS240878
De laatste bewerkte versie van dit artikel van de uitgever is gratis beschikbaar op J Neurosci
Zie andere artikelen in PMC dat citeren het gepubliceerde artikel.

Abstract

In overeenstemming met de theorie dat individuen met hypo-functionerend beloningscircuit te veel eten om een ​​beloningsgebrek te compenseren, hebben zwaarlijvige versus magere mensen minder striatale D2-receptoren en vertonen ze minder striatale respons op smakelijke voedselinname, en een lage striatale respons op voedselinname voorspelt toekomstige gewichtstoename bij degenen met een genetisch risico op verminderde signalering van op dopamine gebaseerde beloningscircuits. Toch geven dierstudies aan dat inname van smakelijk voedsel resulteert in downregulatie van D2-receptoren, verminderde D2-gevoeligheid en verminderde beloningsgevoeligheid, wat impliceert dat overeten kan bijdragen aan verminderde striatale responsiviteit. We hebben daarom getest of overeten leidt tot verminderde striatale responsiviteit tot een aanvaardbare voedselinname bij mensen met behulp van functionele resonantie-beeldvorming met magnetische resonantie met herhaalde metingen (fMRI). Uit de resultaten bleek dat vrouwen die in een periode van 6 in gewicht aankwamen, een verminderde striatale respons vertoonden op een aangename voedselconsumptie vergeleken met vrouwen met een stabiel gewicht. Gezamenlijk suggereren de resultaten dat een lage gevoeligheid van beloningscircuits het risico op overeten verhoogt en dat deze overmatige voeding de responsiviteit van beloningscircuits in een feedforward proces verder kan verzwakken.

sleutelwoorden: obesitas, striatum, fMRI, smaak, beloning, gewichtstoename

Introductie

Het striatum speelt een sleutelrol bij het coderen van beloning van voedselinname. Voeden wordt geassocieerd met dopamine (DA) -afgifte in het dorsale striatum en de mate van DA-afgifte correleert met de hoeveelheid plezier bij het eten (Szczypka et al., 2001; Small et al., 2003). Het dorsale striatum reageert op de inname van chocolade bij magere mensen en is gevoelig voor zijn devaluatie door boven verzadiging te eten (Small et al., 2001).

Zwaarlijvige mensen vertonen minder striatale beschikbaarheid van D2-receptor dan magere mensen (Wang et al., 2001; Volkow et al., 2008) en obese ratten hebben lagere basale DA-spiegels en een verminderde beschikbaarheid van D2-receptor dan magere ratten (Orosco et al., 1996; Fetissov et al., 2002). Obese versus magere mensen vertonen minder activatie van striatale DA-doelregio's (caudaat, putamen) als reactie op een smakelijke voedselinname (Stice et al., 2008b, a), maar laat een grotere striatale activering zien als reactie op foto's van voedsel (Rothemund et al., 2007; Stoeckel et al., 2008; Stice et al., 2010), wat duidt op een dissociatie tussen consumerende voedselbeloning en de incentive saillantie van voedselaanwijzingen. Cruciaal is dat mensen zwakkere striatale activering vertoonden als reactie op voedselinname met een A1 TaqIA-allel, wat geassocieerd is met lagere D2 striatale receptorbeschikbaarheid (Noble et al., 1991; Ritchie & Noble, 2003; Tupala et al., 2003) en verlaagd striataal rustmetabolisme (Noble, 1997), toonde een verhoogde toekomstige gewichtstoename (Stice et al., 2008a). Samenvattend komen deze bevindingen overeen met de theorie dat individuen met een lager signaleringsvermogen in beloningscircuits te veel eten om dit beloningsdeficit te compenseren (Blum, 1996; Wang, 2002).

Er zijn echter aanwijzingen dat consumptie van smakelijke voeding leidt tot neerwaartse regulatie van DA-signalering. Regelmatige inname van voedingsmiddelen met een hoog vet- en suikergehalte die resulteert in gewichtstoename leidt tot neerwaartse regulatie van post-synaptische D2-receptoren, verminderde gevoeligheid voor D2 en verminderde gevoeligheid van de beloning bij knaagdieren (Colantuoni et al., 2001; Bello et al., 2002; Kelley et al., 2003; Johnson & Kenny, 2010). Omdat deze gegevens impliceren dat overeten kan bijdragen aan een verdere verzwakking van de striatale respons op voedsel, hebben we een prospectief onderzoek naar functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI) met herhaalde metingen uitgevoerd om direct te testen of overeten geassocieerd is met verminderde striatale activering als reactie op smakelijke voedingsmiddelen in mensen.

Materialen en methoden

Deelnemers

Deelnemers waren 26-vrouwen met overgewicht en obesitas (M age = 21.0, SD = 1.11; M BMI = 27.8; SD = 2.45). Het monster bestond uit 7% Asian / Pacific Islander, 2% Afro-Amerikanen, 77% Europese Amerikanen, 5% Native Americans en 9% gemengd raciaal erfgoed. Deelnemers hebben schriftelijke toestemming gegeven. Het lokale ethiekbeoordelingspanel keurde deze studie goed. Degenen die in het verleden vreetbuien of compenserend gedrag meldden in de afgelopen 3 maanden, het huidige gebruik van psychotrope medicijnen of illegale drugs, hoofdletsel met bewustzijnsverlies of de huidige psychiatrische as van I waren uitgesloten. Gegevens werden verzameld bij aanvang en bij een follow-up van de 6-maand.

Maatregelen

Body Mass

De body mass index (BMI = kg / m2) werd gebruikt om adipositas weer te geven (Dietz en Robinson, 1998). Na verwijdering van schoenen en jassen werd de hoogte gemeten tot op de dichtstbijzijnde millimeter met behulp van een stadiometer en het gewicht werd beoordeeld op de dichtstbijzijnde 0.1 kg met behulp van een digitale schaal. Twee maten van elk werden verkregen en gemiddeld. Deelnemers werd gevraagd om 3 uren niet te eten voordat ze antropomorfe maatregelen voor standaardisatiedoeleinden hebben voltooid. BMI correleert met directe metingen van totaal lichaamsvet zoals röntgenstraalabsorptiometrie met dubbele energie (r = .80 naar .90) en met gezondheidsmaatregelen zoals bloeddruk, ongunstige lipoproteïneprofielen, atherosclerotische laesies, seruminsulinespiegels en diabetes mellitus (Dietz en Robinson, 1998).

fMRI-paradigma

Deelnemers werden gevraagd hun normale maaltijden te consumeren, maar af te zien van eten of drinken (inclusief cafeïnehoudende dranken) voor 4-6 uur voorafgaand aan hun beeldvormingsessie voor standaardisatie. We hebben deze periode van ontbering gekozen om de hongerstaat te vangen die de meeste mensen ervaren als ze hun volgende maaltijd benaderen, wat een tijd is waarin individuele verschillen in voedselbeloning logisch van invloed zijn op de calorie-inname. Deelnemers voltooiden het paradigma tussen 11: 00 en 13: 00 of 16: 00 en 18: 00. Hoewel we poogden om baseline en follow-up scans uit te voeren op hetzelfde tijdstip van de dag, vanwege de beperkingen van de planning, voerde alleen 62% van de deelnemers hun tweede scan uit binnen 3 uur nadat ze hun baseline-scan hadden voltooid (M verschil in scannetijd = 3.0 uur, bereik = .5 tot 6.0 uur). Deelnemers werden vertrouwd gemaakt met het fMRI-paradigma door te oefenen op een afzonderlijke computer vóór het scannen.

Het milkshake-paradigma was ontworpen om de activering te onderzoeken in reactie op consumptie en de verwachte consumptie van smakelijk voedsel (Fig 1), hoewel dit rapport zich uitsluitend richtte op het eerste. Stimuli werden gepresenteerd in 5 afzonderlijke scanruns. Stimuli bestond uit 2 afbeeldingen (glas milkshake en glas water) die de afgifte van 0.5 ml chocolade milkshake of een smaakloze oplossing signaleerden. De volgorde van presentatie werd gerandomiseerd over de deelnemers. De chocolademilkshake bestond uit 4 bolletjes Häagen-Daz vanille-ijs, 1.5 kopjes melk van 2% en 2 eetlepels Hershey's chocoladesiroop. De calorievrije smaakloze oplossing, die was ontworpen om de natuurlijke smaak van speeksel na te bootsen, bestond uit 25 mM KCl en 2.5 mM NaHCO3. We gebruikten kunstmatig speeksel omdat water een smaak heeft die de smaakcortex activeert (Zald & Pardo, 2000). Afbeeldingen werden gedurende 2 seconden gepresenteerd met MATLAB. De smaakafgifte vond plaats 7-10 seconden na het begin van de keu en duurde 5 seconden. Elke interessante gebeurtenis duurde 5 seconden. Elke run bestond uit 20 evenementen met milkshake-inname en 20 evenementen met smakeloze oplossing. Vloeistoffen werden toegediend met behulp van programmeerbare spuitpompen (Braintree Scientific BS-8000) gecontroleerd door MATLAB om een ​​consistent volume, snelheid en timing van smaakafgifte te garanderen. Zestig ml injectiespuiten gevuld met chocolademilkshake en smaakloze oplossing werden via Tygon-buis via een golfgeleider verbonden met een verdeelstuk dat was bevestigd aan de hoofdspoel in de MRI-scanner. Het spruitstuk paste in de mond van de deelnemers en leverde de smaak op een consistent deel van de tong (Fig 2). Deze procedure is in het verleden met succes gebruikt om vloeistoffen in de scanner aan te leveren en is elders in detail beschreven (Stice et al., 2008b). Deelnemers kregen de instructie om te slikken toen ze de 'zwaluw' keu zagen. Beelden werden gepresenteerd met een digitaal projector / scherm met omgekeerd scherm op een scherm aan de achterzijde van de MRI-scannerboring en waren zichtbaar via een spiegel die op de kopspoel was gemonteerd.

Fig 1    

Voorbeeld van timing en volgorde van presentatie van foto's en drankjes tijdens de run.
Fig 2    

Het maalverdeelstuk is verankerd aan de tafel. Voor elk onderwerp worden nieuwe slangen en spuiten gebruikt en het mondstuk wordt tussen toepassingen schoongemaakt en gesteriliseerd.

Beeldvorming en statistische analyse

Scannen werd uitgevoerd door een Siemens Allegra 3 Tesla head-only MRI-scanner. Een standaard vogelkooispoel werd gebruikt om gegevens uit de hele hersenen te verzamelen. Een thermo schuim vacuümkussen en extra opvulling werden gebruikt om de beweging van het hoofd te beperken. In totaal werden 152-scans verzameld tijdens elk van de functionele runs. Bij functionele scans werd gebruik gemaakt van een T2 * -gewogen gradiënt van een echo-vlakke beeldvormende (EPI) sequentie (TE = 30 ms, TR = 2000 ms, kantelhoek = 80 °) met een vlakresolutie van 3.0 × 3.0 mm2 (64 × 64 matrix; 192 × 192 mm2 gezichtsveld). Om de hele hersenen te bedekken, werden 32 4mm-slices (verweven acquisitie, geen overslaan) verkregen langs het AC-PC-dwarse, schuine vlak zoals bepaald door de midsagittal-sectie. Structurele scans werden verzameld met behulp van een T1 gewogen sequentie met inversieherstel (MP-RAGE) in dezelfde oriëntatie als de functionele sequenties om gedetailleerde anatomische beelden te verschaffen die waren uitgelijnd met de functionele scans. Structurele MRI-sequenties met hoge resolutie (FOV = 256 × 256 mm2, 256 × 256 matrix, dikte = 1.0 mm, plaknummer ≈ 160) werden verkregen.

Gegevens werden vooraf verwerkt en geanalyseerd met behulp van SPM5 (Wellcome Department of Imaging Neuroscience, London, UK) in MATLAB (Mathworks, Inc., Sherborn, MA) (Worsley en Friston, 1995). Afbeeldingen werden tijd-acquisitie gecorrigeerd naar de plak verkregen bij 50% van de TR. Functionele beelden werden opnieuw uitgelijnd met het gemiddelde. Anatomische en functionele afbeeldingen werden genormaliseerd naar de standaard MNI-sjabloonhersenen geïmplementeerd in SPM5 (ICBM152, gebaseerd op een gemiddelde van 152 normale MRI-scans). Normalisatie resulteerde in een voxel-afmeting van 3 mm3 voor functionele afbeeldingen en een voxel-afmeting van 1 mm3 voor structurele afbeeldingen. Functionele afbeeldingen werden afgevlakt met een 6 mm FWHM isotrope Gausse kernel.

Om hersengebieden te identificeren die geactiveerd werden door consumptie van smakelijk voedsel, zetten we de BOLD-reactie tegenover elkaar tijdens ontvangst van milkshake versus ontvangst van een smakeloze oplossing. We beschouwden de komst van een smaak in de mond als een consumerende beloning, in plaats van wanneer de smaak werd ingeslikt, maar erkennen dat post-ingestie effecten bijdragen aan de beloningswaarde van voedsel (O'Doherty et al., 2002). Conditie-specifieke effecten op elk voxel werden geschat met behulp van algemene lineaire modellen. Vectoren van de onsets voor elke gebeurtenis van belang werden gecompileerd en ingevoerd in de ontwerpmatrix zodat event-gerelateerde responsen konden worden gemodelleerd door de canonieke hemodynamische responsfunctie (HRF), zoals geïmplementeerd in SPM5, bestaande uit een mengsel van 2 gamma-functies die emuleer de vroege piek bij 5 seconden en de daaropvolgende undershoot. Om rekening te houden met de variantie die wordt veroorzaakt door het slikken van de oplossingen, hebben we de tijd van de slikcue (proefpersonen die op dit moment zijn getraind om te slikken) als een controlevariabele opgenomen. We hebben ook temporele derivaten van de hemodynamische functie opgenomen om een ​​beter model van de gegevens te verkrijgen (Henson et al., 2002). Een 128 tweede hoogdoorlaatfilter (per SPM5-conventie) werd gebruikt om laagfrequente ruis en langzame driften in het signaal te verwijderen.

Individuele kaarten werden geconstrueerd om de activeringen binnen elke deelnemer voor de contrastmelkshake-bon te vergelijken - smakeloze bon. Tussen-groep vergelijkingen werden vervolgens uitgevoerd met behulp van random effects-modellen om rekening te houden met de variabiliteit tussen de deelnemers. Paradigmeschattingen werden ingevoerd in een tweede niveau 2 × 2 willekeurige effecten ANOVA's (milkshake-ontvangstbewijs - smaakloze ontvangst) door (gewichtstoename groep versus gewicht stabiele groep of gewichtstoename groep versus gewichtsverliesgroep of gewicht stabiele groep versus gewichtsverliesgroep ). Het belang van BOLD-activering werd bepaald door zowel de maximale intensiteit van een respons als de mate van respons te beschouwen. We hebben zoekopdrachten van regio's van belang uitgevoerd met behulp van pieken in het dorsale striatum die eerder werden geïdentificeerd (Stice et al., 2008a) als centra om 10-mm diameterbollen te definiëren. Betekenis voor deze a priori ROI's werd beoordeeld op een statistische drempelwaarde van P <0.005 ongecorrigeerd en cluster-omvang ≥ 3 voxels. Om te corrigeren voor het feit dat we meerdere vergelijkingen hebben uitgevoerd, rapporteren we met False Discovery Rate (FDR) gecorrigeerde p-waarden (p <.05).

Validatie

Er zijn aanwijzingen dat dit fMRI-paradigma een geldige maatstaf is voor individuele verschillen in anticiperende en consumerende voedselbeloning (Stice et al., 2008b). Deelnemers beoordeelden de milkshake als aanzienlijk (r = .68) aangenamer dan de smaakloze oplossing per visuele analoge schaal. Aangenaamheidsbeoordelingen van de milkshake correleerden met activering in de parahippocampale gyrus in reactie op milkshake-ontvangst (r = .72), een regio die gevoelig is voor de devaluatie van voedsel (Small et al., 2001). Activatie in regio's die consumptiegoederen belonen in reactie op milkshake-ontvangst in dit fMRI-paradigma correleerde (r = .84 naar .91) met zelfgerapporteerde waargenomen aangenaamheid voor een verscheidenheid aan voedingsmiddelen, zoals beoordeeld met een aangepaste versie van de inventarisatie van de voedselhonger (White et al., 2002). Activatie als reactie op de beloning van consumptiegoederen in dit fMRI-paradigma correleert (r = .82 naar .95) met hoe hard deelnemers werken voor voedsel en voor hoeveel voedsel ze werken in een operante gedragstaak die individuele verschillen in voedselversterking beoordeelt (Saelens en Epstein, 1996). Een voorstudie met hetzelfde paradigma bij universiteitsvrouwen (N = 20) wees uit dat vrouwen die verwachten dat voedsel lonend is, zoals beoordeeld met de Eating Expectancy Inventory, een grotere activering vertonen in de VMPFC, cingulate gyrus, frontale operculum, amygdala en parahippocampal gyrus (η2 = .21 naar .42) als reactie op de milkshake-bon dan vrouwen die eten verwachten minder lonend te zijn.

Resultaten

We testten of proefpersonen die> 2.5% toename in BMI lieten zien gedurende de follow-up van 6 maanden (N = 8, M% BMI-verandering = 4.41, bereik = 2.6 tot 8.2), een afname in caudate activering vertoonden als reactie op de milkshake-inname relatief aan degenen die een verandering van <2% in BMI lieten zien (N = 12, M% BMI-verandering = .05, bereik = -0.64 tot 1.7) om een ​​directe test van de a priori hypothese dat gewichtstoename geassocieerd zou zijn met een vermindering van de striatale respons op smakelijk voedsel in vergelijking met gewichtstabiele deelnemers. Verkennende analyses testten ook of deelnemers die een afname van> 2.5% in BMI lieten zien (N = 6, M% BMI-verandering = -4.7, bereik: -3.1 tot -6.8), een differentiële verandering vertoonden in striatale respons op smakelijk voedsel dan deelnemers die gewicht bleven stabiel of aangekomen. In termen van de verandering van het ruwe gewicht vertaalde dit zich in een gemiddelde gewichtsverandering van 6.4 lbs voor de gewichtstoename-groep, een gemiddelde gewichtsverandering van 0.5 lbs voor de gewichtstabiele groep en een gemiddelde gewichtsverandering van -6.8 lbs voor de gewichtsverliesgroep. . Hoewel de groepen bij baseline niet verschilden op BMI, controleerden we voor deze variabele. Omdat er enige variatie was in het tijdstip waarop de baseline- en follow-up-scans werden uitgevoerd over onderwerpen die de resultaten mogelijk hadden beïnvloed, controleerden we ook voor het verschil in tijd van de twee scans (in uren). Parameterschattingen van milkshake - smaakloze contrasten werden ingevoerd in een tweede niveau 2 × 2 × 2 willekeurige effecten ANOVA (bijv. Gewichtstoename - gewichtstabiel) door (milkshake-ontvangst - smakeloze ontvangst) tegen (6 maanden follow-up - basislijn) .

Zoals de hypothese luidde, vertoonde de gewichtstoename groep significant minder activering in de rechter caudate in reactie op milkshake-inname (12, -6, 24, Z = 3.44, FDR gecorrigeerd p = .03, r = -.35; 9, 0, 15, Z = 2.96, FDR gecorrigeerd p = .03, r = -.26) bij follow-up 6-maand vergeleken met de basislijn in verhouding tot waargenomen veranderingen in gewicht-stabiele deelnemers (Fig 3). De gewichtsverliesgroep vertoonde geen significante veranderingen in activatie in de caudate in reactie op milkshake-inname in vergelijking met de gewichtstoename groep of de gewicht-stabiele groep (Fig 3). Om de relatie tussen de continue meting van de mate van gewichtstoename en de omvang van de vermindering van de striatale responsiviteit tot smakelijk voedsel te illustreren, hebben we de verandering in BMI naar verandering in de rechter caudate (12, -6, 24) -activatie voor alle deelnemers in SPSS teruggebracht , controle voor baseline BMI en scantijdsverschil (Fig 4). Om te bepalen of verandering in de juiste caudate voor degenen die in gewicht zijn aangekomen vergeleken met degenen die het gewicht hielden significant groter was dan in het spiegelgebied van de linker caudate, vergeleken we de activering in de linker- en rechterrug met behulp van ROI-analyse. We hebben een ANOVA uitgevoerd om de interactie tussen hemisfeer, tijd en groep te testen op het contrast tussen activering in reactie op de ontvangst van milkshake versus smaakloze oplossing. Er was geen significante interactie (F (1, 18) = 0.91, p = 0.35). Dus hoewel onze analyses een significante tijd per groepinteractie in de juiste caudate onthulden, maar niet de linker caudate, kunnen we niet concluderen dat het waargenomen effect significant lateraal was.

Fig 3    

Coronale sectie met minder activering in de rechter caudate (12, -6, 24, Z = 3.44, pFDR = .03, P <.05) in de gewichtstoename-groep (N = 8; ≥2% BMI-toename) versus het gewicht stabiele groep (N = 12; ≤2% BMI-verandering) tijdens ontvangst van milkshake ...
Fig 4    

Scatterplot die de verandering van de activering van de rechter caudate tijdens de milkshake-ontvangst aantoont - een smaakloze ontvangst bij de follow-up van de 6-maand in vergelijking met de uitgangswaarde als een functie van verandering in% BMI.

Discussie

Resultaten wijzen erop dat gewichtstoename geassocieerd was met een vermindering van striatale activering in reactie op smakelijke voedselinname ten opzichte van baseline respons, wat een nieuwe bijdrage aan de literatuur is omdat dit de eerste prospectieve fMRI-studie is om verandering in striatale respons op voedselconsumptie te onderzoeken als een functie van gewichtsverandering. Deze bevindingen breiden resultaten uit van experimenten die aangeven dat vetrijke en suikerarme diëten resulteren in een vermindering van de signaleringscapaciteit van DA-gebaseerde beloningscircuits en beloningsgevoeligheid bij knaagdieren (Colantuoni et al., 2001; Bello et al., 2002; Kelley et al., 2003; Johnson & Kenny, 2010). Deze bevindingen sluiten ook aan bij het bewijs dat door behandeling geïnduceerd gewichtsverlies de beschikbaarheid van D2-receptoren bij mensen verhoogt (Steele et al., 2010) en opwaartse regulatie van genen die DA-signaleringscapaciteit bij muizen bepalen (Yamamoto, 2006). Samengevat suggereren deze gegevens dat te veel eten bijdraagt ​​aan een vermindering van de striatale respons op eetbare voedingsmiddelen.

De bovenstaande bevindingen werden gecombineerd met aanwijzingen dat een lage striatale respons op eetbare voedingsmiddelen het risico op toekomstige gewichtstoename verhoogt indien gekoppeld aan genotypen geassocieerd met verminderde signaalcapaciteit van op DA gebaseerde beloningscircuits (Stice et al., 2008a) impliceert dat er mogelijk een feed-forward proces van kwetsbaarheid, waarbij een lage initiële striatale respons op voedsel het risico van overeten kan verhogen, wat bijdraagt ​​tot de down-regulatie van de D2-receptor en de stomheid in de striata ten opzichte van voedsel, waardoor het risico op toekomstige overeten en de daaruit voortvloeiende gewichtstoename verder toeneemt. Als dit feed-forward model van de relatie van striatale responsiviteit met voedsel en overeten replicaten in onafhankelijke studies, zou het suggereren dat toekomstig onderzoek gedrags-en farmacologische interventies moet beoordelen die D2-receptoren en signaleringcapaciteit verhogen in op DA gebaseerde beloningscircuits als middel om het voorkomen of behandelen van obesitas. Dit werkmodel zou ook impliceren dat preventieprogramma's en het gezondheidsbeleid ernaar moeten streven de inname van voedingsmiddelen met veel vet / suiker tijdens de ontwikkeling te verminderen om een ​​verdere afname van de striatale respons op voedsel te voorkomen en het risico voor toekomstige gewichtstoename in kwetsbare populaties te verminderen.

Het is echter belangrijk om te erkennen dat de huidige studie en de vorige studie die gewichtstoename voorspelden (Stice et al., 2008a) betrokken deelnemers die al overgewicht hadden bij de nulmeting. Het is dus mogelijk dat overeten al heeft bijgedragen aan een stompe, striatale reactie op voedsel. Het zou nuttig zijn de responsiviteit van beloningsregio's op voedselontvangst onder magere individuen met hoog en laag risico op toekomstige gewichtstoename te onderzoeken om eventuele afwijkingen die vóór ongezonde gewichtstoename bestaan ​​beter te karakteriseren. Het is ook belangrijk om op te merken dat hypogevoeligheid van beloningscircuits voor voedselinname slechts een van de vele etiologische processen is die waarschijnlijk het risico op obesitas verhogen en verder dat obesitas een heterogene aandoening is die kwalitatief verschillende etiologische routes kan hebben (Davis et al., 2009).

Het is belangrijk om de beperkingen van deze studie te overwegen. Ten eerste hebben we DA-functioneren niet direct beoordeeld, dus we kunnen alleen speculeren dat veranderingen in DA-signalering bijdragen tot de waargenomen verandering in striatale responsiviteit. Echter, Hakyemez et al. (2008) bevestigd dat er een positief verband bestaat tussen orale d-amfetamine-geïnduceerde DA-afgifte in het ventrale striatum vastgesteld via positronemissietomografie (PET) en BOLD-activering geëvalueerd via fMRI in dezelfde regio tijdens anticipatie (motorische voorbereiding om te verkrijgen) monetaire beloning (r = .51), parallel aan de resultaten van een ander PET / fMRI-onderzoek (Schott et al., 2008). Ten tweede hebben we op hetzelfde tijdstip van de dag geen gewichtsmetingen gedaan voor deelnemers aan de baseline en follow-upbeoordelingen van 6-maanden, wat mogelijk een fout in onze modellering van gewichtsverandering zou hebben geïntroduceerd. Toch hebben we de tijd sinds de laatste maaltijd gestandaardiseerd door de deelnemers te vragen om zich 3 uren te onthouden van elke vorm van inname van voedsel of dranken (anders dan water) voordat ze gewogen worden. We ontdekten ook dat BMI een hoge 1-maand test-hertestbetrouwbaarheid (r = .99) vertoonde in een vorige studie die eveneens geen gewichtsmetingen op hetzelfde tijdstip van de dag bij baseline en de follow-upbeoordeling uitvoerde (Stice, Shaw, Burton en Wade, 2006). Ten derde konden we niet bevestigen dat deelnemers zich daadwerkelijk urenlang van 4-6 onthielden voor de fMRI-scans, wat mogelijk onnodige variantie heeft geïntroduceerd.

Samenvattend suggereren de huidige resultaten in combinatie met bevindingen uit het verleden dat een lage responsiviteit van DA-gebaseerde beloningscircuits op voedselinname het risico van overeten kan verhogen, en verder dat deze overeten resulteert in een extra verzwakking in de responsiviteit van de beloningscircuits, waardoor het risico voor toekomstige gewichtstoename op een feed forward manier. Dit werkmodel kan verklaren waarom obesitas meestal een chronisch verloop vertoont en resistent is tegen behandeling.

Dankwoord

Deze studie werd ondersteund door NIH-subsidies: R1MH64560A DK080760

Referenties

  1. Bello NT, Lucas LR, Hajnal A. Herhaalde toegang tot sucrose beïnvloedt dopamine D2-receptordichtheid in het striatum. NeuroReport. 2002, 13: 1575-1578. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  2. Blum K, Sheridan PJ, Wood RC, Braverman ER, Chen TJ, Cull JG, Comings DE. Het D2-dopaminereceptorgen als een bepalende factor voor het beloningsdeficiëntiesyndroom. JR Soc Med. 1996, 89: 396-400. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  3. Colantuoni C, Schwenker J, McCarthy J, Rada P, Ladenheim B, Cadet JL, Schwartz GJ, Moran TH, Hoebel BG. Overmatige suikerinname verandert de binding aan dopamine en mu-opioïde receptoren in de hersenen. NeuroReport. 2001, 12: 3549-3552. [PubMed]
  4. Davis, et al. Dopamine voor "willen" en opioïden voor "liking": een vergelijking van obese volwassenen met en zonder eetaanvallen. Obesitas. 2009, 17: 1220-1225. [PubMed]
  5. Dietz WH, Robinson TN. Gebruik van de body mass index (BMI) als maat voor overgewicht bij kinderen en adolescenten. J Pediatr. 1998, 132: 191-193. [PubMed]
  6. Fetissov SO, Meguid MM, Sato T, Zhang LH. Expressie van dopaminerge receptoren in de hypothalamus van magere en obese Zucker-ratten en voedselinname. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2002, 283: R905-910. [PubMed]
  7. Hakyemez HS, Dagher A, Smith SD, Zald DH. Striatale dopaminetransmissie bij gezonde mensen tijdens een passieve geldbeloningstaak. NeuroImage. 2008, 39: 2058-2065. [PubMed]
  8. Henson RN, prijs CJ, Rugg MD, Turner R, Friston KJ. Het detecteren van latency-verschillen in gebeurtenisgerelateerde BOLD-reacties: toepassing op woorden versus niet-woorden en initiële versus herhaalde presentaties van gezichten. NeuroImage. 2002, 15: 83-97. [PubMed]
  9. Johnson PM, Kenny PJ. Dopamine D2-receptoren in verslaving-achtige beloningsdisfunctie en dwangmatig eten bij obese ratten. Nature Neuroscience. 2010, 13: 635-641. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  10. Kelley AE, Will MJ, Steininger TL, Zhang M, Haber SN. Beperkte dagelijkse consumptie van een zeer smakelijk voedsel (chocolade zorgen voor (R)) verandert de genexpressie van het striatale enkefaline. Eur J Neurosci. 2003, 18: 2592-2598. [PubMed]
  11. Noble EP, Blum K, Ritchie T, Montgomery A, Sheridan PJ. Allelische associatie van het D2-dopaminereceptorgen met receptorbindingskarakteristieken bij alcoholisme. Arch Gen Psychiatry. 1991, 48: 648-654. [PubMed]
  12. Noble EP, Gottschalk LA, Fallon JH, Ritchie TL, Wu JC. D2 dopamine-receptor polymorfisme en regionaal glucose-metabolisme in de hersenen. Am J Med Genet. 1997, 74: 162-166. [PubMed]
  13. O'Doherty JP, Deichmann R, Critchley HD, Dolan RJ. Neurale reacties tijdens het anticiperen op een primaire smaakbeloning. Neuron. 2002, 33: 815-826. [PubMed]
  14. Orosco M, Rouch C, Nicolaïdis S. Rostromediale veranderingen in de hypothalamus van monoamine als reactie op intraveneuze infusies van insuline en glucose bij vrij voedende zwaarlijvige Zucker-ratten: een microdialyseonderzoek. Eetlust. 1996, 26: 1-20. [PubMed]
  15. Ritchie T, Noble EP. Associatie van zeven polymorfismen van het D2-dopaminereceptorgen met hersenreceptorbindende eigenschappen. Neurochem Res. 2003, 28: 73-82. [PubMed]
  16. 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: 410-421. [PubMed]
  17. Saelens BE, Epstein LH. Versterking van de waarde van voedsel bij vrouwen met obesitas en niet-obesitas. Eetlust. 1996, 27: 41-50. [PubMed]
  18. Schott BH, Minuzzi L, Krebs RM, Elmenhorst D, Lang M, Winz OH, Seidenbecher CI, Coenen HH, Heinze HJ, Zilles K, Duzel E, Bauer A. Mesolimbic functionele magnetische resonantie beeldvormingsactivaties tijdens beloningsverwachtingen correleren met beloningsgerelateerde ventrale striatale dopamine-afgifte. Journal of Neuroscience. 2008, 28: 14311-14319. [PubMed]
  19. Kleine DM, Jones-Gotman M, Dagher A. Voedingsgeïnduceerde dopamine-afgifte in dorsale striatum correleert met maaltijdgerustheidsclassificaties bij gezonde menselijke vrijwilligers. NeuroImage. 2003, 19: 1709-1715. [PubMed]
  20. Small DM, Zatorre RJ, Dagher A, Evans AC, Jones-Gotman M. Veranderingen in hersenactiviteit gerelateerd aan het eten van chocolade: van genot tot afkeer. Hersenen. 2001, 124: 1720-1733. [PubMed]
  21. Steele KE, Prokopowicz GP, Schweitzer MA, Magunsuon TH, Lidor AO, Kuwabawa H, Kumar A, Brasic J, Wong DF. Aanpassingen van centrale dopaminereceptoren voor en na een maagomleidingschirurgie. Obes Surg. 2010, 20: 369-374. [PubMed]
  22. Stice E, Shaw E, Burton E, Wade E. Dissonance en preventieprogramma's voor preventie van gewichtstoename: een gerandomiseerde werkzaamheidsstudie. Journal of Abnormal Psychology. 2006, 74: 263-275. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  23. Stice E, Spoor S, Bohon C, Small DM. De relatie tussen obesitas en stompe striatale respons op voedsel wordt gemodereerd door het TaqIA A1-allel. Wetenschap. 2008a; 322: 449-452. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  24. 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. 2008b; 117: 924-935. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  25. Stice E, Yokum S, Bohon C, Marti N, Smolen S. Beloningscircuitrespons op voedsel voorspelt toekomstige toename van de lichaamsmassa: modererende effecten van DRD2 en DRD4. NeuroImage. 2010, 50: 1618-1625. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  26. 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: 636-647. [PubMed]
  27. Szczypka MS, Kwok K, Brot MD, Marck BT, Matsumoto AM, Donahue BA, Palmiter RD. De dopamineproductie in het caudate putamen herstelt de voeding in dopamine-deficiënte muizen. Neuron. 2001, 30: 819-828. [PubMed]
  28. Tupala E, Hall H, Bergström K, Mantere T, Räsänen P, Särkioja T, Tiihonen J. Dopamine D2-receptoren en -transporters van het type 1 en 2-alcoholhoudende dranken gemeten met autoradiografie voor het hele lichaam van de mens. Hum Brain Mapping. 2003, 20: 91-102. [PubMed]
  29. Volkow ND, Wang GJ, Telang F, Fowler JS, Thanos PK, Logan J, Alexoff D, Ding YS, Wong C, Ma Y, Pradhan K. Lage dopamine-striatale D2-receptoren worden geassocieerd met prefrontaal metabolisme bij obese personen: mogelijke bijdragende factoren . NeuroImage. 2008, 42: 1537-1543. [PMC gratis artikel] [PubMed]
  30. Wang GJ, Volkow ND, Fowler JS. De rol van dopamine in motivatie voor voedsel bij mensen: implicaties voor obesitas. Deskundigen Opin Ther Targets. 2002, 6: 601-609. [PubMed]
  31. Wang GJ, Volkow ND, Logan J, Pappas NR, Wong CT, Zhu W, Netusil N, Fowler JS. Hersenen dopamine en obesitas. Lancet. 2001, 357: 354-357. [PubMed]
  32. White MA, Whisenhunt BL, Williamson DA, Greenway FL, Netemeyer RG. Ontwikkeling en validatie van de inventaris voor het hongeren van voedsel. Obes Res. 2002, 10: 107-114. [PubMed]
  33. Worsley KJ, Friston KJ. Analyse van fMRI-tijdreeksen opnieuw bekeken. Neuroimage. 1995; 2: 173-181. [brief; commentaar] [PubMed]
  34. Yamamoto T. Neurale substraten voor de verwerking van cognitieve en affectieve aspecten van smaak in de hersenen. Arch Histol Cytol. 2006, 69: 243-255. [PubMed]
  35. Zald DH, Pardo JV. Corticale activering geïnduceerd door intraorale stimulatie met water bij mensen. Chem Senses. 2000, 25: 267-275. [PubMed]