Intermitterende toegang tot zoete vetrijke vloeistof leidt tot een grotere smakelijkheid en motivatie om te consumeren in een rattenmodel van eetbuien (2013)

Sylvie Lardeux, James J. Kim en Saleem M. Nicola^*

Binge-eetstoornissen worden gekenmerkt door discrete episodes van snelle en overmatige voedselconsumptie. Bij ratten bootst het geven van intermitterende toegang tot zoet vet voedsel dit aspect van eetaanvallen na. Deze modellen maken meestal gebruik van vast voedsel; de totale geconsumeerde hoeveelheid is echter afhankelijk van motivatie, smakelijkheid en verzadiging, die moeilijk te dissociëren zijn met vast voedsel. In tegenstelling hiermee kan lik-microstructuuranalyse worden gebruikt om deze parameters te dissociëren wanneer de ingestant een vloeistof is. Daarom hebben we een binge-model ontwikkeld met een vloeibare emulsie bestaande uit maïsolie, zware room en suiker. We laten zien dat ratten die intermitterend toegang hebben tot deze vetrijke emulsie een eetbui-achtig gedrag ontwikkelen dat vergelijkbaar is met dat wat eerder werd waargenomen met vast voedsel met hoog vetgehalte. Een van de kenmerken van dit gedrag was een geleidelijke escalatie van het verbruik in 2.5 weken met intermitterende toegang, wat niet duidelijk was bij ratten die minder vet ontvingen in hetzelfde toegangsschema. Lick microstructure-analyse suggereert dat deze escalatie ten minste gedeeltelijk te wijten was aan een toename van zowel de motivatie om te consumeren als de eetbaarheid-gedreven consumptie.

2.1 Dieren

Mannelijke Long-Evans-ratten (n = 144) met een gewicht van 275-300 g werden verkregen van Harlan en gehuisvest in een kamer met een 12 h op, 12 h uitlichtcyclus. Experimenten werden uitgevoerd tijdens de lichte fase. Dieren werden dagelijks gedurende ten minste één week gewend aan het hanteren voordat ze met experimenten begonnen. Gedurende deze tijd werden de inname van het voer en het lichaamsgewicht dagelijks gemeten. Voorafgaand aan het begin van het experiment werden drie groepen ratten gematcht door de gemiddelde hoeveelheid geconsumeerd voer en het gemiddelde lichaamsgewicht. Alle dierprocedures waren consistent met de Amerikaanse National Institutes of Health Guide voor de verzorging en het gebruik van laboratoriumdieren en werden goedgekeurd door het Institutional Animal Care and Use Committee van het Albert Einstein College of Medicine.

2.2-gedrag

2.2.3. Intermitterende toegangsprocedure

Ratten werden verdeeld in drie groepen: de intermitterende toegang (binge) groep (I_COS; n = 46), de continue toegangsgroep (C_COS; n = 36) en een controlegroep die geen toegang heeft tot COS (N_COS; n = 38). (Het aantal gebruikte ratten is groot omdat ratten vervolgens werden gebruikt voor farmacologische experimenten om de effecten van geneesmiddelen op de verschillende groepen te vergelijken, deze resultaten worden hier niet vermeld.) Voor 5 weken, de I_COS en C_COS groepen hadden drie keer per week toegang tot een lickometer met COS in de operatiekamers (maandag, woensdag en vrijdag; MWF) voor 90 min. De C_COS groep had ook ad libitum toegang tot COS te allen tijde in hun huiskooien. Liksteentijdstempels en COS-intake werden opgenomen tijdens de toegangssessies. Lichaamsgewicht, voedselinname en (voor de C_COS groep) COS-inname in de thuiskooi werd dagelijks van maandag tot vrijdag genoteerd; daarom worden 25-metingen gerapporteerd voor het 5-weekexperiment (Fig. 2A, D, B, E; 3A, C). Op maandag werden deze maatregelen door drie gedeeld om voor het weekend te normaliseren. Vergelijkingen van voerconsumptie op de dag ervoor versus de dag na de toegangssessie (Fig. 2C, F; 3B, D) werden tweemaal per week gemaakt (voor een totaal van 10-vergelijkingen in 5-weken). Dan_COS ratten werden tegelijkertijd met de andere groepen gekocht en werden in dezelfde kolonie gehouden, maar kregen geen toegang tot COS. Alle ratten hadden ad libitum toegang tot voer en water te allen tijde in de huiskooi.

 

Figuur 2

De calorie-inname en de consumptie van chow werden beïnvloed door het toegangsschema en de inname

 

Figuur 3

Intermitterende toegang tot COS of CS heeft geen invloed op de gewichtstoename

Bij een afzonderlijk experiment werd gebruik gemaakt van de minder calorische CS-oplossing in plaats van COS. Drie groepen ratten (n = 8 elk) werden in dit experiment gebruikt. I_CS, C_CS en N_CSen deze werden precies hetzelfde behandeld als het ik_COS, C_COS en N_COS groepen hierboven beschreven, respectievelijk, behalve dat CS werd vervangen door COS. N_COS en N_CS groepen werden identiek behandeld (geen toegang tot COS of CS); het verschil was dat de N_COS groep werd gelijktijdig in de kolonie met de I onderhouden_COS en C_COS groepen, terwijl de N_CS groep werd gelijktijdig onderhouden met de I_CS en C_CS groepen.

2.3. Gegevensanalyse

2.3.1. Statistieken

Herhaalde metingen ANOVA met één factor (dagen) of twee factoren (dagen en groep) werden gebruikt om de effecten van eetbuien en controleprocedures te vergelijken. ANOVA's werden gevolgd door Holm-Sidak post hoc testen; een aangepast p <0.05 werd als een significant verschil beschouwd. De ANOVA-resultaten worden gerapporteerd in Tabel 1. Om te bepalen of het verbruik tijdens opeenvolgende toegangssessies is toegenomen, zijn gegevens van dag 2 tot dag 8 gekoppeld aan een lineair model met de kleinste kwadratenregressie. De helling over deze dagen werd beoordeeld op significant verschil met 0, en hellingen werden vergeleken tussen de I_COS en ik_CS groepen met ANCOVA. Alle analyses zijn uitgevoerd met behulp van de R-software-omgeving [43].

 

Tabel 1

ANOVA-resultaten.

3.1. Totaal verbruik en lichaamsgewicht

Ratten in het ik_COS (Intermitterende toegang tot COS) groep had 5 weken toegang tot een crème (50% v / v), olie (50% v / v) en suiker (8% w / v) vloeibare emulsie (COS) op testdagen: maandag , Woensdagen en vrijdagen (en geen toegang tot COS op een ander tijdstip). COS werd afgeleverd via een lickometer in 90 min-toegangstijden in operante kamers. Tijdens de 5-weken met onderbroken toegang, nam het volume van de verbruikte COS gestaag toe: op toegangsdag 15 (aan het einde van de 5^th week) was het verbruikte bedrag aanzienlijk hoger dan op dagen 1 tot 10, en de bedragen die werden geconsumeerd op dagen 6 naar 15 was groter dan op dagen 1, 2 of 3 (Fig. 1A). In tegenstelling tot de I_COS groep, ratten in de C_COS groep (continue toegang tot COS) had toegang tot COS, niet alleen in de operante kamer tijdens de 90 min toegangsperiode, maar ook in de thuiskooi op alle andere tijden. Zoals verwacht, de C_COS groep verbruikt veel minder COS dan de I_COS groep in de operante kamers in alle sessies na de eerste, en vertoonden geen verbruiksverschillen in de 15 dagen van toegang (Fig. 1A).

 

Figuur 1

COS, maar niet CS-consumptie nam toe tussen opeenvolgende sessies met periodieke toegang

In tegenstelling tot de effecten waargenomen in de I_COS groep, nam het verbruikte aantal weken niet significant toe voor het I_CS groep, die toegang had tot CS, een vetarme room / suikeroplossing. Deze ratten vertoonden een laag consumptieniveau tijdens de eerste toegangssessie en hoewel de consumptie in latere sessies doorgaans groter was (en gewoonlijk groter dan het inwendige van de kamer door de C_CS groep), waren er geen verdere stijgingen over dagen (Fig. 1B). De afwezigheid van een statistisch significant effect van dagen in het ik_CS groep contrasteert met het sterke effect van dagen in het ik_COS groep (Tabel 1); dit verschil zou in theorie echter kunnen voortvloeien uit het kleinere aantal onderwerpen (en dus statistische kracht) in het I_CS groep. Daarom hebben we de I gebroken_COS groeperen in 6-subgroepen van vergelijkbare grootte als de I_CS groep (N = 8 voor 5 I_COS subgroepen, N = 6 voor één subgroep; proefpersonen in elke subgroep werden samen opgeleid). In 5 van de 6 I was er een aanzienlijke stijging van het COS-verbruik_COS subgroepen (effect van dagen: groep 1: F_(14,211) = 5.87, P <0.001; groep 2: F_(14,210) = 4.06, p <0.001; groep 3: F_(14,200) = 4.83, p <0.001; groep 4: F_(14,196) = 7.98, p <0.001; groep 5: F_(14,74) = 1.87, p <0.05); in de overige subgroep het effect benaderde significantie (F_(14,141) = 1.72, p = 0.058). In het ik_CS groep was er echter geen bewijs voor een trend naar een significant effect (p = 0.56; Tabel 1). Daarom is de afwezigheid van een significant effect van dagen in het ik_CS het is onwaarschijnlijk dat ratten het gevolg zijn van een gebrek aan statistische kracht.

Deze resultaten suggereren dat ik_CS ratten leerden CS te consumeren en neofobie te overwinnen binnen één sessie, met als gevolg dat hun consumptie een niveau bereikte bij de tweede sessie. Omdat initiële leer- en neofobie-effecten vergelijkbaar moeten zijn voor het I_COS en ik_CS groepen, de grote toename van het verbruik in het I_COS groep van dag 1 tot dag 2 (Fig. 1A) is waarschijnlijk te wijten aan het initiële leren en vermindering van neofobie. De meer geleidelijke toename op de daaropvolgende dagen is echter inconsistent met deze processen. Daarom, om de geleidelijke toename van de inname te isoleren (Fig. 1A) en andere consumptiemaatregelen (Fig. 5 en and6) 6) van de initiële leer- en neofobie-effecten vergelijken we het verbruik op alle afzonderlijke dagen met het basisverbruik op dagen 2 en 3.

 

Figuur 5

De latency om te likken en de initiële liksnelheid veranderde in dagen van intermitterende toegang tot COS

 

Figuur 6

Burst microstructuur veranderde in dagen van toegang tot COS, maar niet van CS

Het vroege plateaueffect in het I_CS groep staat in schril contrast met de geleidelijke escalatie waargenomen in het ik_COS groep die overdag een plateau bereikte 8. Om de snelheid van toename van het verbruik direct na de eerste dag in het I te vergelijken_COS en ik_CS groepen, hebben we de helling van de stijging berekend van dag 2 tot dag 8 (Fig. 1C). Terwijl de helling positief was en significant verschilde van 0 voor de I_COS groep, het verschilde niet significant van 0 voor de I_CS groep. Bovendien werd een significant positieve helling waargenomen in 5 van de 6 I_COS subgroepen die hierboven zijn beschreven (niet getoond). Bovendien, vergelijking van hellingen in de I_COS en ik_CS groepen met ANCOVA vertoonden een significant verschil tussen de twee groepen (Fig. 1C). Daarom is het ik_COS groep toonde een geleidelijke escalatie van de consumptie over intermitterende toegangsperioden die niet gemakkelijk kan worden verklaard als een gevolg van het initiële leren of de afname van neofobie. Deze geleidelijke escalatie is vergelijkbaar met die eerder waargenomen voor ratten met intermitterende toegang tot vast vetrijk voedsel [5, 6, 10-12].

Een mogelijke alternatieve verklaring voor de geleidelijke escalatie van consumptie in het I_COS groep is dat de ratten geleidelijk leerden om meer COS per lik te verkrijgen. Om deze hypothese te testen, vergeleken we het aantal likstenen per ml geconsumeerde vloeistof in I_COS en ik_CS groepen en over toegangsdagen, met behulp van een ANOVA met twee factoren. Het ik_COS groep likte efficiënter dan de I_CS groep (algehele gemiddelde over 15-sessies: COS: 315.0 ± 52.3 likt / ml; CS: 418.3 ± 106.4 likt / ml; F_(1,719) = 13.6; p <0.001) en er was een effect van toegangsdagen (F._(14,719) = 1.8; p = 0.04), maar geen interactie (F_(14,719) = 0.5; p = 0.9). Post-hoc testen toonden aan dat het effect van dagen het gevolg was van een significante toename in efficiëntie van de eerste dag tot de tweede, maar geen verdere toename in latere sessies. Daarom is de geleidelijke escalatie van de consumptie in de I_COS groep kan niet worden toegeschreven aan veranderingen in likefficiëntie.

Een andere potentieel verstorende factor is de aanwezigheid van de emulgator (natriumstearoyllactylaat) in COS, maar niet CS: de I_COS ratten hebben in eerste instantie COS vermeden vanwege de aanwezigheid van de emulgator. Omdat het onmogelijk is om COS te maken zonder een emulgator, hebben we de hypothese getest dat ratten de emulgator vermijden die wordt gebruikt om COS te bereiden door het verbruik van CS en CS + 0.1% natriumstearoyllactylaat (gewicht / volume) te vergelijken. Zes naïeve mannelijke ratten kregen gelijktijdig flessen met beide vloeistoffen gedurende 1 uur in de thuiskooi. Deze ervaring werd tweemaal herhaald na een dag van gewenning; de relatieve flespositie werd tussen dagen veranderd om een ​​zijwaartse afwijking te vermijden. In de laatste twee toegangssessies dronken ratten vergelijkbare hoeveelheden CS (4.2 ± 0.8 ml) en CS + emulgator (5.4 ± 0.4 ml; t-test p> 0.05). Daarom vermijden ratten de emulgator niet.

Over de 5-weken, de I_COS en C_COS groepen consumeerden geleidelijk minder minder vrij beschikbare chow in de huiskooi. De C_COS groep verbruikt relatief weinig voer (Fig. 2A) maar, vanwege de consumptie van grote hoeveelheden COS, nog steeds meer calorieën per dag verbruikt dan de N_COS controlegroep, die geen toegang had tot COS (Fig. 2B). Het ik_COS groep vertoonde grote en regelmatige schommelingen in de consumptie van chow (Fig. 2A), waarbij ratten in deze groep meer voer consumeren op de dag vóór toegang tot COS en minder in de 24 uur na COS-toegang (Fig. 2C). Daarentegen is noch de N_COS noch de C_COS groepen verschilden in hun consumptie van consumptie onmiddellijk voor en na de toegangsperiode (Fig. 2C). Voor ik_COS ratten, was het nettoresultaat dat op COS-toegangsdagen deze groep totale calorieën consumeerde die vergelijkbaar waren met de hoeveelheid geconsumeerd door de C_COS groep en op dagen zonder COS, de I_COS groep verbruikt iets minder dan de N_COS groep. Het grote aantal calorieën verbruikt door de I_COS groep op toegangsdagen was te wijten aan de inname van COS: tegen het einde van de 5-weken, de I_COS groep geconsumeerd in 90 min iets meer dan de helft van de hoeveelheid COS die de C_COS groep verbruikt op een hele dag (op toegangsdag 15: I_COS: 54.2 ± 4.0 kCal van COS verbruikt; C_COS: 97.7 ± 5.7 kCal van COS verbruikt). Deze effecten resulteerden in een "zaagtand" patroon van totale calorie-inname over dagen in de I_COS groep (Fig. 2B). Het laatste effect is ook te zien in Fig. 2C (de ik_COS de consumptie van chow door de groep voorafgaand aan de vreetdagen was lager dan die van de N_COS groep). Deze resultaten komen overeen met de bevindingen van anderen die intermitterende toegang gebruiken tot vast vetrijk voedsel als een knaagdiermodel van eetbuien [5, 10, 11, 16, 41, 42].

Belangrijk is dat dit voedingspatroon niet werd waargenomen in het I_CS ratten, die toegang hadden tot een vetarme room / suikeroplossing in plaats van de COS-emulsie: hun dagelijkse voerinname werd niet beïnvloed door het feit of de ratten een CS-toegangssessie hadden (Fig. 2D, F). Bovendien was het "zaagtand" patroon van calorie-inname veel minder uitgesproken in I_CS ratten dan in I_COS ratten (vergelijk Fig. 2E Met Fig. 2B). Zo werd een binge-achtig consumptiepatroon waargenomen met intermitterende toegang tot COS, maar niet met CS.

Hoewel het lichaamsgewicht van ratten in alle groepen tijdens de 5-weken toenam, was de C_COS het gewicht van de groep is sneller gestegen dan dat van de andere groepen (Fig. 3A). Opvallend is dat ondanks de toegang tot COS 3 dagen / week, de I_COS groep kreeg niet meer gewicht dan de N_COS groep (Fig. 3A). Het ik_COS de schijnbaar normale regulatie van het lichaamsgewicht door ratten kan verband houden met hun verminderde consumptie van voer na inname van COS (Fig. 2C): hun gewichtstoename was aanzienlijk hoger op de dag voorafgaand aan COS-toegang dan op de dag na de toegang (Fig. 3B). Daarentegen, de C_COS en N_COS groepen wogen op tegen een constante snelheid (Fig. 3B). Evenzo, met de crème / suiker-oplossing, de C_CS het gewicht van de groep is sneller gestegen dan dat van de I_CS en N_CS groepen (Fig. 3C, D). Deze resultaten komen overeen met eerdere observaties met vast vetrijk voedsel [10, 11, 41]. Ze geven aan dat, zoals vaak het geval is bij menselijke eetbuien [45, 46], kunnen binge-ratten hun consumptie beperken na een grote inname van hoogcalorisch voedsel, zelfs na herhaalde intermitterende toegang tot dergelijk voedsel gedurende 5-weken.

3.2. Binnen de sessie tijdsverloop van consumptie

Wanneer toegang wordt verkregen tot een zeer smakelijke vloeistof, wordt de aanvankelijk enthousiaste consumptie van ratten smaller naarmate de ingenomen voedingsstof (en de daarmee samenhangende geconditioneerde smaakstimulus) verzadigingsmechanismen activeert [34]. Daarom vroegen we of de consumptie van COS een vergelijkbaar patroon volgde. Zoals te zien in grafieken van de tijdsverloop van het likken over de 90 min-sessie (in 5 min-bakken), is de I_COS groep vertoonde een sterk toegenomen algehele lissnelheid in de eerste ~ 20 min van de sessie in week 5 vergeleken met week 1 (Fig. 4A, B). Het ik_COS de liksnelheden van ratten keerden terug naar lage, sporadische niveaus met ongeveer 30 min na het begin van de sessie (Fig. 4A, B), in overeenstemming met eerdere opmerkingen [34]. Vanwege het dramatische verschil in likfrequenties in de eerste en latere delen van de toegangssessie, onderzoeken we in daaropvolgende likpatroonanalyses het verbruik in het eerste kwartaal van de sessie (22.5 min) en de laatste drie kwartalen (68.5 min) afzonderlijk.

 

Figuur 4

De toename in COS-consumptie gedurende weken van intermitterende toegang was geconcentreerd in het eerste kwartaal van de sessie

Zoals verwacht, was de verhoogde consumptiesnelheid in het eerste kwart van de sessie veel kleiner in de C_COS groep (Fig. 4B). Inderdaad, het is enigszins verrassend dat de C_COS ratten dronken überhaupt veel COS in de lickometerkamers, aangezien COS vrij verkrijgbaar was in hun huiskooien. Een mogelijkheid is dat de verse COS gretiger werd geconsumeerd dan de COS in de thuiskooi, die tot 24 uur oud was. Een naïeve groep van 6 ratten die vers COS en een dag oud COS kregen in 1 uur twee fleskeuzetests in de thuiskooi, vertoonden echter geen voorkeur voor verse COS (verse COS: 2.9 ± 0.9 ml; eendagoude COS: 6.0 ± 1.8 ; t-toets p> 0.05). Daarom is de verhoogde initiële consumptie van COS in de C_COS groep kan een functie zijn van gedragsactivering na plaatsing in de relatief nieuwe (in vergelijking met de thuiskooi) likkamer.

3.3. Latentie om eerst te likken en aanvankelijke liksnelheid

De geleidelijke escalatie van het verbruik door intermitterende toegang tot COS (Fig 1) kan gedeeltelijk het gevolg zijn van een verhoogde motivatie om te consumeren en / of van een toegenomen eetbaarheid-gedreven consumptie. Om deze hypotheses te testen, onderzochten we de latentie tot de eerste lik van de sessie (een index van motivatie) en de initiële likfrequentie (dacht dat de eetbaarheid-gedreven consumptie weerspiegeld zou worden) [35-37]. Over opeenvolgende toegangssessies, de I_COS de latentie van de groep om COS-consumptie te initiëren werd korter, terwijl de C_COS de latentie van de groep bleef ongewijzigd (Fig. 5A). Bovendien was de latentie om eerst te likken consistent significant langer in de C_COS groep dan de ik_COS groep (Fig. 5A), in overeenstemming met de verschillen in motivatie die verwacht zou worden tussen dieren die een continue en beperkte toegang tot een favoriet voedsel kregen. Met name echter, de eerste likfrequentie verhoogd over sessies in zowel ik_COS en C_COS ratten en was over het algemeen niet significant verschillend in groepen op een bepaalde dag (Fig. 5C). Dus, in tegenstelling tot de mate van motivatie, nam de mate van eetbaarheid-gedreven consumptie parallel toe in de twee groepen.

Zoals verwacht gezien het ontbreken van een escalatie van het verbruik in het I_CS groep, noch het ik_CS noch de C_CS groepen vertoonden een significante afname in de latentie van de eerste likFig. 5B) of een verhoging van het aanvankelijke likpercentage (Fig. 5D). Samenvattend resulteerde intermitterende toegang tot COS (maar niet CS) in een schijnbare toename in motivatie en smakelijkheid die gepaard ging met de toename in COS-consumptie.

3.4. Burstnummer en -lengte

Ratten likken met een stereotiepe snelheid van ~ 7 Hz. Tijdens een maaltijd worden uitbarstingen van likken met dit tempo onderbroken door pauzes, die gewoonlijk> 1 sec.36, 37]. Vanaf de tweede dag van toegang tot de vijftiende, is de lik-snelheid binnen de burst voor de I_COS groep bleef stabiel (6.7 ± 0.2 versus 6.9 ± 0.1 Hz, p> 0.05), wat aangeeft dat de geleidelijke toename van het verbruik duidelijk is in deze groep (Fig. 1A) was niet het gevolg van een verandering in de centrale patroongenerator die de burstsnelheid binnen de burst bestuurt.

Het aantal bursts tijdens toegang tot een smakelijke vloeistof wordt beïnvloed door de motivatie om te consumeren, terwijl de lengte van bursts sterker wordt beïnvloed door de smakelijkheid van de vloeistof [36, 37]. In overeenstemming met dit idee, C_COS ratten vertoonden over het algemeen lagere burst-aantallen dan I_COS ratten (Fig. 6A, C). In het ik_COS groep, was het aantal bursts sterk afhankelijk van de tijd in de toegangssessie: in het eerste kwartaal nam het burst-aantal aanzienlijk toe over de 5 weken van toegang, terwijl dit in de afgelopen drie kwartalen meestal afnam (Fig. 6A, C). Daarentegen, ik_CS ratten, die hun consumptie niet deden escaleren (Fig. 1B), liet geen veranderingen zien in het aantal bursts in de vroege of de late fase (Fig. 6B, D).

In tegenstelling tot burstnummer, was de burst-duur niet significant verschillend tussen I_COS en C_COS groepen op elke dag (Fig. 6E). Inderdaad, voor zowel de I_COS en C_COS groepen, duurde de burst-duur over de 5 weken met intermitterende toegang (Fig. 6E). Deze escalatie-effecten waren afwezig in I_CS en C_CS ratten (Fig. 6F).

Samengevat tonen de resultaten aan dat weken van intermitterende toegang tot COS geleid hebben tot een geleidelijke toename van het verbruik in de vroege fase van elke toegangssessie. Deze toename ging gepaard met een kortere latentietijd om de consumptie te beginnen en een groter aantal likbarst (consistent met een verhoogde motivatie om te consumeren), evenals een grotere initiële liksnelheid en langere burst-duur (consistent met toegenomen eetbaarheid-gedreven consumptie). Noch geleidelijk stijgende consumptie, noch verhogingen van motivatie- en eetlustindices werden waargenomen wanneer ratten CS kregen in plaats van COS. Samengenomen suggereren de resultaten dat binge-achtige consumptie ten minste gedeeltelijk te wijten is aan een geleidelijke escalatie in motivatie en smakelijkheid die verder gaat dan verwacht. van het initiële leren en het afnemen van neofobie.

4.1. Overzicht

Binge eating wordt gekenmerkt door discrete episodes (2 uren of minder) van snelle en overmatige voedselconsumptie die niet wordt bepaald door honger of metabole behoefte [2]. Om de effecten van binge-achtige consumptie op de neurale processen die de voedselinname reguleren te bestuderen, hebben eerdere dierstudies gebruik gemaakt van intermitterende toegang tot voedingsmiddelen met een hoog caloriegehalte, met name vet [5, 10, 11, 16, 41], omdat mensen die lijden aan eetbuistoornis of boulimia meestal de boventoon voeren op zoet vetrijk voedsel [47-49]. Inname van voedselrijk voedsel en drank wordt beheerst door drie onderling gerelateerde processen: motivatie, smakelijkheid en verzadiging. Om de neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan de binge-consumptie te bestuderen met behulp van invasieve technieken (zoals intracraniële micro-injectie van geneesmiddelen), zou het nuttig zijn om deze processen afzonderlijk te onderzoeken. Eén manier om dit te doen is om het temporele consumptiepatroon te onderzoeken, een procedure die sterk wordt vergemakkelijkt door het leveren van vloeistof via een likmeter. Daarom hebben we een intermitterend toegangsmodel ontwikkeld van binge-consumptie van vetrijke vloeistof op basis van de binge-modellen die oorspronkelijk door Corwin en collega's zijn ontwikkeld met vast vet [11, 12] en later uitgebreid tot vaste vet / suikermengsels [10, 13, 16]. Omdat de inname samengesteld is uit goedkope, algemeen verkrijgbare ingrediënten (supermarktcrème, maïsolie en suiker) en geen speciale apparatuur vereist om te bereiden, kan ons model worden gebruikt in latere experimenten om bewijs te verkrijgen voor de effecten van neurale manipulaties op verzadiging, motivatie en smakelijkheid tijdens vreetbuien.

4.2. Consumptiepatroon en relatie tot eerdere intermitterende binge-modellen voor toegang

Onze resultaten zijn vergelijkbaar met die eerder vastgesteld voor ratten die intermitterend toegang hebben tot vast voedsel met zoet vet. In het bijzonder wanneer ratten intermitterend toegang kregen tot COS (room / olie / suiker, I_COS groep), nam het verbruik tijdens de toegangsperiode geleidelijk toe over dagen van toegang, consistent met eerdere observaties [5-12]. Verder, ik_COS ratten vertoonden een "zaagtand" patroon van calorie-inname, met een verminderde consumptie van chow na toegang tot COS. Deze effecten werden waargenomen ondanks procedurele verschillen van de eerdere modellen, waaronder intermitterende thuiskooitoegang tot de hoogcalorische inname en gelijktijdige chowbeschikbaarheid in vorige studies, maar niet de onze (waarbij COS-toegang in afzonderlijke kamers werd aangeboden). Intrigerend was dat de calorie-inname op intermitterende COS-toegangsdagen niveaus bereikte die vergelijkbaar waren met die waargenomen in 24 uur bij ratten die continu toegang hadden tot COS, en de inname van chow na COS-toegang was verlaagd tot niveaus lager dan die gezien bij ratten die helemaal geen toegang hadden tot COS. Deze resultaten komen overeen met eerdere bevindingen met massief voedsel met hoog vetgehalte [5, 10, 13, 50]. De grote schommelingen in de calorie-inname veroorzaakten parallelle gewichtsschommelingen, met als netto resultaat dat de I_COS ratten wogen niet sneller op dan ratten die alleen toegang hadden tot chow. Alles bij elkaar weerspiegelen deze resultaten eerdere observaties met behulp van intermitterende toegang tot vast vetrijk voedsel [5, 10-13, 50] en suggereren dat intermitterende toegang tot vloeibare COS leidt tot vraatgedrag dat opmerkelijk veel lijkt op dat wat wordt veroorzaakt door het gebruik van vast voedsel met hoog vetgehalte.

Opvallend is dat ratten met tussenpozen toegang kregen tot een minder calorische oplossing van room en suiker (CS; I_CS groep) vertoonde noch de geleidelijke escalatie in consumptie noch het uitgesproken zaagtandpatroon waargenomen bij ratten gegeven COS. Deze resultaten suggereren dat een hoog vet- en / of caloriegehalte nodig is om op deze planning eetbuikachtig gedrag te ontwikkelen. De resultaten sluiten echter niet uit dat de ontwikkeling van eetbuien een functie is van likefficiëntie (hoeveelheid vloeistof die per lik wordt verkregen), die groter was voor COS dan voor CS. De reden voor dit verschil is onbekend, maar heeft waarschijnlijk te maken met de verschillende fysieke eigenschappen van COS en CS. De hogere mate van calorie-inname bevorderd door grotere likefficiëntie kan bijdragen aan de escalatie van het verbruik in het I_COS groep. Bovendien kunnen de specifieke soorten vet die in maïsolie worden aangetroffen bijdragen tot de gevoeligheid van ratten om bingeing te ontwikkelen, evenals de vorm van het vet (een emulsie). Sterker nog, ratten consumeren maïsolie-emulsies nog gretiger dan 100% maïsolie, maïsolie-emulsies roepen een vergelijkbare mate van consumptie op als vast vet, en gezoete maïsolie-emulsies roepen nog meer consumptie op [51-53]. Omdat veel eerdere onderzoeken naar bingeing een mengsel van vast vet en suiker [5, 16], kan de aanwezigheid van geëmulgeerde maïsolie de kritieke factor zijn die COS, maar niet CS, het vermogen geeft om binge-consumptie op te wekken. Deze hypothese kan worden getest door te bepalen of gezoete maïsolie / wateremulsies (zonder crème) een soortgelijk binge-achtig gedrag veroorzaken als door COS wordt geïnduceerd. Zelfs als dat het geval zou zijn, kan COS de voorkeur hebben voor gebruik in toekomstige experimenten omdat voorbereiding van maïsolie / wateremulsies met langdurige stabiliteit vereist dure apparatuur (een microfluïdisatie-inrichting), terwijl COS-bereiding geen geavanceerdere apparatuur vereist dan een draadklopper.

Omdat ons COS-binge-model drie dagen per week toegang biedt tot inname met veel vet, konden we een vermindering in de consumptie van chow waarnemen tijdens de volgende 24 uur, die vervolgens herstelde over de volgende 24 uur. De consumptie van chow in de 24 uur na intermitterende toegang tot COS (maar niet via CS) was significant lager dan het 24 uur consumptie door de controlegroep zonder helemaal geen toegang tot COS (N_COS groep), in overeenstemming met eerdere rapporten met vet en vetrijk voedsel [10, 12, 13]. Samen met onze bevindingen suggereren deze resultaten dat binge-inname een langdurig verzadigingsproces activeert dat het verbruik gedurende uren na de zeer korte aflevering tijdens de toegangsperiode beperkt. Deze resultaten zijn intrigerend in het licht van de bevindingen dat ratten veel vetrijk voedsel consumeren in vergelijking met voedsel met een hoog koolhydraatgehalte van gelijke calorische dichtheid [28, 29, 54-58]. Intragastrische voorspanning met vet resulteert in minder remming van de daaropvolgende consumptie dan de preload met een isocalorische dosis koolhydraten [29], en deze effecten duren lang (tot een dag) [28]. Ratten verbruiken dus gedeeltelijk vet omdat het vet minder effectief is (per calorie) bij het activeren van positieve verzadigingsmechanismen. Deze studies suggereren dat het suikergehalte van COS en andere vet / suikermengsels die worden gebruikt in intermitterende toegangsmislukkingsprocedures aanzienlijk kunnen bijdragen aan de post-binge remming van de consumptie van chow. Verdere studies die de gevolgen van suiker- en vetbevattende voedingsstoffen direct vergelijken, zijn nodig om de verschillende rollen van vet en suiker in de verzadiging op de lange termijn, veroorzaakt door eetbuien, te verduidelijken.

Consumptie van COS nam geleidelijk toe over de eerste 8-dagen (2.5-weken) van intermitterende toegang. Het is opmerkelijk dat ratten die intermitterende toegang tot CS kregen geen soortgelijke geleidelijke toename vertoonden, hoewel beide groepen met intermitterende toegang voor COS en CS hun verbruik aanzienlijk verhoogden van de eerste tot de tweede dag van toegang. Omdat ratten in beide groepen moeten leren hoe toegang te krijgen tot de likmeters en de initiële neofobie kunnen overwinnen, kan het aanvankelijke (dag 1 tot dag 2) toename in gebruik worden toegeschreven aan deze processen. De verdere geleidelijke toename van het I_COS groep is inconsistent met deze processen omdat het niet is waargenomen in het ik_CS groep. Vergelijkbare geleidelijke toenamen zijn gemeld bij ratten die zoet en / of vetrijk voedsel of vloeistof kregen op ofwel 3 dagen / week of dagelijkse intermitterende toegangsschema's [9-12, 14, 59]. Deze resultaten contrasteren opmerkelijk met die van ratten die continu toegang hebben tot hoogcalorisch voedsel: de dagelijkse consumptie neemt geleidelijk af vanaf een initiële piek [5, 6, 10], zoals in onze studie (Fig 3), of blijft constant [12, 14]. Overconsumptie tijdens intermitterende toegangsbomen is dus gedeeltelijk het gevolg van een escalatie van het verbruik die afwezig is bij onbeperkte onderwerpen; omdat dit effect afhangt van het vet- en / of caloriegehalte van de ingenomen persoon, suggereren onze resultaten dat de toename geen eenvoudige consequentie is van het leren consumeren of overwinnen van neophobie. Integendeel, de geleidelijk toenemende consumptie is waarschijnlijk te wijten aan andere processen die een gevolg zijn van de fysische en / of nutriënteigenschappen van COS die het van CS onderscheiden.

Eerdere rattenbuikmodellen hebben dagelijks intermitterende toegang tot voedingsmiddelen met hoog vetgehalte gebruikt als controle voor 3 dagen / week "binge" -toegang [6, 11, 12, 15, 16, 40, 42, 60-63]. In andere onderzoeken werd echter dagelijks intermitterende toegang tot modelgebuik [9, 10, 13, 14, 35, 59]; met name de consumptie van calorieverbruik neemt vaak toe over de dagelijkse toegangsperioden, hoewel deze escalatie mogelijk minder uitgesproken is dan voor 3 dagen / week toegang [6]. Er bestaat dus enige verwarring over wat ideale binge en controle toegangsprotocollen vormen. Onze resultaten bieden een mogelijke oplossing: ze geven aan dat een controlegroep met periodieke toegang tot CS in hetzelfde schema als de COS-bingogroep geen escalatie van de consumptie vertoont. Ervaren I_COS ratten verbruiken meer calorieën tijdens toegangsperioden dan ik_CS ratten, en daarom laat de vergelijking tussen deze groepen de conclusie toe dat ik_COS ratten voldoen aan de operationele definitie van eetaanvallen (consumeren van grotere calorieën in een beperkte periode dan niet-bingers consumeren in een vergelijkbare periode). Het gebruik van COS en CS (of meer in het algemeen hoge- en laagcalorische of hoog- en vetarme vloeistoffen) kan dus nuttig zijn voor verdere experimenten waarbij een controle voor bingeconsumptie vereist is. Dit model heeft als bijkomend voordeel dat het menselijke eetaanvallen weerspiegelt doordat mensen eten met veel vet en veel calorieën, terwijl bij niet-vreetbuien meestal minder caloriearm voedsel wordt gebruikt. Aan de andere kant consumeren menselijke eetbuieneters vast en halfvast voedsel, terwijl COS en CS vloeistoffen zijn.

4.3. Motivatie, smakelijkheid en verzadiging bij eetbuien

Algemeen beschouwd, zouden veranderingen in drie verschillende processen ten grondslag kunnen liggen aan de geleidelijke toename van het verbruik op intermitterende toegangsdagen: (1) acceptatie van de eetlust zou kunnen toenemen; (2) motivatie om te beginnen met consumeren kan toenemen; en / of (3) verzadigingsmechanismen zouden in werkzaamheid kunnen worden verminderd, waardoor de "maaltijd" gedurende de toegangsperiode wordt verlengd. Onze resultaten bieden suggestief bewijs voor stijgingen in zowel de eetbaarheid als de motivatie om te consumeren. In het bijzonder ging de geleidelijke escalatie in COS-consumptie over dagen van intermitterende toegang gepaard met verminderde latentie bij de eerste lik, groter aantal likbarst, verhoogde likksnelheid in de eerste minuut van toegang en langere likstootbuien. De eerste twee worden beschouwd als indicatoren van motivatie, en de laatste twee zijn indices van smakelijkheid [36, 37, 64]. Elk van deze namen aanzienlijk toe over dagen naarmate het verbruik dramatisch toenam. Aangezien elk van deze veranderingen in het likpatroon de consumptie zou verhogen, concluderen we dat een verhoogde consumptie over toegangssessies ten minste gedeeltelijk het gevolg is van deze structurele veranderingen en dus van een verhoogde motivatie en smakelijkheid. Bovendien werden deze toenamen in maten van motivatie en smakelijkheid niet waargenomen in het I_CS groep, die geen verhoogde consumptie liet zien. Daarom zijn de verhoogde motivatie en smakelijkheid waarschijnlijk een gevolg van het hoge caloriegehalte en / of vetgehalte van COS in vergelijking met CS.

Wat kan ten grondslag liggen aan de waargenomen geleidelijke toename van motivatie en smakelijkheid? Motivatie is geen enkelvoudig hersenproces, maar een psychologisch construct dat de activiteit van meerdere neurale mechanismen weerspiegelt. Honger zorgt bijvoorbeeld voor motivatie om voedsel te benaderen, maar hetzelfde gemotiveerde gedrag kan ook worden veroorzaakt door een stimulus die gepaard gaat met voedsel, zelfs bij mensen die geen honger hebben, zoals bij geconditioneerd eten [65]. Het specifieke neurale mechanisme dat ten grondslag ligt aan verhoogde motivatie bij eetbrakende ratten is onbekend. Het is zeker mogelijk dat een conditioneringsproces betrokken is, zodat de stimuli in de toegangskamer geassocieerd worden met COS en bijgevolg, in latere sessies, motivatie opwekken om COS-consumptie te zoeken, te benaderen en te initiëren zodra het dier in de kamer. Dus, de geleidelijk toenemende motivatie weergegeven door de I_COS ratten kunnen een functie zijn van de versterkende kracht van de ongeconditioneerde stimulus (COS); de CS-oplossing kan een onvoldoende versterkende kracht hebben om een ​​toename van het verbruik te bevorderen na het initiële leren.

Stimulus-geïnduceerd naderingsgedrag is vaak afhankelijk van de dopamineprojectie naar de nucleus accumbens [66-69] en de consumptie van sucrose door binge gaat gepaard met verhogingen van extracellulair dopamine in de accumbens [19]. Verder induceert binge-achtige consumptie verschillende langetermijnveranderingen in het accumbens-dopaminesysteem, inclusief verhoogde D1-receptor en dopaminetransporteurexpressie, en verminderde D2-receptorexpressie [8], wat suggereert dat langetermijnveranderingen in dopamine-activiteit betrokken zijn bij eetaanvallen. Inderdaad vertoonden ratten met verlengde intermitterende toegang tot vet hogere breekpunten op een progressief ratio schema van vetversterking [70]. Deze waarneming onderschrijft niet alleen onze conclusie dat motivatie voor smakelijk voedsel verhoogd is bij eetaanvallen, maar biedt verder bewijs voor de betrokkenheid van mesolimbisch dopamine, omdat de prestaties van progressieve ratio taken afhangen van accumbens dopamine [71]. Er zijn echter verdere studies nodig om te bepalen of er een oorzakelijk verband bestaat tussen dopamine-activiteit in de accumbens en een verhoogde motivatie om te consumeren naarmate zich bavage ontwikkelt.

Naast gedragsveranderingen die consistent zijn met toegenomen motivatie, hebben we ook effecten waargenomen die het gemakkelijkst te verklaren zijn door een toename van de eetbaarheid-gedreven consumptie (verhoogde initiële liksnelheid en verhoogde likbarstlengte). Een aantal hersenstructuren zijn betrokken bij de eetbaarheid-gedreven consumptie, inclusief de nucleus accumbens, de kern van het solitaire kanaal, de amygdala, het ventrale pallidum, het ventrale tegmentale gebied en de laterale hypothalamus [72-74]. Met name μ-opioïde-receptoren, vooral in de accumbens [44, 75-78] kan bijdragen aan de eetbaarheid-gedreven consumptie. Interessant is dat binge-achtige consumptie geassocieerd is met upregulated μ-receptoren in de accumbens [8], wat suggereert dat verhoogde opioïdergische neurotransmissie verantwoordelijk kan zijn voor de toegenomen eetbaarheid-gedreven consumptie waargenomen tijdens binge-toegang. Deze hypothesen wachten op verdere testen met invasieve manipulaties van opioïde receptorfunctie bij eetbuien.

Het is intrigerend dat de maten van smakelijkheid niet alleen in het I toenemen_COS ratten, maar in de C_COS groep ook. Deze resultaten suggereren daarom dat het de langdurige toegang tot COS is, niet de intermittency van toegang, die een verhoogde eetbaarheid-gedreven consumptie veroorzaakt. Een verschil tussen de C_COS en ik_COS groepen is dat de C_COS ratten werden zwaarder, zoals te verwachten was gezien dat ad libitum toegang tot een vetrijk dieet leidt tot obesitas [41, 79, 80]. Onze resultaten suggereren dus dat de eetbaarheid-gedreven consumptie van zoete vetrijke voedingsmiddelen kan toenemen bij obese personen. Eerdere studies hebben complexe effecten van obesitas op smakelijkheid aangetoond. In één geval waren lagere concentraties vet en sucrose minder smakelijk bij obese dan magere ratten, terwijl hogere concentraties iets smakelijker waren [79]. In een ander onderzoek werden sucrose-smakelijkheidsmaten (burst-snelheid) in het geheel niet beïnvloed door obesitas [81], en in nog een andere, waren de smakelijkheidsmaten verminderd bij een soort obese ratten [82]. Een belangrijk verschil tussen ons onderzoek en eerdere onderzoeken is dat we de smakelijkheid van dezelfde vetrijke inname waartoe dieren 24 hr continu toegang hebben getest (we testten de smakelijkheid van het dieet dat de obesitas veroorzaakte), terwijl andere studies dieren met veel vet in de kooi, maar geteste smakelijkheid van olie of sucrose-oplossingen. Deze ontwerpen kunnen negatieve contrasteffecten introduceren, wat detectie van een verhoogd smakelijkheidsmechanisme zou kunnen voorkomen. Experimentele ontwerpen die de contrasteffecten minimaliseren, moeten worden gebruikt om de hypothese dat palatabiliteitsgestuurde consumptie wordt versterkt door obese personen uitgebreider te testen.

De waarneming dat ratten die continu toegang hadden tot COS vertoonden een toegenomen eetbaarheid-gedreven consumptie, maar vertoonde vanaf de eerste dag een daling in de algehele calorische inname (en COS-consumptie) (Fig 2) suggereert dat een ander proces, zoals verzadiging, de verhoging van de smakelijkheid tegengaat om de totale inname te beperken. Dit roept de vraag op of verzadigingsmechanismen effectiever zijn bij ervaren bingers dan bij ratten die naïef zijn voor COS. Door de 5^th week van intermitterende toegang, I_COS ratten vertoonden een scherpe daling in het verbruik in de eerste 20-30 min na het begin van de toegangsperiode. Deze afname is waarschijnlijk te wijten aan geconditioneerde en ongeconditioneerde verzadiging [34], en laat zien dat verzadigingsmechanismen robuust zijn in binge-ratten, bestaan ​​uit bevindingen in humane boulimia-patiënten [83]. Hoewel de snelheid van de daling in week 5 sneller is dan in de voorgaande weken (met name de week 1), kan deze maatregel worden beïnvloed door de verschillende percentages van de initiële inname in vroege versus late sessies (die functies zijn van motivatie en smakelijkheid). Daarom is bijkomend werk, misschien met behulp van intragastrische preloading, nodig om te beoordelen of verschillen in verzadigingsmechanismen kunnen bijdragen aan de geleidelijke toename van het verbruik tijdens intermitterende toegangsdagen. Desalniettemin kan de robuuste daling in consumptie binnen de sessie worden gebruikt in toekomstige studies als een maat voor verzadiging bij het onderzoeken van de effecten van neurale manipulaties op gevestigde eetbuienconsumptie.

4.4. conclusies

We laten zien dat een zoete vetrijke vloeistof kan worden gebruikt bij ratten om een ​​binge-achtige consumptie te veroorzaken die vergelijkbaar is met die welke eerder werd waargenomen in intermitterende toegangsmodellen met gebruik van vast voedsel met hoog vetgehalte. Het gebruik van vloeistofopname is op verschillende manieren voordelig. Ten eerste kan een minder calorische vloeistof worden gegeven op hetzelfde toegangsschema als een regeling voor binge-consumptie. Ten tweede, de temporele precisie die wordt geboden door het meten van het verbruik met lickometers zal verder onderzoek naar het gedrag van eetbuien vergemakkelijken, met name met behulp van elektrofysiologie bij dieren die zich gedragen. Tenslotte maakt het gebruik van een vloeistof met een hoog vetgehalte de microbiologische analyse van likken mogelijk, die kan worden gebruikt om bewijs te verzamelen voor of tegen verschillen in verzadiging, motivatie en smakelijkheid bij eetbuien na invasieve neurale manipulaties (bijv. Lokale micro-injectie van neuroactieve verbindingen). Hier gebruiken we microstructurele analyse om aan te tonen dat de geleidelijke escalatie van het verbruik over opeenvolgende toegangsperioden ten minste gedeeltelijk toe te schrijven is aan de toenemende motivatie om consumptie te initiëren en de eetbaarheid-gedreven consumptie te verhogen. Verder onderzoek van deze processen in COS-binge-ratten zal leiden tot een beter begrip van de neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan het binge-gebruik.

We danken Drs. Gary Schwartz en Nicole Avena voor nuttige discussies, Dr. Schwartz en de Animal Energy Balance Phenotyping-kern van het New York Obesity Nutrition Research Center voor het gebruik van operatiekamers, en Niacet Corporation voor hun genereuze gift van natriumstearoyllactylaat. Dit onderzoek werd ondersteund door subsidies van de Klarman Family Foundation, NARSAD en NIH (MH092757) aan SMN, en door een fellowship van Hilda en Preston Davis Foundation aan SL.

Disclaimer uitgever: Dit is een PDF-bestand van een onbewerkt manuscript dat is geaccepteerd voor publicatie. Als service aan onze klanten bieden wij deze vroege versie van het manuscript. Het manuscript zal een copy-editing ondergaan, een typografie en een review van het resulterende bewijs voordat het in zijn definitieve citeervorm wordt gepubliceerd. Houd er rekening mee dat tijdens het productieproces fouten kunnen worden ontdekt die van invloed kunnen zijn op de inhoud en alle wettelijke disclaimers die van toepassing zijn op het tijdschrift.