Upadek cukru i tłuszczu ma zauważalne różnice w zachowaniu uzależniającym (2009)

Jakie są powszechne obżarstwo?

Mówiąc najprościej, ludzie zwykle popijają bardzo smaczne, bogate w energię jedzenie. Te produkty są zwykle bogate w tłuszcze, cukry lub często oba (8,9). Epizody objadania się często obejmują spożywanie chleba lub makaronu, a następnie - słodyczy, tłustych potraw lub słonych przekąsek (10). Osoby, które preferują obżeranie się na słodkich potrawach, częściej obżerają się.

Dlaczego ludzie nie piją brokułów? Musi istnieć pewna właściwość smacznego „deserowego” i „przekąskowego” pokarmu bogatego w cukier i / lub tłuszcz, który promuje obfite jedzenie. Wiadomo, że cukry i tłuszcze mają różny wpływ na fizjologię i chemię mózgu (11), które mogą być związane z ich różnym wpływem na zachowanie. Aby zrozumieć behawioralne i neurochemiczne podstawy objadania się na określonych makroskładnikach odżywczych, zwracamy się do laboratoryjnych modeli zwierzęcych objadania się.

Modele zwierzęce objadania się

Upijanie się jest zachowaniem wieloaspektowym, z komponentami emocjonalnymi i kulturowymi, które trudno jest odtworzyć za pomocą modeli zwierzęcych. Niemniej jednak zwierzęce modele objadania się mają fundamentalne znaczenie dla zrozumienia fizjologicznych i neurochemicznych podstaw tego zachowania.

Modele zjadania cukru

Kilka laboratoriów używało ograniczonego dostępu do roztworów cukru do modelowania objadania się (12-15). Wszystkie odkrycia sugerują, że zwierzęta będą angażować się w obżarstwo w słodką karmę, gdy jest ona oferowana z przerwami. Nasze laboratorium opracowało model objadania się cukrem (16), w którym szczury są utrzymywane na codziennych ograniczeniach pokarmowych 12-h, a następnie mają dostęp do 25% glukozy lub 10% roztworu sacharozy (podobnie do stężenia cukru w ​​napoju bezalkoholowym) i nieoczyszczonej diety gryzoni. Po kilku dniach tego harmonogramu szczury te zwiększają swoje dzienne spożycie cukru (Rys. 1 A) i zaczynają obżerać się, na co wskazuje wzrost spożycia roztworu cukru w ​​ciągu pierwszej godziny dostępu. Szczury, które mają dostęp do roztworu cukru i nieoczyszczonej diety ad libitum, spożywają całkowitą dzienną ilość podobną do tej spożywanej przez szczurów, ale rzadko uczestniczą w odrębnych epizodach objadania się. Masa ciała i całkowite dzienne spożycie kalorii nie różnią się od normalnych u szczurów objadających się cukrem (Rys. 1 C), wskazując, że szczury są w stanie regulować swoje spożycie energii i kompensować nadwyżkę energii poprzez spożywanie mniej nieoczyszczonej diety gryzoni (Rys. 1 B).

  

Zobacz większą wersję:  

• Na tej stronie
• W nowym oknie

• Pobierz jako slajd PowerPoint

RYSUNEK 1   

Spożycie cukru i nieoczyszczonej diety (karma) podczas okresu dostępu 28-d w modelu szczurów objadania się cukrem. Szczury z przerywanym cukrem + nieoczyszczoną dietą zwiększały swoje całkowite dzienne spożycie cukru w ​​czasie (A). Szczury z dietą przerywaną + dietą nieoczyszczoną zjadały mniej diety nieoczyszczonej niż grupa diety przerywanej i grupa diety nieoczyszczonej ad libitum (B); grupy nie różniły się jednak całkowitym dziennym poborem energii (1 kcal = 4.184 kJ) (C). Wartości są średnimi ± SEM, n = 9 – 10 / grupa. Reprodukowane za zgodą Avena i in. (23).

Modele objadania się tłuszczem

Zwierzęta będą też upijać się czystym tłuszczem, co sugeruje, że obżarstwo nie ogranicza się wyłącznie do słodkiego smaku. Corwin i in. (17) wykazali, że nasycone szczury z dostępem do nieoczyszczonej diety gryzoni ad libitum będą gryźć tłuszcz roślinny (skrócenie), gdy jest on podawany codziennie przez 2 h, a efekt ten jest wzmacniany, gdy tłuszcz jest oferowany tylko 3 razy w tygodniu. Podobne odkrycie zgłoszono w przypadku skracania beztłuszczowego (18). Szczury z ograniczonym dostępem do tłuszczu roślinnego nie wykazują zmian masy ciała ani przyrostu tkanki tłuszczowej w porównaniu z nieoczyszczonymi kontrolnymi karmionymi dietą (17,19); wykazują jednak podwyższone poziomy leptyny w osoczu (19).

Modele objadania się mieszankami słodko-tłuszczowymi

Połączenie słodyczy i tłuszczu aktywuje wiele receptorów smaku, sygnały po posiłku i układy neuropeptydowe. Boggiano i inni wykorzystali kombinacje cukru z tłuszczem, w postaci ciastek lub mieszanek tłuszczów z cukrem, aby wywołać obżeranie się w modelach laboratoryjnych (20,21). Opracowaliśmy model objadania się przy użyciu kompletnie odżywczej diety opartej na słodkich tłuszczach u szczurów, które nie są ograniczone pokarmem (22). Szczury z codziennym dostępem 2-h do słodko-tłustego pokarmu [granulki badawcze #12451, 45% tłuszcz, 20% białko, 35% węglowodan, 4.7 kcal / g (20 kJ / g)] obijają się, mimo że mieć dostęp do standardowej nieoczyszczonej diety dla gryzoni ad libitum dla pozostałych 22 h / d. Po wkręceniu 3 dostępu obrzęk jest najbardziej wyraźny, a szczury te zużywają średnio 58% dziennego spożycia energii podczas okresu dostępu 2-h do słodko-tłustego pokarmu (Rys. 2 A). Te szczury samodzielnie ograniczają spożycie standardowej, nieoczyszczonej diety, podobnie jak efekty, które zgłaszaliśmy w przypadku cukru (23) i inni zgłosili tłuszcz (17,19) lub diety bogate w cukier (14). Cykliczne objadanie się i narzucone przez siebie ograniczenia pokarmowe powodują wahania dziennej masy ciała charakteryzujące się utratą masy ciała między obrzękami (Rys. 2 B). Jednak nawet jeśli weźmiemy pod uwagę samoograniczenie standardowej nieoczyszczonej diety gryzoni między obrzękami, ogólny wzrost masy ciała występuje u szczurów objadających się granulkami słodko-tłuszczowymi w porównaniu z grupami kontrolnymi, które są karmione tylko standardową nieoczyszczoną dietą dla gryzoni lub dostępem do tego samego granulatu słodkiego tłuszczu ad libitum (Rys. 2 C). Dlatego ten model reprezentuje objadanie się, które może skutkować wzrostem masy ciała.

  

Zobacz większą wersję:  

• Na tej stronie
• W nowym oknie

• Pobierz jako slajd PowerPoint

RYSUNEK 2   

Zużycie energii i zmiany masy ciała w szczurzym modelu objadania się tłuszczem. Całkowite dzienne spożycie energii w tygodniu 3 dostępu wyrażone jako energia uzyskana ze standardowej nieoczyszczonej diety (chow) (biały) a nieoczyszczona dieta słodko-tłuszczowa (czarny) (A). Grupa 2-godzinna dziennie ze słodkich tłuszczów i grupa, która otrzymywała 2-godzinną dietę słodko-tłuszczową tylko w poniedziałki, środy i piątki (2-godzinne MWF Sweet-fat), obie konsumują> 50% swojej dziennej energii ze słodkich - dieta tłuszczowa, jeśli jest dostępna. Wzór piłokształtny pojawia się dla grupy 2-godzinnej dziennej porcji tłuszczu słodkiego, w której każdego dnia zmniejszają się wagi przed posiłkiem i zwiększają się po posiłku (B). Jednak pomimo tej fluktuacji masy ciała w ciągu dnia, szczury z 2-h dziennie słodkim tłuszczem zyskały znacznie więcej całkowitej masy ciała niż szczury karmione standardową nieoczyszczoną dietą ad libitum (1 kcal = 4.184 kJ) (C). Wartości są średnimi ± SEM, n = 10 / grupa. * Różni się od standardowej grupy chow ad libitum, P <0.05. Zaadaptowano za zgodą Berner et al. (22).

Uzależnienie od żywności

Wielu naukowców spekuluje, że otyłość i zaburzenia odżywiania, takie jak bulimia i anoreksja, mogą mieć właściwości „uzależnienia” (24-30). Ponadto napisano kilka popularnych poradników na temat „uzależnienia od cukru” (31-34, żeby wymienić tylko kilka). Badania kliniczne i laboratoryjne na zwierzętach ujawniają podobieństwa między przejadaniem się a uzależnieniem od narkotyków.

Wsparcie kliniczne teorii uzależnienia od żywności

Ostatnie badanie kliniczne sugeruje, że węglowodany mogą potencjalnie nadużywać „głodujących węglowodanów” (35). Podobnie, zmiany związane z głodem w odpowiedzi na smaczne pokarmy zostały zidentyfikowane za pomocą technik obrazowania mózgu, a zmiany te są podobne do zmian obserwowanych podczas głodu narkotykowego (36,37). Dopamina (DA)⁴ zasugerowano, że mają one wspólną rolę w nadużywaniu narkotyków i otyłości (28). Skany tomografii emisyjnej pozytronowej ujawniają, że osoby otyłe wykazują zmniejszenie D prążkowia₂ dostępność receptora skorelowana z masą ciała pacjenta (38) i podobnej wielkości do redukcji zgłoszonych u osób uzależnionych od narkotyków (39). Opioidy były również przedmiotem badań klinicznych (25). Zaburzenia apetytu w postaci objadania się lub głodzenia mogą wpływać na endogenną aktywność opioidową (40). Łącznie te badania kliniczne potwierdzają pogląd, że przejadanie się może wpływać na zachowanie i układy mózgowe w sposób przypominający aspekty uzależnienia.

Zachowawcze dowody uzależnienia od cukru u zwierząt laboratoryjnych

Wiele zachowań i zmian neurochemicznych charakterystycznych dla nadużywania narkotyków jest również widocznych w naszym zwierzęcym modelu objadania się cukrem opisanym powyżej i streszczonym w Tabela 1. Model ten został poddany przeglądowi i bardziej szczegółowo powiązany z literaturą na temat nadużywania substancji w innym miejscu (16).

W skrócie, szczury, którym codziennie przerywany jest dostęp do roztworu cukru i nieoczyszczona dieta, zwiększają spożycie cukru i zwiększają jego spożycie podczas pierwszej godziny codziennego dostępu, którą określamy jako „objadanie się” (15). Zjadliwe cukry wykazują objawy odstawienia podobne do opiatów po podaniu stosunkowo wysokiej dawki antagonisty opioidów, naloksonu (3 mg / kg, podskórnie). Obserwuje się somatyczne objawy odstawienia, takie jak szczękanie zębami, drżenie przednich łap i drżenie głowy, a także behawioralne objawy niepokoju (41). Podobne objawy odstawienia opiatopodobnego pojawiają się spontanicznie bez użycia antagonisty opioidowego, gdy cała żywność jest usuwana przez 24 h (23,41). Zjadające cukry szczury naciskają na 23% więcej cukru w ​​teście po 2 wk bez cukru niż kiedykolwiek wcześniej (42), co sugeruje zmianę motywacyjnego wpływu cukru, który utrzymuje się i wzrasta w okresie abstynencji. Wykazaliśmy również, że szczury objadające się cukrem rozwijają uczulenie ruchowe na niską dawkę prowokacyjną amfetaminy (0.5 mg / kg, dootrzewnowo), która ma niewielki lub żaden wpływ na naiwne szczury (43). Kiedy szczury upijają się cukrem, a następnie zmuszają się do powstrzymania się, wykazują zwiększone spożycie alkoholu 9% (44), co sugeruje, że przerywany dostęp do cukru może być bramą do spożywania alkoholu.

Inni badacze uzyskali wspierające odkrycia behawioralne przy użyciu podobnych modeli objadania się cukrem. U szczurów z ograniczonym dostępem do diety o wysokiej zawartości sacharozy zgłaszano objawy niepokoju (14). Doniesiono, że samo usunięcie cukru obniża temperaturę ciała (45). Obserwowano także agresywne zachowanie podczas usuwania diety, która obejmuje przerywany dostęp do cukru (46). Używając warunkowania operacyjnego, Grimm i in. (47) stwierdzili, że poszukiwanie sacharozy wzrasta w ciągu miesiąca abstynencji od cukru u szczurów, które miały przerywany dostęp do cukru. Przerywany dostęp sacharozy uwrażliwia krzyżowo nie tylko na amfetaminę (43), ale także z kokainą (48) i ułatwia uczulenie na agonistę DA, chinpirol (49). Wyniki te potwierdzają teorię, że system DA jest uwrażliwiony przez przerywany dostęp do cukru; jest to ważne, ponieważ wzmocniona mezolimbiczna neurotransmisja dopaminergiczna odgrywa rolę w behawioralnych skutkach uczulenia, a także uczulenia krzyżowego (50) i może przyczyniać się do uzależnienia (51,52).

Neurochemiczne dowody uzależnienia od cukru

Dowody opisane powyżej sugerują, że objadanie się cukrem może powodować zachowania podobne do tych obserwowanych u szczurów uzależnionych od narkotyków. Współistniejące zmiany neurochemiczne mogą powodować lub utrwalać te zachowania. Znaki te są również streszczone w Tabela 1 i zostały wyjaśnione bardziej szczegółowo we wcześniejszym artykule (16).

Znaleźliśmy zmiany w DA, acetylocholinie (ACh) i systemach opioidowych u szczurów obżerających się cukrem, które są podobne do obserwowanych w przypadku niektórych narkotyków. Autoradiografia ujawnia wzrost D₁ wiązanie receptora w jądrze półleżącym (NAc) i zmniejszenie D₂ wiązanie receptora w prążkowiu w stosunku do nieoczyszczonych szczurów karmionych dietą (15). Szczury z przerywanym cukrem i dostępem do nieoczyszczonej diety również zmniejszyły D₂ receptor mRNA w NAc i wzrost D₃ receptor mRNA w NAc i prążkowiu grzbietowym w porównaniu z nieoczyszczonymi kontrolnymi karmionymi dietą (53). Zjadliwe cukry mają znaczący spadek mRNA enkefaliny (53), natomiast μ-powiązanie receptora opioidowego jest znacznie wzmocnione w powłoce NAc, obręczy, hipokampie i locus coeruleus (15).

Jedną z najsilniejszych neurochemicznych podobieństw między upijaniem się cukru a nadużywaniem narkotyków jest ich wpływ na pozakomórkową DA. Cechą charakterystyczną nadużywanych leków jest powtarzalny wzrost pozakomórkowej DA, podczas gdy podczas normalnego karmienia odpowiedź DA zanika po wielokrotnym narażeniu na pokarm (54). Kiedy szczury upijają się cukrem, uwalnianie DA powtarza się, co może sprawić, że mózg przystosuje się, podobnie jak narkotyk. Szczury, które objadają się cukrem, najwyraźniej uwalniają DA każdego dnia, mierzone na podstawie d 1, 2 i 21 dostępu (55). Kontrolne szczury karmione cukrem lub dietą nieoczyszczoną ad libitum, szczury z przerywanym dostępem do po prostu nieoczyszczonej diety lub szczury, które smakują cukru tylko razy 2, rozwijają stępioną odpowiedź DA, typową dla żywności, która traci nowość.

Odstawieniu narkotyków, takich jak morfina, nikotyna i alkohol, często towarzyszą zmiany równowagi DA / ACh w NAc: w szczególności DA zmniejsza się, a ACh wzrasta (56-58). U szczurów objadających się cukrem występuje także ten brak równowagi neurochemicznej w DA / ACh podczas odstawiania. Wynik ten występuje zarówno wtedy, gdy szczurom podaje się nalokson w celu przyspieszenia odstawienia opioidów (41) lub po 36 godz. pozbawienia żywności (23).

Inni zgłosili potwierdzające ustalenia. Nastąpił spadek D₂ wiązanie receptora w NAc szczurów z przerywanym dostępem do sacharozy i diety nieoczyszczonej w porównaniu ze szczurami karmionymi tylko przerywaną dietą nieoczyszczoną (59), a zmiany występują w częściowym obrocie DA i wiązaniu transportera DA u szczurów utrzymujących przerywany harmonogram karmienia cukrem (12,60).

Czy istnieją dowody na zależność od kombinacji tłuszczów lub słodyczy?

Literatura sugeruje, że podobnie jak cukier, podobny stan uzależniający może pojawić się wraz z tłuszczem. Le Magnen (29) zauważyła, że ​​nalokson może przyspieszyć odstawienie u szczurów karmionych ad libitum w stylu kawiarni, które zawierają różnorodne pokarmy bogate w tłuszcz i cukier (np. ser, ciasteczka, chipsy czekoladowe). Ostatnio Teegarden i Bale (61) pokazują, że myszy otrzymały dostęp do diety bogatej w tłuszcze lub węglowodany ad libitum przez 4 wk, a następnie zmuszone do powstrzymania się od znoszenia niechętnego środowiska w celu uzyskania dostępu do preferowanej żywności. Wnioskują, że wycofanie takiej diety podnosi stan stresu, przyczyniając się do nawrotu diety. Ponadto Corwin i współpracownicy wykazali wzrost odpowiedzi progresywnej u szczurów, które objadają się tłuszczem (62).

Jeśli chodzi o neurochemię, wydaje się, że objadanie się tłuszczem ma wpływ na układy półleżące DA i enkefaliny, które są podobne do tych obserwowanych przy obijaniu się cukru. Ograniczona ekspozycja na tłuszcz (olej kukurydziany) wielokrotnie uwalnia DA w NAc, a ten efekt jest spowodowany smakiem oleju (63). Szczury z ograniczonym codziennym dostępem do diety opartej na słodkich tłuszczach wykazują znaczny spadek mRNA enkefaliny w NAc (64), podobnie jak w przypadku cukru zgłoszonego powyżej (53). Rola opioidów w jądrze okołokomorowym podwzgórza została zbadana za pomocą modelu binge (65), a ustalenia sugerują, że d-Ala², NMe-Phe⁴, Gly-ol⁵-enkefalina zwiększa spożycie tłuszczu u szczurów preferujących tłuszcz, ale nie ma wpływu na szczury preferujące sacharozę. Wyniki te wskazują na złożoną rolę paraworomorowych opioidów jądrowych w przyjmowaniu pokarmu, przy czym preferencje i rodzaj składników odżywczych wpływają na zdolność tych związków do zmiany zachowania.

Na podstawie tej neurochemii i opisanych powyżej zachowań wydaje się logiczne, że objadanie się tłuszczem może również wywoływać zachowania uzależniające. Jednak dane nie są jasne. Chociaż donoszono, że tłuszcz oferowany ad libitum wywołuje zachowania uzależniające (29,61) objadanie się może poprawić te efekty. Zbadaliśmy, czy behawioralne oznaki zależności pojawiają się, gdy zwierzęta objadają się, stosując różne diety wysokotłuszczowe i kombinacje słodkich tłuszczów. Testowaliśmy szczury z ograniczonym (12-h lub 2-h) dostępem do słodko-tłuszczowej diety (Research Dietts #12451, 45% tłuszcz, 20% białko, 35% węglowodan), 12-h dostęp do słodkiego tłuszczu mieszanka (35.7% tłuszcz roślinny, 64.3% sacharoza) lub dostęp 12-h do tłuszczu roślinnego (100% tłuszcz roślinny Crisco), wszystkie z jednocześnie nieoczyszczoną dietą. Grupom kontrolnym karmiono te diety ad libitum lub podawano standardową dietę nieoczyszczoną ad libitum. Po 21 – 25 d na dietach szczurom podano 3 mg / kg podskórnego naloksonu, a następnie obserwowano pod kątem somatycznych oznak niepokoju i lęku w podwyższonym labiryncie. Nie stwierdzono istotnych dowodów na odstawienie opioidów w żadnej z tych bogatych w tłuszcze opcji dietetycznych, zarówno w grupach obżerających się, jak i tych, którym podawano pokarm ad libitum, mimo że procedury te dawały pozytywne wyniki w naszych poprzednich raportach z obijaniem się cukru (41). W innych badaniach próbowaliśmy wywołać oznaki spontanicznego odstawienia opioidów poprzez jedzenie pozbawiające szczury trzymane na diecie bogatej w tłuszcze przez 24 – 36 h. Ponownie, chociaż zgłaszamy oznaki niepokoju i somatyczne oznaki niepokoju po poście u szczurów obżerających się cukrem (23), nie zaobserwowano tego u szczurów obżerających się pokarmem o wysokiej zawartości tłuszczu.

Chociaż nie zauważyliśmy oznak odstawienia opiatopodobnego u szczurów obżerających się tłuszczem, nie oznacza to, że nadmierne spożycie tłuszczu nie może wywoływać zachowań uzależniających. Wycofanie nie jest koniecznym kryterium głodu narkotykowego, podobnie jak pozbawienie jedzenia nie jest konieczne w przypadku głodu narkotykowego (37). Ponadto różne klasy leków (np. Agoniści DA, opiaty) powodują określone behawioralne i fizjologiczne objawy odstawienia. Dlatego może się zdarzyć, że różne makroskładniki odżywcze mogą również wytwarzać różne objawy odstawienia. Nie zostało jeszcze ustalone, czy objadanie się tłuszczem może wywołać inne uzależniające zachowania, w tym uczulenie krzyżowe i nieprawidłowe motywacje spowodowane abstynencją.

Dlaczego objawy odstawienia przypominające opiaty pojawiają się wraz z cukrem, ale nie objadają się tłuszczem?

Względny brak objawów odstawienia przypominających opiaty po obgryzaniu tłuszczu podkreśla znaczenie układów opioidowych w różnicowaniu cukrów i tłuszczów oraz ich późniejszego wpływu na zachowanie. Galanina neuropeptydu (GAL) i jej miejsca wiązania są wyrażane w obszarach mózgu ważnych zarówno dla nagrody za leki, jak i jedzenie (11). GAL jest uważany za peptyd stymulowany tłuszczem, ponieważ jego ekspresja jest zwiększona w tych obszarach mózgu w odpowiedzi na wysokotłuszczowy posiłek (66). Ponadto wstrzyknięcie GAL podwzgórza promuje w niektórych sytuacjach spożycie tłuszczu zamiast węglowodanów (67,68). Co ciekawe, obwodowe wstrzyknięcie galnonu, syntetycznego agonisty GAL, zmniejsza objawy odstawienia opiatów u myszy zależnych od morfiny (69). Pojedyncze ogólnoustrojowe wstrzyknięcie galnonu myszom z nokautem GAL jest wystarczające, aby odwrócić niektóre zmiany biochemiczne wywołane przez podanie morfiny (70). Zatem GAL może być endogennym ujemnym regulatorem nagrody za opiaty poprzez osłabienie niektórych behawioralnych i neurochemicznych efektów opiatów. Na podstawie tych danych możliwe jest, że ten brak objawów odstawienia podobnych do opiatów u obżerających się szczurów może być spowodowany indukowaną przez tłuszcz endogenną aktywacją GAL, która może hamować odpowiednie efekty opioidowe.

Implikacje dla zaburzeń odżywiania i otyłości

Zaczęliśmy ten artykuł od dyskusji na temat upijania się z otyłością. Rzeczywiście, odkrycia na modelach zwierzęcych, które zostały przedstawione, sugerują, że objadanie się cukrem, a być może nawet tłuszczem, może mieć właściwości uzależniające. Jednak objadanie się cukrem nie wpływa na masę ciała, ale połączenie słodyczy i tłuszczu powoduje zwiększenie masy ciała (22). Zatem tłuszcz może być makroskładnikiem odżywczym, który powoduje nadwagę, a słodki smak może być w dużej mierze odpowiedzialny za wywoływanie zachowań przypominających uzależnienie, które obejmują zespół odstawienia.

Inne artykuły w tym suplemencie obejmują odniesienia (73-75).