Zwiększenie masy ciała wiąże się ze zmniejszoną odpowiedzią striatalną na smakowite jedzenie (2010) LUDZI

Komentarz: Badania pokazują na ludziach, że żywność - naturalny wzmacniacz - może powodować spadek receptorów dopaminy. Czy pornografia internetowa jest mniej stymulująca niż „bardzo smaczne” jedzenie?


 

ARTYKUŁ LAY: Badanie bada błędny cykl przejadania się i otyłości (streszczenie poniżej)

Wydany: 9 / 29 / 2010 4: 30 PM EDT
Źródło: University of Texas w Austin

Newswise - Nowe badania dostarczają dowodów na błędne koło stworzone, gdy otyłe osobniki przejadają się, aby zrekompensować zmniejszoną przyjemność z jedzenia.

Osoby otyłe mają mniej receptorów przyjemności i przejadają się, aby zrekompensować, według badań przeprowadzonych przez University of Texas w Austin, starszy pracownik naukowy i starszy naukowiec z Oregon Research Institute Eric Stice i jego koledzy, opublikowani w tym tygodniu w The Journal of Neuroscience.

Widoczne dowody wskazują, że przejadanie się może jeszcze bardziej osłabić reakcję receptorów przyjemności („hipo-funkcjonujący obwód nagrody”), dodatkowo zmniejszając nagrody uzyskane z przejadania się.
Spożycie pokarmu jest związane z uwalnianiem dopaminy. Stopień przyjemności wynikający z jedzenia koreluje z ilością uwolnionej dopaminy. Dowody wskazują, że osoby otyłe mają mniej receptorów dopaminy (D2) w mózgu w stosunku do osób szczupłych i sugerują, że osoby otyłe przejadały się, aby zrekompensować ten deficyt nagrody.

Osoby z mniejszą liczbą receptorów dopaminy muszą przyjmować więcej satysfakcjonujących substancji - takich jak żywność lub narkotyki - aby uzyskać efekt, który inni ludzie uzyskują za mniej.

„Chociaż ostatnie odkrycia sugerują, że osoby otyłe mogą odczuwać mniej przyjemności podczas jedzenia, a zatem jeść więcej w celu zrekompensowania, jest to pierwszy prospektywny dowód na to, że samo przejadanie się dalej osłabia obwód nagrody”, mówi Stice, starszy naukowiec z Oregon Research Instytut, niezależne centrum badań behawioralnych o charakterze niezarobkowym. „Osłabiona reakcja obwodów nagród zwiększa ryzyko przyszłego przyrostu masy ciała w przyszłości. Może to wyjaśniać, dlaczego otyłość zazwyczaj wykazuje przewlekły przebieg i jest oporna na leczenie ”.

Korzystając z funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI), zespół Stice zmierzył stopień, w jakim pewien obszar mózgu (prążkowie grzbietowe) został aktywowany w odpowiedzi na indywidualne spożycie mlecznego koktajlu czekoladowego (w porównaniu z rozwiązaniem bez smaku). Naukowcy śledzili zmiany wskaźnika masy ciała uczestników w ciągu sześciu miesięcy.

Wyniki wskazywały, że uczestnicy, którzy przybierali na wadze, wykazywali znacznie mniejszą aktywację w odpowiedzi na spożycie koktajlu mlecznego w sześciomiesięcznym okresie obserwacji w porównaniu do badania wyjściowego i w stosunku do kobiet, które nie przybrały na wadze.

„Jest to nowy wkład do literatury, ponieważ według naszej wiedzy jest to pierwsze prospektywne badanie fMRI mające na celu zbadanie zmiany odpowiedzi prążkowia na spożycie pokarmu w funkcji zmiany masy ciała” - powiedział Stice. „Te wyniki będą ważne podczas opracowywania programów zapobiegania i leczenia otyłości”.

Badania przeprowadzono w ośrodku obrazowania mózgu The University of Oregon. Współautorami Stice są Sonja Yokum, była doktorantka na University of Texas w Austin.

Stice badał zaburzenia odżywiania i otyłość przez 20 lat. W ramach tych badań opracowano kilka programów profilaktycznych, które niezawodnie zmniejszają ryzyko wystąpienia zaburzeń odżywiania i otyłości.


 

BADANIA: Przyrost masy ciała związany jest ze zmniejszoną odpowiedzią prążkowia na smaczną żywność.

J Neurosci. Rękopis autora; dostępny w PMC Mar 29, 2011.
Opublikowany w końcowym edytowanym formularzu jako:
PMCID: PMC2967483
NIHMSID: NIHMS240878
Ostateczna, zredagowana wersja tego artykułu jest dostępna bezpłatnie pod adresem J Neurosci
Zobacz inne artykuły w PMC, że cytować opublikowany artykuł.

Abstrakcyjny

Zgodnie z teorią, że osoby z hipo-funkcjonalnym obwodem nagrody przejadają się, aby zrekompensować deficyt nagrody, ludzie otyli i szczupli mają mniej prążkowia receptorów D2 i wykazują mniejszą odpowiedź prążkowia na smaczne przyjmowanie pokarmu, a niska odpowiedź prążkowia na przyjmowanie pokarmu przewiduje przyszły przyrost masy ciała u osób zagrożonych genetycznie w celu zmniejszenia sygnalizacji obwodów nagrody opartych na dopaminie. Jednak badania na zwierzętach wskazują, że spożywanie smacznego pokarmu skutkuje zmniejszeniem receptorów D2, zmniejszeniem czułości D2 i zmniejszeniem wrażliwości na nagrodę, co sugeruje, że przejadanie się może przyczynić się do zmniejszenia reakcji prążkowia. Dlatego przetestowaliśmy, czy przejadanie się prowadzi do zmniejszenia odpowiedzi prążkowia na spożywanie smacznego pokarmu u ludzi przy użyciu funkcjonalnego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (fMRI). Wyniki wskazywały, że kobiety, które przybrały na wadze w okresie 6 wykazywały zmniejszenie odpowiedzi prążkowia na smaczne spożycie żywności w stosunku do kobiet stabilnych wagowo. Łącznie wyniki sugerują, że niska wrażliwość obwodów nagrody zwiększa ryzyko przejadania się i że to przejadanie się może dodatkowo osłabić reakcję obwodów nagrody w procesie przekazywania.

Słowa kluczowe: otyłość, prążkowie, fMRI, smak, nagroda, przyrost masy ciała

Wprowadzenie

Prążkowie odgrywa kluczową rolę w kodowaniu nagrody z przyjmowania pokarmu. Karmienie jest związane z uwalnianiem dopaminy (DA) w prążkowiu grzbietowym, a stopień uwalniania DA koreluje z ilością przyjemności z jedzenia (Szczypka i in., 2001; Small et al., 2003). Prążkowie grzbietowe reaguje na spożycie czekolady u szczupłych ludzi i jest wrażliwe na jej dewaluację poprzez karmienie poza sytością (Small et al., 2001).

Otyli ludzie wykazują mniejszą prążkowatą dostępność receptora D2 niż szczupli ludzie (Wang i wsp., 2001; Volkow i wsp., 2008) i otyłe szczury mają niższe podstawowe poziomy DA i zmniejszoną dostępność receptora D2 niż szczupłe szczury (Orosco i in., 1996; Fetissov i in., 2002). Ludzie otyli i szczupli wykazują mniejszą aktywację docelowych regionów prążkowia DA (jądra ogoniastego, skorupy) w odpowiedzi na smaczne przyjmowanie pokarmu (Stice i in., 2008b, a), ale wykazują większą aktywację prążkowia w odpowiedzi na zdjęcia żywności (Rothemund i in., 2007; Stoeckel i in., 2008; Stice i in., 2010), sugerując rozdźwięk między konsumpcyjną nagrodą za żywność a zachętą do bodźców żywnościowych. Krytycznie, ludzie, którzy wykazywali słabszą aktywację prążkowia w odpowiedzi na przyjmowanie pokarmu, którzy mieli allel TaqIA A1, co jest związane z niższą dostępnością receptora prążkowia D2 (Noble i in., 1991; Ritchie & Noble, 2003; Tupala i in., 2003) i zmniejszony metabolizm spoczynkowy (Szlachetny, 1997), wykazał podwyższony przyrost masy ciała w przyszłości (Stice i in., 2008a). Podsumowując, odkrycia te są zgodne z teorią, że osoby o niższej zdolności sygnalizacyjnej w obwodach nagród przejadają się, aby zrekompensować ten deficyt nagrody (Blum, 1996; Wang, 2002).

Istnieją jednak dowody na to, że spożywanie smacznego pokarmu prowadzi do obniżenia poziomu sygnalizacji DA. Regularne spożywanie pokarmów wysokotłuszczowych i wysokosłodzonych, które powodują przyrost masy ciała, prowadzi do obniżenia poziomu postsynaptycznych receptorów D2, zmniejszenia czułości D2 i zmniejszenia wrażliwości na nagrody u gryzoni (Colantuoni i wsp., 2001; Bello i in., 2002; Kelley i in., 2003; Johnson i Kenny, 2010). Ponieważ dane te sugerują, że przejadanie się może przyczynić się do dalszego osłabienia odpowiedzi prążkowia na pokarm, przeprowadziliśmy prospektywne badanie czynnościowe rezonansu magnetycznego (fMRI), w celu bezpośredniego sprawdzenia, czy przejadanie się jest związane ze zmniejszoną aktywacją prążkowia w odpowiedzi na smaczne jedzenie w ludzie.

Materiały i Metody

Uczestnicy

Uczestnikami były młode kobiety z nadwagą i otyłością 26 (wiek M = 21.0, SD = 1.11; M BMI = 27.8; SD = 2.45). Próba składała się z 7% mieszkańców Azji / Pacyfiku, 2% Afroamerykanów, 77% Europejczyków, 5% rdzennych Amerykanów i 9% mieszanego dziedzictwa rasowego. Uczestnicy udzielili pisemnej zgody. Lokalny panel ds. Oceny etycznej zatwierdził to badanie. Wykluczono osoby, które zgłaszały obżarstwo lub zachowania kompensacyjne w poprzednich miesiącach 3, bieżące stosowanie leków psychotropowych lub nielegalnych narkotyków, uraz głowy z utratą przytomności lub obecne zaburzenia psychiczne Osi I. Dane zbierano na początku badania i po miesiącu 6.

Środki

Masa ciała

Wskaźnik masy ciała (BMI = kg / m2) został użyty do odzwierciedlenia otłuszczenia (Dietz i Robinson, 1998). Po usunięciu butów i płaszczy mierzono wysokość z dokładnością do milimetra przy użyciu stadiometru, a masę oceniano do najbliższego 0.1 kg przy użyciu skali cyfrowej. Uzyskano i uśredniono dwa pomiary każdego z nich. Uczestnicy zostali poproszeni o powstrzymanie się od jedzenia dla 3 godzin przed zakończeniem antropomorficznych pomiarów dla celów standaryzacji. BMI koreluje z bezpośrednimi pomiarami całkowitej tkanki tłuszczowej, takimi jak absorpcjometria rentgenowska o podwójnej energii (r = .80 do .90) oraz ze środkami zdrowotnymi, takimi jak ciśnienie krwi, niekorzystne profile lipoprotein, zmiany miażdżycowe, poziomy insuliny w surowicy i cukrzyca (Dietz i Robinson, 1998).

paradygmat fMRI

Uczestnicy zostali poproszeni o spożywanie regularnych posiłków, ale o powstrzymanie się od jedzenia lub picia (w tym napojów zawierających kofeinę) w godzinach 4-6 poprzedzających sesję obrazowania w celu standaryzacji. Wybraliśmy ten okres deprywacji, aby uchwycić stan głodu, który odczuwa większość osób, gdy zbliżają się do następnego posiłku, co jest czasem, w którym indywidualne różnice w nagrodach za żywność logicznie wpływają na spożycie kalorii. Uczestnicy uzupełnili paradygmat między 11: 00 i 13: 00 lub 16: 00 i 18: 00. Chociaż próbowaliśmy przeprowadzać skanowanie bazowe i kontrolne o tej samej porze dnia, ze względu na ograniczenia planowania tylko 62% uczestników przeprowadził drugie skanowanie w ciągu 3 godzin po zakończeniu skanowania podstawowego (różnica M w czasie skanowania = 3.0 godz., Zakres = .5 do 6.0 godz.). Uczestnicy zostali zapoznani z paradygmatem fMRI poprzez praktykę na oddzielnym komputerze przed skanowaniem.

Paradygmat milkshake został zaprojektowany w celu zbadania aktywacji w odpowiedzi na konsumpcję i przewidywane spożycie smacznego jedzenia (Rys. 1), chociaż niniejszy raport skupił się wyłącznie na tym pierwszym. Bodźce przedstawiono w 5 oddzielnych przebiegach skanowania. Bodźce składały się z 2 obrazów (szklanka koktajlu mlecznego i szklanka wody), które sygnalizowały dostarczenie 0.5 ml koktajlu czekoladowego lub bezsmakowego roztworu. Kolejność prezentacji była losowa wśród uczestników. Czekoladowy koktajl mleczny składał się z 4 gałek lodów waniliowych Häagen-Daz, 1.5 szklanki 2% mleka i 2 łyżek syropu czekoladowego Hershey's. Bezkaloryczny bezsmakowy roztwór, który został zaprojektowany tak, aby naśladować naturalny smak śliny, składał się z 25 mM KCl i 2.5 mM NaHCO3. Użyliśmy sztucznej śliny, ponieważ woda ma smak, który aktywuje korę smakową (Zald i Pardo, 2000). Obrazy były prezentowane przez 2 sekundy przy użyciu MATLAB-a. Dostarczanie smaku następowało 7-10 sekund po pojawieniu się wskazówki i trwało 5 sekund. Każde interesujące wydarzenie trwało 5 sekund. Każdy bieg składał się z 20 imprez spożycia koktajli mlecznych i 20 imprez spożycia bezsmakowych roztworów. Płyny dostarczano za pomocą programowalnych pomp strzykawkowych (Braintree Scientific BS-8000) sterowanych przez MATLAB w celu zapewnienia stałej objętości, szybkości i czasu dostarczania smaku. Sześćdziesiąt ml strzykawki wypełnione czekoladowym koktajlem mlecznym i bezsmakowym roztworem połączono rurkami Tygon przez falowód z kolektorem przymocowanym do cewki głowicy w skanerze MRI. Kolektor pasował do ust uczestników i dostarczał smak do spójnej części języka (Rys. 2). Ta procedura została z powodzeniem zastosowana w przeszłości do dostarczania cieczy do skanera i została szczegółowo opisana w innym miejscu (Stice i in., 2008b). Uczestnicy zostali poinstruowani, aby połykać, kiedy zobaczyli sygnał „połknięcia”. Obrazy były prezentowane za pomocą cyfrowego projektora / systemu wyświetlania z odwróconym ekranem na ekranie na tylnym końcu otworu skanera MRI i były widoczne przez lustro zamontowane na cewce głowicy.

Rys. 1    

Przykład czasu i kolejności prezentacji zdjęć i napojów podczas biegu.
Rys. 2    

Różnorodność smakowa jest zakotwiczona do stołu. Nowe rurki i strzykawki są używane dla każdego pacjenta, a ustnik jest czyszczony i sterylizowany pomiędzy zastosowaniami.

Obrazowanie i analiza statystyczna

Skanowanie przeprowadzono za pomocą skanera MRI firmy Siemens Allegra 3 Tesla. Do pozyskania danych z całego mózgu użyto standardowej cewki klatki dla ptaków. Zastosowano termo piankową poduszkę próżniową i dodatkową wyściółkę w celu ograniczenia ruchu głowy. W sumie skany 152 zostały zebrane podczas każdego z funkcjonalnych przebiegów. Skany funkcjonalne wykorzystywały sekwencję ważonego gradientu płaskiego echa T2 * (EPI) (TE = 30 ms, TR = 2000 ms, kąt odchylenia = 80 °) z rozdzielczością w płaszczyźnie 3.0 × 3.0 mm2 (64 × 64 matrix; 192 × 192 mm2 pole widzenia). Aby pokryć cały mózg, plasterki 32 4mm (akwizycja z przeplotem, bez przeskoku) zostały zebrane wzdłuż poprzecznej, ukośnej płaszczyzny AC-PC, jak określono w przekroju środkowym. Skany strukturalne zbierano z wykorzystaniem sekwencji ważonej inwersji z odzyskiem T1 (MP-RAGE) w tej samej orientacji, co sekwencje funkcjonalne, aby zapewnić szczegółowe obrazy anatomiczne dostosowane do skanów funkcjonalnych. Strukturalne sekwencje MRI o wysokiej rozdzielczości (FOV = 256 × 256 mm2, Uzyskano macierz 256 × 256, grubość = 1.0 mm, numer wycinka ≈ 160).

Dane były wstępnie przetwarzane i analizowane przy użyciu SPM5 (Wellcome Department of Imaging Neuroscience, London, UK) w MATLAB (Mathworks, Inc., Sherborn, MA) (Worsley i Friston, 1995). Obrazy zostały skorygowane czasowo do wycinka uzyskanego w 50% TR. Obrazy funkcjonalne zostały dostosowane do średniej. Anatomiczne i funkcjonalne obrazy znormalizowano do standardowego mózgu matrycy MNI zaimplementowanego w SPM5 (ICBM152, w oparciu o średnią z normalnych skanów MRI 152). Normalizacja spowodowała, że ​​rozmiar woksela 3 mm3 dla obrazów funkcjonalnych i rozmiaru wokseli 1 mm3 dla obrazów strukturalnych. Obrazy funkcjonalne wygładzono izotropowym jądrem Gaussa 6 mm FWHM.

Aby zidentyfikować obszary mózgu aktywowane przez spożywanie smacznych potraw, porównaliśmy reakcję BOLD podczas otrzymywania koktajlu mlecznego w porównaniu z otrzymywaniem roztworu bez smaku. Uznaliśmy, że pojawienie się smaku w ustach jest satysfakcjonującą nagrodą, a nie kiedy smak został połknięty, ale przyznajemy, że skutki po spożyciu przyczyniają się do wartości nagrody żywności (O'Doherty i wsp., 2002). Specyficzne dla warunków efekty dla każdego woksela oszacowano za pomocą ogólnych modeli liniowych. Wektory początków dla każdego zdarzenia będącego przedmiotem zainteresowania zostały skompilowane i wprowadzone do macierzy projektu, tak że odpowiedzi związane z zdarzeniami można modelować za pomocą kanonicznej funkcji odpowiedzi hemodynamicznej (HRF), jak zaimplementowano w SPM5, składającej się z mieszaniny funkcji gamma 2, które emuluj wczesny szczyt w sekundach 5 i kolejne niedociągnięcia. Aby wyjaśnić wariancję indukowaną przez połknięcie roztworów, uwzględniliśmy czas wskazania połykania (pacjenci zostali przeszkoleni do połknięcia w tym czasie) jako zmienną kontrolną. Uwzględniliśmy również pochodne czasowe funkcji hemodynamicznej w celu uzyskania lepszego modelu danych (Henson i in., 2002). Drugi filtr górnoprzepustowy 128 (według konwencji SPM5) został użyty do usunięcia szumów o niskiej częstotliwości i powolnych dryfów w sygnale.

Skonstruowano indywidualne mapy, aby porównać aktywacje w obrębie każdego uczestnika w celu otrzymania kontrastowego koktajlu mlecznego - bez smaku. Następnie przeprowadzono porównania między grupami, stosując modele efektów losowych, aby uwzględnić zmienność między uczestnikami. Szacunki paradygmatu wprowadzono do ANOVA efektów losowych 2 × 2 drugiego poziomu (odbiór koktajlu mlecznego - odbiór bez smaku) według (grupa przyrostu masy ciała a grupa stabilna wagowo lub grupa przyrostu masy vs grupa utraty masy lub grupa stabilna masy ciała a grupa utraty masy ). Znaczenie aktywacji BOLD określono, biorąc pod uwagę zarówno maksymalną intensywność odpowiedzi, jak i zakres odpowiedzi. Przeprowadziliśmy poszukiwania regionów zainteresowania za pomocą pików w prążkowiu zidentyfikowanym wcześniej (Stice i in., 2008a) jako centroidy, aby zdefiniować kule o średnicy 10-mm. Znaczenie tych ROI a priori oceniono na statystycznym progu P <0.005 nieskorygowany i zasięg klastra ≥ 3 woksele. Aby skorygować fakt, że przeprowadziliśmy wielokrotne porównania, podajemy skorygowane wartości p (p <05) ze współczynnikiem fałszywego wykrywania (FDR).

Walidacja

Dowody sugerują, że ten paradygmat fMRI jest ważną miarą indywidualnych różnic w przewidywalnej i konsumacyjnej nagrodzie żywności (Stice i in., 2008b). Uczestnicy ocenili koktajl mleczny jako znacząco (r = .68) przyjemniejszy niż bez smaku rozwiązanie na wizualną skalę analogową. Oceny przyjemności koktajlu mlecznego korelowały z aktywacją zakrętu przyhipokampowego w odpowiedzi na odbiór koktajlu mlecznego (r = .72), region wrażliwy na dewaluację żywności (Small et al., 2001). Aktywacja w regionach reprezentujących konsumpcyjną nagrodę pokarmową w odpowiedzi na otrzymanie koktajlu mlecznego w tym paradygmacie fMRI jest skorelowana (r = .84 na .91) z samooceną postrzeganej przyjemności dla różnych produktów spożywczych, jak oceniono za pomocą dostosowanej wersji Inwentarza Pragnień Żywności (White i in., 2002). Aktywacja w odpowiedzi na konsumującą nagrodę pokarmową w tym paradygmacie fMRI koreluje (r = .82 na .95) z tym, jak ciężko pracują uczestnicy przy jedzeniu i ile pokarmu pracują w operacyjnym zadaniu behawioralnym, które ocenia indywidualne różnice we wzmacnianiu żywności (Saelens & Epstein, 1996). Wstępne badanie z wykorzystaniem tego samego paradygmatu z kobietami z college'u (N = 20) wykazało, że kobiety, które oczekują, że jedzenie będzie satysfakcjonujące, zgodnie z oceną Inwentarza oczekiwanego odżywiania, wykazują większą aktywację w VMPFC, zakręcie zakrętu obręczy, czołowym naczyniu krwionośnym, ciele migdałowatym i obrzęku przyusznym zakręt (η2 = .21 na .42) w odpowiedzi na odbiór koktajli mlecznych niż kobiety, które oczekują, że jedzenie będzie mniej satysfakcjonujące.

wyniki

Zbadaliśmy, czy osoby, które wykazywały> 2.5% wzrost BMI w ciągu 6-miesięcznej obserwacji (N = 8, M% zmiana BMI = 4.41, zakres = 2.6 do 8.2), wykazywały zmniejszenie aktywacji ogoniastej w odpowiedzi na spożycie koktajli mlecznych tym, którzy wykazali <2% zmianę BMI (N = 12, M% zmiana BMI = 05, zakres = -0.64 do 1.7), aby zapewnić bezpośredni test apriorycznie hipoteza, że ​​przyrost masy ciała byłby związany ze zmniejszeniem odpowiedzi prążkowia na smaczny pokarm w porównaniu z uczestnikami o stabilnej masie ciała. Analizy eksploracyjne sprawdzały również, czy uczestnicy, którzy wykazali> 2.5% spadek BMI (N = 6, M% zmiana BMI = -4.7, zakres: -3.1 do -6.8), wykazywali różnicę w odpowiedzi prążkowia na smaczny pokarm niż uczestnicy, którzy utrzymali wagę stabilna lub przybrana waga. Jeśli chodzi o surową zmianę masy ciała, przełożyło się to na średnią zmianę masy ciała o 6.4 funta w grupie przybierania na wadze, średnią zmianę o 0.5 funta w grupie o stabilnej masie i średnią zmianę masy o -6.8 funta w grupie z utratą wagi. . Chociaż grupy nie różniły się BMI na początku badania, kontrolowaliśmy tę zmienną. Ponieważ istniały pewne różnice w porze dnia, w których przeprowadzono skany wyjściowe i kontrolne u badanych, co mogło mieć wpływ na wyniki, sprawdziliśmy również różnicę w czasie obu skanów (w godzinach). Szacunki parametrów z koktajlu mlecznego - kontrasty bez smaku wprowadzono do drugiego poziomu ANOVA efektów losowych 2 × 2 × 2 (np. Przyrost masy ciała - stabilna waga) przez (przyjęcie koktajlu mlecznego - przyjęcie bez smaku) do (6-miesięczna kontrola - poziom wyjściowy) .

Zgodnie z hipotezą grupa przyrostu masy ciała wykazywała znacznie mniejszą aktywację prawego ogoniastego w odpowiedzi na spożycie mlecznego koktajlu (12, -6, 24, Z = 3.44, skorygowane FDR p = .03, r = -.35; 9, 0, 15, Z = 2.96, skorygowane FDR p = .03, r = -.26) w 6-miesiącu obserwacji w porównaniu do linii bazowej w stosunku do zmian obserwowanych u uczestników stabilnych wagi (Rys. 3). Grupa odchudzająca nie wykazała znaczących zmian w aktywacji jądra ogoniastego w odpowiedzi na spożycie koktajlu mlecznego w porównaniu z grupą z przyrostem masy ciała lub grupą stabilną wagowo (Rys. 3). Aby zilustrować związek między ciągłym pomiarem stopnia przyrostu masy ciała a wielkością zmniejszenia reakcji prążkowia na smaczne jedzenie, cofnęliśmy zmianę BMI w stosunku do zmiany aktywacji prawej ogoniastej (12, -6, 24) dla wszystkich uczestników SPSS , kontrolowanie linii bazowej BMI i różnicy czasu skanowania (Rys. 4). Aby ustalić, czy zmiana prawej ogoniastej części ciała u osób, które przybrały na wadze w porównaniu z tymi, które utrzymały wagę, była znacznie większa niż w obszarze lustrzanym lewego jądra ogoniastego, porównaliśmy aktywację w prawej i lewej części jądra ogoniastego za pomocą analizy ROI. Przeprowadziliśmy ANOVA testującą interakcję między półkulą, czasem i grupą pod kątem kontrastu między aktywacją w odpowiedzi na otrzymanie koktajlu mlecznego a rozwiązaniem bez smaku. Nie było znaczącej interakcji (F (1, 18) = 0.91, p = 0.35). Tak więc, chociaż nasze analizy ujawniły znaczący czas przez interakcję grupową w prawym jądrze ogoniastym, ale nie przez lewy ogoniasty, nie możemy stwierdzić, że zaobserwowany efekt został znacznie zliberalizowany.

Rys. 3    

Przekrój czołowy wykazujący mniejszą aktywację prawego ogoniastego (12, -6, 24, Z = 3.44, pFDR = 03, p <05) w grupie przyrostu masy ciała (N = 8; ≥2% przyrost BMI) w porównaniu z masą ciała grupa stabilna (N = 12; ≤2% zmiana BMI) podczas przyjmowania koktajlu mlecznego ...
Rys. 4    

Wykres punktowy pokazujący zmianę w aktywacji prawej strony ogoniastej podczas odbioru mlecznego - bez smaku odbioru w 6-miesiącu obserwacji w porównaniu do linii bazowej jako funkcja zmiany% BMI.

Dyskusja

Wyniki wskazują, że przyrost masy ciała był związany ze zmniejszeniem aktywacji prążkowia w odpowiedzi na smaczne przyjmowanie pokarmu w porównaniu z odpowiedzią wyjściową, co stanowi nowy wkład do literatury, ponieważ jest to pierwsze prospektywne badanie fMRI mające na celu zbadanie zmiany odpowiedzi prążkowia na spożycie pokarmu jako funkcja zmiany wagi. Odkrycia te poszerzają wyniki eksperymentów, które wskazują, że diety wysokotłuszczowe i wysokosłodzone powodują zmniejszenie zdolności sygnałowej obwodów nagrody opartych na DA i wrażliwości na nagrody u gryzoni (Colantuoni i wsp., 2001; Bello i in., 2002; Kelley i in., 2003; Johnson i Kenny, 2010). Odkrycia te są również zbieżne z dowodami, że indukowana leczeniem utrata masy ciała powoduje zwiększenie dostępności receptora D2 u ludzi (Steele i wsp., 2010) i regulacja w górę genów, które rządzą zdolnością sygnalizacji DA u myszy (Yamamoto, 2006). Łącznie dane te sugerują, że przejadanie się przyczynia się do zmniejszenia odpowiedzi prążkowia na smaczne potrawy.

Powyższe ustalenia w połączeniu z dowodami, że niska wrażliwość prążkowia na smaczne potrawy zwiększa ryzyko przyszłego przyrostu masy ciała w połączeniu z genotypami związanymi ze zmniejszoną zdolnością sygnalizacji obwodów nagrody opartych na DA (Stice i in., 2008a) oznacza, że ​​może istnieć feed-forward proces podatności, w którym niska początkowa reakcja prążkowia na pokarm może zwiększać ryzyko przejadania się, co przyczynia się do obniżenia receptora D2 i osłabienia reakcji prążkowia na pokarm, zwiększając w ten sposób ryzyko przyszłego przejadania się i wynikającego z niego przyrostu masy ciała. Gdyby ten niezależny model relacji odpowiedzi prążkowia na jedzenie i przejadania się replikował w niezależnych badaniach, sugerowałby, że przyszłe badania powinny oceniać interwencje behawioralne i farmakologiczne, które zwiększają receptory D2 i zdolność sygnalizacji w obwodach nagrody opartych na DA jako środek zapobieganie lub leczenie otyłości. Ten działający model sugerowałby również, że programy profilaktyczne i polityka zdrowotna powinny dążyć do ograniczenia spożycia wysokotłuszczowej / cukrowej żywności podczas rozwoju, aby uniknąć dalszego osłabienia reakcji prążkowia na żywność i zmniejszyć ryzyko przyszłego przyrostu masy ciała w słabszych populacjach.

Należy jednak pamiętać, że obecne badanie i poprzednie badanie, które przewidywały przyrost masy ciała (Stice i in., 2008a) dotyczyło uczestników, którzy mieli już nadwagę według oceny wyjściowej. Zatem możliwe jest, że przejadanie się już przyczyniło się do stępionej reakcji prążkowia na jedzenie. Przydatne byłoby zbadanie wrażliwości regionów nagrody na przyjmowanie pokarmu przez szczupłe osoby o wysokim i niskim ryzyku przyszłego przyrostu masy ciała, aby lepiej scharakteryzować wszelkie nieprawidłowości, które występują przed niezdrowym przyrostem masy ciała. Ważne jest również, aby zauważyć, że hipo-wrażliwość obwodów nagrody na spożycie pokarmu jest tylko jedną z wielu procesów etiologicznych, które prawdopodobnie zwiększają ryzyko otyłości, a ponadto otyłość jest stanem heterogenicznym, który może mieć jakościowo odmienne szlaki etiologiczne (Davis i wsp., 2009).

Ważne jest, aby wziąć pod uwagę ograniczenia tego badania. Po pierwsze, nie oceniliśmy bezpośrednio funkcjonowania DA, więc możemy jedynie spekulować, że zmiany w sygnalizacji DA przyczyniają się do obserwowanej zmiany w reakcji prążkowia. Jednak, Hakyemez i in. (2008) potwierdzili, że istnieje pozytywny związek między uwalnianiem DA przez doustne d-amfetaminę w prążkowiu brzusznym ocenianym za pomocą pozytronowej tomografii emisyjnej (PET) i aktywacji BOLD ocenianej za pomocą fMRI w tym samym regionie podczas przewidywania (przygotowanie silnika do uzyskania) nagrody pieniężnej (r = .51), równoległe wyniki z innego badania PET / fMRI (Schott i wsp., 2008). Po drugie, nie przeprowadziliśmy pomiarów masy ciała o tej samej porze dnia dla uczestników na podstawie oceny początkowej i oceny miesiąca 6, co mogło wprowadzić błąd w naszym modelowaniu zmiany wagi. Jednak znormalizowaliśmy czas od ostatniego posiłku, prosząc uczestników o powstrzymanie się od przyjmowania wszelkiego rodzaju pożywienia lub napojów (innych niż woda) w godzinach 3 przed zważeniem. Stwierdziliśmy również, że BMI wykazało wysoką wiarygodność testu 1 w ciągu miesiąca (r = .99) w poprzednim badaniu, które podobnie nie przeprowadzało pomiarów masy ciała o tej samej porze dnia na linii bazowej i ocenie kontrolnej (Stice, Shaw, Burton i Wade, 2006). Po trzecie, nie mogliśmy potwierdzić, że uczestnicy faktycznie powstrzymywali się od spożywania 4-6 godzin przed skanami fMRI, co mogło wprowadzić niepotrzebną wariancję.

Podsumowując, obecne wyniki uzyskane w połączeniu z wcześniejszymi odkryciami sugerują, że niska reakcja obwodów nagrody opartych na DA na przyjmowanie pokarmu może zwiększyć ryzyko przejadania się, a ponadto, że to przejadanie powoduje dodatkowe osłabienie reakcji obwodów nagrody, zwiększając tym samym ryzyko dla Przyszły przyrost masy ciała w przyszłości. Ten działający model może wyjaśniać, dlaczego otyłość zazwyczaj wykazuje przewlekły przebieg i jest oporna na leczenie.

Podziękowanie

Badanie to było wspierane przez granty NIH: R1MH64560A DK080760

Referencje

  1. Bello NT, Lucas LR, Hajnal A. Powtórny dostęp do sacharozy wpływa na gęstość receptorów D2 dopaminy w prążkowiu. Neuroreport. 2002; 13: 1575-1578. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
  2. Blum K, Sheridan PJ, Wood RC, Braverman ER, Chen TJ, Cull JG, Comings DE. Gen receptora dopaminy D2 jako czynnik determinujący zespół niedoboru nagrody. JR Soc Med. 1996; 89: 396 – 400. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
  3. Colantuoni C, Schwenker J, McCarthy J, Rada P, Ladenheim B, Cadet JL, Schwartz GJ, Moran TH, Hoebel BG. Nadmierne spożycie cukru zmienia wiązanie z dopaminą i receptorami opioidowymi mu w mózgu. Neuroreport. 2001; 12: 3549 – 3552. [PubMed]
  4. Davis i in. Dopamina dla „pragnienia” i opioidów dla „lubienia”: Porównanie otyłych dorosłych z i bez obżarstwa. Otyłość. 2009; 17: 1220 – 1225. [PubMed]
  5. Dietz WH, Robinson TN. Wykorzystanie wskaźnika masy ciała (BMI) jako miary nadwagi u dzieci i młodzieży. J Pediatr. 1998; 132: 191 – 193. [PubMed]
  6. Fetissov SO, Meguid MM, Sato T, Zhang LH. Ekspresja receptorów dopaminergicznych w podwzgórzu szczupłych i otyłych szczurów Zucker i spożycie pokarmu. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2002; 283: R905 – 910. [PubMed]
  7. Hakyemez HS, Dagher A, Smith SD, Zald DH. Transmisja dopaminy prążkowia u zdrowych ludzi podczas zadania biernej nagrody pieniężnej. Neuroimage. 2008; 39: 2058 – 2065. [PubMed]
  8. Henson RN, Price CJ, Rugg MD, Turner R, Friston KJ. Wykrywanie różnic opóźnień w odpowiedziach BOLD związanych z zdarzeniami: zastosowanie do słów w porównaniu do słów i początkowe i wielokrotne prezentacje twarzy. Neuroimage. 2002; 15: 83 – 97. [PubMed]
  9. Johnson PM, Kenny PJ. Receptory dopaminy D2 w dysfunkcji nagradzania podobnej do uzależnienia i kompulsywnym jedzeniu u otyłych szczurów. Natura Neuroscience. 2010; 13: 635 – 641. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
  10. Kelley AE, Will MJ, Steininger TL, Zhang M, Haber SN. Ograniczone codzienne spożywanie wysoce smacznego pokarmu (czekolada zapewniająca (R)) zmienia ekspresję genu prążkowia enkefaliny. Eur J Neurosci. 2003; 18: 2592-2598. [PubMed]
  11. Noble EP, Blum K, Ritchie T, Montgomery A, Sheridan PJ. Powiązanie alleliczne genu receptora dopaminy D2 z właściwościami wiązania receptora w alkoholizmie. Arch Gen Psychiatry. 1991; 48: 648 – 654. [PubMed]
  12. Noble EP, Gottschalk LA, Fallon JH, Ritchie TL, Wu JC. D2 polimorfizm receptora dopaminy i regionalny metabolizm glukozy w mózgu. Jestem J Med Genet. 1997; 74: 162 – 166. [PubMed]
  13. O'Doherty JP, Deichmann R, Critchley HD, Dolan RJ. Reakcje neuronalne podczas oczekiwania na nagrodę za podstawowy smak. Neuron. 2002; 33: 815 – 826. [PubMed]
  14. Orosco M, Rouch C, Nicolaïdis S. Rostromedial monoamina podwzgórzowa zmienia się w odpowiedzi na dożylne wlewy insuliny i glukozy w swobodnym karmieniu otyłych szczurów Zucker: badanie mikrodializy. Apetyt. 1996; 26: 1 – 20. [PubMed]
  15. Ritchie T, Noble EP. Powiązanie siedmiu polimorfizmów genu receptora dopaminy D2 z właściwościami wiązania receptora mózgu. Neurochem Res. 2003; 28: 73 – 82. [PubMed]
  16. Rothemund Y, Preuschhof C, Bohner G, Bauknecht HC, Klingebiel R, Flor H, Klapp BF. Różnicowa aktywacja prążkowia grzbietowego przez wysokokaloryczne bodźce wzrokowe u osób otyłych. Neuroimage. 2007; 37: 410 – 421. [PubMed]
  17. Saelens BE, Epstein LH. Wzmacnianie wartości żywności u otyłych i nieotyłych kobiet. Apetyt. 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. Aktywności obrazowania funkcjonalnego rezonansu magnetycznego mezolimbicznego podczas przewidywania nagrody korelują z zależnymi od nagrody uwalnianie dopaminy z brzusznej prążkowia. Journal of Neuroscience. 2008; 28: 14311 – 14319. [PubMed]
  19. Małe DM, Jones-Gotman M, Dagher A. Wywołane żywieniem uwalnianie dopaminy w prążkowiu grzbietowym koreluje z ocenami przyjemności posiłku u zdrowych ochotników. Neuroimage. 2003; 19: 1709 – 1715. [PubMed]
  20. Małe DM, Zatorre RJ, Dagher A, Evans AC, Jones-Gotman M. Zmiany aktywności mózgu związane z jedzeniem czekolady: od przyjemności do niechęci. Mózg. 2001; 124: 1720 – 1733. [PubMed]
  21. Steele KE, Prokopowicz GP, Schweitzer MA, Magunsuon TH, Lidor AO, Kuwabawa H, Kumar A, Brasic J, Wong DF. Zmiany centralnych receptorów dopaminy przed i po operacji pomostowania żołądka. Obes Surg. 2010; 20: 369 – 374. [PubMed]
  22. Stice E, Shaw E, Burton E, Wade E. Dissonance i programy zapobiegania zaburzeniom zdrowego odżywiania: randomizowane badanie skuteczności. Journal of Abnormal Psychology. 2006; 74: 263 – 275. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
  23. Stice E, Spoor S, Bohon C, Small DM. Związek między otyłością a osłabioną odpowiedzią prążkowia na pokarm jest moderowany przez allel TaqIA A1. Nauka. 2008a; 322: 449 – 452. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
  24. Stice E, Spoor S, Bohon C, Veldhuizen MG, Small DM. Relacja nagrody od spożycia pokarmu i przewidywanego spożycia pokarmu do otyłości: funkcjonalne badanie obrazowania metodą rezonansu magnetycznego. J Abnorm Psychol. 2008b; 117: 924 – 935. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
  25. Stice E, Yokum S, Bohon C, Marti N, Smolen S. Reakcja obwodów nagród na żywność przewiduje przyszły wzrost masy ciała: moderowanie efektów DRD2 i DRD4. Neuroimage. 2010; 50: 1618 – 1625. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
  26. Stoeckel LE, Weller RE, Cook EW, 3rd, Twieg DB, Knowlton RC, Cox JE. Powszechna aktywacja systemu nagród u otyłych kobiet w odpowiedzi na zdjęcia wysokokalorycznych pokarmów. Neuroimage. 2008; 41: 636 – 647. [PubMed]
  27. Szczypka MS, Kwok K, Brot MD, Marck BT, Matsumoto AM, Donahue BA, Palmiter RD. Wytwarzanie dopaminy w skorupie ogoniastej przywraca karmienie u myszy z niedoborem dopaminy. Neuron. 2001; 30: 819 – 828. [PubMed]
  28. Tupala E, Hall H, Bergström K, Mantere T, Räsänen P, Särkioja T, Tiihonen J. Receptory dopaminy D2 i transportery alkoholików typu 1 i 2 mierzone autoradiografią całej ludzkiej półkuli. Hum Mapowanie mózgu. 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. Niskie receptory prążkowia dopaminy D2 są związane z metabolizmem przedczołowym u otyłych osób: możliwe czynniki przyczyniające się . Neuroimage. 2008; 42: 1537 – 1543. [Artykuł bezpłatny PMC] [PubMed]
  30. Wang GJ, Volkow ND, Fowler JS. Rola dopaminy w motywacji do żywności u ludzi: implikacje dla otyłości. Expert 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. Dopamina mózgowa i otyłość. Lancet. 2001; 357: 354 – 357. [PubMed]
  32. White MA, Whisenhunt BL, Williamson DA, Greenway FL, Netemeyer RG. Opracowanie i walidacja inwentarza pożądania żywności. Obes Res. 2002; 10: 107 – 114. [PubMed]
  33. Worsley KJ, Friston KJ. Ponowna analiza serii czasowych fMRI. Neuroobraz. 1995; 2: 173-181. [list; komentarz] [PubMed]
  34. Yamamoto T. Neuralne substraty do przetwarzania poznawczych i afektywnych aspektów smaku w mózgu. Arch Histol Cytol. 2006; 69: 243 – 255. [PubMed]
  35. Zald DH, Pardo JV. Aktywacja korowa indukowana przez stymulację wewnątrzustną wodą u ludzi. Chem Senses. 2000; 25: 267 – 275. [PubMed]