Physiol Behav. Rękopis autora; dostępny w PMC 2014 Apr 10.
Physiol Behav. 2013 Apr 10; 0: 21 – 31.
Opublikowano online 2013 Mar 13. doi: 10.1016 / j.physbeh.2013.03.005
PMCID: PMC3648600
NIHMSID: NIHMS455916
Abstrakcyjny
Zaburzenia odżywiania się charakteryzują się dyskretnymi epizodami szybkiego i nadmiernego spożywania pokarmu. U szczurów dający sporadyczny dostęp do słodkiego tłuszczu naśladuje ten aspekt obżarstwa. Modele te zazwyczaj wykorzystują pokarm stały; jednak całkowita ilość spożywanego pokarmu zależy od motywacji, smakowitości i sytości, które trudno oddzielić od pokarmu stałego. W przeciwieństwie do tego, analiza mikrostruktury lizania może być użyta do oddzielenia tych parametrów, gdy substancja spożywcza jest cieczą. Dlatego opracowaliśmy model binge przy użyciu ciekłej emulsji złożonej z oleju kukurydzianego, ciężkiej śmietany i cukru. Pokazujemy, że szczury, którym podawano sporadycznie dostęp do tej wysokotłuszczowej emulsji, rozwijają podobne do uporu zachowanie porównywalne z tym, które obserwowano wcześniej w przypadku stałego pokarmu o wysokiej zawartości tłuszczu. Jedną z cech tego zachowania była stopniowa eskalacja konsumpcji w tygodniach 2.5 przerywanego dostępu, która nie była widoczna u szczurów, którym podano mniej tłuszczu w tym samym schemacie dostępu. Analiza mikrostruktury Lick sugeruje, że ta eskalacja była spowodowana przynajmniej częściowo wzrostem zarówno motywacji do konsumpcji, jak i konsumpcji opartej na smakowitości.
1. Wstęp
Zaburzenia objadania się są powszechnymi i złożonymi chorobami psychicznymi [1, 2]. Poszukiwanie skutecznych metod leczenia zależy od lepszego zrozumienia podstawowych mechanizmów neuronalnych. W tym celu opracowano kilka zwierzęcych modeli objadania się. Chociaż różnią się znacznie pod względem szczegółów, wspólne dla wielu z nich jest przerywane przedstawienie bardzo smacznego tłustego i / lub słodkiego jedzenia [2-4]. W ciągu kilku tygodni dostępu szczury zużywają smaczne jedzenie w okresach dostępu stopniowo wzrastają [5-12], takie, że spożywanie kalorii w dni dostępu zbliża się do spożycia szczurów, którym zapewnia się stały dostęp do tego samego pokarmu o wysokiej zawartości kalorii [7, 8, 10, 13-15]. Ponadto, jeśli dostęp do wysokotłuszczowej żywności jest zapewniany co drugi dzień, szczury zmniejszają spożycie mniej kalorycznej żywności dostępnej w innym czasie [10, 11, 16]. Ten wzorzec jest podobny do cyklu objadania się abstynencji charakterystycznego dla zaburzeń objadania się i spełnia operacyjną definicję objadania się: spożycie większej ilości żywności niż w innym przypadku byłoby spożywane w podobnym okresie, w przypadku braku przerywanego harmonogramu dostępu [3, 4].
Chociaż modele gryzoni objadające się gryzoniami nie wychwytują złożonych problemów społecznych i psychologicznych, które przyczyniają się do zaburzeń odżywiania u ludzi, zapewniają środki do badania skutków sporadycznego objadania się w procesach mózgu regulujących konsumpcję. Szereg zmian neurochemicznych wiąże się z okresowym nadmiernym spożyciem przez dłuższy czas (tj. Kilka tygodni) [17, 18]. Na przykład, w jądrze półleżącym (NAc), objadanie się słodkim lub wysokotłuszczowym pokarmem powoduje zwiększone uwalnianie dopaminy [14, 19, 20], regulacja w górę transportera dopaminy [21], zmniejszyło wiązanie receptora dopaminy D2 [22] i zwiększona ekspresja receptorów dopaminy D1 [8]. Ponieważ dopamina dopaminy sprzyja poszukiwaniu pożywienia [23] wyniki te sugerują, że motywacja do poszukiwania pożywienia może być zmieniona u osób upartych. Ponadto, ekspresja receptorów opioidowych μ w NAc jest zwiększona u zwierząt upijanych. Jako behawioralna rola neurotransmisji opioidergicznej w NAc może być regulowanie smakowitości spożywanej żywności [24, 25] lub ograniczyć skutki sytości [26], zmiany w mechanizmach neuronalnych odpowiedzialnych za konsumpcję i sytość napędzaną smakowitością mogą również przyczynić się do regulacji konsumpcji podczas objadania się. Dlatego, aby uzyskać dalsze zrozumienie procesów behawioralnych i neuronalnych leżących u podstaw zjawiska objadania się, konieczne jest oddzielenie wkładu motywacji, smakowitości i sytości od nadmiernej konsumpcji.
Dostępnych jest kilka środków do przeprowadzenia tej dysocjacji. Na przykład, pozorne karmienie [27] i dożołądkowe ładowanie składników odżywczych [28, 29] może być używany do izolowania efektów sytości; testy reaktywności smaku mierzą smakowitość [30]; a zadania operanta, takie jak progresywne harmonogramy, zapewniają bezpośrednie środki motywacji [31-33]. Alternatywnie, czasowy wzorzec konsumpcji w okresach dostępu można zmierzyć szczegółowo, zapewniając wgląd we wszystkie trzy procesy w jednym prostym eksperymencie. W szczególności tempo spadku konsumpcji od początku posiłku, opóźnienie rozpoczęcia konsumpcji oraz początkowa szybkość konsumpcji służą jako względnie niezależne miary sytości, motywacji i smakowitości, odpowiednio [34-37]. Parametry te są najłatwiej mierzone dla płynnych środków spoŜywczych, poniewaŜ dostępne w handlu lamometry zapewniają niedrogie i skuteczne środki do uzyskania dokładnych znaczników czasu zachowania konsumpcyjnego. Ponadto metoda ta pozwala na analizę liczby i długości pęknięć, które są związane odpowiednio z motywacją i smakowitością [36-38]. Tak więc dostarczenie szczurom zjadliwym płynnego środka spożywczego w lickometrach umożliwiłoby eksperymentatorowi szybkie uzyskanie dowodów na zróżnicowany wpływ manipulacji obwodami nerwowymi (np. Mikrowstrzyknięcia mózgu) na określone aspekty konsumpcji obżarstwa.
Dlatego celem tego badania jest opracowanie przerywanego modelu dostępu do binge z użyciem gęstej cieczy kalorycznej. Chociaż poprzednie badania wykorzystywały roztwory sacharozy do ustalenia objadania się [7, 39, 40], długoterminowym celem naszych eksperymentów jest zbadanie udziału receptorów opioidowych μ w nadmiernym spożyciu, a receptory te mogą preferencyjnie regulować smak i spożycie tłuszczu [25]. Pokarmy wysokotłuszczowe, w tym tłuszcz piekarski, mieszanki tłuszczu piekarskiego i cukru oraz karma wzbogacona w tłuszcz, zostały wykorzystane do ustalenia objadania się [5, 10, 11, 13, 16, 41, 42]. Jednakże, chociaż poprzednie badania zapewniły sporadyczny dostęp do wysokotłuszczowej cieczy [35], według naszej wiedzy, model binge wykorzystujący słodką, wysokotłuszczową ciecz nie został szczegółowo scharakteryzowany. Tutaj pokazujemy taki model oparty na protokole opracowanym przez Corwina i współpracowników, w którym szczury mają dostęp przez trzy dni w tygodniu do mieszanek stałych tłuszczów i cukru [16]. Zmodyfikowaliśmy tę procedurę, stosując płynną emulsję ciężkiej śmietany, oleju kukurydzianego i cukru (COS), dostarczanych w rurkach do napełniania z lickometrem, zamiast stałej mieszanki tłuszcz / cukier. Zużycie Chow i COS, a także masę ciała, porównano z grupą kontrolną, której ciągły dostęp do COS lub brak dostępu do COS.
Przewidywaliśmy, że spożycie w grupie z przerywanym dostępem gwałtownie wzrośnie od pierwszego do następnego okresu dostępu, ponieważ szczury uczą się konsumować płyn i przezwyciężyć neofobię. Jednak przedłużający się przerywany dostęp do wysokotłuszczowego środka spożywczego powoduje stopniowe zwiększanie konsumpcji, która wyraźnie występuje po zakończeniu początkowego uczenia się [5, 6, 10-12]. Nie wiadomo, czy ta stopniowa eskalacja wynika ze zmian motywacji, smakowitości czy sytości. Aby przetestować hipotezę, że zwiększona konsumpcja jest przynajmniej częściowo spowodowana podwyższoną motywacją i smakowitością, porównaliśmy lizanie wzorców u szczurów, którym podano COS do grupy kontrolnej, którym podano mniej kaloryczny roztwór śmietany i cukru (CS) według tego samego schematu dostępu. Chociaż obie grupy wykazały wczesny szybki wzrost konsumpcji, grupa COS wykazała dalszy stopniowy wzrost w okresach sporadycznego dostępu 7, i ten stopniowy wzrost był przynajmniej częściowo wynikiem zwiększenia motywacji i smakowitości. Wyniki pokazują, że przyjmowanie dużych ilości kalorii w wyniku spożycia jest częściowo spowodowane podwyższoną motywacją i konsumpcją opartą na smakowitości, i że te wzrosty są wynikiem długotrwałego procesu, odmiennego od początkowego uczenia się i zmniejszenia neofobii.
2. Materiały i metody
Zwierzęta 2.1
Samce szczurów Long – Evans (n = 144) ważące 275 – 300 g otrzymano z Harlan i umieszczono w pomieszczeniu z cyklem 12 h on, 12 h off light. Doświadczenia przeprowadzono w fazie lekkiej. Zwierzęta były przyzwyczajone do codziennego obchodzenia się przez co najmniej jeden tydzień przed rozpoczęciem eksperymentów. W tym czasie codziennie mierzono spożycie karmy i masę ciała. Przed rozpoczęciem eksperymentu trzy grupy szczurów dobrano według średniej ilości spożywanej karmy i średniej masy ciała. Wszystkie procedury na zwierzętach były zgodne z Przewodnikiem Amerykańskich Narodowych Instytutów Zdrowia w zakresie opieki i używania zwierząt laboratoryjnych i zostały zatwierdzone przez Komitet ds. Opieki nad Zwierzętami i Użytkowania w Instytucie Medycyny Alberta Einsteina.
Zachowanie 2.2
2.2.1. Komory operacyjne
Wszystkie eksperymenty behawioralne przeprowadzono w standardowych komorach operacyjnych Med Associates (30 x 25 cm). Komory oświetlono jednym światłem białego domu 28 V i przez cały czas trwania eksperymentu szum biały (65 dB) był odtwarzany przez dedykowany głośnik. To, a także obudowa z melaminy otaczająca każde pudełko, zapewniały, że minimalny hałas z zewnątrz rozpraszał zwierzęta. Komory operacyjne były wyposażone w dwa likometry, jeden pusty i jeden wypełniony płynną emulsją krem-olej-sacharoza (COS). We wszystkich eksperymentach fotony w poprzek lickometrów wykorzystano do wykrycia czasów zagrywek z rozdzielczością czasową 1 msec.
2.2.2. Spożycie
Krem ciężki używany do COS i CS zawierał 5 g tłuszczu, 1 g węglowodanów i 1 g białka w 15 ml. Emulsję COS przygotowywano codziennie przez zmieszanie po 500 ml ciężkiej śmietany i oleju kukurydzianego z 80 g sacharozy i 1 g emulgatora stearoilomleczanu sodu (Niacet Corporation). Emulsja przygotowana za pomocą drucianej trzepaczki była stabilna przez> 24 godziny; po 24 godzinach można było zaobserwować wyraźne oddzielenie się fazy olejowej i wodnej. W oddzielnej grupie zwierząt zastosowano mniej tłusty i mniej kaloryczny roztwór kremu z sacharozą (CS); CS przygotowano przez zmieszanie 1 l śmietanki kremówki z 80 g sacharozy. Zawartość kalorii w COS wynosiła 5.99 kCal / ml; wartość CS wynosiła 3.65 Kcal / ml; a dla chow (PMI LabDiet 5001) było to 3.02 kCal / g.
2.2.3. Procedura dostępu przerywanego
Szczury podzielono na trzy grupy: grupa o dostępie przerywanym (binge) (ICOS; n = 46), ciągła grupa dostępu (CCOS; n = 36) i grupa kontrolna nie mająca dostępu do COS (NCOS; n = 38). (Liczba użytych szczurów jest duża, ponieważ szczury były następnie wykorzystywane do eksperymentów farmakologicznych w celu porównania wpływu leków na różne grupy; wyniki te nie zostały tutaj opisane.) Dla tygodni 5, ICOS i CCOS grupy miały dostęp do lickometru zawierającego COS w komorach operacyjnych trzy razy w tygodniu (poniedziałek, środa i piątek; MWF) dla 90 min. CCOS grupa też miała ad libitum dostęp do COS przez cały czas w ich klatkach domowych. Lick sygnatury czasowe i pobór COS były rejestrowane podczas sesji dostępu. Masa ciała, spożycie pokarmu i (dla CCOS grupa) Spożycie COS w klatce domowej rejestrowano codziennie od poniedziałku do piątku; dlatego pomiary 25 są zgłaszane dla eksperymentu tygodniowego 5 (Figi 2A, D, B, E; 3A, C). W poniedziałki te środki zostały podzielone przez trzy, aby normalizować na weekend. Porównania konsumpcji karmy w dniu poprzedzającym vs dzień po sesji dostępu (Figi 2C, F; 3B, D) zostały wykonane dwa razy w tygodniu (w sumie porównania 10 w tygodniach 5). NastępnieCOS szczury zostały zakupione w tym samym czasie co inne grupy i były utrzymywane w tej samej kolonii, ale nie miały dostępu do COS. ad libitum dostęp do chow i wody przez cały czas w klatce domowej.
W oddzielnym eksperymencie wykorzystano mniej kaloryczny roztwór CS zamiast COS Trzy eksperymentalne szczury (n = 8) użyto w tym eksperymencie, ICSCCS i NCSi te zostały potraktowane dokładnie tak samo jak jaCOSCCOS i NCOS grupy opisane powyżej, z wyjątkiem tego, że CS zastąpiono COS. NCOS i NCS grupy były traktowane identycznie (brak dostępu do COS lub CS); różnica polegała na tym, że NCOS grupa była utrzymywana w kolonii jednocześnie z ICOS i CCOS grupy, podczas gdy NCS grupa była utrzymywana jednocześnie z ICS i CCS grup.
2.3. Analiza danych
2.3.1. Statystyka
Powtórzono pomiary ANOVA z jednym czynnikiem (dni) lub dwoma czynnikami (dni i grupy) do porównania efektów procedur objadania się i kontroli. ANOVA były śledzone przez Holm-Sidak post hoc testy; dostosowane p <0.05 uznano za istotną różnicę. Wyniki ANOVA są podawane w formacie Tabela 1. Aby ustalić, czy zużycie wzrosło w kolejnych sesjach dostępu, dane z dnia 2 do dnia 8 dopasowano do modelu liniowego przy użyciu regresji najmniejszych kwadratów. Nachylenie w tych dniach oceniono pod kątem znaczącej różnicy w stosunku do 0, a nachylenia porównano między ICOS i jaCS grupy używające ANCOVA. Wszystkie analizy przeprowadzono przy użyciu środowiska programowego R [43].
2.3.2. Mikrostruktura lizania
Lick rate została zdefiniowana jako liczba zagrywek na sekundę. Początkowa szybkość lizania została zdefiniowana jako współczynnik lizania w ciągu minuty od pierwszego lizania pierwszej serii sesji [35-37, 44], a opóźnienie pierwszego lizania zostało zdefiniowane jako czas od rozpoczęcia sesji do tego lizania. Wybuchy zostały zdefiniowane jako grupy lizań oddzielone ILI> 1 s (tj. zakończenie serii było definiowane przez początek ILI> 1 s). Czas trwania serii i rozmiar serii odnoszą się do czasu rozpiętego przez serię i liczby zagrywek odpowiednio w tej serii. Uwzględniono tylko serie trzech lub więcej zagrywek. Ponieważ większość zużycia wystąpiła na początku sesji, analizy mikrostruktury lizania były wykonywane nie tylko dla całej sesji, ale także oddzielnie dla dwóch faz: początku sesji (pierwsza czwarta lub 22.5 min sesji 90 min ) i koniec sesji (ostatnie kwartały 3).
3. Wyniki
3.1. Ogólna konsumpcja i masa ciała
Szczury w ICOS (Intermittent access to COS) grupa miała 5 tygodnie dostępu do kremowej (50% v / v), olejowej (50% v / v) i cukrowej (8% w / v) ciekłej emulsji (COS) w dniach testu: poniedziałki , Środy i piątki (i nie ma dostępu do COS w żadnym innym czasie). COS dostarczono za pomocą lickometru w okresach dostępu 90 min w komorach operacyjnych. Podczas tygodni 5 przerywanego dostępu, ilość zużywanego COS stale rosła: w dniu dostępu 15 (na końcu 5th tydzień), ilość zużyta była znacznie wyższa niż w dniach 1 do 10, a ilości spożywane w dniach 6 do 15 były większe niż w dniach 1, 2 lub 3 (Rys. 1A). W przeciwieństwie do ICOS grupa, szczury w CCOS grupa (ciągły dostęp do COS) miała dostęp do COS nie tylko w komorze operacyjnej podczas okresu dostępu 90 min, ale także w klatce domowej w pozostałych godzinach. Zgodnie z oczekiwaniami, CCOS grupa zużywała znacznie mniej COS niż ICOS grupa w komorach operacyjnych we wszystkich sesjach po pierwszej i nie wykazała różnic w konsumpcji w dniach dostępu 15 (Rys. 1A).
W przeciwieństwie do efektów obserwowanych w ICOS grupa, ilość zużyta nie wzrosła znacząco w ciągu kilku tygodni dla ICS grupa, która miała dostęp do CS, krem / cukier o niższej zawartości tłuszczu. Szczury te wykazywały niski poziom konsumpcji podczas pierwszej sesji dostępu i chociaż zużycie miało tendencję do zwiększania się w kolejnych sesjach (i zwykle było większe niż zużycie w komorze przez CCS grupy), nie było dalszego wzrostu w ciągu dni (Rys. 1B). Brak statystycznie istotnego wpływu dni w ICS Grupa kontrastuje z silnym wpływem dni w ICOS Grupa (Tabela 1); jednak ta różnica mogłaby teoretycznie wynikać z mniejszej liczby podmiotów (a więc mocy statystycznej) w ICS Grupa. Dlatego złamaliśmy ICOS grupa do podgrup 6 o porównywalnej wielkości do ICS grupa (N = 8 dla 5 ICOS podgrupy, N = 6 dla jednej podgrupy; przedmioty w każdej podgrupie były szkolone razem). Nastąpił znaczny wzrost zużycia COS w 5 6 ICOS podgrupy (efekt dni: grupa 1: F(14,211) = 5.87, P <0.001; grupa 2: F.(14,210) = 4.06, p <0.001; grupa 3: F.(14,200) = 4.83, p <0.001; grupa 4: F.(14,196) = 7.98, p <0.001; grupa 5: F.(14,74) = 1.87, p <0.05); w pozostałej podgrupie efekt zbliżył się do istotności (F.(14,141) = 1.72, p = 0.058). W ICS grupa nie wykazała jednak nawet tendencji do znaczącego efektu (p = 0.56; Tabela 1). Dlatego brak znaczącego wpływu dni w ICS szczury prawdopodobnie nie są z powodu braku mocy statystycznej.
Wyniki te sugerują, że jaCS szczury nauczyły się spożywać CS i przezwyciężyć neofobię w ciągu jednej sesji, w wyniku czego ich konsumpcja osiągnęła plateau przez drugą sesję. Ponieważ początkowe efekty uczenia się i neofobii powinny być podobne dla ICOS i jaCS grupy, duży wzrost konsumpcji w ICOS grupa od dnia 1 do dnia 2 (Rys. 1A) prawdopodobnie będzie wynikać z początkowego uczenia się i redukcji neofobii. Jednak bardziej stopniowy wzrost w kolejnych dniach jest niezgodny z tymi procesami. Dlatego, aby wyizolować stopniowy wzrost spożycia (Rys. 1A) i inne środki uzupełniające (Ryc. 5 i Oraz 6) 6) od początkowych efektów uczenia się i neofobii porównujemy konsumpcję we wszystkich poszczególnych dniach z konsumpcją bazową w dniach 2 i 3.
Wczesny efekt plateau w ICS grupa stoi w uderzającym kontraście do stopniowej eskalacji obserwowanej w ICOS grupa, która osiągnęła plateau w ciągu dnia 8. Aby bezpośrednio porównać tempo wzrostu konsumpcji po pierwszym dniu w ICOS i jaCS grupy, obliczyliśmy nachylenie wzrostu od dnia 2 do dnia 8 (Rys. 1C). Natomiast nachylenie było dodatnie i znacznie różniło się od 0 dla ICOS grupa nie różniła się znacząco od 0 dla ICS Grupa. Ponadto zaobserwowano znacznie dodatnie nachylenie w 5 6 ICOS podgrupy opisane powyżej (nie pokazano). Ponadto porównanie stoków w ICOS i jaCS grupy korzystające z ANCOVA wykazały znaczącą różnicę między dwiema grupami (Rys. 1C). Dlatego jaCOS grupa wykazała stopniową eskalację konsumpcji przez okresowe okresy dostępu, których nie można łatwo wytłumaczyć jako konsekwencję początkowego uczenia się lub zmniejszenia neofobii. Ta stopniowa eskalacja jest podobna do obserwowanej poprzednio u szczurów, którym podawano sporadyczny dostęp do stałej wysokotłuszczowej żywności [5, 6, 10-12].
Potencjalne alternatywne wyjaśnienie stopniowej eskalacji konsumpcji w ICOS grupa jest taka, że szczury stopniowo nauczyły się uzyskiwać więcej COS na lizanie. Aby przetestować tę hipotezę, porównaliśmy liczbę lizawek na ml cieczy zużytej w ICOS i jaCS grup i dni dostępu przy użyciu dwuczynnikowej ANOVA. JaCOS grupa lizała bardziej wydajnie niż jaCS grupa (ogólna średnia w sesjach 15: COS: 315.0 ± 52.3 lizawki / ml; CS: 418.3 ± 106.4 lizawki / ml; F(1,719) = 13.6; p <0.001) i wystąpił efekt dni dostępu (F(14,719) = 1.8; p = 0.04), ale bez interakcji (F(14,719) = 0.5; p = 0.9). Testy post-hoc wykazały, że efekt dni był spowodowany znacznym wzrostem wydajności od pierwszego dnia do drugiego, ale nie nastąpił dalszy wzrost w późniejszych sesjach. Dlatego stopniowa eskalacja konsumpcji w ICOS grupy nie można przypisać zmianom wydajności lizania.
Innym potencjalnie mylącym czynnikiem jest obecność emulgatora (stearoilomleczan sodu) w COS, ale nie CS: ICOS szczury mogły początkowo unikać COS z powodu obecności emulgatora. Ponieważ niemożliwe jest wytworzenie COS bez emulgatora, przetestowaliśmy hipotezę, że szczury unikają emulgatora używanego do przygotowania COS, porównując spożycie CS i CS + 0.1% stearoilomleczanu sodu (waga / objętość). Sześciu naiwnych samców szczurów podawano jednocześnie w klatce domowej butelki zawierające oba płyny na 1 godzinę. To doświadczenie powtórzono dwukrotnie po jednym dniu przyzwyczajenia; względną pozycję butelki zmieniano między dniami, aby uniknąć bocznego odchylenia. W ostatnich dwóch sesjach dostępu szczury wypiły podobne ilości CS (4.2 ± 0.8 ml) i emulgatora CS + (5.4 ± 0.4 ml; test t p> 0.05). Dlatego szczury nie unikają emulgatora.
W ciągu tygodni 5, ICOS i CCOS grupy spożywały stopniowo mniej dostępną karmę w klatce domowej. CCOS grupa spożywała stosunkowo mało jedzenia (Rys. 2A), ale ze względu na zużycie dużych ilości COS nadal zużywało więcej kalorii dziennie niż NCOS grupa kontrolna, która nie miała dostępu do COS (Rys. 2B). JaCOS grupa wykazała duże i regularne wahania konsumpcji karmy (Rys. 2A), przy czym szczury w tej grupie spożywają więcej chow na dzień przed dostępem do COS i mniej w 24 hr po dostępie do COS (Rys. 2C). W przeciwieństwie do NCOS ani CCOS grupy różniły się konsumpcją karmy bezpośrednio przed i po okresie dostępu (Rys. 2C). Dla mnieCOS szczury, wynik netto był taki, że w dniach dostępu do COS ta grupa zużyła całkowitą liczbę kalorii podobną do ilości spożywanej przez CCOS grupy, aw dni bez COS, ICOS grupa zużyła nieco mniej niż NCOS Grupa. Duża liczba kalorii spożywanych przez ICOS grupa w dniu dostępu była spowodowana przyjęciem COS: pod koniec 5, ICOS grupa zużyła w 90 min nieco ponad połowę kwoty COS, jaką CCOS grupa konsumowana przez cały dzień (w dniu dostępu 15: ICOS: 54.2 ± 4.0 kCal zużytego COS; doCOS: 97.7 ± 5.7 kCal zużytego COS). Efekty te skutkowały wzorem „piłowania zębów” całkowitego spożycia kalorii w ciągu kilku dni w ICOS Grupa (Rys. 2B). Ten ostatni efekt można również zobaczyć w Rys. 2C (jaCOS spożycie chow grupy przed dniami binge było niższe niż w przypadku NCOS Grupa). Wyniki te są zgodne z odkryciami innych osób stosujących przerywany dostęp do stałej, wysokotłuszczowej żywności jako modelu gryzoniowego zachowania objadania się [5, 10, 11, 16, 41, 42].
Co ważne, ten schemat karmienia nie był obserwowany w ICS szczury, które miały dostęp do kremu / cukru o niższej zawartości tłuszczu zamiast emulsji COS: na ich dzienne spożycie karmy nie miało wpływu to, czy szczury miały sesję dostępu CS (Rys. 2D, F). Ponadto wzorzec kaloryczny spożycia „zęba piły” był znacznie mniej wyraźny w ICS szczury niż w ICOS szczury (porównaj Rys. 2E w Rys. 2B). W ten sposób zaobserwowano wzorzec konsumpcji podobny do napoju z przerywanym dostępem do COS, ale nie z CS.
Chociaż masa ciała szczurów we wszystkich grupach wzrosła w ciągu 5 tygodni, CCOS waga grupy wzrosła szybciej niż w innych grupach (Rys. 3A). Uderzająco, pomimo dostępu do COS 3 dni / tydzień, ICOS grupa nie zyskała większej wagi niż NCOS Grupa (Rys. 3A). JaCOS pozornie normalna regulacja masy ciała szczurów może być związana z ich zmniejszonym spożyciem karmy po spożyciu COS (Rys. 2C): ich przyrost masy ciała był znacznie większy w dniu poprzedzającym dostęp do COS niż w dniu następującym po uzyskaniu dostępu (Rys. 3B). W przeciwieństwie do CCOS i NCOS grupy zyskały na wadze ze stałą szybkością (Rys. 3B). Podobnie z kremem / roztworem cukru CCS waga grupy wzrosła szybciej niż w przypadku ICS i NCS grupy (Rys. 3C, D). Wyniki te są zgodne z wcześniejszymi obserwacjami ze stałym pokarmem o wysokiej zawartości tłuszczu [10, 11, 41]. Wskazują, że, jak to często bywa w przypadku ludzkich zaburzeń objadania się [45, 46], upijanie się szczurów jest w stanie ograniczyć ich spożycie po dużym spożyciu wysoko kalorycznego pożywienia, nawet po wielokrotnym przerywanym dostępie do takiego pokarmu w tygodniach 5.
3.2. Przebieg konsumpcji w czasie sesji
Po uzyskaniu dostępu do bardzo smacznego płynu, początkowo chciwe spożycie szczurów zmniejsza się, ponieważ spożywany składnik pokarmowy (i związany z nim bodziec warunkowego smaku) aktywuje mechanizmy sytości [34]. Dlatego zapytaliśmy, czy zużycie COS ma podobny wzór. Jak pokazano na wykresach przebiegu czasowego lizania sesji 90 min (w pojemnikach 5 min), ICOS grupa wykazała znacznie zwiększoną ogólną szybkość lizania w pierwszej ~ 20 min sesji w tygodniu 5 w porównaniu z tygodniem 1 (Rys. 4A, B). JaCOS współczynniki lizania szczurów powróciły do niskich, sporadycznych poziomów o około 30 min po rozpoczęciu sesji (Rys. 4A, B), zgodne z wcześniejszymi obserwacjami [34]. Z powodu dramatycznej różnicy współczynników lizania w początkowej i późniejszej części sesji dostępu, w kolejnych analizach wzorca lizania badamy zużycie w pierwszym kwartale sesji (22.5 min) i trzy ostatnie kwartały (68.5 min) oddzielnie.
Zgodnie z oczekiwaniami, zwiększone tempo konsumpcji w pierwszym kwartale sesji było znacznie mniejsze w CCOS Grupa (Rys. 4B). Rzeczywiście jest nieco zaskakujące, że CCOS szczury w ogóle pili dużo COS w komorach lickometru, ponieważ COS był swobodnie dostępny w ich domowych klatkach. Jedną z możliwości jest to, że świeży COS był bardziej chciwie spożywany niż COS w domowej klatce, która miała do 24 godzin. Jednak naiwna grupa 6 szczurów, którym podano świeży COS i jednodniowe COS w ciągu 1 godziny w testach z wyborem dwóch butelek w klatce domowej, nie wykazała preferencji dla świeżego COS (świeży COS: 2.9 ± 0.9 ml; jednodniowy COS: 6.0 ± 1.8 ; test t p> 0.05). Dlatego zwiększone początkowe zużycie COS w CCOS grupa może być funkcją aktywacji behawioralnej po umieszczeniu w stosunkowo nowej (w porównaniu z klatką domową) komorze lickometru.
3.3. Opóźnienie do pierwszego lizania i początkowa stopa lizania
Stopniowa eskalacja konsumpcji poprzez przerywany dostęp do COS (Rys. 1) może częściowo wynikać ze zwiększonej motywacji do konsumpcji i / lub zwiększonej konsumpcji opartej na smakowitości. Aby przetestować te hipotezy, zbadaliśmy opóźnienie pierwszego lizania sesji (wskaźnik motywacji) i początkową szybkość lizania (uważaną za odzwierciedlającą konsumpcję opartą na smakowitości) [35-37]. W kolejnych sesjach dostępu ICOS opóźnienie grupy w rozpoczęciu konsumpcji COS stało się krótsze, podczas gdy CCOS opóźnienie grupy nie zmieniło się (Rys. 5A). Co więcej, opóźnienie pierwszego lizania było konsekwentnie znacznie dłuższe w CCOS grupa niż jaCOS Grupa (Rys. 5A), zgodne z różnicami w motywacji, których można oczekiwać między zwierzętami, biorąc pod uwagę stały i ograniczony dostęp do uprzywilejowanej żywności. Warto jednak zauważyć, że początkowy wskaźnik lizania wzrósł między sesjami w obu ICOS i CCOS szczurów i zazwyczaj nie różnił się znacząco między grupami w danym dniu (Rys. 5C). Tak więc, w przeciwieństwie do miary motywacji, miara konsumpcji opartej na smakowitości wzrastała równolegle w dwóch grupach.
Zgodnie z oczekiwaniami, biorąc pod uwagę brak eskalacji konsumpcji w ICS grupa, ani jaCS ani CCS grupy wykazywały znaczny spadek w pierwszym opóźnieniu lizania (Rys. 5B) lub wzrost początkowej stopy lizania (Rys. 5D). Podsumowując, sporadyczny dostęp do COS (ale nie CS) spowodował widoczny wzrost motywacji i smakowitości, który towarzyszył wzrostowi konsumpcji COS.
3.4. Liczba i długość serii
Szczury lizać ze stereotypową częstotliwością ~ 7 Hz. Podczas posiłku, serie lizań w tym tempie przerywane są przerwami, które zwykle trwają> 1 s [36, 37]. Od drugiego dnia dostępu do piętnastego stopnia lizania wewnątrz serii dla ICOS grupa pozostała stabilna (6.7 ± 0.2 vs 6.9 ± 0.1 Hz, p> 0.05), co wskazuje na stopniowy wzrost spożycia widoczny w tej grupie (Rys. 1A) nie było spowodowane zmianą w centralnym generatorze wzorców, który kontroluje szybkość lizania wewnątrz serii.
Na ilość wybuchów podczas dostępu do smacznego płynu ma wpływ motywacja do konsumpcji, podczas gdy na długość wybuchów silniej wpływa smakowitość cieczy [36, 37]. Zgodnie z tym pomysłem, CCOS szczury ogólnie wykazywały niższe liczby wybuchów niż jaCOS szczury (Rys. 6A, C). W ICOS grupa, liczba wybuchów była silnie uzależniona od czasu w sesji dostępu: w pierwszym kwartale liczba wybuchów znacznie wzrosła w ciągu 5 tygodni dostępu, podczas gdy w ciągu ostatnich trzech kwartałów miała tendencję spadkową (Rys. 6A, C). Natomiast jaCS szczury, które nie nasiliły konsumpcji (Rys. 1B), nie pokazał zmian liczby serii we wczesnej lub późnej fazie (Rys. 6B, D).
W przeciwieństwie do numeru serii, czas trwania serii nie różnił się znacząco między ICOS i CCOS grupy w dowolnym dniu (Rys. 6E). Rzeczywiście, dla obu ICOS i CCOS grupy, czas trwania serii wzrósł w ciągu 5 tygodni przerywanego dostępu (Rys. 6E). Te efekty eskalacji były nieobecne w ICS i CCS szczury (Rys. 6F).
Podsumowując, wyniki pokazują, że tygodnie sporadycznego dostępu do COS spowodowały stopniowy wzrost konsumpcji we wczesnej fazie każdej sesji dostępu. Wzrostowi temu towarzyszyły krótsze opóźnienia w rozpoczęciu konsumpcji i większa liczba lizawek (zgodne ze zwiększoną motywacją do konsumpcji), a także większa początkowa szybkość lizania i dłuższy czas wybuchu (zgodny ze zwiększoną konsumpcją opartą na smakowitości). Nie obserwowano stopniowej eskalacji konsumpcji ani wzrostu motywacji i wskaźników smakowitości, gdy szczurom podawano CS zamiast COS, a wyniki łącznie sugerują, że konsumpcja podobna do binge jest przynajmniej częściowo spowodowana stopniową eskalacją motywacji i smakowitości przekraczającą oczekiwaną od początkowego uczenia się i zmniejszania neofobii.
4. Dyskusja
4.1. Streszczenie
Objadanie się objawia się dyskretnymi epizodami (2 godzin lub mniej) szybkiego i nadmiernego spożywania pokarmu, które nie jest spowodowane głodem lub potrzebą metaboliczną [2]. Aby zbadać wpływ konsumpcji podobnej do obżarstwa na procesy neuronalne regulujące przyjmowanie pokarmu, wcześniejsze badania na zwierzętach wykorzystywały sporadyczny dostęp do żywności o wysokiej zawartości kalorii, zwłaszcza tłuszczu [5, 10, 11, 16, 41], ponieważ ludzie cierpiący na zaburzenia objadania się lub bulimię zazwyczaj upijają się słodkim jedzeniem o wysokiej zawartości tłuszczu [47-49]. Spożycie bogatej w składniki odżywcze żywności i napojów regulują trzy powiązane ze sobą procesy: motywacja, smakowitość i sytość. Aby zbadać mechanizmy neuronalne leżące u podstaw konsumpcji obżarstwa za pomocą technik inwazyjnych (takich jak wewnątrzczaszkowe mikroiniekcje leków), użyteczne byłoby zbadanie tych procesów w izolacji. Jednym ze sposobów jest zbadanie czasowego wzorca konsumpcji, procedury, która jest znacznie ułatwiona przez dostarczenie cieczy wchłanianej przez lickometr. W związku z tym opracowaliśmy model przerywanego dostępu do konsumpcji napoju o wysokiej zawartości tłuszczu, oparty na modelach binge opracowanych przez Corwina i współpracowników przy użyciu tłuszczu stałego [11, 12] i później rozszerzone na stałe mieszanki tłuszczowe / cukrowe [10, 13, 16]. Ponieważ substancja spożywająca składa się z niedrogich, powszechnie dostępnych składników (krem w supermarkecie, olej kukurydziany i cukier) i nie wymaga specjalnego sprzętu do przygotowania, nasz model można wykorzystać w kolejnych eksperymentach w celu uzyskania dowodów na wpływ manipulacji neuronalnych na sytość, motywację i smakowitość podczas konsumpcji binge.
4.2. Wzorzec zużycia i związek z poprzednimi modelami binge z dostępem przerywanym
Nasze wyniki są podobne do tych ustalonych wcześniej dla szczurów, którym podawano sporadyczny dostęp do stałego słodko-tłustego jedzenia. W szczególności, gdy szczurom podawano przerywany dostęp do COS (krem / olej / cukier, jaCOS grupy), zużycie w okresie dostępu stopniowo wzrastało w ciągu kilku dni dostępu, zgodnie z wcześniejszymi obserwacjami [5-12]. Ponadto jaCOS szczury wykazywały wzorzec spożycia kalorii „ząb widzialny”, przy zmniejszonym spożyciu karmy po uzyskaniu dostępu do COS Te efekty zaobserwowano pomimo różnic proceduralnych w stosunku do wcześniejszych modeli, w tym przerywanego dostępu do klatki domowej do spożywania wysokokalorycznych i jednoczesnej dostępności karmy w poprzednim studia, ale nie nasze (w których dostęp COS był zapewniony w oddzielnych komorach). Co ciekawe, spożycie kalorii w przerywanych dniach dostępu do COS osiągnęło poziomy podobne do obserwowanych w 24 hr u szczurów, którym podawano ciągły dostęp do COS, a spożycie karmy po dostępie do COS zostało zredukowane do poziomów poniżej tych obserwowanych u szczurów, którym w ogóle nie było dostępu do COS. Wyniki te są zgodne z wcześniejszymi odkryciami przy użyciu stałej wysokotłuszczowej żywności [5, 10, 13, 50]. Duże wahania spożycia kalorii powodowały równoległe wahania masy, a wynik netto, jaki ICOS szczury przybierały na wadze nie szybciej niż szczury, które miały dostęp tylko do karmy. Podsumowując, wyniki te odzwierciedlają wcześniejsze obserwacje, w których stosowano przerywany dostęp do stałej, wysokotłuszczowej żywności [5, 10-13, 50] i sugerują, że okresowy dostęp do ciekłego COS indukuje zachowanie upalne, które jest bardzo podobne do tego wywoływanego przy użyciu stałej wysokotłuszczowej żywności.
Uderzające jest to, że szczury miały sporadyczny dostęp do mniej kalorycznego roztworu śmietany i cukru (CS; ICS grupa) nie wykazała ani stopniowej eskalacji konsumpcji, ani wyraźnego wzoru zębów piły obserwowanego u szczurów, którym podawano COS Wyniki te sugerują, że wysoka zawartość tłuszczu i / lub kalorii jest konieczna do rozwinięcia zachowania podobnego do binge według tego harmonogramu. Jednak wyniki nie wykluczają możliwości, że rozwój objadania się jest funkcją wydajności lizania (ilość płynu uzyskanego na lizanie), która była większa dla COS niż dla CS. Przyczyna tej różnicy jest nieznana, ale prawdopodobnie ma to związek z różnymi właściwościami fizycznymi COS i CS. Wyższy wskaźnik spożycia kalorii, promowany przez większą wydajność lizania, może przyczynić się do eskalacji konsumpcji w ICOS Grupa. Ponadto, specyficzne rodzaje tłuszczu występujące w oleju kukurydzianym mogą przyczyniać się do podatności szczurów na rozwój obżarstwa, podobnie jak forma tłuszczu (emulsja). Istotnie, szczury spożywają emulsje oleju kukurydzianego jeszcze bardziej chciwie niż 100% olej kukurydziany, emulsje oleju kukurydzianego wywołują podobny stopień zużycia jak tłuszcz stały, a słodzone emulsje oleju kukurydzianego wywołują jeszcze większe zużycie [51-53]. Dlatego, ponieważ wiele wcześniejszych badań nad objadaniem się stosowało mieszaninę stałego tłuszczu i cukru [5, 16], obecność zemulgowanego oleju kukurydzianego może być krytycznym czynnikiem, który nadaje COS, ale nie CS, zdolność do wywoływania nadmiernego zużycia. Hipotezę tę można przetestować, określając, czy słodzone emulsje olej kukurydziany / woda (bez kremu) wywołują podobne do binge zachowanie podobne do wywoływanego przez COS, ale nawet jeśli tak było, COS może być korzystniejszy do wykorzystania w przyszłych eksperymentach, ponieważ przygotowanie emulsji olej kukurydziany / woda o długotrwałej stabilności wymaga drogiego sprzętu (mikrofluidyzatora), podczas gdy przygotowanie COS nie wymaga bardziej zaawansowanego aparatu niż trzepaczka drutowa.
Ponieważ nasz model napadowy COS zapewnia szczurom dostęp do wysokotłuszczowego pokarmu trzy dni w tygodniu, byliśmy w stanie zaobserwować zmniejszenie konsumpcji karmy podczas następnego 24 hr, który następnie powrócił do poprzedniego 24 hr. Zużycie chow w 24 hr po przerywanym dostępie do COS (ale nie CS) było znacznie niższe niż zużycie 24 hr przez grupę kontrolną bez dostępu do COS w ogóle (NCOS grupa), zgodne z wcześniejszymi doniesieniami o tłustym i słodko-tłustym jedzeniu [10, 12, 13]. Wraz z naszymi odkryciami wyniki te sugerują, że przyjmowanie napoju aktywuje długotrwały proces sytości, który ogranicza konsumpcję przez wiele godzin po bardzo krótkim epizodzie konsumpcji w okresie dostępu. Wyniki te są intrygujące w świetle ustaleń, że szczury nadmiernie zużywają wysokotłuszczową żywność w porównaniu z pokarmami o wysokiej zawartości węglowodanów o jednakowej gęstości kalorii [28, 29, 54-58]. Wstępne obciążenie żołądka tłuszczem powoduje mniejsze zahamowanie późniejszego spożycia niż wstępne obciążenie izokaloryczną dawką węglowodanów [29], a te efekty są długotrwałe (do jednego dnia) [28]. Zatem szczury nadmiernie zużywają tłuszcz, częściowo dlatego, że tłuszcz jest mniej skuteczny (na kalorię) w aktywowaniu mechanizmów sytości pozajelitowych. Badania te sugerują, że zawartość cukru w COS i innych mieszaninach tłuszcz / cukier stosowanych w procedurach napadowych o przerywanym dostępie może znacząco przyczynić się do zahamowania konsumpcji karmy przez popijawy. Dalsze badania, które bezpośrednio porównują konsekwencje spożywania pokarmów zawierających cukier i tłuszcz, są wymagane, aby wyjaśnić zróżnicowane role tłuszczu i cukru w długotrwałej sytości wywołanej upijaniem.
Zużycie COS stopniowo wzrastało w pierwszych dniach 8 (tygodnie 2.5) okresowego dostępu. Warto zauważyć, że szczury, którym podawano przerywany dostęp do CS, nie wykazywały podobnego stopniowego wzrostu, chociaż zarówno grupy dostępu przerywanego COS, jak i CS zwiększały swoje zużycie znacznie od pierwszego do drugiego dnia dostępu. Ponieważ szczury w obu grupach muszą nauczyć się, jak uzyskać dostęp do lickometrów i przezwyciężyć początkową neofobię, początkowy (dzień 1 do dnia 2) wzrost konsumpcji można przypisać tym procesom. Jednak dalszy stopniowy wzrost ICOS grupa jest niespójna z tymi procesami, ponieważ nie była obserwowana w ICS Grupa. Podobny stopniowy wzrost odnotowano u szczurów, którym podano słodką i / lub wysokotłuszczową żywność lub płyn w dniach 3 / tydzień lub codzienne przerywane schematy dostępu [9-12, 14, 59]. Wyniki te wyraźnie kontrastują z wynikami uzyskiwanymi od szczurów, którym zapewniono stały dostęp do wysokokalorycznej żywności: dzienne spożycie zmniejsza się stopniowo od początkowego szczytu [5, 6, 10], jak w naszym badaniu (Rys. 3), lub pozostaje stała [12, 14]. W związku z tym nadmierna konsumpcja podczas przerywanych połączeń dostępu jest częściowo spowodowana eskalacją konsumpcji, która jest nieobecna u nieograniczonych podmiotów; ponieważ efekt ten zależy od zawartości tłuszczu i / lub kalorii u spożywającego, nasze wyniki sugerują, że wzrost nie jest prostą konsekwencją uczenia się spożywania lub przezwyciężania neofobii. Stopniowo rosnąca konsumpcja jest prawdopodobnie spowodowana innymi procesami, które są konsekwencją fizycznych i / lub odżywczych właściwości COS, które odróżniają go od CS.
Poprzednie modele szczurów stosowały codzienny przerywany dostęp do wysokotłuszczowej żywności jako kontroli dla 3 dni / tydzień „binge” dostęp [6, 11, 12, 15, 16, 40, 42, 60-63]. Jednak inne badania wykorzystywały codziennie przerywany dostęp do obgadywania modelu [9, 10, 13, 14, 35, 59]; w szczególności, spożywanie dużej ilości kalorii często nasila się w codziennych okresach dostępu, chociaż ta eskalacja może być mniej wyraźna niż w przypadku 3 dni / tydzień dostępu [6]. W związku z tym istnieje pewne zamieszanie co do tego, co stanowi idealną obżarność i protokoły dostępu kontrolnego. Nasze wyniki dostarczają potencjalnej rozdzielczości: wskazują, że grupa kontrolna, której udzielono przerywanego dostępu do CS w tym samym harmonogramie, co grupa objazdowa COS, nie wykazuje zwiększonego zużycia. Doświadczony ICOS szczury zużywają więcej kalorii podczas okresów dostępu niż jaCS szczury, a zatem porównanie tych grup pozwala stwierdzić, że jaCOS szczury spełniają operacyjną definicję objadania się (konsumowanie większej ilości kalorii w ograniczonym okresie, niż w przypadku innych osób w podobnym okresie). Tak więc, zastosowanie COS i CS (lub, bardziej ogólnie, wysoko- i niskokalorycznych lub wysoko- i niskotłuszczowych płynów) może okazać się przydatne w dalszych eksperymentach, w których wymagana jest kontrola zużycia binge. Model ten ma tę dodatkową zaletę, że odzwierciedla ludzkie upijanie się, ponieważ ludzie obżerają się wysokotłuszczowym, wysokokalorycznym jedzeniem, podczas gdy jedzenie bez objadania się zazwyczaj wiąże się z jedzeniem o mniejszej zawartości kalorii. Z drugiej strony, zjadacze ludzcy spożywają pokarm stały i półstały, podczas gdy COS i CS są płynami.
4.3. Motywacja, smakowitość i sytość w konsumpcji binge
Ogólnie rzecz biorąc, zmiany w trzech różnych procesach mogą stanowić podstawę stopniowego wzrostu konsumpcji w okresach nieciągłego dostępu: (1) konsumpcja oparta na smakowitości może wzrosnąć; (2) motywacja do rozpoczęcia konsumpcji może wzrosnąć; i / lub (3) mechanizmy sytości mogą zostać zmniejszone pod względem skuteczności, przedłużając w ten sposób „posiłek” przyjmowany w okresie dostępu. Nasze wyniki dostarczają sugestywnych dowodów na wzrost zarówno konsumpcji opartej na smakowitości, jak i motywacji do konsumpcji. W szczególności stopniowej eskalacji konsumpcji COS w ciągu dni przerywanego dostępu towarzyszyło zmniejszone opóźnienie pierwszego lizania, większa liczba lizawek, zwiększona szybkość lizania w pierwszej minucie dostępu i dłuższe lizanie. Pierwsze dwa są uważane za wskaźniki motywacji, a dwa ostatnie są wskaźnikami smakowitości [36, 37, 64]. Każdy z nich znacznie wzrósł w ciągu kilku dni, ponieważ konsumpcja gwałtownie wzrosła. Ponieważ każda z tych zmian we wzorcu lizania ma tendencję do zwiększania konsumpcji, dochodzimy do wniosku, że eskalacja konsumpcji w sesjach dostępu jest przynajmniej częściowo konsekwencją tych zmian strukturalnych, a zatem zwiększonej motywacji i smakowitości. Co więcej, wzrost miary motywacji i smakowitości nie był obserwowany w ICS grupa, która nie wykazała zwiększonej konsumpcji. Dlatego też zwiększona motywacja i smakowitość mogą być konsekwencją wysokiej zawartości kalorii i / lub tłuszczu w COS w porównaniu z CS.
Co może być podstawą obserwowanego stopniowego wzrostu motywacji i smakowitości? Motywacja nie jest pojedynczym procesem mózgowym, ale psychologicznym konstruktem, który odzwierciedla aktywność wielu mechanizmów nerwowych. Na przykład, głód wywołuje motywację do zbliżania się do jedzenia, ale to samo zmotywowane zachowanie może być wywołane przez bodziec związany z jedzeniem, nawet u osób, które nie są głodne, jak w warunkowym jedzeniu [65]. Specyficzny mechanizm neuronowy leżący u podstaw zwiększonej motywacji u objadliwych szczurów jest nieznany. Z pewnością jest możliwe, że zaangażowany jest proces kondycjonowania, tak że bodźce w komorze dostępu stają się związane z COS iw konsekwencji, w późniejszych sesjach, wywołują motywację do poszukiwania, zbliżania się i inicjowania konsumpcji COS, gdy tylko zwierzę zostanie umieszczone w izba. W ten sposób stopniowo wzrastająca motywacja pokazywana przez ICOS szczury mogą być funkcją wzmacniającej siły nieuwarunkowanego bodźca (COS); rozwiązanie CS może być niewystarczające, aby wzmocnić siłę konsumpcji poza początkową nauką.
Zachowanie indukowane bodźcem jest często zależne od projekcji dopaminy do jądra półleżącego [66-69], a nadmiernemu spożyciu sacharozy towarzyszy podwyższenie pozakomórkowej dopaminy w półleżących [19]. Ponadto konsumpcja podobna do binge wywołuje kilka długoterminowych zmian w układzie dopaminowym półleżącego, w tym podwyższoną ekspresję receptora D1 i transportera dopaminy, i zmniejszoną ekspresję receptora D2 [8], sugerując, że długoterminowe zmiany w aktywności dopaminy są związane z objadaniem się. Rzeczywiście, szczury, którym podawano przedłużony przerywany dostęp do tłuszczu, wykazywały wyższe wartości graniczne w progresywnym stosunku wzmocnienia tłuszczu [70]. Ta obserwacja nie tylko zdecydowanie popiera nasz wniosek, że motywacja do smacznego jedzenia jest wzmocniona w obżarstwie, ale dostarcza dalszych dowodów na udział mezolimbicznej dopaminy, ponieważ wykonywanie zadań z progresywnym stosunkiem zależy od półleżącej dopaminy [71]. Konieczne są jednak dalsze badania w celu ustalenia, czy istnieje związek przyczynowy między aktywnością dopaminy w półleżącej skórze a zwiększoną motywacją do spożywania w miarę rozwoju objadania się.
Oprócz zmian behawioralnych zgodnych ze zwiększoną motywacją, zaobserwowaliśmy także efekty, które najłatwiej wyjaśnić wzrostem konsumpcji opartej na smakowitości (zwiększona początkowa szybkość lizania i zwiększona długość lizania). Wiele struktur mózgowych bierze udział w konsumpcji opartej na smakowitości, w tym jądrze półleżącym, jądrze przewodu samotnego, ciele migdałowatym, bladej części brzusznej, brzusznym obszarze nakrywkowym i bocznym podwzgórzu [72-74]. W szczególności receptory opioidowe μ, zwłaszcza w półleżących [44, 75-78] może przyczynić się do konsumpcji opartej na smakowitości. Co ciekawe, konsumpcja podobna do binge jest związana z regulacją w górę receptorów μ w półleżących [8], sugerując, że zwiększona neurotransmisja opioidergiczna może być odpowiedzialna za zwiększoną konsumpcję opartą na smakowitości obserwowaną podczas dostępu binge. Hipotezy te oczekują na dalsze badania z inwazyjnymi manipulacjami funkcji receptora opioidowego u ogarniających zwierząt.
Co ciekawe, miary smaku wzrosły nie tylko w ICOS szczury, ale w CCOS grupa. Wyniki te sugerują zatem, że to przedłużony dostęp do COS, a nie okresowy dostęp, powoduje zwiększoną konsumpcję opartą na smakowitości. Jedna różnica między CCOS i jaCOS grupy to CCOS szczury przybierały na wadze, jak można by oczekiwać, biorąc pod uwagę to ad libitum dostęp do wysokotłuszczowej diety powoduje otyłość [41, 79, 80]. Dlatego nasze wyniki sugerują, że konsumpcja słodkiej żywności o wysokiej zawartości tłuszczu może być zwiększona u osób otyłych. Poprzednie badania wykazały złożony wpływ otyłości na smakowitość. W jednym przypadku niższe stężenia tłuszczu i sacharozy były mniej smaczne u otyłych niż szczurów, podczas gdy wyższe stężenia były nieco bardziej smaczne [79]. W innym badaniu, otyłość nie miała wpływu na pomiary smakowitości sacharozy (wielkość rozerwania) [81], aw jeszcze innym, środki smakowe spadły u szczepu otyłych szczurów [82]. Ważną różnicą między naszym badaniem a wcześniejszymi badaniami jest to, że testowaliśmy smakowitość tego samego pokarmu o dużej zawartości tłuszczu, do którego zwierzęta miały ciągły dostęp 24 hr (tj. Testowaliśmy smak diety, która wywołała otyłość), podczas gdy inne badania dały zwierzęta o wysokiej zawartości tłuszczu w klatce domowej, ale testowały smakowitość olejów lub roztworów sacharozy. Projekty te mogą wprowadzać negatywne efekty kontrastowe, które mogłyby uniemożliwić wykrycie podwyższonego mechanizmu smakowitości. W celu szerszego przetestowania hipotezy, że konsumpcja oparta na smakowitości jest zwiększona u osób otyłych, należy zastosować projekty eksperymentalne, które minimalizują efekty kontrastu.
Obserwacja, że szczury miały stały dostęp do COS, wykazywała zwiększoną konsumpcję opartą na smakowitości, ale wykazywała spadek ogólnego spożycia kalorii (i spożycia COS) od pierwszego dnia (Rys. 2) sugeruje, że jakiś inny proces, taki jak sytość, przeciwdziała wzrostowi smakowitości w celu ograniczenia ogólnego spożycia. Rodzi to pytanie, czy mechanizmy sytości są bardziej skuteczne u doświadczonych bingerów niż u szczurów naiwnych wobec COS.th tydzień przerywanego dostępu, jaCOS szczury wykazywały gwałtowny spadek konsumpcji w pierwszym 20 – 30 min po rozpoczęciu okresu dostępu. Spadek ten jest prawdopodobnie spowodowany uwarunkowaną i nieuwarunkowaną sytością [34], i pokazuje, że mechanizmy sytości są silne u szczurów, objawiające się u pacjentów z bulimią [83]. Chociaż tempo spadku jest szybsze w tygodniu 5 niż w poprzednich tygodniach (szczególnie w tygodniu 1), na ten pomiar mogą mieć wpływ różne wskaźniki początkowego spożycia we wczesnych i późnych sesjach (które są funkcjami motywacyjnymi i smakowymi). Dlatego też dodatkowa praca, być może z wykorzystaniem wstępnego obciążenia żołądkowego, jest konieczna, aby ocenić, czy różnice w mechanizmach sytości mogą przyczynić się do stopniowego wzrostu konsumpcji w okresowych dniach dostępu. Niemniej jednak, silny spadek konsumpcji wewnątrz sesji może być wykorzystany w przyszłych badaniach jako miara sytości podczas badania efektów manipulacji neuronowych na ustalone zużycie popędowe.
4.4. Wnioski
Wykazujemy, że słodka, wysokotłuszczowa ciecz może być stosowana u szczurów, aby wywołać podobne do upijania zużycie podobne do obserwowanego wcześniej w modelach z przerywanym dostępem przy użyciu stałej wysokotłuszczowej żywności. Stosowanie ciekłego środka spożywczego jest korzystne na kilka sposobów. Po pierwsze, mniej kalorycznej cieczy można podawać według tego samego schematu dostępu, co kontroluje zużycie paliwa. Po drugie, czasowa precyzja zapewniona przez pomiar zużycia za pomocą lickometrów ułatwi dalsze badania zachowania upustowego, w szczególności przy użyciu elektrofizjologii u zwierząt zachowujących się. Wreszcie, zastosowanie ciekłego wysokotłuszczowego środka spożywczego umożliwia analizę lizania mikrostruktury, która może być wykorzystana do zebrania dowodów na lub przeciw różnicy w sytości, motywacji i smakowitości u szczurów po napadach po inwazyjnych manipulacjach neuronowych (np. Miejscowe mikroiniekcja związków neuroaktywnych). W tym przypadku wykorzystujemy analizę mikrostrukturalną, aby wykazać, że stopniowa eskalacja konsumpcji w kolejnych okresach dostępu wynika przynajmniej częściowo z rosnącej motywacji do rozpoczęcia konsumpcji i zwiększenia konsumpcji opartej na smakowitości. Dalsze badania tych procesów u szczurów z obsesją COS doprowadzą do lepszego zrozumienia mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw konsumpcji binge.
Najważniejsze
- Ustalamy model przerywanego dostępu do objadania się przy użyciu słodkiej, wysokotłuszczowej cieczy
- Szczury eskalują konsumpcję w tygodniach 2.5 przerywanych sesji dostępu
- Analiza mikrostruktury lizania oddziela motywację i smakowitość
- Zwiększone zużycie wynika ze wzrostu zarówno motywacji, jak i smakowitości
- Szczury z ciągłym dostępem do cieczy tłuszczowej stają się otyłe i wykazują zwiększoną smakowitość
Podziękowanie
Dziękujemy dr. Gary Schwartz i Nicole Avena za pomocne dyskusje, dr Schwartz i rdzeń fenotypowania Energy Energy Balance z nowojorskiego Centrum Badań nad Odżywianiem Otyłości za wykorzystanie komór operacyjnych i Niacet Corporation za hojny dar stearoilomleczanu sodu. Badania te były wspierane przez granty z Fundacji Rodziny Klarman, NARSAD i NIH (MH092757) dla SMN oraz przez stypendium Fundacji Hilda i Preston Davis dla SL.
Uwagi
Ten artykuł został poparty następującymi grantami:
Przypisy
Zastrzeżenie wydawcy: Jest to plik PDF z nieedytowanym manuskryptem, który został zaakceptowany do publikacji. Jako usługa dla naszych klientów dostarczamy tę wczesną wersję manuskryptu. Rękopis zostanie poddany kopiowaniu, składowi i przeglądowi wynikowego dowodu, zanim zostanie opublikowany w ostatecznej formie cytowania. Należy pamiętać, że podczas procesu produkcyjnego mogą zostać wykryte błędy, które mogą wpłynąć na treść, a wszystkie zastrzeżenia prawne, które odnoszą się do czasopisma, dotyczą.
Referencje
;