O baixo controle sobre a ingestão de alimentos palatáveis ​​em ratos está associado ao comportamento habitual e à vulnerabilidade recaída: diferenças individuais () 2013

Johannes W. de Jong,¹ Karin E. Meijboom,¹ Louco JMJ Vanderschuren,^1,2 e Roger AH Adan^1,*

A epidemia mundial de obesidade representa uma enorme e crescente ameaça à saúde pública. No entanto, os mecanismos neurocomportamentais de comer em excesso e obesidade não são completamente compreendidos. Tem sido proposto que processos semelhantes ao vício podem estar subjacentes a certas formas de obesidade, em particular àquelas associadas ao transtorno da compulsão alimentar periódica. Para investigar o papel dos processos semelhantes à dependência na obesidade, adaptamos um modelo de comportamento semelhante ao vício em cocaína em ratos que respondem por alimentos altamente palatáveis. Aqui, nós testamos se os ratos que respondem por chocolate altamente palatável garantem que viriam mostrar três critérios de comportamento similar ao vício, ou seja, alta motivação, busca contínua apesar da falta de disponibilidade sinalizada e persistência da busca apesar das consequências aversivas. Também investigamos se a exposição a um modelo de compulsão alimentar (uma dieta que consiste em períodos alternados de acesso limitado a alimentos e acesso a alimentos altamente palatáveis) promove o surgimento de um comportamento semelhante ao vício alimentar. Nossos dados mostram diferenças individuais substanciais no controle sobre a busca e a ingestão de alimentos palatáveis, mas nenhum subgrupo distinto de animais apresentando comportamento semelhante ao vício pode ser identificado. Em vez disso, observamos uma ampla gama que vai de baixo a muito alto controle sobre a ingestão de alimentos saborosos. A exposição ao modelo de compulsão alimentar não afetou o controle sobre a busca e a ingestão de alimentos palatáveis, no entanto. Os animais que apresentaram baixo controle sobre a ingestão de alimentos palatáveis ​​(ou seja, pontuaram alto nos três critérios para comportamento similar ao vício) foram menos sensíveis à desvalorização da recompensa alimentar e mais propensos à reintegração da resposta extinta induzida pelos alimentos, indicando que o controle sobre palatável a ingestão de alimentos está associada à ingestão habitual de alimentos e à vulnerabilidade à recaída. Em conclusão, apresentamos um modelo animal para avaliar o controle sobre busca e consumo de alimentos. Uma vez que o menor controle sobre a ingestão de alimentos é um fator importante no desenvolvimento da obesidade, a compreensão de seus fundamentos comportamentais e neurais pode facilitar o melhor manejo da epidemia de obesidade.

Declaração de ética

As experiências foram aprovadas pelo Comitê de Ética Animal da Universidade de Utrecht e foram conduzidas de acordo com as leis holandesas (Wet op de Dierproeven, 1996) e regulamentos europeus (Diretriz 86 / 609 / EEC).

Animais

Ratos Wistar machos de 6 semanas de idade (Charles River, Sulzfeld, Alemanha) pesando 150-200 gramas no início do experimento foram alojados individualmente em gaiolas Macrolon (L = 40 cm, W = 25 cm, H = 18 cm) sob condições controladas ( temperatura de 20–21 ° C, 55 ± 15% de umidade relativa) e sob um ciclo claro-escuro invertido de 12 horas (luzes acesas às 19.00h). Comida e água estavam disponíveis gratuitamente. Todos os experimentos foram conduzidos durante a fase escura do ciclo dia-noite.

Visão geral experimental

Ao adaptar o modelo Deroche-Gamonet para a perda de controle da cocaína que busca uma busca apetecível pelos alimentos, descobrimos em um estudo piloto que até mesmo um leve choque elétrico nas patas suprimiu toda a procura de alimentos. Nós, portanto, escolhemos medir a 'busca contínua, apesar da punição', usando a adulteração de quinino do alimento palatável [49]. Esta experiência piloto comparou as dietas 4 (descritas abaixo) quanto à sua potência para evocar um comportamento semelhante ao vício alimentar. Neste caso, os animais 24 (n = 6 por grupo) foram treinados e testados nos três comportamentos descritos por [37]. Curiosamente, quando os animais foram testados para o terceiro critério (resistência ao choque elétrico nas patas), uma supressão completa da procura de chocolate foi encontrada, mesmo quando a intensidade do choque foi reduzida para 0.35 mA. Nenhuma diferença em responder sob o paradigma do choque foi encontrada entre os diferentes grupos de dieta (ANOVA p = 0.1146 F = 2.243 df = 23). Além disso, não observamos uma diferença significativa na resposta sob um programa de taxa progressiva de reforço entre os quatro grupos de dieta (dados não mostrados). Observamos, no entanto, uma tendência a um aumento no comportamento do tipo dependência em animais expostos ao modelo compulsivo quando levamos em consideração todos os três critérios. Como o choque elétrico na asa suprimia toda a busca de recompensa, optamos por medir o critério de resistência à adversidade de uma maneira diferente, expondo os animais ao alimento saboroso adulterado com 2 mM quinina. No experimento principal descrito no presente estudo, comparamos um grupo exposto ao modelo de compulsão alimentar (n = 36) a um grupo controle alimentado com ração (n = 12). Para este experimento, os animais foram pré-treinados nos três critérios para as semanas 5 seguidas pelas semanas 8 de acesso à dieta. Não observamos diferença na resposta operante entre os grupos de dieta antes da dieta. Em seguida, continuamos treinando novamente e testando os três critérios seguidos pelas sessões de extinção 10 e duas sessões de restabelecimento (induzidas por cue e chocolate).

Dietas

Quatro dietas diferentes foram usadas neste estudo, e os animais foram expostos às respectivas dietas por 8 semanas. A dieta controle consistiu em ração ad libitum (SDS, 3.3 kcal / g, 77.0% carboidrato, 2.8% gordura, 17.3% proteína). A dieta de acesso restrito consistiu em ração ad libitum suplementada com 3h acesso ao chocolate^TM (Abbott Laboratories, Abbott Park, IL, EUA), por 5 dias por semana (de 12.00-15.00h). A dieta rica em sacarose e alto teor de gordura consistiu em ração ad libitum em combinação com gordura saturada ad libitum (sebo bovino (Ossewit / Blanc de Boeuf), Vandemoortele, Bélgica, 9.1 kcal / g) e uma solução de sacarose 30% sacarose em água corrente, 1.2 kcal / ml). A dieta de compulsão consistiu de 4 dias de 15.0-15.5g ração / dia alternados com 3 dias de ração ad libitum suplementada com biscoitos Oreo ad libitum (Nabisco, East Hanover, NJ, EUA, 4.7 kcal / g, 74% carboidratos, 21% gordura , 3% de proteína). Neste caso, os cookies Oreo estavam disponíveis por 24h / dia durante três dias. O 15g chow / day foi baseado em trabalhos anteriores de Hagan et al. onde os animais foram restringidos a 66% de ração ad lib. Este modelo é uma versão modificada de Hagan et al. sem o componente de estresse do modelo de compulsão [39,50]. A água da torneira estava disponível em todos os momentos, exceto durante os testes. Um estudo piloto comparou as quatro dietas. Os animais foram testados antes e após as semanas 8 de acesso às dietas. A principal experiência deste artigo compara as semanas 8 de dieta compulsiva a 8 semanas de dieta ad lib. Continuamos com a dieta compulsiva porque os dados da literatura, bem como nossos próprios dados-piloto, sugeriram que uma dieta compulsiva, como descrita acima, é mais suscetível a provocar um comportamento semelhante ao vício alimentar [39].

Aparelho

Os ratos foram treinados em câmaras de condicionamento operante (30.5 x 24.1 x 21.0 cm; Med Associates Inc, St. Albans, VT, EUA). Cada câmara foi equipada com duas alavancas retráteis (4.8 x 1.9 cm). Acima de cada alavanca, uma luz indicadora foi localizada (luz de estímulo ENV-221M para ratos, 28V, 100mA; Med Associates Inc) e uma luz doméstica (luz doméstica ENV-215M para câmaras de ratos, 28 V, 100mA; Med Associates Inc) foi colocada na parede oposta. O piso da câmara foi coberto com uma grade de metal com barras separadas por 1 cm. A câmara foi colocada em um cubículo de atenuação de som equipado com um ventilador para minimizar o ruído externo. O Chocolate Assegurar foi entregue em um recipiente de comida, localizado entre as duas alavancas, por meio de um tubo de náilon conectado a uma bomba de seringa de velocidade única (PHM-100-3.33; Med Associates Inc) colocada fora da câmara. A câmara operante foi controlada pelo software Research Control & Data Acquisition System MED-PC (versão IV).

Aquisição de chocolate Garanta auto-administração

Os animais foram treinados para responder por alimentos como descrito anteriormente [51,52]. Os ratos receberam pela primeira vez sessões de treinamento operante 10 com duração de 1 h. Durante estas sessões, duas alavancas estavam presentes, uma das quais foi designada como ativa. A posição das alavancas ativa e inativa foi contrabalançada entre os animais. Uma sessão começou com a inserção de ambas as alavancas e iluminação da luz da casa. Durante a primeira sessão, foi utilizada uma tabela de reforço com relação fixa (FR) 1, o que significa que cada pressão da alavanca ativa resultou na entrega de 0.2 ml de chocolate, retração de ambas as alavancas para 20 seg e iluminação da luz indicadora acima da ativa alavanca para 10 sec durante o qual a luz da casa foi desligada. O requisito de resposta foi aumentado para um cronograma de reforço FR2 durante a segunda e terceira sessão. A partir da quarta sessão, um cronograma de reforço da FR5 foi aplicado.

Time-out respondendo

O procedimento de tempo limite foi baseado em [37], embora uma duração menor da sessão tenha sido usada para prevenir os efeitos da saciedade ao responder. As sessões consistiram em blocos 5 de chocolate 10 min. Garantir a disponibilidade intercambiada com blocos 4 de 5 min durante os quais o chocolate Garantido estava indisponível. Durante os bloqueios de disponibilidade, a presença contingente de resposta da recompensa foi indicada aos animais pela iluminação da luz da casa. O procedimento de autoadministração durante os blocos de disponibilidade foi o mesmo descrito acima, ou seja, utilizou-se um programa FR5 de reforço. Durante um bloqueio de indisponibilidade, a luz da casa estava apagada e as respostas em ambas as alavancas estavam sem consequências programadas. A resposta tornou-se mais variável durante os últimos blocos da sessão, provavelmente como resultado da saciedade. Portanto, usamos a quantidade de respostas feitas durante o primeiro bloco de indisponibilidade mínimo 5 como o parâmetro crítico, porque este bloco foi flanqueado por dois blocos de disponibilidade nos quais os animais sempre obtiveram a quantidade máxima de recompensas dentro do tempo disponível. Os animais receberam sessões de 10 antes das sessões de dieta e 15 após a dieta. O número médio de respostas durante o primeiro bloco de indisponibilidade das últimas sessões 4 foi usado como a pontuação de time-out do animal.

Tabela de proporção progressiva de reforço

Sob o cronograma progressivo da taxa de reforço, os animais tinham que satisfazer um requisito de resposta na alavanca ativa que aumentava progressivamente após cada chocolate ganho. Recompensa (1, 2, 4, 6, 9, 12, 15, 20, etc53]). A sessão começou com a iluminação da casa (sinalizando a disponibilidade da recompensa) e a inserção da alavanca ativa e inativa. O atendimento do requisito de resposta na alavanca ativa resultou na retração de ambas as alavancas, na iluminação da luz indicadora acima da alavanca ativa para 10 sec e na entrega de 0.2 ml chocolate. Depois de um tempo limite de 20, um novo ciclo foi iniciado. A sessão terminou quando os animais não conseguiram ganhar uma recompensa dentro de 60 min. Os animais receberam sessões 4 PR antes e 4 PR depois da dieta. Em ambos os casos, a média das respostas da alavanca ativa sobre as sessões 4 foi usada como a pontuação PR do animal.

Punido respondendo

O procedimento foi adaptado de Deroche-Gamonet et al. (2004) Durante esse procedimento, os animais foram testados em câmaras de condicionamento operante diferentes das utilizadas durante as sessões de treinamento, time-out e PR. A sessão começou com a iluminação da casa e a apresentação de ambas as alavancas. Durante essas sessões, os animais responderam sob um esquema de reforço FR5, no qual cada alavanca 1st resultou na apresentação de um tom e cada 4^th XXI.^th A alavanca de pressão resultou na apresentação de um choque eléctrico dos pés (0.35mA, 2sec), administrado através do piso da grelha. Cada 5^th alavanca de imprensa resultou na entrega de 0.2 ml de chocolate Garantir. O tom foi desligado após o 4^th pressione a alavanca ou quando os animais não conseguiram fazer respostas 4 dentro do minuto 1, em que um novo ciclo FR5 foi iniciado. A medida de desfecho foi a quantidade de pressões de alavancas que os animais fizeram durante uma sessão como uma porcentagem da resposta inicial (a média das sessões de 4 FR5 nos dias anteriores). Nós avaliamos a resposta sob este paradigma em um estudo piloto (descrito acima), em que o choque elétrico na cabeça suprimiu quase completamente a resposta por alimentos em todos os animais.

Adulteração de quinina

Os animais tiveram acesso livre a chocolate Assegurar não adulterado ou adulterado (usando quinino 2 mM; Sigma, Holanda) na gaiola doméstica por 30 minutos em dias diferentes. Um experimento piloto mostrou que uma concentração de quinino 2 mM resultou em uma variabilidade individual substancial, enquanto concentrações mais altas suprimiram a ingestão em quase todos os animais, e concentrações mais baixas tiveram muito pouco efeito sobre a ingestão de chocolate. A razão de supressão foi calculada da seguinte forma: ((consumo não adulterado - consumo adulterado) / consumo não adulterado) * 100, de modo que uma razão de supressão de 100 compreendia a supressão total da ingestão, e uma razão de 0 significava nenhuma supressão. .

Recompensa de desvalorização

Os animais receberam 2 h de livre acesso ao chocolate. Assegure-se na gaiola inicial imediatamente antes de uma sessão de 20 min, durante a qual a luz da casa estava iluminada e as duas alavancas estavam presentes durante a sessão. As respostas ativas e inativas da alavanca não tiveram conseqüências programadas. O escore de desvalorização foi calculado pela quantidade de alavancas ativas feitas pelo animal após a desvalorização. Os resultados foram comparados com a quantidade de pressões de alavanca durante uma sessão normal de FR20 não desvalorizada 5 min no dia anterior.

Extinção e reintegração

Os animais receberam sessões de 12 por dia, durante as quais as pressões de alavanca eram sem consequências programadas. A luz da casa (que anteriormente indicava disponibilidade de recompensa) foi ativada durante a sessão. No dia 1, a reintegração induzida por sugestão foi testada como se segue. A sessão começou com a iluminação da luz de sinalização acima da alavanca ativa para 13 seg. Durante esta sessão, o atendimento do requisito FR10 na alavanca ativa resultou na retração de ambas as alavancas e na iluminação da luz de sinalização por 5 segundos, mas nenhuma recompensa foi entregue. Os animais receberam sessões normais de extinção no dia 10 e 14. No dia 15, chocolate reintegração induzida por garantia foi testada. A sessão começou com a entrega de 16 ml de chocolate. A alavanca pressiona durante esta sessão sem consequências agendadas.

A análise dos dados

Com base nos três critérios, um 'escore de dependência' foi calculado de acordo com Belin et al. [54]. A normalização foi feita subtraindo a média de todos os animais de cada animal individual e dividindo pelo desvio padrão de todo o grupo. Isso resultou em uma pontuação de critério com uma média de 0 e um desvio padrão de 1 para cada critério. O escore de dependência foi então calculado como a soma de três escores normalizados. Também categorizamos os animais de acordo com Deroche-Gamonet et al., O que significa que contamos o número de critérios para os quais o animal marcou entre o 66.^th XXI.^th percentil da distribuição [37]. Os dois grupos de dieta foram comparados entre si usando testes t de Student. Os grupos de critérios foram comparados usando one-way ANOVAs seguido por testes de comparação múltipla da Turquia post-hoc, quando apropriado. Conjuntos de dados brutos estão disponíveis mediante solicitação.

Um modelo compulsivo não afeta o controle sobre a busca de alimentos

Não observamos um efeito do modelo de compulsão em nenhum dos três critérios para o comportamento semelhante ao vício (Figuras 1 e E2) .2). Observamos, no entanto, um aumento no ganho de peso corporal após exposição ao modelo de compulsão alimentar. A dieta atual é baseada em um estudo realizado por Hagan et al., Que mostraram aumento de compulsão alimentar em alimentos saborosos de animais que foram expostos a uma dieta comparável mesmo depois de terem sido retirados desta dieta por 30 dias [50]. Em contraste com Hagan et al., Usamos ratos machos. Não podemos, portanto, excluir que poderíamos ter obtido efeitos mais pronunciados da dieta compulsiva se tivéssemos usado ratos fêmeas. De fato, a CAM é mais prevalente em mulheres humanas do que em homens [55]. Por outro lado, tem sido repetidamente demonstrado que, dadas as circunstâncias corretas, ratos machos e fêmeas farão binge com comida saborosa [56-58]. Outro modelo de compulsão alimentar comumente usado, que causa compulsão alimentar em ambos os sexos de ratos, usa períodos alternados de 12h / 12h de privação de alimentos combinados com acesso a uma solução de 10% de sacarose [59,60]. Pesquisas anteriores também mostraram que o acesso constante a uma dieta rica em gordura e sacarose aumenta, respondendo sob um cronograma de RP e respondendo sob um cronograma PR antes que o acesso à dieta se correlacione positivamente com o armazenamento de gordura abdominal após 4weeks de acesso a um alto teor de gordura. dieta de açúcar em ratos machos [51]. Assim, a exposição a certos tipos de dietas obesogênicas pode levar a compulsão alimentar e aumento da motivação para a alimentação. No entanto, nossos dados indicam que a exposição prolongada a uma dieta compulsiva por si só não é suficiente para evocar um comportamento similar ao vício.

Nenhuma evidência de 'dependência alimentar', mas alta variabilidade individual no controle da ingestão de alimentos saborosos

Ao contrário do que foi encontrado para a cocaína, o subgrupo de ratos que realizaram no tercil superior para todos os três critérios não foi maior que o esperado pelo acaso (3,6%). Portanto, é razoável concluir que não há sinais claros de comportamento semelhante ao vício direcionados ao chocolate. Garantimos o desenvolvimento de nosso estudo. Mesmo na ausência de tal “subgrupo de dependentes”, a faixa de controle sobre a busca de alimentos observada no presente estudo é altamente relevante. Ou seja, o controle diminuído sobre a ingestão de alimentos em humanos, mesmo na ausência de um comportamento claro como o vício, pode causar excessos e refeições leves prolongadas levam à obesidade em alguns indivíduos. No presente estudo, o controle diminuído sobre a ingestão de alimentos palatáveis ​​não predisse o ganho de peso corporal, o que é provavelmente devido ao fato de que os ratos (em contraste com os humanos) não tentam impedir o ganho de peso corporal. Assim, os mecanismos neurais por trás desse contínuo de controle sobre busca e consumo de alimentos são importantes para investigar e nosso modelo atual fornece as ferramentas comportamentais para fazê-lo.

Animais mostrando menor controle sobre a ingestão de alimentos são menos sensíveis para recompensar a desvalorização

Observamos uma diminuição significativa na resposta após a desvalorização em um nível de grupo (Figura 6a). Curiosamente, houve grandes diferenças individuais em relação ao impacto da desvalorização, que se correlacionou com o escore de dependência (Figura 6b). Tem sido proposto que o desenvolvimento do vício é facilitado por uma mudança do comportamento dirigido pelo resultado dirigido pelo objetivo para o comportamento baseado no estímulo habitual [46]. Acredita-se que o primeiro seja mediado por partes ventrais e mediais do estriado, enquanto o segundo depende do estriado dorsolateral [61]. De fato, tem sido repetidamente demonstrado que a auto-administração prolongada de cocaína recruta mecanismos estriatais dorsolaterais subjacentes à busca de drogas [62-65] e que lesões ou inativação do estriado dorsolateral reduzem o comportamento habitual [66-69]. Como os animais que demonstram menor controle sobre a ingestão de alimentos expressam comportamentos mais habituais, esses achados sugerem que o controle reduzido sobre a ingestão alimentar está associado a um maior envolvimento do corpo estriado dorsolateral no controle da alimentação.

Animais de baixo controle são mais propensos a restabelecer a busca de comida extinta

Uma característica proeminente do vício é o alto risco de recaída [70,71]. Isso pode ser investigado usando modelos animais que estudam a propensão de um animal para restabelecer a busca de drogas após a extinção da resposta operante. A procura de drogas pode ser restabelecida usando uma sugestão associada a drogas, uma pequena quantidade de "preparação" do medicamento ou por estresse [38]. Para avaliar se os animais com menos controle sobre a busca por alimentos estavam mais propensos a restabelecer a busca por comida extinta, nós testamos os animais tanto para a reintegração induzida por recompensa quanto para recompensa. Como visto em Figura 7C, apenas a iniciação dos animais com a recompensa com sabor de chocolate induziu uma diferença significativa na reintegração entre os grupos de critérios 4. Neste caso, os animais dos critérios 2 responderam significativamente mais durante a reintegração. É provável que os animais dos critérios 3 também sejam mais prováveis ​​de se restabelecer, mas isso foi difícil de demonstrar estatisticamente devido ao pequeno número de animais neste grupo.

Em conclusão, apresentamos um modelo que pode ser usado para medir mudanças no controle sobre o comportamento alimentar. O modelo produz um continuum de comportamento que varia de muito alto a baixo controle, o extremo do qual pode ser denominado vício alimentar, mas pelo menos no experimento atual, nenhuma fronteira clara entre animais 'viciados' e 'não-viciados' pode ser desenhada , nem o subgrupo de animais que pode potencialmente ser classificado como apresentando comportamento semelhante ao vício maior do que o esperado pelo acaso. Por outro lado, descobrimos que o baixo controle sobre a ingestão de alimentos estava associado a uma alta propensão de recaída induzida por alimentos e aumento da resposta habitual ao chocolate, indicando que mudanças comportamentais associadas ao comportamento aditivo podem ser observadas em animais com baixo controle sobre palatável ingestão de alimentos. O modelo, portanto, fornece uma ferramenta valiosa para estudar o controle sobre a alimentação e suas bases neurais. Isso é altamente relevante quando consideramos que o menor controle sobre a alimentação, mesmo sem a classificação estrita da dependência alimentar, pode resultar em graves problemas de saúde.