Dietas obesogênicas podem alterar diferencialmente o controle da dopamina na ingestão de sacarose e frutose em ratos (2011)

1. Introdução

Décadas de pesquisa por Hoebel e seus estagiários forneceram informações essenciais sobre o papel do sistema dopaminérgico do cérebro na regulação da alimentação, desenvolvendo assim o conceito de "recompensa alimentar" [1-4] Notavelmente, os primeiros experimentos de Hoebel estabeleceram a dopamina no mesencéfalo como um fator-chave na alimentação crônica em excesso e na obesidade resultante [5-8], muito antes de evidência direta foi disponibilizada a partir de estudos de imagem [9, 10].

A noção de que a comida exerce controle sobre a alimentação e, por sua vez, que o acesso sustentado ou intermitente a refeições altamente palatáveis ​​(ou seja, aquelas ricas em açúcares e gorduras) pode causar mudanças duradouras nos sistemas reguladores de alimentação, há muito tempo é central para as teorias de Hoebel sobre o desenvolvimento de comportamentos do tipo compulsão. No início de sua carreira, ele também aplicou elementos desse raciocínio à obesidade. Em uma revisão de 1977, Hoebel observou que pode haver "diferentes tipos de obesidade que requerem diferentes tratamentos" [11]. Desde então, uma pletora de pesquisas sobre obesidade identificou vários fatores genéticos, metabólicos e ambientais que podem explicar a variação no desenvolvimento, nas conseqüências e no tratamento da obesidade.12-15] No entanto, nossa compreensão das contribuições específicas dos macronutrientes para as funções alteradas de recompensa alimentar está longe de ser completa. O presente artigo resume os dados de um estudo inspirado na pesquisa de Bart e com o objetivo de reduzir essa lacuna em nosso conhecimento.

Dentro da etiologia multifacetada da obesidade, a dieta continua sendo um fator-chave no desenvolvimento da obesidade. Dietas obesogênicas são dietas ricas em valor calórico, freqüentemente comidas apetitosas que levam à obesidade após exposição prolongada [16]. No entanto, a composição de macronutrientes das dietas obesogênicas pode diferir e essa variação pode impactar os sistemas neurais alterados na obesidade, como a dopamina. De fato, a manutenção em uma dieta obesogênica tem mostrado reduzir os níveis de dopamina no acumbens, bem como alterar a reatividade do sistema mesocorticolímbico de tal forma que uma dieta mais palatável é necessária para alcançar aumentos semelhantes induzidos por alimentos na dopamina extracelular como visto no chow controles alimentados [17]. Um mecanismo potencial é uma infra-regulação adaptativa devido à estimulação aumentada e crônica por alimentos saborosos [18]. De fato, estudos em nosso laboratório mostraram que mesmo a estimulação orosensorial por sacarose ou gordura é suficiente para estimular a liberação de dopamina no nucleus accumbens [19, 20]. De particular relevância, a gordura e os açúcares parecem afetar os sistemas de recompensa de maneira diferente, pois infere-se da maior potência dos açúcares para produzir comportamentos semelhantes a aditivos.21]. Outras investigações recentes mostraram efeitos diferenciais no sistema neuroendócrino e, posteriormente, suscetibilidade ao ganho de peso com base na proporção de gordura e carboidratos em dietas obesogênicas [22, 23]. Além disso, maior atenção tem sido dedicada a possíveis particularidades nas respostas regulatórias a uma dieta de xarope de milho rico em frutose e às supostas conseqüências da aparente facilidade com a qual ela pode causar obesidade e desregulação da regulação alimentar. Especificamente, estudos recentes realizados por Avena e Hoebel demonstraram que ratos com acesso a xarope de milho rico em frutose (HFCS) por 12 horas todos os dias durante semanas 8 ganharam significativamente mais peso corporal do que animais que receberam acesso igual a 10% sacarose, embora eles tenham consumido mesmo número de calorias totais, mas menos calorias do HFCS do que a sacarose [24]. A crescente incidência de obesidade e o potencial para a descoberta de novos tratamentos exigem uma investigação sobre como a ingestão de alimentos comuns de alta energia e palatáveis, como a sacarose e a frutose, é controlada sob condições de obesidade na dieta.

Portanto, o presente estudo investigou a regulação da dopamina da ingestão de sacarose e frutose em ratos que se tornaram obesos como resultado da manutenção prolongada em duas dietas padrão de alta energia amplamente utilizadas para produzir obesidade dietética em ratos e variando em gordura e carboidratos. Especificamente, avaliamos o envolvimento das duas principais classes de receptores de dopamina usando a administração periférica (interperitoneal; ip) do antagonista do receptor de D1 da dopamina (D1R) SCH23390 ou o raclopride antagonista de dopamina D2 (D2R) em ratos obesos magros e diet�icos num teste de ingest� de uma garrafa curta (2-h) de sacarose ou frutose. Estes carboidratos comuns são prevalentes em dietas humanas, são prontamente consumidos por ratos e têm propriedades de reforço positivas [25-28]. A ingestão de sacarose mostrou anteriormente estimular a liberação de dopamina no núcleo accumbens [3, 19, 29] e administração periférica de ambos SCH23390 e raclopride reduz a alimentação simulada com sacarose [30]. Embora haja interesse pela comunidade científica, assim como pela mídia pública, efeitos semelhantes de antagonistas da dopamina sobre a ingestão de frutose foram investigados apenas no contexto de aquisição e expressão de preferências condicionadas, e esses estudos também foram limitados a ratos magros [31-33]. Apesar das potenciais implicações, os efeitos dos antagonistas dos receptores da dopamina sobre a ingestão de carboidratos em vários modelos de obesidade e na ausência de estímulo homeostático (ou seja, após períodos de restrição alimentar) não foram investigados. Portanto, os ratos do estudo atual foram mantidos saciados para evitar efeitos confusos da fome e do déficit de energia.

2. Métodos

Antagonistas de Dopamina 2.3, Soluções de Teste e Procedimento de Teste

O antagonista da dopamina D1R SCH23390 (HFHE: n = 6; FCHE: n = 5; Chow: n = 4) e o raclopride antagonista do receptor de D2 da dopamina (HFHE: n = 5; FCHE: n = 6; Chow: n = 4) foram usados. SCH23390 e raclopride (Tocris Biosciences, Ellisville, MO) foram dissolvidos em solução salina estéril e administrados intraperitonealmente 10 minutos antes do acesso de 2-hr a 0.3 M sacarose ou 0.4 M frutose. Essas concentrações foram escolhidas por serem altamente palatáveis ​​para ratos e, portanto, têm sido comumente usadas em estudos anteriores [3, 19, 32, 34]. Sacarose e frutose (Fisher-Scientific, Fair Lawn, NJ) foram dissolvidas em água da torneira filtrada não mais que 24 horas antes do teste.

Os animais foram treinados para beber soluções de teste durante as sessões diárias em que o acesso de 2 horas (começando às 1000 horas) à sacarose ou frutose foi fornecido por 8 dias antes do teste para atingir a ingestão de linha de base estável, ou seja, familiaridade com os efeitos orossensoriais e pós-consumo. O treinamento e os testes ocorreram na sala da colônia dos animais, com garrafas de plástico de 100 ml temporariamente presas à frente da gaiola de modo que os bicos se estendessem para dentro da gaiola. A administração de veículo (solução salina) ou antagonistas de dopamina começou após 24 semanas de manutenção nas dietas, ponto no qual ambos os grupos de dieta obesogênica (HFHE e FCHE) tinham pesos corporais significativamente maiores do que os controles de ração (Figura 1). Foi dado um mínimo de 48 horas entre os dias de injeção para permitir que os medicamentos metabolizem completamente. Não ocorreram alterações no peso corporal ou na ingestão alimentar 24 hora após o tratamento com os antagonistas da dopamina.

 

Figura 1

Peso corporal durante o período anterior e durante o período de testes farmacológicos (barra cinzenta)

2.4 Análise estatística

Peso corporal e ¹Os dados de RMN-H foram analisados ​​utilizando uma análise de variância de amostras independentes (ANOVA) com dieta como variável independente.

O consumo foi medido como ml consumido e é apresentado como média ± SEM. A entrada de linha de base (veículo seguinte, isto é, injeção de solução salina) foi testada para diferenças entre os grupos de dieta em uma ANOVA de três vias com dieta, droga e carboidrato como as variáveis ​​independentes. Não houve efeitos significativos da dieta (F_(2,48)= 0.3533, p= 0.704), droga (F_(1,48)= 0.1482, p= 0.701), nem houve efeitos de interação significativos (dieta × droga: F_(2,48)= 0.4144,p= 0.66; dieta × carboidrato: F_(2,48)= 0.2759, p= 0.76; droga × carboidrato: F_(1,48)= 0.0062, p= 0.73; dieta × droga × carboidrato: F_(2,48)= 0.3108, p= 0.73). No entanto, um efeito significativo do carboidrato (F_(1,48)= 8.8974, p<0.01) foi observado (tabela 1). Portanto, para todas as análises subseqüentes, a ingestão foi convertida em uma redução percentual em relação ao valor basal (ingestão após dose x [ml] / ingestão após 0 μg / kg [ml]) e analisada com medidas repetidas de análise de variância (ANOVA) com Dieta (HFHE, FCHE, ou Chow) e Drug (raclopride ou SCH23390) como variáveis ​​independentes e dose (0, 50, 200, 400 ou 600 nmol / kg SCH23390 ou raclopride) como a medida repetida. A dose inibidora (ID₅₀) necessário para reduzir a ingestão para 50% da linha de base (0 nmol / kg) foi calculado como descrito anteriormente [35]. Diferenças no ID₅₀ foram comparados em função da dieta e do medicamento usando ANOVA de duas vias. Todas as análises foram conduzidas usando Statistica (v6.0, StatSoft® Inc., Tulsa, OK) e os achados significativos foram posteriormente analisados ​​usando os testes post-hoc de diferença mínima de Fischer (LSD). As diferenças foram consideradas estatisticamente significativas se p <0.05.

 

tabela 1

Ingestão de sacarose e frutose nos testes 2-h. Valores de consumo absoluto (em ml) de ingestões de sacarose e frutose por grupos de dietas após injeções de veículo (0 nmol / kg). Não foram observadas diferenças na ingestão inicial entre dieta ou grupos de medicamentos. Sacarose de linha de base ...

3. Resultados

3.2 Efeitos do antagonismo da dopamina D1R e D2R no consumo de sacarose

A ingestão de sacarose foi reduzida SCH23390 em todos os grupos (Figura 2a). A racloprida reduziu a ingestão de sacarose em ratos HFHE, mas foi muito menos eficaz em ratos Chow e FCHE (Figura 2b). As medidas repetidas ANOVA mostraram um efeito geral de Droga (F_(1,24)= 8.8446, p<0.01), Dose (F_(4,96)= 27.1269, p<0.001), e uma Dose por interação medicamentosa (F_(4,96)= 2.9799, p<0.05). Considerando que o efeito geral da dieta não foi significativo (F_(1,24)= 2.5787, p= 0.09), as comparações post hoc mostraram diferenças significativas no tratamento com racloprida entre os grupos HFHE e Chow (p<0.05) e entre os grupos HFHE e FCHE (p

 

Figura 2

Mudanças na ingestão de sacarose após antagonistas do receptor de dopamina

A análise post hoc revelou que SCH23390 foi significativamente mais eficaz na redução da ingestão total de sacarose em comparação com a racloprida (p SCH23390 suprimiram a ingestão de sacarose em ratos HFHE em todas as doses testadas e suprimiram a ingestão em ratos FCHE e Chow com 200 nmol e doses mais altas (Figura 2a). A ingestão de sacarose foi suprimida em ratos HFHE por todas as doses de racloprida, mas apenas a dose mais alta reduziu significativamente a ingestão de sacarose em ratos FCHE, enquanto nenhuma das doses suprimiu a ingestão de sacarose por ratos Chow (Figura 2b).

Análise do ID₅₀ (tabela 2) não revelou efeito da dieta (F_(2,24)= 0.576, p= 0.57) ou Droga (F_(1,24)= 2.988, p= 0.09), apesar das diferenças aparentes no ID₅₀ para raclopride. Esta falta de um efeito pode ser devido à variação substancial dentro dos grupos.

 

tabela 2

Eficácia dos antagonistas dos receptores da dopamina expressos como por ID50. O ID50 representa a dose na qual a ingestão seria reduzida para 50% da linha de base (veículo). Não foram observadas diferenças entre os grupos para ...

3.3 Efeitos do antagonismo da dopamina D1R e D2R no consumo de frutose

SCH23390 redução da ingestão de frutose em todos os grupos (Figura 3a). A racloprida, por outro lado, apenas reduziu significativamente o consumo no grupo da FCHE (Figura 3b). As medidas repetidas ANOVA revelaram um efeito global de Droga (F_(1,24)= 5.7400, p<0.05), Dose (F_(4,96)= 33.9351, p<0.001) e uma Dose por interação medicamentosa significativa (F_(4,96)= 3.0296, p<0.05), mas nenhum efeito da dieta (F_(2,24)= 1.5205, p= 0.24). Mais uma vez, no entanto, as análises post hoc mostraram uma diferença significativa no tratamento com racloprida entre os grupos HFHE e FCHE (p

 

Figura 3

Alterações na ingestão de frutose após administração de antagonistas do receptor de dopamina

A análise post hoc revelou que SCH23390 foi globalmente mais eficaz na supressão da ingestão de frutose do que a racloprida (p<0.05), e o fez de maneira dependente da dose (Figura 3). SCH23390 reduziu a ingestão em todos os grupos de dieta em 400 e 600 nmol e reduziu a ingestão de frutose tão cedo quanto a dose de 200 nmol em ratos HFHE (Figura 3a). Os efeitos da racloprida sobre a ingestão de frutose, contudo, limitaram-se a ratos FCHE com análise post hoc revelando reduções significativas no consumo de frutose em ratos FCHE a 200 nmol e doses mais elevadas, sem nenhuma das doses de racloprida suprimindo a ingestão de frutose em ratos HFHE ou Chow (Figura 3b).

ANOVA no ID₅₀ (tabela 2) revelou um efeito de Droga (F_(1,24)= 4.548, p<0.05) mas não dieta (F_(2,24)= 1.495, p= 0.25). SCH23390 necessitaram de doses mais baixas em geral do que a racloprida para reduzir a ingestão até metade da linha dep<0.05). De acordo com a análise das doses reais, análise post hoc de ID₅₀ também revelam uma sensibilidade significativamente aumentada em ambos os grupos obesos em comparação com os ratos Chow (p

4. Discussão

O presente estudo comparou a sensibilidade ao bloqueio do receptor de dopamina na redução da ingestão de duas soluções de carboidratos palatáveis, sacarose ou frutose, em dois modelos de animais obesos na dieta. Usamos duas dietas para imitar o consumo crônico de uma dieta predominantemente rica em gordura (HFHE), ou uma dieta combinada de açúcar e gordura (CHEE), como visto na dieta ocidental [25]. Como esperado, ambas as dietas produziram ganho de peso substancial e adiposidade a partir das semanas 12, com um aumento contínuo no peso corporal ao longo do experimento (Figura 1). Em seguida, os grupos foram comparados a controles alimentados com ração, pareados por idade, em sua sensibilidade relativa ao bloqueio específico do subtipo de receptor D1 e D2 SCH23390 ou raclopride, respectivamente. Descobrimos que o bloqueio dos receptores D1 reduziu a ingestão de sacarose e frutose em todos os grupos de dieta. Independentemente de os ratos consumirem sacarose ou soluções de frutose, os ratos HFHE responderam a doses ligeiramente SCH23390 em comparação com os equivalentes obesos de CHE ou Chow Chow (Figura 2a, , 3a) .3a). Este aparente aumento na sensibilidade ao antagonismo do receptor de D1 da dopamina por ratos HFHE também foi observado após o bloqueio do receptor D2 durante o teste da sacarose. De facto, os ratos HFHE responderam a todas as doses de racloprida com reduções na ingestão de sacarose, enquanto os ratos FCHE responderam apenas à dose mais elevada e os ratos Chow não demonstraram supressão significativa do consumo de sacarose após os tratamentos com raclopride (Figura 3b). Curiosamente, no entanto, os ratos HFHE não reduziram a ingestão de frutose após tratamento com raclopride. Em vez disso, o raclopride suprimiu significativamente a ingestão de frutose apenas em ratos FCHE. Uma sensibilidade aumentada aos antagonistas do receptor da dopamina é indicativa de redução da sinalização da dopamina, isto é, devido a menos receptores, uma competição reduzida da DA endógena nos locais receptores, ou uma combinação de ambos. De fato, há evidências de que um dos mecanismos pode ser aplicável ao nosso modelo. Por exemplo, a exposição a dietas ricas em gordura, mesmo antes do nascimento, pode resultar em diminuição de D2Rs [36]. Além disso, comer alimentos com alto teor de gordura mostrou diminuir a liberação de dopamina natural ou eletricamente evocada, e atenuar o volume de dopamina [37-39] Considerando que o mecanismo subjacente justifica investigações adicionais, nossos dados, juntamente com essas e outras observações anteriores, apóiam a noção de que comer certos alimentos - potencialmente independente da obesidade - pode resultar em mudanças no sistema dopaminérgico que lembram a neuroplasticidade à droga de abuso [40]. De fato, pesquisas recentes sugerem que dietas ricas em gordura aumentam a sensibilização a drogas que atuam em sistemas de dopamina.41, 42].

Investigações anteriores em ratos magros mostraram eficácia diferencial do bloqueio dos receptores D1 e D2 para reduzir a ingestão de carboidratos usando concentrações consistentes com aquelas usadas no presente estudo [31-33, 43]. Acredita-se que esses efeitos sejam parcialmente mediados por áreas do cérebro envolvidas na recompensa alimentar, e os receptores D2 nessas áreas podem ser especialmente suscetíveis a mudanças causadas pela obesidade.31, 33, 44-46]. O presente estudo expandiu os achados da modulação do receptor de dopamina na ingestão de carboidratos em ratos magros e complementou os estudos mostrando plasticidade duradoura no sistema de recompensa na obesidade. Enquanto a complexidade dos sistemas e fatores que podem influenciar essa interação (controle agudo da ingestão por um sistema cronicamente alterado) evidentemente aumenta as variâncias individuais e, consequentemente, os efeitos de interação diminuídos nos ANOVAs gerais, as comparações diretas (post hoc) dos efeitos dose-resposta revelam sensibilidade diferencial a doses isomolares de antagonistas de receptores entre os grupos de dieta. Mudanças que afetam os D2Rs pareciam depender especificamente do conteúdo de carboidratos também presente nas dietas ricas em gordura, indicando que o conteúdo de macronutrientes das dietas poderia alterar diferencialmente o sistema de recompensa.

Os efeitos diferenciais da sensibilidade à racloprida no teste da sacarose podem ser devidos à presença de sacarose nas dietas. Embora ambas as dietas obesogênicas contivessem alguma sacarose, a dieta da FCHE continha 23% mais sacarose do que a dieta HFHE. Assim, a falta de uma resposta ao raclopride no desafio da sacarose por ratos FCHE, mas não por ratos HFHE, pode ter sido devido à maior exposição à sacarose na dieta HFHE. No entanto, nenhuma dieta obesogênica continha frutose, mas também foram observadas diferenças nas respostas dos grupos de dieta obesogênica à racloprida no teste da frutose. Além disso, nenhuma sacarose estava presente na dieta de Chow, mas as respostas do grupo Chow à racloprida no teste de sacarose foram mais semelhantes às respostas feitas por FCHE do que os ratos HFHE. Isso indica que outros fatores podem estar subjacentes às respostas diferenciais ao tratamento com racloprida em função da dieta e do teste de carboidratos.

Explicações alternativas podem incluir efeitos neurais e hormonais diferenciais exercidos por frutose e sacarose. Enquanto os mecanismos exatos permanecem obscuros, há cada vez mais evidências apoiando essa noção [47, 48]. Neste contexto, a possibilidade de que as duas dietas alterassem as preferências de sacarose e frutose de forma diferente, como resultado de seus efeitos diferenciais nos sinais orais e gastrointestinais a montante do sistema de recompensa, não pode ser excluída e merece uma investigação mais aprofundada.

Obesidade e comidas apetitosas foram implicados de forma independente para alterar a sinalização da dopamina [3, 45, 49, 50], e, portanto, também poderia explicar a resposta diferencial observada no presente estudo. De fato, nossos dados confirmam achados anteriores mostrando que a sinalização de dopamina D2R é reduzida na obesidade [45, 50]. No entanto, o novo achado do presente estudo foi que a natureza dessa relação pode ser dependente do conteúdo de macronutrientes das dietas obesogênicas, em vez da obesidade ou de suas complicações associadas. Uma descoberta importante adicional foi a diferença observada na eficácia dos antagonistas de D2R entre os carboidratos testados. Observamos uma tendência em nossos dados de que o consumo de frutose parece ser rigidamente controlado pelos D2Rs do que a ingestão de sacarose, levando a questionar como a ingestão de diferentes carboidratos pode ser regulada diferencialmente, e se a recompensa obtida por diferentes carboidratos pode recrutar mecanismos variados. Dados anteriores indicaram que a ingestão de sacarose e frutose produz respostas fisiológicas diferentes. A sacarose demonstrou produzir efeitos condicionados com base em suas propriedades gustativas e pós-ingestivas [28, 51, 52] enquanto a frutose parece exercer estimulação relevante em termos comportamentais exclusivamente pelo seu sabor e não por reforçar os efeitos pós-ingestivos [27, 53]. Portanto, a capacidade de resposta dos circuitos de recompensa à frutose pode permanecer intacta mesmo quando o feedback induzido pela sacarose fica comprometido devido a prejuízos secundários à obesidade (por exemplo, sensibilidade reduzida à insulina / leptina). O oposto também pode ser verdadeiro: uma resposta contra-reguladora para conter a ingestão de sacarose pode falhar na verificação da ingestão de frutose. Futuros estudos em humanos são necessários para investigar se as preferências por alimentos ricos em frutose aumentariam com a obesidade, ou se as preferências relativas de sacarose e frutose são diferentes em pacientes obesos que também são diabéticos.

Embora os efeitos da sacarose sobre a dopamina tenham sido extensivamente investigados [3, 19, 43, 50], menos se sabe da interação entre a frutose e o sistema de recompensa da dopamina, embora os primeiros relatórios do laboratório de Hoebel indiquem que a frutose pode produzir suas próprias respostas fisiológicas [24]. O presente estudo acrescenta mais informações a este enigma complexo, sugerindo que dietas de diferentes conteúdos de macronutrientes podem alterar diferencialmente o controle da ingestão de frutose pela dopamina. Mais pesquisas são necessárias para entender completamente os mecanismos subjacentes pelos quais a gordura e o açúcar da dieta podem influenciar a sinalização do intestino-cérebro e provocar mudanças no cérebro.

5. Conclusões

Este estudo demonstra que as dietas obesogênicas (de alta energia) variando em gordura e carboidrato, em vez da própria obesidade, podem diferencialmente aumentar a sensibilidade aos antagonistas dos receptores D1 e D2 na redução da ingestão de carboidratos. Este achado é compatível com a noção geral de que a sinalização da dopamina na obesidade dietética é diminuída e sugere uma nova relação entre dietas e efeitos centrais da dopamina. Um outro achado importante foi que as dietas alteraram diferencialmente a potência dos antagonistas do receptor de dopamina na supressão da ingestão de sacarose e frutose. Em comparação com dietas normais (baixo teor de gordura) e altas em carboidratos, a obesidade produzida por uma dieta muito rica em gordura e baixo teor de açúcar resultou em aumento da sensibilidade ao antagonismo ao receptor D1 e D2 na redução da ingestão de sacarose, mas o controle do receptor de frutose D2 foi preservado. Em contraste, ratos alimentados com uma dieta de alta energia com uma combinação de alta gordura dietética e carboidratos demonstraram uma regulação aumentada do receptor D2 da ingestão de frutose. Assim, parece que a história alimentar pode alterar o desenvolvimento de défices de dopamina anteriormente atribuídos à obesidade em geral. Os presentes dados também sugerem que essas particularidades da plasticidade da dopamina podem influenciar o modo como certos carboidratos, como a frutose e a sacarose, exercem seus efeitos recompensadores. Essas diferenças poderiam explicar algumas das variações nas taxas de sucesso de diferentes tratamentos e terapias anti-obesidade. Mais estudos são necessários para testar a aplicabilidade desses achados aos seres humanos e investigar os mecanismos subjacentes.

Agradecimentos

Notas de rodapé

Referências