Dana M. Small, Alexandra G. DiFeliceantonio
Ciência 25 Jan 2019:
Vol. 363, Edição 6425, pp. 346-347
DOI: 10.1126 / science.aav0556
Sinais que transmitem informações nutricionais do intestino para o cérebro regulam o reforço alimentar e a escolha de alimentos (1-4). Especificamente, embora os cálculos neurais centrais executem a escolha, o sistema nervoso do intestino comunica informações sobre os resultados nutricionais das escolhas para o cérebro, para que a representação dos valores dos alimentos possa ser atualizada. Aqui, discutimos descobertas recentes que sugerem a fidelidade da sinalização do intestino-cérebro e a representação resultante do valor dos alimentos é comprometida por alimentos processados (3, 4). A compreensão desse eixo poderia informar sobre o comportamento alimentar envolvendo alimentos processados e obesidade.
Em 1947, experimentos em que roedores foram alimentados com dietas isocalóricas que variaram em volume revelaram que os roedores com precisão titulam o volume de alimentos consumidos para manter a ingestão calórica constante ao longo dos dias, indicando que “ratos comem por calorias” (5). Isto implicava que um sinal deve ser gerado para comunicar o valor energético do alimento ao cérebro para guiar a ingestão. Mais tarde, outros confirmaram que esses sinais “pós-ingestivos” podem ser reforçados mostrando que os animais são capazes de formar preferências por sabores consumidos com calorias comparados com aqueles consumidos sem - uma forma de aprendizado chamada condicionamento com nutrientes aromáticos (FNC).6). É importante ressaltar que a CNF ocorre mesmo na ausência de estimulação sensorial oral concomitante, que isola sinais pós-ingestivos como reforçador-chave (7). Por exemplo, animais que não têm maquinário neurobiológico para transduzir sabor doce, todavia, formam preferências por água contendo sacarose, comparados apenas à água, e esse comportamento é acompanhado por aumentos na dopamina extracelular no corpo estriado, uma região do cérebro necessária à motivação e à aprendizagem. Criticamente, no entanto, a infusão do agente antimetabólico 2-deoxiglicose, que bloqueia a capacidade das células de usar glicose como combustível, atenua a formação de preferências e dopamina extracelular (1). Estes sinais são provavelmente neurais em vez de endócrinos (isto é, hormonais) porque o aumento da dopamina extracelular é rápido após a infusão intragástrica de glicose (8). Além disso, a infusão de glicose, mas não a glicose não metabolizável na veia porta, aumenta a dopamina extracelular (8). Coletivamente, isso sugere que em animais, o estímulo incondicionado que impulsiona o reforço de açúcar (carboidrato) é um sinal metabólico produzido quando as células usam glicose como combustível; este sinal é então detectado por um mecanismo na veia porta e subsequentemente transportado para o cérebro para regular a sinalização da dopamina (ver a figura). A natureza exata do sinal metabólico, seu sensor e como ele é transmitido ao cérebro são desconhecidos.
Há evidências de que um mecanismo similar opera em humanos. Estudos de neuroimagem demonstraram que as sugestões de alimentos, que são preditivas de calorias, ativam o corpo estriado em humanos e que a magnitude dessas respostas é regulada por sinais metabólicos (9). Especificamente, o aumento da glucose no plasma sanguíneo após o consumo de uma bebida contendo hidratos de carbono prevê a magnitude da resposta estriada condicionada à visão e ao sabor da bebida. Como a glicose deve estar presente para ser usada como combustível, isso sugere que em humanos, como em animais, o reforço de carboidratos depende de um sinal metabólico associado à presença de glicose. Além disso, observações em humanos sugerem que a representação cerebral dos sinais metabólicos é independente das percepções conscientes, como a de gostar dos alimentos. As mesmas respostas estriatais à sugestão de sabor calórico preditivo que estavam tão fortemente associadas às mudanças na glicose plasmática não estavam relacionadas com a preferência nominal das bebidas pelos participantes. Isso é consistente com estudos adicionais de neuroimagem que concluem que a densidade de energia real, e não a densidade de energia estimada ou a preferência de quadros alimentares, prediz disposição para pagar por alimentos e respostas do circuito de recompensa do corpo estriado (3, 10). Essas observações sugerem que a representação neural desses sinais nutricionais de reforço é independente das percepções conscientes sobre os alimentos. Uma possibilidade intrigante é a de que os sinais metabólicos são importantes geradores de saliência de incentivo (como as pistas se tornam motivacionalmente significativas) e que os caminhos distintos iniciados por esses sinais são mapeados em circuitos neurais que desejam comida versus gostar de comida (11).
Os lipídios são outra importante fonte de energia metabolizada de maneira diferente dos carboidratos. Consequentemente, o caminho pelo qual o valor energético da gordura é comunicado ao cérebro é diferente. O bloqueio da oxidação da gordura aumenta o apetite por gordura e o bloqueio da oxidação da glicose aumenta o apetite por açúcar. No entanto, a vagotomia (cirurgia para cortar o nervo vago) em camundongos apenas interrompe o aumento do apetite por gordura, deixando o apetite glicêmico inalterado (12). Consistentemente, como a glicose, a infusão direta de lipídios no intestino produz um aumento imediato na dopamina extracelular do estriado. No entanto, isso ocorre por meio de um mecanismo específico do receptor ativado por proliferador de peroxissoma (PPARα) (2). O PPARα é expresso pelos enterócitos duodenais e jejunais no intestino delgado e sinaliza para o nervo vago através de mecanismos ainda desconhecidos. Como a liberação de dopamina no estriado pela glicose, o aumento da dopamina é rápido, o que é consistente com a sinalização neural em vez da endócrina. Além disso, a ativação desses neurônios sensoriais vagais no intestino superior que se projetam para o gânglio nodoso direito, rombencéfalo, substância negra e estriado dorsal é suficiente para apoiar a aprendizagem de recompensa (preferência de lugar) e liberar dopamina estriatal em camundongos (13). Não está claro se esta via existe em humanos, e se existem vias metabólicas neurais aferentes (ANM) para outros lipídios e nutrientes está sendo investigada.
A descoberta de que o estímulo incondicionado que sustenta o reforço alimentar é um sinal de MNA - que é pelo menos algumas vezes independente do prazer sensorial - é surpreendente. No entanto, uma reflexão mais profunda revela a elegância desta solução. Todos os organismos precisam adquirir energia para sobreviver e a maioria não tem funções cerebrais de ordem superior que sustentem a consciência. Assim, o mecanismo provavelmente reflete um sistema conservado projetado para retransmitir as propriedades nutritivas do alimento a circuitos centrais no cérebro que regulam a alimentação independentemente da consciência, de modo que o alimento é tão reforçador quanto uma fonte útil de energia. Consequentemente, uma transferência de alta fidelidade da informação nutricional do intestino para o cérebro é fundamental para uma estimativa precisa do valor.
Embora esteja claro que o ambiente alimentar moderno promove a obesidade e o diabetes, a controvérsia envolve os mecanismos precisos pelos quais isso acontece. Os alimentos processados modernos tendem a ser densos em energia, são projetados para serem tão irresistíveis quanto possível e oferecem nutrientes em doses e combinações não encontradas antes. Como os sinais energéticos dirigem o reforço, o aumento das doses pode aumentar o potencial reforçador e, portanto, "viciante" dos alimentos processados. No entanto, estes podem não ser os únicos fatores que contribuem para o aumento do diabetes e da obesidade.
Para aumentar a palatabilidade, adoçantes não nutritivos (substâncias sem conteúdo calórico) são frequentemente adicionados a alimentos e bebidas que também contêm açúcares e amidos nutritivos. Por exemplo, bebidas adoçadas com açúcar contêm açúcares nutritivos, glicose e frutose, bem como adoçantes não nutritivos, sucralose e acessulfame K. Os iogurtes freqüentemente contêm açúcares nutritivos e adoçantes não nutritivos, como o extrato de folhas de estévia. Uma breve leitura dos rótulos dos alimentos em uma mercearia revelará muitos exemplos de alimentos e bebidas que contêm açúcares nutritivos e adoçantes não nutritivos. Em contraste, em alimentos não processados, a doçura é proporcional ao teor de açúcar e, portanto, ao conteúdo calorífico (energia) do alimento. Evidências recentes sugerem que os produtos que contêm uma combinação de açúcares nutritivos e adoçantes não nutritivos produzem surpreendentes efeitos metabólicos e reforçadores. Por exemplo, consumir uma bebida 115-kcal induzirá maiores efeitos termogênicos se a doçura for “combinada” com a carga calórica comparada com se ela for doce demais ou não for doce o suficiente (4). Como a termogênese induzida pela dieta (DIT) é um marcador do metabolismo de nutrientes e a resposta metabólica impulsiona o reforço por meio de MNA, uma bebida de baixa caloria pode condicionar maior preferência e resposta estriada do que uma bebida de maior caloria (incompatível).4). Importante, este efeito ocorre mesmo que a glicose plasmática aumente. Isso demonstra que em humanos, como em animais, não é a presença do nutriente no intestino ou no sangue que impulsiona o reforço, mas sim a geração de uma MNA quando o nutriente é usado como um combustível que é crítico. O mecanismo por trás desse efeito “incompatível” em humanos é desconhecido e merece mais estudos. Em particular, entender o destino da glicose não metabolizada e determinar se há implicações para diabetes e obesidade é uma direção futura crítica. O que está claro é que o valor energético das bebidas que contêm açúcares nutritivos e adoçantes não nutritivos não está sendo comunicado com precisão ao cérebro, pelo menos em algumas circunstâncias, e isso pode levar à geração de sinais imprecisos não apenas para regular a recompensa, mas também processa, como armazenamento de energia e particionamento de nutrientes.
Reforçando sinais metabólicos para o cérebro
Neste modelo proposto para reforçar sinais aferentes neurais metabólicos (MNA), o sinal para gordura depende da ativação mediada por PPARα de aferentes sensoriais vagais que se projetam para o gânglio nodoso direito, rombencéfalo, substância negra e estriado dorsal. O sinal de carboidrato é gerado durante a oxidação da glicose e ativa um sensor da veia porta desconhecida, que induz um sinal que ativa os neurônios dopaminérgicos mesencefálicos que se projetam para o estriado. Uma rede cortical independente integra sinais MNA com valor consciente.
GRÁFICO: A. KITTERMAN /CIÊNCIA
Um segundo exemplo de comprometimento da fidelidade da sinalização do intestino-cérebro vem de um estudo no qual o valor de reforço de alimentos que contêm principalmente gordura, principalmente carboidrato, ou ambos, gordura e carboidrato foi comparado (3). Alimentos ricos em gorduras e carboidratos não são facilmente encontrados em alimentos não processados, mas são frequentemente objeto de desejos por comida (por exemplo, chocolate e donuts). O estudo demonstrou que, a partir de uma escolha de alimentos igualmente calóricos e apreciados, as pessoas queriam alimentos que continham gordura e carboidratos mais do que aqueles com gordura ou carboidratos, e isso se refletia em respostas supra-aditivas estriatais (3). Isso pode contribuir para alguns alimentos que são desejados ou mais irresistíveis do que outros e, portanto, desempenham um papel em comer demais.
Essas descobertas emergentes apontam para dois sistemas separáveis que impulsionam a escolha de alimentos. Um sistema reflete diretamente o valor nutricional dos alimentos e depende dos sinais metabólicos que chegam ao cérebro (MNAs). Esse sistema de detecção de nutrientes parece desempenhar um papel crítico na regulação da dopamina estriatal, determinando o valor dos alimentos e orientando a escolha dos alimentos. No segundo sistema, percepções conscientes como sabor e crenças sobre conteúdo calórico, custo e saúde dos alimentos também são importantes determinantes da escolha de alimentos (14, 15). Computações neurais relacionadas a contribuintes conscientes do valor parecem ser distintas daquelas relacionadas a sinais de reforço nutricional de MNAs e serem dependentes de circuitos dentro do córtex pré-frontal e córtex insular (9). Determinar como os dois sistemas interagem para regular o comportamento ingestivo e o metabolismo de nutrientes é um tópico importante de pesquisa.
Há evidências de que o conteúdo nutricional dos alimentos processados não é transmitido com precisão ao cérebro. Isso levanta a possibilidade de que a forma como os alimentos são preparados e processados, além de sua densidade de energia ou palatabilidade, afete a fisiologia de formas imprevistas que poderiam promover disfunção excessiva e metabólica. Uma melhor compreensão de como as propriedades dos alimentos processados interagem com a via do cérebro intestinal é crítica, assim como é determinar se tais efeitos afetam a sinalização da saciedade, as propriedades de dependência dos alimentos, a saúde metabólica e a obesidade. Além disso, embora nos concentremos em gordura e carboidratos, provavelmente existem várias vias de sinalização para transmitir uma série de informações nutritivas ao cérebro para orientar a escolha dos alimentos - e essas vias podem ser igualmente afetadas por alimentos processados.
http://www.sciencemag.org/about/science-licenses-journal-article-reuse
Este é um artigo distribuído sob os termos do Licença Padrão de Revistas Científicas.
Referências e Notas
- ↵
- LA Tellez e cols.
J. Physiol. 591, 5727 (2013).
- ↵
- LA Tellez e cols.
., Ciência 341, 800 (2013).
- ↵
- AG DiFeliceantonio e cols.
., Cell Metab. 28, 33 (2018).
- ↵
- MG Veldhuizen e cols.
., Curr. Biol. 27, 2476 (2017).
- ↵
- EF Adolph
, Sou. J. Physiol. 151, 110 (1947).
- ↵
- GL Holman
J. Comp. Physiol. Psychol. 69, 432 (1969).
CrossRefPubMedWeb of ScienceGoogle Scholar
- ↵
- X. Ren et al
J. Neurosci. 30, 8012 (2010).
- ↵
- L. Zhang e cols.
., Frente. Integrar Nuerosci. 12, 57 (2018).
- ↵
- IE de Araújo e cols.
., Curr. Biol. 23, 878 (2013).
- ↵
- DW Tang e cols.
., Psychol. Sci. 25, 2168 (2014).
- ↵
- KC Berridge
Neurosci. Biobehav. Rev. 20, 1 (1996).
CrossRefPubMedWeb of ScienceGoogle Scholar
- ↵
- S. Ritter,
- JS Taylor
, Sou. J. Physiol. 258, R1395 (1990).
- ↵
- W. Han e cols.
., Célula 175, 665 (2018).
- ↵
- TA Hare e cols.
., Ciência 324, 646 (2009).
- ↵
- H. Plassmann e cols.
J. Neurosci. 30, 10799 (2010).
Agradecimentos: Agradecemos a I. de Araújo, A. Dagher, S. La Fleur, S. Luquet, M. Schatzker e M. Tittgemeyer por sua ajuda na formação de nossa perspectiva. Nós reconhecemos a B. Milner pelo seu trabalho pioneiro no aprendizado implícito.
;
