Raportul grăsimi / carbohidrați, dar nu densitatea energetică, determină aportul de alimente gustative și activează zonele de recompensare a creierului (2015)

Rapoarte științifice 5, Număr articol: 10041 (2015)

doi: 10.1038 / srep10041

Comportamentul alimentar

Obezitatea

AbstrChipsurile de cartofi pentru gustări induc aportul de alimente la șobolanii hrăniți ad libitum, ceea ce este asociat cu modularea sistemului de recompensă a creierului și a altor circuite. Aici, arătăm că aportul de alimente la șobolanii săturați este declanșat de un raport optim grăsimi/carbohidrați. La fel ca chipsurile de cartofi, un amestec izocaloric de grăsimi/carbohidrați a influențat modelul activității creierului întreg al șobolanilor, afectând circuitele legate, de exemplu, de recompensă/dependență, dar numărul de zone modulate și gradul de modulare au fost mai mici în comparație cu gustarea în sine.

Introducere

Disponibilitatea ad libitum a alimentelor gustoase poate duce la hiperfagie hedonică, adică la un aport crescut de energie și, în consecință, la creșterea în greutate corporală din cauza unei modificări a modelului de comportament al aportului alimentar.1. Pentru a declanșa aportul alimentar dincolo de sațietate, trebuie să fie implicați factori care anulează echilibrul energetic homeostatic și sațietatea prin diferite căi de semnalizare ale unui sistem de recompensă non-homeostatic.2. După cum sa arătat mai înainte, consumul de chipsuri de cartofi pentru gustări modulează puternic activitatea din cadrul sistemului de recompensă a creierului la șobolanii hrăniți ad libitum. În plus, duce la activarea semnificativ diferită a regiunilor creierului care reglează aportul alimentar, sațietatea, somnul și activitatea locomotorie3. Studiile comportamentale au confirmat că aportul de energie și activitatea locomotorie legată de hrănire au fost crescute atunci când erau disponibile chipsuri de cartofi.3. Deși reglarea neurobiologică a consumului de alimente este mult mai complexă decât reglarea dependenței de droguri, unele suprapuneri izbitoare ale mecanismelor neurofiziologice, modelul de activare a creierului și consecințele comportamentale au fost discutate în mod controversat.4,5,6,7. Circuitele cerebrale implicate sunt puternic activate de aportul de alimente după restricție, dar și de aportul de alimente foarte gustoase, în special8,9,10. În general, alimentele foarte gustoase sunt bogate în calorii și/sau bogate în grăsimi și/sau carbohidrați. Astfel, s-a emis ipoteza că densitatea energetică a alimentelor poate fi factorul crucial care declanșează aportul alimentar dincolo de sațietate, rezultând în greutate crescută și, eventual, în obezitate.11,12.

Un studiu comportamental recent a arătat că grăsimile și carbohidrații sunt determinanții moleculari majori ai gustării gustărilor.13. În plus, conținutul energetic al chipsurilor de cartofi este determinat în principal (94%) de conținutul de grăsimi și carbohidrați. Prin urmare, s-ar putea presupune că conținutul de energie este forța motrice a hiperfagiei hedoniste în cazul chipsurilor de cartofi. În consecință, am efectuat teste de preferință comportamentală pentru a investiga aportul de alimente cu conținut diferit de grăsimi/carbohidrați și am efectuat măsurători prin rezonanță magnetică (IRM) pentru a investiga modularea activității întregului creier indusă la șobolani.

Rezultate si discutii

Pentru testele de preferință, la fiecare aliment de testat s-a adăugat mâncare standard în pudră (STD) (1:1) pentru a exclude influența proprietăților organoleptice (Fig. 1a)13. S-a arătat anterior că ordinea și durata episoadelor de testare nu au influențat rezultatul13. La început, aportul relativ a crescut odată cu creșterea grăsimilor și, prin urmare, a conținutului de energie al alimentelor testate cu un maxim la o compoziție de 35% grăsimi și 45% carbohidrați. Cu toate acestea, conținutul mai mare de grăsimi a dus la scăderea aportului de alimente (Fig. 1a). Deoarece grăsimea are o densitate energetică mai mare decât carbohidrații, aceste constatări indică faptul că conținutul de energie nu este singurul determinant al aportului de alimente la șobolanii neprivați. În mod remarcabil, raportul mediu grăsimi/carbohidrați al celor mai atractive alimente de testare se potrivea aproape exact cu compoziția chipsurilor de cartofi (Fig. 1a). Rămâne de investigat dacă concluzia de mai sus poate fi extinsă și la alte produse alimentare cu un raport similar grăsimi/carbohidrați, cum ar fi ciocolata sau alte gustări.

Figura 1: (a) Activitatea alimentelor testate cu diferite proporții grăsimi/carbohidrați pentru a induce un aport suplimentar de alimente în timpul prezentării alimentelor de testare pe termen scurt (10 minute) în testele de preferință cu două variante.

Figura 1

Diferențele de aport de energie per aliment de testat față de cel de referință (17.5% grăsimi, 32.5% carbohidrați și 50% STD) sunt afișate ca contribuție relativă a alimentului de testat respectiv la aportul total de aliment de test și de referință (media ± SD). Mai jos este prezentată compoziția alimentelor testate și cea mai atractivă compoziție medie este comparată cu compoziția chipsurilor de cartofi. (b) Aportul de energie și activitatea locomotorie legată de hrănire în timpul fazelor de 7 zile de prezentare continuă a alimentelor de testare. Ambii factori se manifestă în dependența lor de alimentele testate [aliment standard (STD) sau un amestec de 35% grăsimi și 65% carbohidrați (FCH)] în faza de antrenament (TP) și faza de mangan (MnP) în timpul 12/ Cicluri lumină/întuneric de 12 ore timp de 7 zile. Datele arată media ± SD a 16 animale în 4 cuști pe 7 zile consecutive. În plus, sunt enumerate datele statistice corespunzătoare (**p < 0.01, ***p < 0.001, ns = nesemnificativ).

Imagine de dimensiune completă

Am demonstrat recent că consumul de chipsuri la șobolanii hrăniți ad libitum modulează puternic întreaga activitate a creierului, afectând în principal circuitul de recompensă și sistemele legate de aportul alimentar, somnul și activitatea locomotorie.3. Prin urmare, studiul de față a investigat impactul raportului grăsimi/carbohidrați al alimentului testat asupra acestor modulații. În acest scop, șobolanii hrăniți ad libitum au fost expuși la un aliment de testare care conținea 35% grăsimi și 65% carbohidrați (FCH) ca model aproape izocaloric (565 vs. 535 kcal/100 g) pentru chipsuri de cartofi. Un grup de control a primit în schimb STD sub formă de pulbere. Ulterior, modificările în întregul model de activitate a creierului în timpul fazei de hrănire au fost înregistrate prin imagistica prin rezonanță magnetică îmbunătățită cu mangan (MEMRI)14,15 așa cum a fost descris anterior3. Conform designului studiului prezentat în Fig. 1b, o fază de pregătire (TP) care oferă alimentele de testare ad libitum a fost urmată de o fază intermediară fără alimente de testare (șapte zile fiecare). Înainte de măsurarea MEMRI, agentul de contrast clorură de mangan a fost administrat prin pompe osmotice implantate subcutanat dorsal pentru a mapa activitatea creierului integrat în următoarele șapte zile. În timpul acestei faze de mangan (MnP), șobolanii au restabilit accesul la hrana lor de testare deja cunoscută. Peletele standard și apa de la robinet au fost disponibile ad libitum pe parcursul întregului studiu (Fig. 1b). Această configurație de testare a comparat aportul de energie, precum și modelul de activitate a creierului întreg al ambelor grupuri și a dus la un aport de energie semnificativ crescut în grupul FCH în timpul TP și MnP în lumină, precum și în ciclul întuneric al zilei în comparație cu controlul (Fig. 1b). În plus, a fost numărată activitatea locomotorie a șobolanilor singuri în apropierea distribuitoarelor de alimente. Spre deosebire de alte teste locomotorii, cum ar fi testul în câmp deschis care măsoară activitatea locomotorie generală și anxietatea, activitatea locomotorie legată de hrănire, care a fost evaluată în studiul de față, reflectă mai degrabă comportamentul de căutare a hranei. Totuși, activitatea locomotorie legată de hrănire a fost doar ușor crescută atunci când FCH a fost disponibil în loc de STD sub formă de pulbere în timpul ciclului întunecat al TP (activitate locomotorie medie [număr] STD 205 ± 46, FCH 230 ± 41, n = 4, p = 0.0633 ) și MnP (activitate locomotorie medie [numărări] STD 155 ± 24, FCH 164 ± 17, n = 4, p = 0.2123) (Fig. 1b). În schimb, accesul la chipsuri de cartofi a condus la o activitate locomotorie legată de hrănire mult mai mare în comparație cu același grup de control cu ​​BTS în timpul ciclului întunecat.3, care a fost semnificativ atât în ​​TP (activitate locomotorie medie [numărează] STD 205 ± 46, chipsuri de cartofi 290 ± 52, n = 4, p < 0.001), cât și în MnP (activitate locomotorie medie [număr] STD 155 ± 24, chipsuri de cartofi 197 ± 29, n = 4, p = 0.0011). Astfel, se poate concluziona că raportul grăsimi/carbohidrați determină palatabilitatea chipsurilor de cartofi, dar că comportamentul de hrănire este influențat și de alte componente din gustările. Cu toate acestea, rămâne speculativ dacă aceste diferențe se referă la aspectele „dorință” și „placere” ale aportului alimentar.16.

Monitorizarea întregului creier prin MEMRI a relevat diferențe semnificative în activarea zonelor creierului prin aportul de FCH în comparație cu STD (Fig. 2a, b, Fig. 3, prima coloană, Tabelul 1). Rezultatele prezente au fost comparate cu analizele MEMRI anterioare ale modulării modelului activității creierului în timpul consumului de chipsuri de cartofi vs. STD în aceleași condiții.3. Datele anterioare sunt enumerate în a doua coloană a Fig. 2 și 3. Deși FCH a avut un raport similar grăsimi/carbohidrați și o densitate energetică aproape identică în comparație cu chipsurile de cartofi, FCH a activat un număr mult mai mic (33) de zone ale creierului în mod semnificativ diferit față de STD decât chipsurile de cartofi (78 de zone, Fig. 2). Au fost detectate efecte în grupurile funcționale legate de recompensă și dependență (Fig. 3a), aportul alimentar (Fig. 3b), somn (Fig. 3c), și activitatea locomotorie (Fig. 3d). Figura 2b prezintă o privire de ansamblu asupra tuturor zonelor cerebrale activate în mod semnificativ diferit, comparând efectele FCH și, respectiv, chipsurile de cartofi cu cele ale STD. În plus, modificarea fracționată a activării, adică absorbția de mangan care reflectă activitatea neuronală, diferă decisiv în ceea ce privește consumul de FCH vs. STD comparativ cu chipsurile de cartofi vs. STD (Fig. 3, a treia coloană). Nucleul accumbens este considerat a fi o structură principală a sistemului de recompense17. Consumul de FCH a dus la o activare semnificativ crescută de 7.8 ori într-una dintre cele patru substructuri, subregiunea centrală a emisferei stângi. Creșterea subregiunilor cochiliei, precum și a subregiunii centrale a emisferei drepte nu a fost semnificativă (Fig. 3a). Aportul de chipsuri de cartofi în condiții similare a condus, de asemenea, la cea mai mare activare a subregiunii nucleului din stânga a nucleului accumbens. În comparație cu FCH, nivelul de activare în această substructură a fost chiar de două ori mai mare. Spre deosebire de FCH, celelalte trei substructuri au fost, de asemenea, activate semnificativ în comparație cu controlul (Fig. 3a). Astfel, se poate concluziona că FCH activează sistemele de recompensă în creier, dar cu efect minor decât chipsurile de cartofi. Această concluzie este reflectată și de alte structuri ale sistemului de recompensă/dependență, care au fost activate semnificativ de aportul de chipsuri de cartofi și FCH, cum ar fi nucleul pat al striei terminale (emisfera stângă)17,18, subiculul dorsal19, sau cortexul prelimbic (emisfera dreaptă și stângă)20. Alte structuri ale creierului, în schimb, nu au fost afectate semnificativ de aportul de FCH, chiar dacă sunt componente importante ale circuitelor de recompensă și au fost clar modulate de aportul de chipsuri, cum ar fi pallidum ventral, zona tegmentală ventrală sau putamenul caudat (Tabelul 1)3.

Figura 2: (a) Zone ale creierului activate semnificativ diferit (amestec de 35% grăsimi/ 65% carbohidrați (FCH) vs. mâncare standard (STD) și chipsuri de cartofi vs. STD3) printr-o analiză morfometrică bazată pe voxeli exemplificată pentru trei felii afișate pe suprafața medie a creierului șobolanului.

Figura 2

Datele medii ale grupului de alimente grăsimi/carbohidrați (FCH, coloana din stânga) sunt comparate cu modificările modelului activității creierului induse de chipsurile de cartofi în aceleași condiții (revizuit de la Hoch et al. 20133, coloana din dreapta). (b) Distribuția 3D a zonelor cerebrale activate semnificativ diferit afișate în vedere axială și sagitală (35% grăsimi/ 65% alimente de testare carbohidrați FCH vs. STD, coloana din stânga și chipsuri de cartofi vs. STD, coloana din dreapta, revizuită de Hoch et al. 20133). Sferele albastre simbolizează zone ale creierului cu sfere inferioare, roșii, regiuni ale creierului cu activitate mai mare după consumul de alimente de testare respective FCH sau chipsuri de cartofi3, fiecare comparativ cu STD. Mărimea sferelor simbolizează niveluri de semnificație (mic: p ≤ 0.05, mediu: p ≤ 0.01, mare: p ≤ 0.001, n = 16).

Imagine de dimensiune completă

Figura 3: Regiunile creierului atribuite grupelor funcționale (a) „recompensă și dependență”, (b) „aport alimentar”, (c) „somn” și (d) „activitate locomotorie” pe o vedere sagitală schematică a șobolanului creier cu acumulare de mangan semnificativ diferită (p < 0.05) în structurile creierului de șobolani hrăniți ad libitum cu acces suplimentar la 35% grăsime/65% hrană de testare carbohidrați (FCH, prima coloană) sau chipsurile de cartofi pentru gustări (revizuite de Hoch et al. 20133, a doua coloană).

Figura 3

Dreptunghiurile roșii simbolizează regiuni ale creierului activate semnificativ de chipsurile de cartofi pentru gustări sau FCH, ambele față de mâncarea standard în pudră (STD), dreptunghiurile albastre, respectiv regiunile creierului cu activitate mai mare datorită consumului de STD sub formă de pudră față de chipsurile de cartofi sau FCH. Triunghiurile atașate dreptunghiurilor stânga și/sau dreapta indică emisfera diferențelor semnificative. Dreptunghiurile fără triunghiuri reprezintă structurile centrale ale creierului. A treia coloană arată modificarea fracționată a gustărilor și respectiv a FCH, față de STD (***p < 0.001, **p < 0.01, *p < 0.05, n = 16). Miezul Acb: regiunea centrală a nucleului accumbens; Acb coajă: regiunea coajă a nucleului accumbens, Arc: nucleu hipotalamic arcuat, BNST: nucleul pat al striei terminale, CgCx: cortexul cingulat, CPu: putamen caudat (strat), DS: subiculul dorsal, Gi: nucleul gigantocelular, GPV: ventral pallidum, HyDM: hipotalamus dorsomedial, HyL: hipotalamus lateral, IlCx: cortex infralimbic, InsCx: cortex insular, IP: nucleu interpeduncular, LPBN: nucleu parabrahial lateral, LPGi: nucleu paragigantocelular lateral, LRt: nucleu reticular lateral 1, cortex motor MC2 lateral , MCxXNUMX: cortex motor secundar, OrbCx: cortex orbital, PCRt: nucleu reticular parvicecelular, PnO: nucleu reticular pontin oral, PrlCx: cortex prelimbic, PTA: zonă pretectală, PVN: nucleu paraventricular talamic anterior, Raphe: nucleu rafe septum: sept , Sol: tract solitar, Teg: nuclei tegmentali, thMD: talamic mediodorsal, VS: subiculul ventral, VTA: zona tegmentala ventral, ZI: zona incerta.

Imagine de dimensiune completă

Tabelul 1: Scorurile Z ale zonelor cerebrale activate în mod semnificativ diferit, comparând șobolanii cu acces fie la mâncare standard, fie la un amestec de grăsimi și carbohidrați și valorile p respective ale statisticilor t, n = 16.

Mărimea completă

Concluzii similare pot fi trase din analiza circuitelor cerebrale care sunt asociate cu aportul alimentar. De exemplu, hipotalamusul dorsomedial, septul precum și nucleul talamic paraventricular, care au fost activate în timpul aportului de FCH și chipsuri de cartofi, pot fi legate de controlul aportului alimentar.21,22. Dar din nou, FCH nu a reușit să moduleze alte structuri ale circuitelor de sațietate, care au fost dezactivate de chipsurile de cartofi, cum ar fi nucleul hipotalamic arcuat sau tractul solitar. În plus, intensitatea activării a fost mai mică de FCH decât de chipsurile de cartofi, ceea ce a fost reflectat, de exemplu, de o activare de 2.3 ori semnificativ mai mare a nucleului talamic paraventricular anterior (Fig. 3b). Aceste date sugerează că FCH modulează structurile creierului legate de aportul alimentar diferit de STD, un efect care poate fi reflectat de aportul mai mare de energie prin FCH (Fig. 1b).

Aportul de FCH a dus, de asemenea, la o dezactivare puternică a structurilor creierului legate de somn. Unele zone ale creierului au fost dezactivate doar de FCH, cum ar fi zona incerta (Fig. 3c), în timp ce alte zone au fost dezactivate doar de chipsurile de cartofi, cum ar fi nucleele tegmentale. Deși opt structuri legate de somn au fost modulate de FCH și unsprezece de chipsuri de cartofi, efectul ambelor alimente de testare pare să fie într-un interval similar. Deoarece acest rezultat nu era așteptat, durata somnului nu a fost măsurată în studiul de față, astfel încât nu este clar dacă modularea indusă de FCH a circuitelor de somn se corelează cu o modulare a comportamentului de somn.

Regiunile creierului responsabile pentru activitatea locomotorie și mișcarea în general nu au fost influențate semnificativ de aportul de FCH în comparație cu STD (Fig. 3d, prima coloană). Acest lucru este concomitent cu observațiile comportamentale conform cărora FCH a indus doar o activitate locomotorie legată de alimente ușor, dar nesemnificativ mai mare în comparație cu STD (Fig. 1b). În schimb, s-a demonstrat că activarea structurilor sistemului motor în creierul șobolanilor cu acces la chipsuri de cartofi a fost însoțită de o activitate locomotorie crescută legată de hrănire.3.

Nu este pe deplin clar dacă modelul de activare observat este legat de hiperfagia hedonică. Spre deosebire de aportul de alimente homeostatice, care este controlat de nivelul de energie al organismului, aportul de alimente hedonice este mediat de recompensa generată de unele alimente.23. Deoarece aportul hedonic de alimente nu este strâns legat de nevoile energetice, deseori duce la hiperfagie. Au fost dezvoltate modele care descriu corelațiile neuronale ale hiperfagiei hedoniste. Berthoud, de exemplu, sugerează că aportul de alimente homeostatice este legat de circuite sensibile la leptină care includ în principal nucleul arcuat și nucleul tractului solitar, dar implică și o gamă largă de alte zone, inclusiv locuri hipotalamice, cum ar fi nucleul paraventricular sau nucleul accumbens23,24. Această reglare homeostatică a aportului alimentar poate fi, totuși, anulată de semnale de recompensă, cum ar fi componente ale plăcerii și dorinței.25. Prețul pentru mâncare a fost legat de semnalizarea mu-opioide în nucleul accumbens, pallidum ventral, nucleul parabrahial și nucleul tractului solitar.24, în timp ce lipsa de hrană a fost legată de sistemul dopaminergic din zona tegmentală ventrală, nucleul accumbens, cortexul prefrontal, amigdala și hipotalamus. Kenny a subliniat, de asemenea, contribuția cortexului insular, care ar trebui să stocheze informații despre proprietățile hedonice ale alimentelor și poate fi, de asemenea, legat de pofta.10. Spre deosebire de modelul de activare a creierului legat de consumul de chipsuri de cartofi, doar câteva dintre aceste zone asociate cu hiperfagia hedonică au fost de fapt influențate de aportul de FCH. Prin urmare, sunt necesare experimente comportamentale extinse pentru a investiga dacă preferința FCH este de fapt însoțită de hiperfagie.

Până în prezent, nu este clar care componente moleculare ale chipsurilor de cartofi sunt responsabile pentru efectele mai puternice de modulare a creierului ale acestui aliment de testare. Deoarece a fost folosit un produs sărat, dar necondimentat, fără adăugare de amplificator de aromă, au fost prezente sare, aromă și cantități minore de proteine ​​pe lângă componentele principale, grăsimi și carbohidrați. În plus, trebuie luate în considerare modificările moleculare care apar în timpul procesării. Sa demonstrat înainte că gustul sării a indus expresia Fos în nucleul accumbens al șobolanilor lipsiți de sare. În schimb, aportul de sare la animalele neepuizate nu a condus la o activare a acestei structuri a sistemului de recompense.26. Mai mult, s-a raportat că aportul de sare în alimentele solide a produs mai degrabă un efect aversiv la șobolani.27. Prin urmare, nu pare probabil ca sarea să fi fost un modulator principal al sistemului de recompensă a creierului în experimentele prezente. Testul de preferință cu două variante introdus anterior poate servi acum pentru a investiga în continuare influența altor componente de chipsuri de cartofi asupra aportului de alimente.

Concluzionăm din datele noastre comportamentale că raportul dintre grăsimi și carbohidrați, dar nu densitatea energetică absolută, este determinantul major al gustării și consumului de gustări în timpul testelor de preferință pe termen scurt cu două variante la șobolani. Mai mult, aportul de amestec de FCH, care este aproape izocaloric pentru chipsurile de cartofi, a indus aportul maxim de energie la șobolanii hrăniți ad libitum, care a fost însoțit de activarea semnificativ diferită a structurilor creierului legate de recompensă, aportul de alimente și somn. Consumul de chipsuri de cartofi în aceleași condiții a condus la un număr mult mai mare de structuri cerebrale activate diferit în aceste circuite și, de asemenea, la o schimbare fracțională clar mai mare în comparație cu STD. Astfel, din abordarea imagistică, se poate concluziona că numai densitatea energetică este doar un factor determinant moderat al proprietăților pline de satisfacție ale gustărilor. Deși raportul dintre grăsimi și carbohidrați din chipsurile de cartofi pare a fi foarte atractiv, se poate presupune că în această gustare există și alți determinanți moleculari, care modulează activitatea circuitelor cerebrale, în special sistemul de recompensă, și mai puternic și conduc la creșterea hranei. căutarea unui comportament.

Metode

Declarație de etică

Acest studiu a fost realizat în strictă conformitate cu recomandările Ghidului pentru îngrijirea și utilizarea animalelor de laborator al National Institutes of Health. Protocolul a fost aprobat de Comitetul pentru etica experimentelor pe animale al Universității Friedrich-Alexander Erlangen-Nürnberg (Regierung Mittelfranken, Număr permis: 54-2532.1-28/12).

Test de preferinte

Testele de preferințe au fost efectuate așa cum s-a descris anterior, de trei ori pe zi, în timpul ciclului de lumină, timp de 10 minute fiecare, cu 20-36 de repetări în total per aliment de testat față de referința13. Acest program de testare oferă suficiente puncte de date pentru evaluarea unei preferințe alimentare. Testele au fost efectuate cu 8 șobolani masculi Wistar (2 cuști cu câte 4 animale fiecare, 571 ± 41 g, achiziționate de la Charles River, Sulzfeld, Germania) și reproduși cu 10 șobolani masculi Sprague Dawley (2 cuști cu câte 5 animale fiecare, greutate inițială 543 ± 71 g, achiziționat de la Charles River, Sulzfeld, Germania), care fusese instruit pentru test. Astfel, numărul de animale care au efectuat fiecare test a fost de 18, iar numărul de cuști de 4 (patru replici biologice). Fiecare experiment a fost repetat de 5-6 ori cu fiecare grup de animale. Toți șobolanii au fost ținuți într-un ciclu întuneric/luminos de 12/12 ore. Șobolanii au avut acces la pelete standard de mâncare (Altromin 1324, Lage, Germania, 4 g/100 g grăsime (F), 52.5 g/100 g carbohidrați (CH), 19 g/100 g proteine ​​(P)) în plus față de testarea alimentelor și a apei de la robinet ad libitum pe parcursul întregului studiu. Au fost folosite alimente testate cu diferite proporții de F (ulei de floarea soarelui, achiziționat de la un supermarket local) și CH (maltodextrină, dextrină 15 din amidon de porumb, Fluka, Germania), amestecat cu 50% STD sub formă de pudră, pentru a compara activitatea respectivă de inducere a aportului alimentar. . S-a adăugat STD pulbere pentru a minimiza influențele texturale și senzoriale asupra consumului. Ca aliment de referință pentru toate testele de preferință comportamentală, a fost folosit un amestec de 50% STD pulbere, 17.5% F și 32.5% CH, care are o compoziție F/CH foarte asemănătoare cu 50% chipsuri de cartofi în STD și a fost folosit ca un model pentru chipsuri de cartofi 50% în STD înainte13. În plus, am testat alimente compuse din 50% STD pulbere cu adaosul următoarelor amestecuri de F și CH (%F/%CH): 5/45, 10/40, 17.5/32.5, 25/25, 30/20, 35/15, 40/10, 45/5 și 50/0. Având în vedere compoziția de 50% STD, alimentul de referință conținut în total (%F/%CH) 20/59, celelalte alimente testate 7/71, 12/66, 20/59, 27/51, 32/46, 37 /41, 42/36, 47/31 și 52/26. Conținutul tuturor celorlalte componente ale STD sub formă de pulbere, cum ar fi proteinele (9%), fibrele (3%) sau mineralele (cenusa, 3.5%) au fost constante în toate alimentele testate.

Aportul energetic dependent de alimentul de testat respectiv a fost calculat prin multiplicarea cantității ingerate de aliment de testat cu conținutul energetic respectiv. Contribuția relativă a unui aliment de testat la suma alimentului de testat ingerat și de referință a fost calculată prin împărțirea cantității de aliment de testat respectiv la aportul total de aliment de testat și de referință.

Înregistrarea datelor comportamentale pentru aportul de energie și activitatea locomotorie legată de hrănire

Datele comportamentale au fost înregistrate așa cum s-a descris anterior3. Pe scurt, aportul de alimente de testat a fost măsurat zilnic, iar aportul de energie a fost calculat prin înmulțirea masei alimentelor de testare ingerate cu conținutul energetic respectiv. Activitatea locomotorie legată de hrănire a fost cuantificată prin intermediul imaginilor webcam care au fost luate la fiecare 10 secunde de deasupra cuștii. Un număr a fost definit ca „un șobolan prezintă activitate locomotorie lângă un distribuitor de alimente”. Pentru evaluarea statistică, testele t Student (cu două cozi) au fost efectuate folosind valoarea medie (aportul de energie sau activitatea locomotorie legată de hrănire) timp de 7 zile (TP sau MnP) per cușcă (n = 4 cuști, cu 16 șobolani în total în fiecare grup).

Înregistrarea modelului de activitate a întregului creier de către MEMRI

Șobolanii masculi Wistar (greutate inițială 261 ± 19 g, achiziționați de la Charles River, Sulzfeld, Germania) ținuți într-un ciclu de întuneric/lumină de 12/12 ore au fost împărțiți aleatoriu în două grupuri. Ambele grupuri au avut acces ad libitum la pelete standard de mâncare (Altromin 1324, Altromin, Lage, Germania) pe parcursul întregului studiu.

Un grup (n = 16, greutatea corporală inițială 256 ± 21 g) a primit STD pulbere (Altromin 1321), iar celălalt grup (n = 16, greutatea corporală inițială 266 ± 16 g) a primit un amestec de 35% F (ulei de floarea soarelui, achiziționate de la un supermarket local) și 65% CH (maltodextrină, dextrină 15 din amidon de porumb, Fluka, Taufkirchen, Germania) în plus față de peleții standard de mâncare. Prezentul studiu a fost realizat în paralel cu studiul publicat anterior privind chipsurile de cartofi3, astfel încât să poată fi utilizat același grup de control, permițând comparabilitate maximă a seturilor de date.

MEMRI (pe un RMN Bruker de 4.7 T folosind o secvență de transformare Fourier de echilibru condusă optimizat modificat (MDEFT)) a fost utilizat pentru a mapa activarea creierului cu o rezoluție fină de 109 × 109 × 440 μm (pentru detalii vezi Hoch et al. 20133). Deoarece sensibilitatea MEMRI este mai mică în comparație cu testele de preferință, alimentele testate au fost prezentate pentru o perioadă mai lungă de timp. Înregistrările necesită concentrații relativ mari ale agentului de contrast potențial toxic mangan, care ajunge la creier la doar câteva ore după aplicare. Pentru a evita efectele secundare negative asupra fiziologiei de bază și a comportamentului animalelor datorită injectării soluției de clorură de mangan în doze suficiente pentru măsurarea MEMRI, pompele osmotice au servit pentru aplicarea continuă blândă, dar mai degrabă consumatoare de timp a cantităților netoxice de mangan. , care s-au acumulat în zonele activate ale creierului pe tot parcursul fazei de testare a alimentelor de 7 zile28. Proiectarea studiului, pregătirea pompelor osmotice, parametrii pentru măsurători RMN, prelucrarea datelor, precum și înregistrarea aportului alimentar și a activității locomotorii legate de hrănire au fost descrise anterior.3. Valorile originale de gri RMN ale creierului segmentat per animal au fost înregistrate printr-un flux de lucru de înregistrare non-rigid3. Pe baza acestor seturi de date înregistrate a fost efectuată o analiză morfometrică bazată pe voxel și au fost vizualizați parametrii statistici rezultați. Testele t Student bazate pe scorul Z au fost efectuate pentru a detecta diferențe semnificative în activarea creierului. Pentru vizualizarea 3D a distribuției structurilor cerebrale activate semnificativ diferit, am reprezentat fiecare structură a creierului ca o sferă în centrul său de greutate. Coordonatele au fost derivate dintr-un atlas digital 3D al creierului. Raza fiecărei sfere a fost folosită pentru a codifica nivelul de semnificație al acesteia, iar umbrirea intensității codifică diferența de activitate față de STD.

informatii suplimentare

Cum se citează acest articol: Hoch, T. et al. Raportul grăsimi/carbohidrați, dar nu și densitatea energetică, determină consumul de gustări și activează zonele de recompensă ale creierului. Sci. Reprezentant. 5, 10041; doi: 10.1038 / srep10041 (2015).

Referinte

  1. 1.

La Fleur, SE, Luijendijk, MCM, van der Zwaal, EM, Brans, MAD & Adan, RAH Șobolanul care servește gustări ca model de obezitate umană: efectele unei diete bogate în grăsimi și zahăr la alegere liberă asupra tiparelor de masă. Int. J. Obes. 38, 643-649 (2014).

  •  

· 2.

Berthoud, H.-R. Căile homeostatice și non-homeostatice implicate în controlul aportului alimentar și al echilibrului energetic. Obezitatea. 14 S8, 197S–200S (2006).

  •  

· 3.

Hoch, T., Kreitz, S., Gaffling, S., Pischetsrieder, M. & Hess, A. Imagistica prin rezonanță magnetică îmbunătățită cu mangan pentru cartografierea tiparelor de activitate a întregului creier asociate cu consumul de gustări la șobolanii hrăniți ad libitum. PLoS ONE. 8, e55354; 10.1371/journal.pone.0055354 (2013).

  •  

· 4.

Volkow, ND și Wise, RA Cum poate dependenta de droguri sa ne ajute sa intelegem obezitatea? Nat. Neurosci. 8, 555-560 (2005).

  •  

· 5.

Berthoud, H.-R. Motive metabolice și hedonice în controlul neuronal al apetitului: cine este șeful? Curr. Opin. Neurobiol. 21, 888-896 (2011).

  •  

· 6.

Gearhardt, AN, Grilo, CM, DiLeone, RJ, Brownell, KD & Potenza, MN Poate alimentele să fie dependente? Sănătatea publică și implicațiile politice. Dependenta. 106, 1208-1212 (2011).

  •  

· 7.

Hebebrand, J. et al. "Eating addiction", mai degrabă decât "dependența de hrană", captează mai bine comportamentul consumului de alimentație asemănător. Neurosci. Biobehav. Rev. 47, 295-306 (2014).

  •  

· 8.

Epstein, DH și Shaham, Y. Șobolanii care consumă brânză și problema dependenței alimentare. Nat. Neurosci. 13, 529-531 (2010).

  •  

· 9.

DiLeone, RJ, Taylor, JR și Picciotto, MR Unitatea de a mânca: comparații și distincții între mecanismele de recompensă alimentară și dependența de droguri. Nat. Neurosci. 15, 1330-1335 (2012).

  •  

· 10.

Kenny, PJ Mecanisme celulare și moleculare comune în obezitate și dependență de droguri. Nat. Rev. Neurosci. 12, 638-651 (2011).

  •  

· 11.

Rolls, BJ & Bell, EA Aportul de grăsimi și carbohidrați: rolul densității energetice. Euro. J. Clin. Nutr. 53 (Suppl 1), S166–173 (1999).

  •  

· 12.

Shafat, A., Murray, B. și Rumsey, D. Densitatea energetică în dieta cu cantine a indus hiperfagie la șobolan. Apetit. 52, 34-38 (2009).

  •  

· 13.

Hoch, T., Pischetsrieder, M. și Hess, A. Consumul de gustări la șobolanii hrăniți ad libitum este declanșat de combinația de grăsimi și carbohidrați. Față. Psychol. 5, 250; 10.3389/fpsyg.2014.00250 (2014).

  •  

· 14.

Lin, YJ și Koretsky, AP Ionul de mangan îmbunătățește RMN-ul ponderat T1 în timpul activării creierului: o abordare a imaginii directe a funcției creierului. Magn. Reson. Med. 38, 378-388 (1997).

  •  

· 15.

Koretsky, AP și Silva, AC Imagistica prin rezonanță magnetică îmbunătățită cu mangan (MEMRI). RMN Biomed. 17, 527-531 (2004).

  •  

· 16.

Berridge, KC Plăcerile creierului. Creierul Cogn. 52, 106-128 (2003).

  •  

· 17.

Haber, SN și Knutson, B. Circuitul de recompensă: legarea anatomiei primatelor și imagistica umană. Neuropsychopharmacology 35, 4-26 (2010).

  •  

· 18.

Epping-Iordan, MP, Markou, A. și Koob, GF Antagonistul receptorului de dopamină D-1 SCH 23390 injectat în nucleul patului dorsolateral al striei terminale a scăzut întărirea cocainei la șobolan. Brain Res. 784, 105-115 (1998).

  •  

· 19.

Martin-Fardon, R., Ciccocioppo, R., Aujla, H. & Weiss, F. Subiculul dorsal mediază dobândirea restabilirii condiționate a căutării de cocaină. Neuropsychopharmacology. 33, 1827-1834 (2008).

  •  

· 20.

Limpens, JHW, Damsteegt, R., Broekhoven, MH, Voorn, P. și Vanderschuren, LJMJ Inactivarea farmacologică a cortexului prelimbic emulează căutarea compulsivă a recompensei la șobolani. Brain Res.; 10.1016/j.brainres.2014.10.045 (2014).

  •  

21.

Bellinger, LL și Bernardis, LL Nucleul hipotalamic dorsomedial și rolul său în comportamentul ingestiv și reglarea greutății corporale: lecții învățate din studiile de leziune. Physiol. Behav. 76, 431-442 (2002).

  •  

· 22.

Stratford, TR și Wirtshafter, D. Injecțiile de muscimol în nucleul talamic paraventricular, dar nu nucleii talamici mediodorsali, induc hrănirea la șobolani. Brain Res. 1490, 128-133 (2013).

  •  

· 23.

Harrold, JA, Dovey, TM, Blundell, JE & Halford, JCG Reglarea apetitului pe SNC. Neuropharmacology 63, 3-17 (2012).

  •  

· 24.

Berthoud, H.-R. Controlul neuronal al apetitului: discuții între sistemele homeostatice și non-homeostatice. Apetit. 43, 315-317 (2004).

  •  

· 25.

Berridge, KC Recompensa alimentară: substraturi cerebrale ale dorinței și plăcerii. Neurosci. Biobehav. Rev. 20, 1-25 (1996).

  •  

· 26.

Voorhies, AC și Bernstein, IL Inducerea și exprimarea apetitului de sare: efecte asupra expresiei Fos în nucleul accumbens. Behav. Brain Res. 172, 90-96 (2006).

  •  

· 27.

Beauchamp, GK și Bertino, M. Șobolanii (Rattus norvegicus) nu preferă alimentele solide sărate. J. Comp. Psychol. 99, 240-247 (1985).

  •  

· 28.

Eschenko, O. et al. Cartografierea activității funcționale a creierului la șobolanii care se comportă liber în timpul alergării voluntare folosind RMN îmbunătățit cu mangan: Implicații pentru studii longitudinale. Neuroimage 49, 2544-2555 (2010).

  •  

· 29.

Denbleyker, M., Nicklous, DM, Wagner, PJ, Ward, HG și Simansky, KJ Activarea receptorilor mu-opioizi din nucleul parabrahial lateral crește expresia c-Fos în zonele creierului anterior asociate cu reglarea calorică, recompensă și cunoaștere. Neuroştiinţe 162, 224-233 (2009).

  •  

· 30.

Hernandez, L. & Hoebel, BG Recompensa alimentară și cocaina măresc dopamina extracelulară în nucleul accumbens măsurată prin microdializă. Life Sci. 42, 1705-1712 (1988).

  •  

· 31.

Zahm, DS et al. Fos după autoadministrarea unică și repetată de cocaină și soluție salină la șobolan: accent pe creierul anterior bazal și recalibrarea expresiei. Neuropsychopharmacology 35, 445-463 (2010).

  •  

· 32.

Oliveira, LA, Gentil, CG & Covian, MR Rolul zonei septale în comportamentul de hrănire determinat de stimularea electrică a hipotalamusului lateral al șobolanului. Braz. J. Med. Biol. Res. 23, 49-58 (1990).

  •  

· 33.

Chase, MH Confirmarea consensului că inhibiția glicinergică postsinaptică este responsabilă pentru atonia somnului REM. Dormi. 31, 1487-1491 (2008).

  •  

· 34.

Sirieix, C., Gervasoni, D., Luppi, P.-H. & Léger, L. Rolul nucleului paragigantocelular lateral în rețeaua somnului paradoxal (REM): un studiu electrofiziologic și anatomic la șobolan. PLoS ONE. 7, e28724; 10.1371/journal.pone.0028724 (2012).

  •  

· 35.

Trepel, M. Neuroanatomie. Struktur und Funktion ed. a III-a. Urban & Fischer, München, 2003).

  •  

36.

Miller, AM, Miller, RB, Obermeyer, WH, Behan, M. & Benca, RM Pretectul mediază mișcările rapide ale ochilor reglarea somnului prin lumină. Behav. Neurosci. 113, 755-765 (1999).

  •  

· 37.

Léger, L. et al. Neuronii dopaminergici care exprimă Fos în timpul trezirii și somnului paradoxal la șobolan. J. Chem. Neuroanat. 39, 262-271 (2010).

  •  

37.   

o    

Descărcați referințe

Mulţumiri

Studiul face parte din Proiectul Neurotrition, care este susținut de FAU Emerging Fields Initiative. În plus, îi mulțumim lui Christine Meissner pentru corectarea manuscrisului.

informaţii autor

Afilieri

1.    Unitatea de Chimie Alimentară, Departamentul de Chimie și Farmacie, Centrul Emil Fischer, Universitatea Friedrich-Alexander Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Germania

o Tobias Hoch

o & Monika Pischetsrieder

2.    Institutul de Farmacologie și Toxicologie Experimentală și Clinică, Centrul Emil Fischer, Universitatea Friedrich-Alexander Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Germania

o Silke Kreitz

o & Andreas Hess

3.    Laborator de recunoaștere a modelelor, Universitatea Friedrich-Alexander Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Germania

o Simone Gaffling

4.    Scoala de Tehnologii Optice Avansate (SAOT), Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen, Germania

o Simone Gaffling

Contribuții

A conceput și proiectat experimentele: THMPAH A efectuat experimentele: THAH A analizat datele: THSKSGAH A interpretat datele THMPAH A contribuit cu reactivi/materiale/instrumente de analiză: AHMP A scris lucrarea: THMPAH

Interese concurente

Autorii nu declară interese financiare concurente.

autorul corespunzator

Corespondența cu Monika Pischetsrieder.