Nutr. Frontală. 2016; 3: 6.
Publicat online 2016 Feb 15. doi: 10.3389 / fnut.2016.00006
PMCID: PMC4753312
Introducere
Odată cu apariția crizei globale a obezității, cererea de soluții a crescut. Discuția despre natură vs. îngrijire și biologie vs. psihologie a culminat cu declararea obezității ca o boală a unor organizații medicale. Factorii de mediu și predispoziția genetică, mai degrabă decât responsabilitatea personală, sunt de vină, ca și în cazul oricărei alte boli. Această viziune implică faptul că procesele biologice care reglează greutatea corporală funcționează, în esență, în domeniul inconștient. Deși acest lucru a fost de mult acceptat pentru așa-numita reglementare homeostatică a balanței energetice, este mai puțin clar pentru controalele hedonice. Aici, evaluăm critic întrebarea importantă despre modul în care modelele de rozătoare pot ajuta la înțelegerea contribuției proceselor neuronale hedonice la reglarea greutății corporale. Privind conceptele de recompensă, întărire, motivație, dependență de plăcere și mecanismele lor neurale, în contextul consumului și al exercițiului, noua concepție arată că controalele homeostatice și hedonice sunt strâns legate și deseori acționează la unison la nivelul inconștientului realiza răspunsuri biologic adaptive. Deși discuția despre un punct de referință al greutății corporale a fost neglijată în ultimii ani, acest subiect devine mai presant ca un aspect important pentru tratamentul eficient al obezității.
Mecanismele hedonice suprapun regulamentul homeostatic
Atunci când greutatea corporală a animalelor și a oamenilor este perturbată de perioade de sub- sau supraîncărcare, aceasta se întoarce rapid la nivelurile de pre-perturbare printr-un proces numit regulament homeostatic, care implică controalele atât a consumului de energie, cât și a cheltuielilor cu energia (1, 2). Circuitele hipotalamice de bază care stau la baza acestei reglementări sunt cunoscute de mult (3) și a fost mult rafinat, în special în ultimii 20 ani, în urma descoperirii leptinei. Pe scurt, două populații neuronale distincte din hipotalamusul mediobasal acționează ca senzori de energie primară și se angajează într-o rețea complexă de circuite efectoare care controlează energia și energia în mod biologic adaptiv [pentru revizuire, a se vedea Ref. (4-7)].
Cu toate acestea, în timp ce majoritatea sunt de acord cu o astfel de reglementare homeostatică de bază, au existat multe discuții cu privire la nivelul exact al greutății corporale apărate și mecanismele implicate (8-13). În mod evident, nu există un punct de referință fix în jurul căruia speciile de mamifere să le reglementeze greutatea corporală. Mai degrabă, este flexibil, în funcție de condițiile interne și externe, inclusiv predispoziția genetică și epigenetică, disponibilitatea alimentelor, gustul alimentar și alți factori de mediu (10). Acest lucru este cel mai bine ilustrat de valoarea stabilită în mod sezonier variabilă și acuratețea homeostatică a greutății corporale a hibernatorilor (14).
Un factor considerat a fi foarte important pentru influențarea punctului de referință al greutății corporale individuale este hedonica alimentară, în special trecerea la o greutate corporală mai mare prin alimente extrem de gustoase, calorii-dense (Figura (Figure1A) .1A). Cea mai clară exemplificare a acestei schimbări în greutatea corporală apărută este șobolanul și șoarecele obezi indusă de dietă din cantină (15). Deși se suspectează că disponibilitatea sporită a alimentelor foarte gustoase, cu densitate energetică este, de asemenea, cea mai mare parte responsabilă de epidemia obezității actuale, este mult mai greu de dovedit, din cauza dificultăților de a controla strict balanța energetică și condițiile de mediu la om pe perioade lungi de cât este posibil în modelele animale. O viziune larg acceptată este că în cazul persoanelor sensibile genetic și / sau epigenetic, mediul obezogen al alimentelor este capabil să stabilească un nou punct de referință pentru greutatea corporală mai mare, care este apărat în mod similar împotriva repulsiei forțate și a supraproducției ca și în cazul persoanelor cu greutate normală11). Prin urmare, una dintre problemele cheie în înțelegerea reglării greutății corporale este explicația neurologică a acestei schimbări în greutatea corporală apărută. Care sunt mecanismele neuronale care permit disponibilitatea și gustul alimentelor dense de energie pentru a supraviețui sistemului de apărare homeostatică de bază? Înțelegerea acestor mecanisme ar putea duce la dezvoltarea de medicamente mai specifice sau intervenții comportamentale în lupta împotriva obezității.
Procesarea hedonică este o parte integrantă a sistemului de reglementare homeostatică
Opinia conform căreia circuitele neuronale hedonice și homeostatice nu sunt entități separate, ci fac parte din același sistem de reglementare, câștigă rapid tracțiunea. Aceasta se bazează pe dovezi pentru modularea bidirecțională a zonelor creierului corticolimbic prin semnale interoceptive și a hipotalamusului prin semnale exteroceptive și corelațiile lor cognitive și emoționale (figura (Figure11B).
Modelarea de la capăt a circuitelor corticolimbice ale cunoașterii și motivației prin semnalele interoceptive ale disponibilității nutrienților
Controlul de jos în sus al proceselor hedonice și cognitive prin semnale interne nu este o perspectivă nouă. Având în vedere importanța crucială a nutrienților pentru supraviețuire, este un atribut fundamental al expresiei foamei și revine la începutul evoluției sistemului nervos. În mod specific, starea de foame este caracterizată de o atribuire sporită a stimulativității (mecanismul prin care un obiect obiectiv cum ar fi hrana devine foarte dorit și dorit - un magnet comportamental), care se manifestă neurologic prin activitatea sporită a sistemului mezolimbic de dopamină16-18). Ce este nou, sunt unii mesageri și mecanisme neuronale care se dovedesc a fi implicate. De exemplu, este clar acum că unul dintre cei mai eminenți regulatori homeostatici ai greutății corporale - leptina - modulează pofta de mâncare acționând nu numai asupra hipotalamusului, dar și asupra componentelor sistemului mezolimbic de dopamină (19-22) și asupra procesării senzoriale olfactive și gustative (23-25). În mod similar, multe alte semnale interne ale disponibilității nutrienților, cum ar fi ghrelinul, GLP-1 intestinale și PYY și insulina, precum și glucoza și grăsimea, acționează parțial și asupra structurilor corticolimbice implicate în aspectele cognitive și pline de satisfacție ale controlului admisiei alimentare26-36). Efectele asupra funcțiilor cognitive de către acești hormoni sunt interesante în contextul studiilor umane care arată afectări ale funcțiilor cognitive și metabolice la pacienții obezi (37-39). Deși legătura comună nu este încă cunoscută, o ipoteză principală sugerează că disbioza intestinală rezultată dintr-o interacțiune între nutriția suboptimală, microbiota intestinală și sistemul imunitar înnăscut, cu modificări ulterioare ale semnalizării intestinului gut-cerebral și integrității barierei hematoencefalice sunt importante (40-43).
Modularea top-down a regulatorului hipotalamic clasic prin semnale senzoriale, cognitive și motivaționale
Celălalt motor al acestei concepții integrate este o nouă perspectivă asupra modulației de sus în jos a circuitelor homeostatice clasice prin prelucrarea cognitivă și emoțională în sistemele corticolimbice (44). Consumul de hrană condiționat determinat de Cue este considerat a fi un mecanism important în omorarea de către oameni într-un mediu obezogen (45, 46) și a fost studiat la rozătoare de ceva timp (47). Unele dintre căile relevante implicate în acest aport alimentar dependent de cunoaștere au fost identificate la șobolan prin demonstrarea dependenței de proiecțiile hipotalamusului amigdală și prefrontal cortex-lateral (48, 49). Cel mai recent, a fost prezentată o dovadă a modulației de sus în jos a neuronilor AGRP în hipotalamusul mediobazal, epicentrul reglementării homeostatice clasice. Acești neuroni puternici s-au crezut că sunt în principal controlați de hormonii circulanți și de metaboliți într-un mod relativ lent de ceară și de scădere, proporțional cu stările posibile și hrănite. Folosind tehnologia modernă, bazată pe gene neuronice, sa demonstrat că activitatea neuronilor AGRP este de asemenea controlată pe o bază secundă de așteptarea condiționată a ingerării iminente a alimentelor (50, 51). Acest control extern senzorial și cognitiv extern asupra ratei de ardere a neuronilor AGRP este probabil realizat prin intrări directe sau indirecte dintr-un număr de zone corticale și subcortice, așa cum s-a demonstrat prin urmărirea virală retrograda specifică neuronului (52).
Controlul consumului de alimente și reglementarea echilibrului energetic este predominant subconștient
Este clar că circuitele neuronale hipotalamice clasice, responsabile de reglarea homeostatică a echilibrului energetic și a greutății corporale, similare cu reglementările homeostatice ale altor funcții ale corpului, cum ar fi glicemia sau tensiunea arterială, funcționează în mare măsură dincolo de conștientizare, la nivelul inconștient. În plus și așa cum s-a discutat mai sus, mecanismul de stimulare a sensibilizării prin care semnalele interoceptive de epuizare a energiei, cum ar fi leptina scăzută conduce "dorind" prin sistemul mezolimbic de dopamină (16, 18, 53) funcționează, în mare măsură, în afara conștientizării, așa cum sa demonstrat în studiile neuroimagistice la om (54-56). Chiar și în absența foamei metabolice și a semnalelor de sensibilizare interoceptivă asociate, conștientizarea conștientă a tacului nu pare necesară. Acest lucru a fost demonstrat la șobolani cu aport alimentar condiționată de indiciu (47, 48). În plus, creierul uman poate învăța valoarea recompenselor monetare și poate să-l folosească pentru luarea deciziilor fără prelucrarea conștientă a indicilor contextuali (57). Deși luarea deciziei optime necesită auto-control, reprezentat în cortexul prefrontal dorsolateral (58, 59), transformarea acțiunii comportamentale bazate pe răsplată nu se află sub controlul obligatoriu al acestei zone a creierului și adesea constrânge libera voință de a acționa (60). În cele din urmă, activitatea neuronală în anumite zone ale creierului se poate întâmpla destul de des înainte ca oamenii să devină conștienți de propria lor decizie (61, 62), sugerând că o mare parte din procesele care conduc la o decizie au loc la nivelul inconștient.
Comportamentul ingerator atât la oameni cât și la rozătoare pare să devină deosebit de rezistent la controalele cognitive când este foarte obișnuit (63, 64). În condiții normale, informațiile cu privire la posibilele rezultate sunt importante pentru acțiunile direcționate către țintă, care fac astfel de acțiuni sensibile la devalorizare. Cu toate acestea, comportamentul obișnuit nu mai depinde de așteptările de recompensă învățate și, prin urmare, este în mare măsură insensibil la mecanismele de devalorizare a recompensei (64, 65). Circuitele neuronale care guvernează comportamentele non-obișnuite sunt organizate în mod diferit decât cele pentru comportamentele obișnuite sau automate. Comportamentele neobișnuite depind în mare măsură de striatum ventral (nucleus accumbens) și cortexul prefrontal ventromedial, în timp ce comportamentele obișnuite depind mai mult de striatrul dorsolateral (65, 66). Mecanismele de stocare și recuperare a memoriei sunt, de asemenea, diferite pentru acțiunile și comportamentele obișnuite față de cele neobișnuite. Spre deosebire de amintirile declarative care necesită o minte conștientă, amintirile procedurale funcționează în mare măsură sub nivelul conștientizării conștiente, iar stocarea este mai distribuită (67-69). Ca o consecință, amintirile procedurale și comportamentele inestetice obișnuite pe care le conduc sunt relativ rezistente la controlul cognitiv inhibitor și la funcțiile executive.
Concluzie
Modelele animale au fost esențiale pentru disecția mecanismelor complexe care stau la baza predispoziției la obezitate. Având în vedere că majoritatea covârșitoare a locilor genetici legate de obezitatea umană sunt asociate cu funcții neurale (70), nu este surprinzător faptul că controalele neuronale ale consumului de alimente și reglementarea echilibrului energetic sunt o componentă principală a acestor mecanisme. Deși neuroimagistica funcțională la om, de asemenea, începe să aducă contribuții importante, numai abordările mai invazive la rozătoare au fost capabile să furnizeze explicații mecanistice. Ca urmare, dihotomia tradițională între sistemele homeostatice și non-homeostatice / hedonice responsabile pentru controlul apetitului și reglarea greutății corporale, deși euristic încă util, nu mai descrie în mod adecvat interacțiunile anatomice și funcționale extinse între cele două sisteme. În plus, o mare parte a producției acestui sistem interactiv mai mare este ocolirea conștiinței. Implicațiile acestor noi perspective sunt de o importanță majoră, deoarece vor conduce nu numai cercetarea viitoare, ci și proiectarea unor terapii farmacologice și comportamentale pentru obezitate și tulburări de alimentație.
Contribuțiile autorului
HM și CM au ajutat la conceperea opiniei, au revizuit literatura, au scris părți ale manuscrisului și au editat versiunea pre-finală a manuscrisului. EQ-C și SY au fost implicate în discuțiile despre ideea originală, au analizat părți ale literaturii, au scris părți ale manuscrisului și au editat manuscrisul pre-final. H-RB a conceput ideea inițială de opinie, a discutat mai multe variante de manuscris cu toți coautorii, a cercetat literatura și a scris manuscrisul final.
Declarația privind conflictul de interese
Autorii declară că cercetarea a fost efectuată în absența oricăror relații comerciale sau financiare care ar putea fi interpretate ca un potențial conflict de interese.
Finanțare
Această lucrare a fost susținută de DK047348 (H-RB), DK092587 (HM) și DK081563 (CM), acordate de institutele naționale de sănătate.
Referinte