Corelații neurale ale stresului și ale alimentelor induse de alimentația alimentară în obezitate (2013)

. 2013 Feb; 36 (2): 394-402.

Publicat online 2013 Jan 17. doi:  10.2337 / dc12-1112

PMCID: PMC3554293

Asocierea cu nivelurile de insulină

Ania M. Jastreboff, MD, PHD,1,2 Rajita Sinha, PHD,3,4,5 Cheryl Lacadie, BS,6 Dana M. Mic, PHD,3,7 Robert S. Sherwin, MD,1 și Marc N. Potenza, MD, doctor3,4,5

Abstract

OBIECTIV

Obezitatea este asociată cu modificări ale regiunilor creierului corticolimbic-striatal implicate în motivația și recompensarea produselor alimentare. Stresul și prezența indicațiilor alimentare pot motiva fiecare să mănânce și să se angajeze în neurocircuitul corticolimibic-striatal. Este necunoscut cum acționează acești factori pentru a influența răspunsurile cerebrale și dacă aceste interacțiuni sunt influențate de obezitate, niveluri de insulină și sensibilitate la insulină. Am presupus că indivizii obezi ar prezenta răspunsuri mai mari la neurocircuitul corticolimbic-striatal după expunerea la stres și indicii alimentari și că activările creierului ar fi corelate cu pofta subnutrată a alimentelor, nivelurile de insulină și HOMA-IR.

PROIECTAREA ȘI METODELE CERCETĂRII

Nivelurile de insulină la nivele au fost evaluate la subiecții obezi și slabi, care au fost expuși stresului individualizat și indicațiilor alimentare preferate în timpul RMN funcțional.

REZULTATE

Persoanele obeze, dar nu slabe, au prezentat o creștere a activării în regiunile striatale, insulare și hipotalamice în timpul expunerii la indicii de hrană favorită și stres. La indivizi obeze, dar nu și la cei slabi, pofta de alimente, insulina și nivelurile HOMA-IR s-au corelat pozitiv cu activitatea neuronală în regiunile creierului corticolimbic-striatal în timpul alimentelor preferate și al stresului. Relația dintre rezistența la insulină și pofta alimentară la persoanele obeze a fost mediată de activitatea în regiuni de motivare-recompensă, inclusiv striatum, insulă și talamus.

CONCLUZII

Aceste descoperiri demonstrează că indivizii obezi, dar nu slabi, manifestă o creștere a activării corticolimbice-striatale ca răspuns la indicii de alimentație preferată și stres și că aceste răspunsuri creierului mediază relația dintre HOMA-IR și pofta de alimente. Îmbunătățirea sensibilității la insulină și, la rândul său, reducerea reactivității corticolimbic-striatale la indicii și stresul alimentar pot diminua dorința de alimentație și pot afecta comportamentul alimentar în obezitate.

Obezitatea este o problemă globală de sănătate publică care predispune mai mult decât 500 milioane de oameni din întreaga lume () la afecțiuni medicale cronice, cum ar fi diabetul de tip 2 și boala cardiovasculară (). Rolul sistemului nervos central în obezitate este în prezent explorat cu ajutorul tehnicilor sofisticate de neuroimaginare care permit investigarea funcției creierului uman (,). Indiciile alimentare și stresul, doi factori de mediu care afectează comportamentele alimentare (,), a provoca diferite comportamentale (,-) și răspunsurile neurale (-) la obezitate comparativ cu indivizii slabi. Aceste modificări neurale includ, dar nu se limitează la striatum (), o structură implicată în procesarea motivării recompenselor și răspunsul la stres () și insula, care este implicată în perceperea și integrarea senzațiilor, cum ar fi gustul (), în interiorul corpului () ca răspuns la indicațiile alimentare (,,) și evenimentele stresante (). Sa sugerat că diferențele în aceste regiuni neurale la persoanele obeze () pot fi asociate cu o poftă mai mare de alimente () și comportamentele alimentare discontinue (), care poate afecta alegerea și consumul de alimente (,,). Astfel, noile intervenții în domeniul obezității pot fi facilitează prin înțelegerea mai bună a gradului în care alți factori asociați cu obezitatea (de exemplu, factorii hormonali și metabolici) se pot referi la mecanismele neuronale care stau la baza răspunsurilor stresului și a alimentelor și la modul în care aceste diferențe pot afecta alimentele, caută motivații, cum ar fi pofta de mâncare.

Semnalele hormonale și factorii metabolici reglează homeostazia energetică prin acțiuni periferice și centrale (). În stabilirea obezității, apar frecvent alterări ale nivelurilor de insulină și sensibilitate la insulină () și poate perpetua fiziologia și comportamentul maladaptiv (). S-a sugerat că rezistența centrală la insulină poate fi un factor important care contribuie la motivația modificată a alimentelor și la schimbările în căile de motivare-recompensare (). Într-adevăr, receptorii de insulină se exprimă în regiunile homeostatice ale creierului, cum ar fi hipotalamusul (), precum și regiunile motivate și recompensate legate de comportamentele legate de alimentație, inclusiv zona tegmentală ventrală (VTA) și substantia nigra (SN) (), două structuri care transmit semnale prin neuronii dopaminergici către regiunile creierului cortic, limbic și striatal (). Această viziune este susținută în continuare de studii atât la rozătoare, cât și la oameni. Șoarecele knock-out specific receptorilor de insulină dezvoltă hiperinsulinemie și rezistență la insulină împreună cu obezitatea indusă de dietă (). La om, puterea de conectivitate a rețelei de stare de repaus în cortexul putamen și cortexul orbitofrontal (OFC) a fost raportată ca corelată pozitiv cu nivelele de insulină de repaus și în mod negativ cu sensibilitatea la insulină (), iar capacitatea insulinei de a crește absorbția de glucoză în striatum ventral și cortex prefrontal a fost observată a fi diminuată la subiecții rezistenți la insulină (). În plus, ca răspuns la imaginile alimentare, persoanele obeze cu diabet de tip 2 au prezentat o creștere a activării în insulă, OFC și striatum în comparație cu indivizii fără diabet de tip 2 (). S-au observat, de asemenea, corelații între aderarea la alimentație și măsurile de eficacitate și activitățile din insulă și OFC și între consumul emoțional și activarea amigdalelor, caudatelor, putamenilor și nucleului accumbens).

Cu toate acestea, nu se cunoaște dacă diferențele dintre nivelurile de insulină și sensibilitatea la insulină afectează răspunsurile specifice ale creierului uman în timpul expunerii la stimuli frecvent întâlniți, cum ar fi indiciile alimentare și evenimentele stresante și dacă astfel de răspunsuri neuronale influențează poftele alimentare care pot determina comportamente alimentare. Am presupus că indivizii obezi, dar nu și cei slabi, ar prezenta răspunsuri neurale crescute în neurocircuitele de motivație-recompensă care cuprind integrarea senzorială și somatică - interocepție (corticală), emoție-memorie (limbic) și procese motivație-recompensă (striatal) - expunerea imaginilor la indicii preferate de mâncare, stres și relaxare neutră; ca aceste raspunsuri neuronale sa se coreleze cu pofta alimentara, precum si nivelurile de insulina si rezistenta la insulina (evaluata prin evaluarea modelului de homeostazie a rezistentei la insulina [HOMA-IR]); si ca relatia dintre rezistenta la insulina si pofta de mancare ar fi mediata de activarile regionale ale creierului.

PROIECTAREA ȘI METODELE CERCETĂRII

Bărbați și femei, cu vârste între 19 și 50 ani, cu un IMC ≥30.0 kg / m2 (grupa obeză) sau 18.5-24.9 kg / m2 (grupul slab), care altfel erau sănătoși, au fost recrutați prin intermediul reclamei locale. Criteriile de excludere au inclus afecțiuni medicale cronice, tulburări psihiatrice (criterii DSM-IV), leziuni sau boli neurologice, administrarea oricărui medicament pe bază de rețetă, IQ <90, supraponderal (25.0 ≤ IMC ≤ 29.9 kg / m2), incapacitatea de a citi și de a scrie în limba engleză, de sarcină și de claustrofobie sau de metal în organism, incompatibile cu imagistica prin rezonanță magnetică (IRM). Studiul a fost aprobat de Comitetul de Investigare Umană Yale. Toți subiecții au primit un consimțământ informat.

Evaluarea biochimică

Într-o zi de evaluare înainte de sesiunea RMN funcțională (fMRI), s-au obținut probe de sânge pentru măsurarea concentrațiilor plasmatice de insulină plasmatică și glucoză la 8: 15 am și depozitate la -80 ° C. S-a măsurat glucoza (glucoză plasmă la nivele [FPG]) folosind reactivul de glucoză Delta Scientific (Henry Schein) și insulina utilizând o radioterapie cu dublu anticorp (Millipore [anterior Linco]). Fiecare eșantion a fost procesat în duplicat pentru verificare. HOMA-IR a fost calculată după cum urmează: [glucoză (mg / dl) × insulină (μU / ml)] / 405. Neuroimaginarea a fost efectuată în termen de 7 zile de la data achiziției de date de laborator.

Dezvoltarea scenariilor imaginilor

Înainte de sesiunea fMRI a fiecărui individ, s-au elaborat scripturi ghidate pentru imaginile preferate pentru alimentație, stres și condiții de relaxare neutre folosind metodele stabilite anterior (). S-au elaborat scripturi personalizate deoarece evenimentele personale declanșează reactivitate fiziologică mai mare și generează reacții emoționale mai intense decât imaginile situațiilor non-personale standardizate (). (Vedea Date suplimentare și Masa suplimentară 7 pentru exemple de alimente incluse în indicii preferate de alimente și un exemplu de scenariu cu alimente preferate, precum și materiale suplimentare în Jastreboff et al. [] pentru stres reprezentativ și scripturi neutre pentru relaxare.)

Sesiunea fMRI

Participantii au fost prezenti pentru imagistica in dupa-amiaza la 1: 00 pm sau 2: 30 pm cu instructiuni de a fi mancat ~ 2 h inainte de sesiunea de scanare, astfel incat sa nu fie foame sau plin de intensitate. Am evaluat evaluările subiective de foame înainte și după sesiunile de scanare; nu a existat o diferență statistic semnificativă între mijloacele celor două grupuri [t(46) = 1.15, P > 0.1]. Fiecare participant a fost adaptat într-o sală de testare la aspectele specifice procedurilor de studiu fMRI. Subiecții au fost poziționați în scanerul RMN și au fost supuși RMN în timpul unei sesiuni de 90 de minute. În ordine aleatoriu echilibrată, aceștia au fost expuși la starea lor personalizată de alimente preferate, stres și condiții neutre de relaxare a imaginilor. Șase studii fMRI (două pe afecțiune) au fost achiziționate utilizând un design de bloc cu fiecare 5.5 minute. Fiecare proces a inclus o perioadă de bază liniștită de 1.5 minute, urmată de o perioadă de imagini de 2.5 minute (inclusiv 2 minute pentru a-și imagina povestea specifică în timp ce le era redată dintr-o înregistrare audio realizată anterior și 0.5 minute de timp de imagine liniștită în timpul căreia au fost a continuat să-și imagineze povestea în timp ce zăcea în tăcere) și o perioadă de recuperare liniștită de 1 minut.

Validarea paradigmei imaginilor ghidate

Pentru a evalua răspunsurile subiective la condițiile imagistice de stres, evaluările de anxietate au fost obținute de la subiecți înainte și după fiecare scenariu de imagini. Pentru a evalua anxietatea, participanții au fost întrebați anterior () pentru a evalua cât de tensionată, anxietate și / sau nervozitate s-au simțit folosind scala de punct Likert 10 înainte și după fiecare studiu fMRI. În ambele subiecți obezi și slabi, evaluările de anxietate au crescut după starea de stres [obezitate: F(1.96) = 7.11, P <0.0001; a se sprijini: F(1.96) = 6.94, P <0.0001]. Nu au existat diferențe în evaluările de anxietate între grupurile inițiale [F(1.48) = 0.13, P = 0.72] sau după imagini [F(1.48) = 0.23, P = 0.64]. În plus, s-au obținut evaluări de virulență subiectivă, în care subiecții au indicat cât de bine au putut vizualiza fiecare dintre poveștile lor individuale în timpul scanării. Nu a existat o diferență între grupuri în evaluările de virulență a imaginilor [t(4) = 1.3, P = 0.26].

achizițiile fMRI și analizele statistice

Imaginile au fost obținute în Centrul de Cercetare în Resonanță Magnetică Yale, utilizând un sistem RMN 3-Tesla Siemens Trio MRI echipat cu o bobină de capăt standard-cu capăt, folosind secvența de puls echo-planar cu recapitalizare triunghi sensibilă cu gradient T2 *. Vedea Date suplimentare pentru mai multe detalii despre achiziția și analiza fMRI. Pentru statisticile descriptive, au fost testate diferențele între grupuri în ceea ce privește măsurile subiective și cele clinice t test, exact Fisher, și χ2 teste. Am folosit macro SPSS cu bootstrap 10,000 pentru a estima modelele de mediere ().

REZULTATE

Demografia grupului și parametrii metabolici ai postului

Cincizeci de voluntari sănătoși obezi și slabi s-au adaptat individual pe baza vârstei (ani 26 ani), sex (38% feminin), rasă (68% caucaziană) și educație (Masa suplimentară 1). Grupul obezi (N = 25) a avut o valoare medie ± SDI BMI de 32.6 ± 2.2 kg / m2, și grupul slab (N = 25) a avut un IMC mediu de 22.9 ± 1.5 kg / m2. Deși niciun subiecți nu au fost diagnosticați cu diabet zaharat, subiecții obezi și cei slabi au fost diferiți în ceea ce privește rezistența la insulină, evaluată prin HOMA-IR [grupul obezității înseamnă 3.8 ± 1.4 și grupul slab 2.5 ± 1.0, t(41) = -3.42, P = 0.0013] și nivelurile de insulină la repaus [grupul obișnuit 16.3 ± 5.8 μU / ml și 11.1 ± 3.7 slab, μU / ml, t(33.7) = -3.53, P = 0.0012]. Nivelurile FPG nu diferă între grupuri [t(41) = -1.34, P = 0.19] (Masa suplimentară 1).

Contrastul hărților creierului: Persoanele obeze manifestă răspunsuri neurale crescute în regiunile corticolimbice-striatale

După cum se așteptau, atât grupurile slabe, cât și cele obeze, au prezentat activarea regiunilor corticolimbice-striatale ca răspuns la stresul și condițiile de alimente preferate și numai activarea corticală talamică și auditivă în timpul stării de relaxare neutră (P <0.01, eroare familială [FWE] corectată (Imagine suplimentară 1). În contrast cu hărțile activărilor neurale ale subiecților obezi față de cei slabi, nu a existat o diferență între grupuri în activarea medie ca răspuns la starea neutră-relaxantă. Astfel, condiția de relaxare neutră a fost utilizată ca o stare de comparație activă în contrastele dintre grupuri ca și în studiile anterioare (). Persoanele obeze au demonstrat o intensificare a activării neuronale la indicii de hrană favorită, în raport cu starea neutră-relaxantă în putamen, insulă, thalamus, hipotalamus, parahipocampus, girus frontal inferior (IFG) și gyrus temporal mediu (MTG) nu a demonstrat o creștere a activării în aceste regiuni (P <0.01, FWE corectat) (Fig. 1A). În timpul expunerii la stres relativ la relaxarea neutră, indivizii din nou obezi, dar nu slabi, au prezentat o activare crescută în putamen, insulă, IFG și MTG (P <0.01, corectat FWE) (Fig. 1B și Masa suplimentară 2). O comparație între subiecții obezi și cei slabi în timpul stadiului preferat al alimentelor a arătat o activare relativ crescută a striatului (putamen), a insulei, a amigdalei, a cortexului frontal, inclusiv a zonei Broca și a cortexului premotor. În condiția de stres, indivizii obezi versus cei slabi au prezentat o mai mare activare în insula, girusul frontal superior și girusul occipital inferior (Imagine suplimentară 2).

Figura 1 

Diferențele între răspunsurile neuronale în grupuri contrastează cu starea de semn. Secțiuni axiale ale creierului în grupurile obeze și slabe ale diferențelor de activare neuronală observate în contraste comparativ cu comportamentul preferat al alimentației față de neutrul-relaxant (A) și stres versus ...

Hărți creier corelație: Rezistența la insulină se corelează cu răspunsurile neuronale observate la persoanele obeze

Pentru a examina modul in care rezistenta la insulina afecteaza activarea cerebrala observata cu indiciile alimentelor preferate si indicatiile stresante, am folosit analize de corelatie pe intregul creier, bazate pe voxel pentru a examina asocierea HOMA-IR, insulina de repaus si nivelurile FPG cu variabilitatea individuala in răspunsuri neuronale la aceste condiții. Corelațiile cele mai robuste în tensiunea tactilă și condițiile de stres favorizate au fost observate la HOMA-IR. La indivizii obezi, dar nu și cei slabi, valorile HOMA-IR au corelat pozitiv cu activările neuronale în regiunile corticolimbic-striatale în fiecare stare. Mai exact, corelațiile pozitive s-au constatat cu activarea neuronală în putamen, insulă, thalamus și hipocampus în timpul stadiului preferat al alimentelor (Fig. 2A și Imagine suplimentară 3A); în putamen, caudat, insulă, amigdală, hipocampus și parahipocampus în timpul stării de stres (Fig. 2B și Imagine suplimentară 3A); și în putamen, caudat, insulă, thalamus și cingulate anterioare și posterioare în timpul perioadei de relaxare neutră (Imagine suplimentară 3A și Masa suplimentară 3).

Figura 2 

Whole-brain, analize de corelație pe bază de voxel cu HOMA-IR. Secțiunile axiale ale creierului și scatterploturile corespunzătoare prezintă corelații între activarea neurală (greutățile β) în grupul obezi în timpul condiției de preferință pentru alimentele preferate cu HOMA-IR (A) Şi ...

Nu este surprinzător că nivelurile de insulină la indivizii indivizi obeze, dar nu slabi, au fost corelate pozitiv în regiuni similare celor corelate cu HOMA-IR. În plus, au fost găsite corelații pozitive cu nivelurile de insulină în starea de stres cu activare ventrală striatală și amigdalară și sa observat o corelație pozitivă în starea de relaxare neutră cu activare striatală ventrală (Imagine suplimentară 3B). În plus, nivelele FPG la persoanele obeze au corelat pozitiv cu activările în timpul condiției de alimentație favorită în putamen și talamus și în timpul condiției neutre de relaxare în putamen, caudate, insulă, thalamus și cingulate anterioare și posterioare (Imagine suplimentară 3C și Masa suplimentară 3).

Alimentația la alimentație crește după indiciile alimentelor preferate și indiciile de stres

Pentru a evalua răspunsurile subiective, s-au obținut evaluări ale dorințelor alimentare de la subiecți înainte și după fiecare studiu imagistic, pe o scară variind de la 0 la 10. Nu au existat diferențe între valorile inițiale ale doleanței alimentare înainte de fiecare studiu imagistic între grupurile obeze și cele slabe [F(1.46) = 0.09, P = 0.76]. Când au fost comparate poftele alimentare după imagistică, a existat un efect semnificativ al condiției [F(1.92) = 34.68, P = 0.0001] (cuget preferat pentru alimente, obezitate 6.1 ± 2.9, slabă 5.8 ± 2.7, simptome de stres, 4.4 ± 3.2 obezitate, 3.1 ± 2.2 slab și tacut neutru-relaxant, obezitate 3.9 ± 3.4, 3.4 ± 2.4); efect principal al grupului [F(1.46) = 0.99, P = 0.32] sau efect de interacțiune între grupuri [F(1.92) = 1.34, P = 0.27)]. Au existat creșteri ale ratingului de alimentație alimentară după ce tabelul favorit alimentelor față de condițiile neutre de relaxare [t(92) = 7.33, P <0.0001] și după indicii de alimente preferate versus condiții de stres [t(92) = 7.09, P <0.0001] și nicio diferență semnificativă după stres versus condiții neutre de relaxare [t(92) = 0.25, P = 0.81].

Hărți creier corelație: Răspunsurile cu privire la alimentația subiectivă la tacul preferat al alimentelor și stresul se corelează pozitiv cu activările din regiunile corticolimbice-striatale la persoanele obeze

Pentru a investiga legătura dintre răspunsurile neuronale și dorința de alimentație, am examinat asocierea fiecărui individ cu raportări de alimentație cu răspunsuri neuronale la tensiunea alimentară preferată și condițiile de stres. La indivizii obezi, dar nu și cei slabi, dorința de alimentație, ca răspuns la tensiunea și stresul alimentar preferat, sa corelat pozitiv cu activările din mai multe regiuni corticolimbice-striataleFig. 3, Imagine suplimentară 4, și Masa suplimentară 4).

Figura 3 

Analiza de corelație pe bază de voce-creier, pe bază de voxel, cu poftă de mâncare. Secțiuni axiale ale creierului care arată corelații între evaluările de poftă de mâncare și activarea neuronală în starea de stres a celor obezi (A) și slabă (B) grupuri (praguri la P <0.05, ...

Regiunile creierului corelează atât cu dorința de alimentație, cât și cu rezistența la insulină: efectele de mediere

În cele din urmă, am evaluat dacă rezistența la insulină a fost corelată cu dorința de alimente în fiecare condiție și dacă aceste relații au fost mediate de răspunsurile neurale. Nivelurile HOMA-IR au fost corelate cu evaluările de alimentație alimentară în timpul expunerii cu alimente preferate la subiecții obezi (r2 = 0.20; P = 0.04), dar nu indivizi slabi (r2 = 0.006; P = 0.75) (Fig. 4A). Nivelurile HOMA-IR nu se corelează cu dorința de alimentație în stres (obezi: r2 = 0.12, P = 0.12; a se sprijini: r2 = 0.003, P = 0.82) sau neutru-relaxant (obezi: r2 = 0.04, P = 0.38; a se sprijini: r2 = 0.004, P = 0.80).

Figura 4Figura 4 

Modelul medierii: regiunile creierului suprapuse mediază efectul observat între HOMA-IR și pofta de hrană la persoanele obeze. A: Corelația dintre nivelele HOMA-IR și evaluările cravării alimentelor în grupurile obeze și slabe. B: Suprapunerea regiunilor neuronale ...

Pentru a examina dacă rezistența la insulină a determinat alimentația alimentară prin răspunsurile neurale, am evaluat mai întâi suprapunerea specifică în regiunile care erau comune în asociațiile lor neurale cu rezistența la insulină și cu pofta de alimente. La subiecții obezi, activitatea în talamus și VTA / SN a fost corelată atât cu rezistența la insulină, cât și cu pofta de alimentație în starea de hrană preferată (Fig. 4B și Masa suplimentară 5). Modele similare au fost observate pentru putamen și insula în condiții de stres și talamus, caudat, putamen și insulă în starea de relaxare neutră (Fig. 4B și Masa suplimentară 5). Nu am găsit astfel de regiuni suprapuse în subiectele slabe.

Apoi, am examinat dacă relațiile dintre HOMA-IR și pofta de hrană au fost mediate de activarea regională a creierului care se corelează atât cu HOMA-IR, cât și cu dorința de alimentație (Fig. 4C). Analizele de mediere statistică pot fi utilizate pentru a examina relația dintre două variabile și pentru a determina măsura în care o a treia variabilă care ar putea interveni, poate fi responsabilă pentru relația observată (). In alt mod, am examinat daca activitatile neuronale observate in regiunile creierului corticolimbic-striatal au mediat statistic relatia dintre HOMA-IR si pofta de mancare la participantii obezi. După cum indică efectul indirect semnificativ (a × b traseu) (Masa suplimentară 6), relația dintre HOMA-IR și pofta de mâncare a fost mediată de răspunsurile neuronale din talamus, brainstem (inclusiv VTA / SN) și cerebelul în starea de hrană preferată și în insula și putamen în starea de stres.

CONCLUZII

Am observat activări corticolimbice-striatale izbitoare la indivizii obișnuiți, dar nu slabi, ca răspuns la tensiunea și stresul alimentar preferat, comparativ cu condițiile neutre de relaxare. Răspunsurile neurale din aceste regiuni în timpul expunerii la alimente sunt compatibile cu studiile anterioare (,,,). Răspunsurile neurale mai pronunțate observate la subiecții obezi din regiunile creierului implicați în motivația recompensă, emoție-memorie, prelucrarea gustului și interocepție, corelate cu HOMA-IR, o măsurătoare a rezistenței la insulină, precum și hiperinsulinemia. Mai mult, aceste răspunsuri neuronale au mediatizat statistic relația dintre rezistența la insulină și pofta de hrană la persoanele obeze, sugerând că la persoanele obeze, rezistența la insulină poate afecta direct sau indirect căile nervoase care duc dorințele de a consuma alimentele preferate și adesea foarte calorice.

Constatarile noastre sunt in concordanta cu, si se extinde la, lucrarile anterioare arata ca insulina actioneaza ca un semnal de reglementare a sistemului nervos central de admisie alimentara si greutate corporala (,). În concordanță cu datele care implică căile de recompensare a hipotalamusului și a dopaminei în acțiunile de obezitate și insulină (-), 1) indivizii obezi au demonstrat o creștere a activării în regiunile corticolimbice-striatale incluzând striatumul (atât putamen și caudate), insula și talamus și 2), magnitudinea rezistenței la insulină, evaluată de HOMA-IR, corelează pozitiv cu activarea striatului și a insulei ca răspuns la ambele întrebări legate de alimentație și stres la persoanele obeze. Aceste date sunt susținute de lucrările anterioare care arată că modificările sensibilității la insulină în VTA modifică răspunsurile din aval ale proiecțiilor la striatum (); metabolismul glucozei stimulate de insulină în striatum ventral este diminuat la subiecții rezistenți la insulină (); și activarea insulară și hipocampală ca răspuns la indicațiile alimentare este direct legată de hiperinsulinemie (). Considerate împreună, aceste observații pot avea implicații clinice importante pentru comportamentele legate de alimentație și sugerează că rezistența la insulină poate afecta capacitatea insulinei de a suprima căile de promovare, accentuând astfel răspunsurile neurale legate de stres și alimente selectivi la persoanele obeze.

Evaluările subiective, auto-raportate privind alimentația alimentară, care depind de percepțiile individuale, nu s-au dovedit a fi semnificativ diferite statistic la persoanele obeze și slabe. În plus, subiecții obezi și cei slabi au identificat alimentele preferate asemănătoare similare pentru indiciile personalizate ale produselor alimentare preferate (Masa suplimentară 7), majoritatea alimentelor fiind bogate în grăsimi și conținut caloric. Astfel, diferențele observate nu implică diferențe în alimentele dorite, ci mai degrabă modul în care aceste informații sunt procesate și interpretate și, probabil, ce comportamente consumatoare rezultă ulterior după expunerea în viața reală la indicii de hrană favorită. Este de remarcat, totuși, că nivelurile HOMA-IR la persoanele obeze, dar nu și cele slabe, au fost corelate cu evaluările privind alimentația preferată pentru alimentele preferate. În concordanță cu această observație, când am examinat activitățile din regiunea creierului corelată atât cu evaluările HOMA-IR, cât și cu alimentația alimentară, am găsit regiunile creierului suprapuse la persoanele obeze, dar nu și la cele slabe. Aceste regiuni au inclus nu numai VTA și SN, ci și striatum, insulă și thalamus, care contribuie, respectiv, la procesarea motivării recompenselor și la răspunsul la stres (), arome și semnalizare interoceptivă (,) și releul informațiilor senzoriale periferice către cortex (). Aceste date sugerează că rezistența la insulină și / sau consecințele rezistenței la insulină pot amplifica sau sensibiliza răspunsurile în circuitele neuronale care afectează pofta de hrană pentru alimentele foarte de dorit și, în cele din urmă, influențează în continuare creșterea în greutate. Relația semnificativă dintre nivelul de insulină și HOMA-IR, cu pofta de mâncare și activarea creierului observată la indivizi obeze, dar nu slabi, poate fi legată de lipsa variabilității nivelurilor de insulină în indivizii slabi și / sau de alți factori care contribuie în mod semnificativ la poftă de mâncare .

Suportul de asistare a datelor între stresul incontrolabil ridicat, stresul cronic, IMC-ul ridicat și creșterea în greutate (,). Stresul influențează comportamentele alimentare (,), creșterea frecvenței consumului de alimente fast-food (), gustări () și alimente bogate în calorii și foarte gustoase (), iar stresul a fost asociat cu creșterea creșterii în greutate (). În studiul nostru, în timpul expunerii la stres, aprecierile privind alimentația la persoanele obeze, dar nu și cele slabe, s-au corelat pozitiv cu activarea în caudate, hipocampus, insulă și putamen. Aceste relații diferite sugerează că poftele alimentare legate de stres sunt conduse de corelații neurale distincte la persoanele obeze și ridică posibilitatea ca această diferență să crească riscul de a consuma alimentele dorite și foarte gustoase în timpul stresului la persoanele obeze. Aceste constatări sunt în concordanță cu datele care sugerează că consumul alimentat de stres se exacerbează la femeile obeze (), în timp ce consumul alimentat de stres pare să aibă un efect inconsecvent asupra consumului de alimente în rândul indivizilor slabi (). După expunerea la stres psihologic, persoanele supraponderale cu sare au o poftă mai mare pentru deserturi și gustări și pentru un aport caloric mai ridicat, comparativ cu persoanele slabe în condiții identice (). În comparație cu indivizii cu BMI mai mici, cei cu BMI mai mari demonstrează o asociere mai puternică între stresul psihologic și creșterea viitoare în greutate (). Luate impreuna, aceste studii si constatarile noastre sugereaza ca persoanele obeze pot fi mai vulnerabile la stres si stres legate de consumul de alimente si cresterea ulterioara in greutate. Deoarece atât poftele de mâncare induse de alimentele preferate, cât și de stresul indus de stres corelate cu activarea neurală striatală corticolimbică, ar fi relevant în studiile viitoare să simuleze situațiile de stres de înaltă durată în timp real pentru a examina funcția de circuite neuronale atunci când persoanele obeze sunt expuse simultan acutizorii de viață acută și indicii de hrană favorită.

În cele din urmă, este demn de remarcat faptul că persoanele obeze cu dovezi de rezistență la insulină au prezentat modificări ale dorinței alimentare chiar și într-o stare relaxată. Actiunile corticolimbic-striatale observate la persoanele obeze in timpul conditiei de relaxare neutre au fost corelate cu pofta subiectiva a alimentelor. Nivelurile HOMA-IR la persoanele obeze au fost corelate, de asemenea, cu răspunsurile neurale în timpul condiției de relaxare neutră, sugerând că o stare rezistentă la insulină cronică este asociată cu o activare persistentă în regiunile creierului striat corticolimbic chiar și în timpul unor condiții non-alimentare și nonstress (de ex. , în timpul perioadelor de odihnă sau de relaxare) la persoanele obeze, iar această relație poate susține pofta de mâncare și poate promova comportamentul alimentar în timpul stadiilor neefectuate sau de bază.

Caracterul transversal al acestui studiu exclude evaluarea cauzalității. Studiile longitudinale ar permite evaluarea faptului dacă obezitatea are ca rezultat reactivitatea crescută la indiciile alimentare și stresul în regiunile motivație-recompensă a creierului sau dacă diferențele neurale și asociațiile lor cu rezistența la insulină sunt inițial prezente. Măsurarea rezistenței la insulină utilizând HOMA-IR nu are precizia oferită de tehnica clampului euglicemic, deși este strâns legată de reacția periferică la insulină și este utilizată pe scară largă în cercetarea și practica clinică (). Nivelurile de insulină și glucoză au fost extrase dimineața pentru a permite evaluarea sensibilității la insulină utilizând probe de sânge de repaus pentru calculul HOMA-IR; procedurile de imagistică fMRI au fost efectuate în după-amiaza astfel încât subiecții să nu fie foame sau plini de intensitate. În studiile viitoare, măsurătorile de sânge imediat înainte, în timpul și după RMN ar putea furniza informații utile, deși pot apărea complicații potențiale (de exemplu, posibilele influențe ale flebotomiei asupra sistemelor de răspuns la stres). Eșantioanele de sânge de proba nu au fost obținute în ziua sesiunii fMRI; astfel, o relație temporală între parametrii metabolici și răspunsurile neurale nu poate fi făcută și diferențele potențiale între grupuri în stabilitatea măsurilor HOMA-IR la persoanele obeze și slabe ar putea influența eventual corelațiile observate în studiul actual. În mod particular, totuși, sa demonstrat că măsurătorile HOMA-IR au o variabilitate relativ scăzută intra- și interindividuală la obezitatea nondiabetică () și supraponderali (), și insulina plasmatică și glucoza la starea de echilibru s-au dovedit a fi stabile la subiecții sănătoși la un interval de 4-ani (). În plus, coeficienții de variație pentru HOMA sunt între 7.8 și 11.7% (). În ciuda acestor limitări ale studiului, datele noastre furnizează prima dovadă că rezistența la insulină joacă, în mod direct sau indirect, un rol important în activările neuronale asociate atât cu indiciile alimentelor preferate, cât și cu stresul și că astfel de răspunsuri neurale modulează pofta alimentară la persoanele obeze. Indiferent dacă rezistența centrală la insulină este un eveniment primar sau schimbarea răspunsurilor cerebrale apare secundară expunerii cronice la hiperinsulinemia sistemică și, la rândul său, reducerea reglării receptorilor de insulină din sistemul nervos central rămâne incertă; cu toate acestea, aceste rezultate au potențiale implicații terapeutice importante.

Cu o creștere substanțială a prevalenței obezității în ultimele trei decenii, aceste constatări au implicații clinice considerabile pentru tratamentul disfuncției metabolice și prevenirea diabetului tip 2. Constatările actuale indică faptul că rezistența la insulină în obezitate se referă la mecanismele neuronale care reglează stările sau comportamentele motivaționale legate de alimentație, cum ar fi pofta de mâncare sau dorința de a obține și mânca alimente. Aceste constatări sugerează că persoanele cu acest fenotip metabolic alterat pot prezenta riscul creșterii în greutate continuă sau persistentă. Mai mult, deoarece multe din regiunile neuronale implicate sunt subcortice, speculăm că poate scădea controlul conștient asupra comportamentelor legate de alimente care rezultă în astfel de indivizi obezi, ducând la perpetuarea în continuare a obezității și a rezistenței la insulină.

Concluzionăm că expunerea la scenariile cu tacâmuri preferate și pentru evenimentele stresante promovează activarea regiunilor de motivare a creierului și recompensă, precum și pofta de mâncare a persoanelor obeze rezistente la insulină. Este interesant să se speculeze că rezistența la insulină poate apărea central în obezitate și poate contribui la motivațiile dysregulate de a consuma alimente care, la rândul lor, pot predispune persoanele la ouat, producând un ciclu vâscos care conduce la creșterea în greutate. Astfel, investigarea efectelor centrale și a ramificațiilor comportamentale ale medicamentelor care modifică rezistența la insulină poate oferi o perspectivă asupra tratamentelor noi pentru atenuarea dorinței pentru alimente calde, dense și gustoase.

 

Material suplimentar

recunoasteri

Această activitate a fost susținută de Institutul Național de Diabet și Boli Digestive și Rinichi / Institutele Naționale de Sănătate T32 DK07058, diabet zaharat și tulburări de metabolism; T32 DK063703-07, Instruire în domeniul endocrinologiei pediatrice și cercetării diabetului; Centrul de Cercetare pentru Diabet și Endocrinologie P30DK045735; și R37-DK20495 și foaia de parcurs NIH pentru cercetare medicală Common Grants Fondul RL1AA017539, UL1-DE019586, UL1-RR024139, și PL1-DA024859.

Nu s-au raportat potențiale conflicte de interese relevante pentru acest articol.

AMJ a efectuat analiza datelor, a contribuit la interpretarea datelor și a scris manuscrisul. RS a fost responsabil de proiectarea studiului, finanțarea și colectarea datelor; a contribuit la interpretarea datelor; și a scris manuscrisul. CL a efectuat analiza datelor. DMS a contribuit la interpretarea datelor. RSS a contribuit la interpretarea datelor și a scris manuscrisul. MNP a fost responsabil pentru proiectarea studiului, finanțarea și colectarea datelor; a contribuit la interpretarea datelor; și a scris manuscrisul. MNP este garantul acestei lucrări și, ca atare, avea acces deplin la toate datele din studiu și își asumă responsabilitatea pentru integritatea datelor și corectitudinea analizei datelor.

Partile din acest studiu au fost prezentate in forma abstracta la 71st stiintifice sesiuni ale Asociatiei Americane de Diabet, San Diego, California, 24-28 iunie 2011.

Note de subsol

 

Acest articol conține date suplimentare online la http://care.diabetesjournals.org/lookup/suppl/doi:10.2337/dc12-1112/-/DC1.

 

Referinte

1. Organizația Mondială a Sănătății Obezitatea și excesul de greutate [articolul online], 2011. Accesat 15 iulie 2012
2. Ogden CL, Carroll MD, McDowell MA, Flegal KM. Obezitatea în rândul adulților din Statele Unite - nici o șansă semnificativă statistic din moment ce 2003-2004. NCHS Data Brief, 2007, pag. 1-8 [PubMed]
3. Berthoud HR. Căile homeostatice și non-homeostatice implicate în controlul aportului alimentar și al echilibrului energetic. Obezitatea (argintiu de argint) 2006; 14 (Supliment 5): 197S-200S [PubMed]
4. Tataranni PA, DelParigi A. Neuroimagistica functionala: o noua generatie de studii asupra creierului uman in cercetarea obezitatii. Obes Rev 2003; 4: 229-238 [PubMed]
5. Adam TC, Epel ES. Stresul, mâncarea și sistemul de recompense. Physiol Behav 2007; 91: 449-458 [PubMed]
6. Lowe MR, van Steenburgh J, Ochner C, Coletta M. Neural corelează diferențele individuale legate de pofta de mâncare. Physiol Behav 2009; 97: 561-571 [PubMed]
7. Bloc JP, El Y, Zaslavsky AM, Ding L, Ayanian JZ. Stresul psiho-social și modificarea greutății în rândul adulților din SUA. Am J Epidemiol 2009; 170: 181-192 [Articol gratuit PMC] [PubMed]
8. Castellanos EH, Charboneau E, Dietrich MS, și colab. Adulții obișnuiți au părtinire vizibilă pentru imaginile tactile: dovadă pentru funcția sistemului de recompensă modificată. Int J Obes (Lond) 2009; 33: 1063-1073 [PubMed]
9. Coelho JS, Jansen A, Roefs A, Nederkoorn C. Comportamentul consumului de alimente ca răspuns la expunerea la alimente: examinarea modelelor de reactivitate și de control contractiv. Psychol Addict Behav 2009; 23: 131-139 [PubMed]
10. Lemmens SG, Rutters F, Born JM, Westerterp-Plantenga MS. Stresul mărește alimentarea "dorită" și consumul de energie în subiecții supraponderali viscerali, în absența foamei. Physiol Behav 2011; 103: 157-163 [PubMed]
11. Tetley A, Brunstrom J, Griffiths P. Diferențe individuale în reactivitatea alimentelor. Rolul IMC și selecțiile zilnice ale mărimii porțiunii. Apetit 2009; 52: 614-620 [PubMed]
12. Jastreboff AM, Potenza MN, Lacadie C, Hong KA, Sherwin RS, Sinha R. Indicele de masă corporală, factorii metabolici și activarea striatală în timpul stărilor stresante și neutre-relaxante: studiu FMRI. Neuropsihopharmacologie 2011; 36: 627-637 [Articol gratuit PMC] [PubMed]
13. Martin LE, Holsen LM, Chambers RJ și colab. Mecanisme neurale asociate cu motivația alimentelor la adulți cu greutate obeză și sănătoasă. Obezitatea (argintiu de argint) 2010; 18: 254-260 [PubMed]
14. Rothemund Y, Preuschhof C, Bohner G, și colab. Activarea diferențială a striatumului dorsal prin stimuli vizibili pentru calorii vizuale cu calorii ridicate la persoanele obeze. Neuroimage 2007; 37: 410-421 [PubMed]
15. Stice E, Spoor S, Bohon C, Veldhuizen MG, Mic DM. Relația dintre recompensa de la aportul alimentar și consumul anticipat de alimente pentru obezitate: un studiu de rezonanță magnetică funcțională. J Abnorm Psychol 2008; 117: 924-935 [Articol gratuit PMC] [PubMed]
16. Stoeckel LE, Weller RE, Cook EW, 3rd, Twieg DB, Knowlton RC, Cox JE. Activitate de răsplătire pe scară largă a femeilor obeze ca răspuns la fotografiile cu alimente cu conținut ridicat de calorii. Neuroimage 2008; 41: 636-647 [PubMed]
17. Volkow ND, Wang GJ, Fowler JS, Telang F. Circuite neuronale suprapuse în dependență și obezitate: evidențierea patologiei sistemelor. Philos Trans R Soc London B Biol Sci 2008; 363: 3191-3200 [Articol gratuit PMC] [PubMed]
18. Mic DM. Aroma este în creier. Physiol Behav. 17 Aprilie 2012 [Epub înainte de imprimare] [PubMed]
19. Mayer EA, Naliboff BD, Craig AD. Neuroimaginarea axei intestinului cerebral: de la înțelegerea de bază la tratamentul tulburărilor funcționale ale GI. Gastroenterologie 2006; 131: 1925-1942 [PubMed]
20. Karhunen LJ, Lappalainen RI, Vanninen EJ, Kuikka JT, Uusitupa MI. Fluxul sanguin cerebral regional în timpul expunerii la alimente la femei obeze și cu greutate normală. Brain 1997; 120: 1675-1684 [PubMed]
21. Pepino MY, Finkbeiner S, Mennella JA. Asemănări în poftele alimentare și starea de spirit între femeile obeze și femeile care fumează tutun. Obezitatea (argintiu de argint) 2009; 17: 1158-1163 [Articol gratuit PMC] [PubMed]
22. Volkow ND, Wang GJ, Baler RD. Rata de recompensă, dopamina și controlul aportului alimentar: implicații pentru obezitate. Tendințe Cogn Sci 2011; 15: 37-46 [Articol gratuit PMC] [PubMed]
23. Chechlacz M, Rotshtein P, Klamer S, și colab. Managementul dietetic al diabetului modifică răspunsurile la imaginile alimentare din regiunile creierului asociate cu motivația și emoția: un studiu de rezonanță magnetică funcțională. Diabetologia 2009; 52: 524-533 [PubMed]
24. Sharkey KA. De la grăsimi la cele complete: mecanisme periferice și centrale care controlează consumul de alimente și echilibrul energetic: vederea din scaun. Obezitatea (argintiu de argint) 2006; 14 (Supliment 5): 239S-241S [PubMed]
25. Kahn SE, Hull RL, Utzschneider KM. Mecanisme care leagă obezitatea de rezistența la insulină și de diabetul tip 2. Natura 2006; 444: 840-846 [PubMed]
26. Gao Q, Horvath TL. Neurobiologia hrănirii și a cheltuielilor cu energia. Annu Rev Neurosci 2007; 30: 367-398 [PubMed]
27. Anthony K, Reed LJ, Dunn JT și colab. Atenuarea răspunsurilor evocate de insulină în rețelele cerebrale care controlează pofta de mâncare și recompensa în rezistența la insulină: baza cerebrală pentru controlul deprecierii aportului alimentar în sindromul metabolic? Diabet 2006; 55: 2986-2992 [PubMed]
28. Schwartz MW. Biomedicina. Stați subțire cu insulina în minte. Știință 2000; 289: 2066-2067 [PubMed]
29. Figlewicz DP, Evans SB, Murphy J, Hoen M, Baskin DG. Exprimarea receptorilor pentru insulină și leptină în zona tegmentală ventrală / substantia nigra (VTA / SN) a șobolanului. Brain Res 2003; 964: 107-115 [PubMed]
30. Redgrave P, Coizet V. Interacțiuni Brainstem cu ganglionii bazali. Parkinsonismul Relat Disord 2007; 13 (Suppl. 3): S301-S305 [PubMed]
31. Brüning JC, Gautam D, Burks DJ, și colab. Rolul receptorului de insulină creierului în controlul greutății corporale și al reproducerii. Știință 2000; 289: 2122-2125 [PubMed]
32. Kullmann S, Heni M, Veit R, și colab. Creierul obez: Asociația indicelui de masă corporală și sensibilitatea la insulină cu conectivitate funcțională a rețelei de stare de odihnă. Hum Brain Mapp 2012; 33: 1052-1061 [PubMed]
33. Sinha R. Modelarea stresului și poftei de droguri în laborator: implicații pentru dezvoltarea tratamentului de dependență. Addict Biol 2009; 14: 84-98 [Articol gratuit PMC] [PubMed]
34. Sinha R. Stres cronic, consumul de droguri și vulnerabilitatea la dependență. Ann NY Acad Sci 2008; 1141: 105-130 [Articol gratuit PMC] [PubMed]
35. Predicatorul KJ, Hayes AF. Strategii asimptotice și de reeșantionare pentru evaluarea și compararea efectelor indirecte în mai multe modele de mediatori. Behav Res Metode 2008; 40: 879-891 [PubMed]
36. Davids S, Lauffer H, Thoms K și colab. Creșterea activării cortexului prefrontal dorsolateral la copii obezi în timpul observării stimulilor alimentari. Int J Obes (Lond) 2010; 34: 94-104 [PubMed]
37. Schwartz MW, Figlewicz DP, Baskin DG, Woods SC, Porte D., Jr Insulina din creier: un regulator hormonal al echilibrului energetic. Endocr Rev 1992; 13: 387-414 [PubMed]
38. Woods SC, Lotter EC, McKay LD, Porte D., Jr Infuzia intracerebroventriculară cronică de insulină reduce aportul alimentar și greutatea corporală a babuinilor. Natura 1979; 282: 503-505 [PubMed]
39. Sandoval D, Cota D, Seeley RJ. Rolul integrat al mecanismelor de detectare a combustibilului în sistemul de echilibrare a energiei și reglarea glucozei. Annu Rev Physiol 2008; 70: 513-535 [PubMed]
40. Wallner-Liebmann S, Koschutnig K, Reishofer G, și colab. Activarea insulinei și a hipocampului ca răspuns la imaginile de alimente cu conținut ridicat de calorii la greutatea normală și adolescenți obezi. Obezitatea (argintiu de argint) 2010; 18: 1552-1557 [PubMed]
41. Sherman SM. Talamusul este mai mult decât un releu. Curr Opin Neurobiol 2007; 17: 417-422 [Articol gratuit PMC] [PubMed]
42. Steptoe A, Lipsey Z, Wardle J. Stress, greutăți și variații ale consumului de alcool, alegerii alimentelor și exercițiilor fizice: un studiu de jurnal. Br J Sănătate Psychol 1998; 3: 51-63
43. Oliver G, Wardle J. Efectele percepute ale stresului asupra alegerii alimentelor. Physiol Behav 1999; 66: 511-515 [PubMed]
44. Epel E, Lapidus R, McEwen B, Brownell K. Stresul poate adăuga mușcături la apetitul la femei: un studiu de laborator al cortizolului indus de stres și a comportamentului alimentar. Psihno-neuroendocrinologie 2001; 26: 37-49 [PubMed]
45. Laitinen J, Ek E, Sovio U. Stres legate de consumul de alcool și de comportament și indicele de masă corporală și predictori de acest comportament. Prev Med 2002; 34: 29-39 [PubMed]
46. Greeno CG, Wing RR. Mâncarea indusă de stres. Psychol Bull 1994; 115: 444-464 [PubMed]
47. Wallace TM, Levy JC, Matthews DR. Utilizarea și abuzul de modelare HOMA. Îngrijirea diabetului 2004; 27: 1487-1495 [PubMed]
48. Jayagopal V, Kilpatrick ES, Jennings PE, Hepburn DA, Atkin SL. Variația biologică a rezistenței la insulină derivată din evaluarea modelului homeostaziei în diabetul de tip 2. Îngrijirea diabetului 2002; 25: 2022-2025 [PubMed]
49. Jayagopal V, Kilpatrick ES, Holding S, Jennings PE, Atkin SL. Variația biologică a rezistenței la insulină în sindromul ovarian polichistic. J Clin Endocrinol Metab 2002; 87: 1560-1562 [PubMed]
50. Facchini F, Humphreys MH, Jeppesen J, Reaven GM. Măsurătorile de eliminare a glucozei mediate de insulină sunt stabile în timp. J Clin Endocrinol Metab 1999; 84: 1567-1569 [PubMed]