J Nutr. 2009 March; 139(3): 623-628. DOI: 10.3945 / jn.108.097584
- Николь М. Авена 1 , 2 ,
- Педро Рада 1 качества
- Bartley G. Hoebel 1 , *
+ Авторское право
- *Кому должна быть адресована корреспонденция. Эл. адрес: [электронная почта защищена].
Абстрактные
Проглатывание различных питательных веществ, таких как жиры и сахара, обычно приводит к различным воздействиям на физиологию, мозг и поведение. Однако у них есть определенные нейронные пути для усиления поведения, включая систему мезолимбического дофамина (DA). Когда эти питательные вещества потребляются в виде выпивок, это может высвободить избыток DA, что вызывает компенсационные изменения, которые сопоставимы с последствиями злоупотребления наркотиками.
В этой статье мы рассмотрим данные, полученные на животных моделях жира и сахара. Концепция «пищевой зависимости» описывается и анализируется как с клинической, так и с лабораторной точки зрения на животных. Поведенческие проявления привыкания к привыканию и сопутствующие изменения в DA и опиоидных системах сравниваются для сахара и жиров. Наконец, в связи с расстройствами пищевого поведения и ожирением мы обсуждаем, как жир может быть макроэлементом, который приводит к избыточной массе тела, а сладкий вкус при отсутствии жира может в значительной степени отвечать за производство зависимых от привычек поведения, которые включают синдром отмены.
Введение
Хотя поведение, связанное с выпивкой, традиционно связано с нарушениями питания, оно становится все более распространенным в Соединенных Штатах благодаря его появлению в различных клинических и неклинических популяциях. Выпивка была связана с ожирением, которое в настоящее время страдает от 33% взрослого населения США (1,2), а также может быть предсказателем увеличения жировых отложений у детей (3). Выпивка также связана с увеличением частоты колебаний массы тела, депрессии, беспокойства и злоупотребления психоактивными веществами (4–6). Наличие побочного поведения в нескольких различных расстройствах пищевого поведения, а также в неклинических популяциях сделало его важным для изучения с точки зрения общественного здравоохранения.
Ассоциация Диагностическое и статистическое руководство по психическим расстройствам (изд. 4) определяет выпивку в виде серии повторяющихся эпизодов выпивки, в которых каждый эпизод определяется как употребление большего количества пищи, чем обычно, в течение короткого периода времени (обычно в течение любого периода 2-h) (7). Эпизоды, связанные с пищей, связаны с 3 или более следующими: 1) есть до ощущения неудобно полного, 2) едят большое количество пищи, когда не физически голодны, 3) едят гораздо быстрее, чем обычно, 4) есть один, потому что один смущен тем, сколько он / она ел, 5) чувство отвращения, депрессии или вины после переедания, или 6) означало бедствие или беспокойство относительно выпивки.
Помимо диагностированных пациентов, существует также гораздо большее число людей, которые часто выпивают пищу, но, возможно, недостаточно регулярно, чтобы гарантировать клинический диагноз. Не всегда ясно, где вырисовываете грань между простой едой и патологическим выпивкой. Однако физиологические последствия выпивки могут быть схожими, независимо от того, участвуют ли они из-за голода, случайно по социальным или гедоническим причинам, или достаточно регулярно, чтобы гарантировать диагноз.
Каковы общие выпивки?
Проще говоря, люди обычно выпивают очень вкусную, богатую энергией пищу. Эти продукты обычно содержат большое количество жиров, сахаров или часто оба (8,9). Часто повторяющиеся эпизоды включают потребление хлеба или макарон, частое употребление в пищу, сладости, жирные продукты или соленые закуски (10). Лица, предпочитающие пить на сладкие продукты, чаще выпивают.
Почему люди не выпивают брокколи? Должно быть какое-то свойство вкусных «десертных» и «закусочных» продуктов, богатых сахаром и / или жиром, что способствует выпивке. Известно, что сахара и жиры оказывают различное влияние на физиологию и химию мозга (11), что может быть связано с их различным воздействием на поведение. Чтобы понять поведенческую и нейрохимическую основу выпивки на определенных макронутриентах, мы переходим к лабораторным животным моделям выпивки.
Животных моделей выпивки
Выпивка - многогранное поведение, с эмоциональными и культурными компонентами, которые трудно воспроизвести с помощью моделей на животных. Тем не менее, животные модели выпивки являются фундаментальными для понимания физиологической и нейрохимической основы такого поведения.
Модели сахара bingeing
Несколько лабораторий использовали ограниченный доступ к растворам сахара для моделирования выпивки (12–15). Все данные свидетельствуют о том, что животные будут употреблять в пищу пищу на сладкой пище, когда ее предлагают с перерывами. Наша лаборатория разработала модель сахарообразования (16), в котором крысы поддерживаются на ежедневном ограничении пищевых продуктов 12-h с последующим доступом к раствору 25% глюкозы или 10% сахарозы (аналогично концентрации сахара в безалкогольном напитке) и неочищенной диете грызунов. Через несколько дней по этому графику эти крысы эскалации суточного потребления сахара (Рис 1 A) и начинают выпивать, о чем свидетельствует увеличение их потребления сахара в течение первого часа доступа. Крысы, которые имеют доступ к раствору сахара и неочищенному диете ad libitum, потребляют общее количество суточного количества, подобное потреблению взбитыми крысами, но редко участвуют в дискретных эпизодах, связанных с bingeing. Масса тела и общее ежедневное потребление калорий не отличаются от нормы у крыс, которые подвергаются воздействию на сахар (Рис 1 C), что указывает на то, что крысы способны регулировать потребление энергии и компенсировать избыточную энергию, потребляя меньше неочищенного рациона грызунов (Рис 1 B).
Потребление сахара и неочищенного рациона (чау-чау) во время доступа к 28-d в модели крысы для сахара. Крысы с прерывистым сахаром + неочищенная диета повышали их общее потребление сахара в течение времени с течением времени (A). Крысы с прерывистым сахаром + неочищенная диета ели менее неочищенную диету, чем прерывистую неочищенную диетическую группу и группу нетоксичной диеты ad libitum (B); однако группы не отличались от общего дневного потребления энергии (1 kcal = 4.184 kJ) (C). Значения - это ± SEM, n = 9-10 / group. Воспроизводится с разрешения Avena et al. (23).
Модели ожирения
Животные также выпивают на чистом жире, что говорит о том, что выпивка не исключительно для сладкого вкуса. Corwin et al. (17) показали, что насыщенные крысы с доступом к неочищенной диете ad libitum от грызунов будут выпивать растительный жир (сокращение), когда он представлен для 2 h каждый день, и этот эффект усиливается, когда жир предлагается только 3 раз в неделю. Сообщается об аналогичном обнаружении с сокращением, которое является трансжирным (18). Крысы с ограниченным доступом к растительному жиру не показывают изменений в массе тела или набухании жира в организме по сравнению с неочищенными контрольными питательными элементами (17,19); однако они демонстрируют повышенные уровни лептина в плазме (19).
Модели bingeing на смеси сладкого жира
Комбинация сладкого и жирного активирует множественные вкусовые рецепторы, опосредующие сигналы и нейропептидные системы. Сахар-жирные комбинации, в виде печенья или сахаросодержащих смесей, были использованы Boggiano и другими, чтобы вызвать выпивку в лабораторных моделях (20,21). Мы разработали модель выпивки, используя полноценную полноценную диету с жирными жирами у крыс, которые не ограничены питанием (22). Крысы с ежедневным доступом 2-h к сладкой жирности [Исследовательские диеты #12451, 45% жира, 20% белка, 35% углеводов, 4.7 ккал / г (20 кДж / г)] выпивают на нем, хотя они имеют доступ к стандартной нетоксичной диете ad libitum для других 22 h / d. По wk 3 доступа наиболее опасное поведение bingeing, и эти крысы потребляют в среднем 58% от их ежедневного потребления энергии в течение 2-h периода доступа к сладкожирной пище (Рис 2 A). Эти крысы самостоятельно ограничивают потребление стандартного неочищенного рациона, похожее на эффекты, о которых мы сообщали с сахаром (23) и другие сообщили с жиром (17,19) или богатые сахаром диеты (14). Циклическое bingeing и самоналоженное ограничение еды приводят к колебаниям ежедневной массы тела, характеризующейся потерей веса между выпивками (Рис 2 B). Однако, даже если мы принимаем во внимание самоограничение стандартного нетоксичного рациона грызунов между выпивками, общее увеличение массы тела происходит у крыс, которые берут на тарелку из сладкого жира, по сравнению с контрольными группами, которые получают только стандартную нечистую диету грызунов или доступ к ней к тем же сладким жировым гранулам ad libitum (Рис 2 C). Таким образом, эта модель представляет собой выпивку, которая может привести к увеличению массы тела.
Потребление энергии и изменения массы тела в крысиной модели ожирения. Общее ежедневное потребление энергии в течение wk 3 доступа, выраженное как энергия, полученная из стандартной неочищенной диеты (чау) (белый) по сравнению с нежирной нечистой диетой (черный) (A). Группа, принимающая сладкий жир на 2 часа в день, и группа, которая получала 2 часа сладко-жировой диеты только по понедельникам, средам и пятницам (2 часа MWF Sweet-fat), потребляют> 50% своей дневной энергии из сладкого -жирная диета при ее наличии. Наблюдается пилообразный паттерн для группы сладких жиров, получающих 2 часа в день, в которой они каждый день уменьшают вес перед бинтом и увеличивают вес после бинта (B). Однако, несмотря на это колебание массы тела в течение дня, крысы с ежедневным сладким жиром 2-h получали значительно более общую массу тела, чем крысы, которым была назначена стандартная неочищенная диета ad libitum (1 kcal = 4.184 kJ) (C). Значения - это ± SEM, n = 10 / group. * В отличие от стандартной группы chow ad libitum, P <0.05. Адаптировано с разрешения Berner et al. (22).
Продовольственная зависимость
Многие ученые предположили, что ожирение и нарушения питания, такие как булимия и анорексия, могут иметь свойства «наркомании» (24–30). Более того, несколько популярных книг самопомощи написаны на тему «сахарная зависимость» (31–34, чтобы назвать только несколько). Клинические и лабораторные исследования на животных показывают сходство между перееданием и наркоманией.
Клиническая поддержка теории пищевой зависимости
Недавнее клиническое исследование показывает, что углеводы могут иметь потенциал злоупотребления для «углеводов» (35). Аналогичным образом, связанные с желанием изменения в ответ на вкусные продукты были идентифицированы с использованием методов визуализации мозга, и эти изменения аналогичны изменениям, наблюдаемым во время тяги к наркотикам (36,37). Допамин (DA)4 было предложено иметь общую роль в злоупотреблении наркотиками и ожирении (28). Сканирование позитронной эмиссионной томографии показывает, что у тучных испытуемых наблюдается сокращение полосатого D2 доступность рецепторов, которая коррелирует с массой тела субъекта (38) и аналогичные по величине сокращениям, зарегистрированным у субъектов, зависимых от наркотиков (39). Опиоиды также были в центре внимания клинических исследований (25). Дисфункции аппетита в виде либо выпивки, либо само-голодания могут влиять на эндогенную опиоидную активность (40). В совокупности эти клинические исследования подтверждают мнение, что переедание может влиять на поведение и системы мозга таким образом, который напоминает аспекты зависимости.
Поведенческие свидетельства сахарной зависимости у лабораторных животных
Многие из видов поведения и нейрохимических изменений, характерных для злоупотребления наркотиками, также очевидны в нашей модели животного сахара, описанной выше, и обобщены в Таблица 1, Эта модель рассматривается и более подробно относится к литературе о злоупотреблении психоактивными веществами в другом месте (16).
Признаки зависимости наблюдаются у крыс, страдающих сахаром1
Вкратце, крысы, получающие ежедневный прерывистый доступ к раствору сахара и неочищенной диете, эскалируют потребление сахара и увеличивают потребление в течение первого часа ежедневного доступа, который мы определяем как «выпивку» (15). Сахар-bingeing крысы показывают признаки опиатов, как вывод при применении относительно высокой дозы опиоидного антагониста налоксона (3 мг / кг, подкожно). Наблюдаются соматические признаки отмены, такие как стук зубов, тремор переднего ладони и головные тряски, а также поведенческие проявления тревоги (41). Подобные признаки опиатного снятия возникают спонтанно без использования опиоидного антагониста, когда вся пища удаляется для 24 h (23,41). Сахар-bingeing крыс рычаг прессы для 23% больше сахара в тесте после 2 wk без сахара, чем они когда-либо делали раньше (42), предполагая изменение мотивационного воздействия сахара, которое сохраняется и увеличивается на протяжении всего периода воздержания. Мы также показали, что крысы, которые ездят на сахар, развивают локомоторную кросс-сенсибилизацию до низкой дозы амфетамина (0.5 мг / кг, внутрибрюшинно), которая практически не влияет на наивных крыс (43). Когда крысы питаются сахаром, а затем вынуждены воздерживаться, они впоследствии демонстрируют повышенное потребление 9% алкоголя (44), предполагая, что прерывистый доступ к сахару может стать воротами для употребления алкоголя.
Другие исследователи получили вспомогательные поведенческие результаты, используя аналогичные модели сахарирования. Признаки тревоги сообщались у крыс с ограниченным доступом к диете с высоким содержанием сахарозы (14). Сообщалось, что простое удаление сахара снижает температуру тела (45). Кроме того, агрессивное поведение наблюдалось при удалении диеты, которая включает прерывистый доступ к сахару (46). Используя оперантное кондиционирование, Grimm et al. (47) обнаруживают, что поиск сахарозы увеличивается в течение месяца воздержания сахара у крыс, которые имели прерывистый доступ к сахару. Прерывистый доступ к сахарозе перекрестно сенсибилизирует не только амфетамин (43), но также и с кокаином (48) и облегчает сенсибилизацию агониста DA quinpirole (49). Эти результаты подтверждают теорию о том, что система DA сенсибилизирована прерывистым доступом к сахару; это важно, потому что усиленная мезолимбическая допаминергическая нейротрансмиссия играет роль в поведенческих эффектах сенсибилизации, а также кросс-сенсибилизации (50) и может способствовать наркомании (51,52).
Нейрохимические данные о сахарной зависимости
Приведенные выше доказательства свидетельствуют о том, что сахарная завивка может приводить к поведению, сходному с поведением, наблюдаемым у зависимых от наркотиков крыс. Сопутствующие нейрохимические изменения могут привести или увековечить это поведение. Эти знаки также суммируются в Таблица 1 и более подробно объясняются в более ранней статье (16).
Мы обнаружили изменения в DA, ацетилхолине (ACh) и опиоидных системах у крыс, страдающих сахаром, которые аналогичны тем, которые наблюдаются при некоторых наркотических средствах. Авторадиография показывает увеличение D1 рецептора в ядре accumbens (NAc) и уменьшенном D2 рецепторного связывания в полосатом теле с относительно неочищенными кормящимися раком крысами (15). Крысы с прерывистым сахаром и неочищенным доступом к диете также уменьшились D2 рецепторной мРНК в NAc и увеличенной D3 рецепторной мРНК в NAc и дорзальной полосатой кости по сравнению с неочищенными контрольными питательными элементами (53). У сахаросодержащих крыс значительное снижение мекной энкефалина (53), в то время как μ-опиоидного рецепторного связывания значительно усиливается в оболочке NAc, cingulate, гиппокампе и локус coeruleus (15).
Одной из самых сильных нейрохимических общностей между сахаром и наркотиками злоупотребления является их влияние на внеклеточный DA. Признаком злоупотребления наркотиками является повторное увеличение внеклеточного DA, тогда как при нормальном питании ответ DA исчезает после многократного воздействия пищи (54). Когда крысы питаются сахаром, высвобождение DA повторяется, что может привести к адаптации мозга так же, как к наркотику злоупотребления. Крысы, которые боятся сахара, по-видимому, выпускают DA каждый день, как измерено по d 1, 2 и 21 доступа (55). Контрольные крысы кормили сахаром или неочищенной диетой ad libitum, крысы с прерывистым доступом к простому неочищенному рациону или крысам, которые на вкус только сахар 2 раз, развивают притупленный ответ DA, который типичен для пищи, которая теряет свою новизну.
Изъятие из наркотиков, таких как морфин, никотин и алкоголь, часто сопровождается изменениями баланса DA / ACh в NAc: в частности, DA уменьшается при увеличении ACh (56–58). Крысы, пасущиеся на сахаре, также показывают этот нейрохимический дисбаланс в DA / ACh во время изъятия. Этот результат встречается как у крыс, так и для налоксона для осаждения опиатов (например,41) или после 36 ч лишения пищи (23).
Другие сообщили о поддерживающих выводах. Уменьшение D2 рецепторного связывания в NAc крыс с прерывистым доступом к сахарозе и неочищенной диете по сравнению с крысами, получавшими только прерывистую неочищенную диету (59), а изменения происходят в обороте ОФЗ и привязке транспортера DA к крысам, поддерживаемым на прерывистом графике подачи сахара (12,60).
Есть ли доказательства зависимости от жиров или сочетаний сладкого жира?
В литературе указывается, что, как и в случае с сахаром, подобное живое тело может появляться с жиром. Le Magnen (29) отметили, что налоксон может ускорить вывод крыс, которым кормили диетическое питание в стиле кафетерий, которое содержит разнообразные продукты, богатые жирами и сахарами (например, сыр, печенье, шоколадная стружка). Совсем недавно Teegarden и Bale (61) показывают, что мыши получили доступ к диетам с высоким содержанием жиров или углеводов ad libitum для 4 wk, а затем вынуждены воздерживаться от агрессивной среды, чтобы получить доступ к их предпочтительной пище. Они заключают, что изъятие такой диеты повышает стрессовое состояние, способствуя рецидиву диеты. Кроме того, Корвин и его коллеги показали увеличение прогрессирующего отношения к крысам, которые подвергаются воздействию жира (62).
С точки зрения нейрохимии, кажется, что выпивка жиров оказывает влияние на системы accumbens DA и энкефалина, которые аналогичны тем, которые наблюдаются при сахарном ринге. Ограниченное воздействие жиров (кукурузное масло) будет повторно выпускать DA в NAc, и этот эффект вызван вкусом масла (63). Крысы с ограниченным ежедневным доступом к диете с низким содержанием жира показывают значительное снижение мек- ции энкефалина в NAc (64), аналогично обнаружению, описанному выше, с сахаром (53). Роль опиоидов в паравентрикулярном ядре гипоталамуса изучалась с использованием модели выпивки (65), и результаты показывают, что d-Ala2, NMe-Phe4, Гли-ол5-энкефалин увеличивает потребление жиров у крыс, предпочитающих жиры, но не оказывает влияния на крыс, предпочитающих сахарозу. Эти результаты указывают на сложную роль паравентрикулярных ядерных опиоидов в потреблении пищи, причем предпочтение и тип питательных веществ влияют на способность этих соединений изменять поведение.
Основываясь на этой нейрохимии и поведенческих особенностях, описанных выше, кажется логичным, что ожирение жиров может также приводить к привыканию к привыканию. Однако данные не ясны. Сообщалось, что жир, предлагаемый ad libitum, вызывает некоторые привыкание к поведению (например,29,61), bingeing может усилить эти эффекты. Мы исследовали, появляются ли поведенческие признаки зависимости, когда животные выпивают, используя различные диеты с высоким содержанием жиров и комбинации сладкого жира. Мы тестировали крыс с ограниченным доступом (12-h или 2-h) к диете с низким содержанием жира (Research Diets #12451, 45% жира, 20% белка, 35% углеводов), 12-h доступ к сладкому жиру (35.7% растительного жира, 64.3% сахарозы) или 12-h доступ к растительному жиру (100% Сокращение овощей Crisco), все с неочищенной диетой одновременно доступны. Контрольные группы кормили этими диетами ad libitum или получали стандартную неочищенную диету ad libitum. После 21-25 d на диетах крысам вводили подкожный налоксон 3 мг / кг, а затем наблюдали за соматическими признаками расстройства и тревоги в лабирине с повышенным плюсом. Никаких значительных доказательств опиатов-отмены не было обнаружено ни с одним из этих богатых жиром диетическими вариантами, ни в группах, ни в группах, ни в тех, кто получил питание, несмотря на то, что эти процедуры дали положительные результаты в наших предыдущих докладах,41). В других исследованиях мы попытались выявить признаки спонтанного опиатного отторжения пищей, лишающего крыс, содержащихся в жировых диетах для 24-36 h. Опять же, хотя мы сообщаем признаки тревоги и соматические признаки бедствия после голодания у крыс, страдающих сахаром (23), это не наблюдалось у крыс, которые пили с высоким содержанием жиров в рационе.
Хотя мы не отмечали признаков опиатного вывода у крыс, страдающих от ожирения, это не означает, что чрезмерное потребление жиров не может вызвать привыкание к привыканию. Изъятие не является необходимым критерием для тяги к наркотикам, так же, как лишение пищи не является необходимым для жажды пищи (37). Более того, различные классы лекарств (например, агонисты DA, опиаты) приводят к определенным поведенческим и физиологическим симптомам отмены. Таким образом, может быть, что различные макроэлементы могут также вызывать различные признаки отмены. Пока еще не определено, может ли bingeing на жире может ускорить другие привыкание к подобному поведению, включая кросс-сенсибилизацию и аномальную мотивацию, вызванную абстиненцией.
Почему признаки опиатного вывода возникают с сахаром, но не с жирными?
Относительное отсутствие опиоидных признаков отмены после ожирения жира подчеркивает важность опиоидных систем при дифференциации сахаров и жиров и их последующего воздействия на поведение. Нейропептидный галанин (GAL) и его сайты связывания экспрессируются в областях мозга, важных как для лекарственного средства, так и для питания (например,11). GAL считается жиро-стимулированным пептидом, поскольку его экспрессия увеличивается в этих областях мозга в ответ на высокожирный прием пищи (66). Кроме того, гипоталамическая инъекция ГАЛ способствует потреблению жира в зависимости от углеводов в некоторых ситуациях (67,68). Интересно, что периферическая инъекция галнона, синтетического агониста ГАЛ, снижает симптомы отмены опиатов у морфинозависимых мышей (69). Одной системной инъекции галнона у мышей GAL-нокаутом достаточно, чтобы отменить некоторые из биохимических изменений, вызванных введением морфина (70). Таким образом, ГАЛ может быть эндогенным отрицательным регулятором вознаграждения опиатом за счет ослабления некоторых поведенческих и нейрохимических эффектов опиатов. Исходя из этих данных, возможно, что отсутствие опиоидных признаков отмены у крыс, страдающих ожирением, может быть вызвано вызванной жиром эндогенной активацией ГАЛ, которая может ингибировать соответствующие опиоидные эффекты.
Последствия для расстройств пищевого поведения и ожирения
Мы начали эту статью с обсуждения, связанного с употреблением алкоголя с ожирением. Действительно, результаты, представленные на животных моделях, которые были представлены, показывают, что выпивка сахара и, возможно, даже жир, может иметь некоторые привыкание к подобным свойствам. Тем не менее, сахара bingeing не влияет на вес тела, но сочетание сладкого и жиров приводит к увеличению массы тела (22). Таким образом, жир может быть макронутриентом, который приводит к избыточной массе тела, и сладкий вкус может в значительной степени отвечать за вызывать привыкание к привыканию, которое включает синдром отмены.
Благодарности
Мы благодарим Мириам Бокарсли за помощь в подготовке рукописи.
Сноски
↵1 Опубликован в качестве дополнения к Журнал Питания, Представлен в рамках симпозиума «Пищевая зависимость: факт или выдумка», представленного на собрании экспериментальной биологии 2008, апрель 8, 2008 в Сан-Диего, Калифорния. Симпозиум был организован Американским обществом питания и поддержан грантом на образование от Национального института по борьбе со злоупотреблением наркотиками, Национального института по злоупотреблению алкоголем и алкоголизмом и Национального совета по молочным продуктам. Симпозиум проходил под председательством Ребекки Л. Корвин и Патрисии С. Григсон.
↵2 При поддержке USPHS предоставляются DK-79793 (NMA) и AA-12882 (BGH).
↵3 Раскрытие авторских прав: Н. Авена, П. Рада и Б. Хебель, никаких конфликтов интересов.
↵4 Используемые сокращения: ACh, ацетилхолин; DA, допамин; ГАЛ, галанин; NAc, ядро accumbens.
;
