Труды Общества питания
Ноябрь 2012, стр. 478-487
Ганс-Рудольф Бертуд (A1)
DOI: https://doi.org/10.1017/S0029665112000602
Опубликовано в сети: 17 Июль 2012
Абстрактные
Целью этого несистематического обзора литературы является выделение некоторых нейронных систем и путей, на которые влияют различные способствующие потреблению аспекты современной пищевой среды, и изучение потенциальных способов взаимодействия между основными системами, такими как гипоталамус и ствол мозга. в первую очередь восприимчив к внутренним сигналам наличия топлива и зонам переднего мозга, таким как кора, миндалина и мезокортиколимбическая дофаминовая система, главным образом обрабатывая внешние сигналы. Современный образ жизни с его радикальными изменениями в том, как мы едим и двигаемся, оказывает давление на гомеостатическую систему, отвечающую за регулирование массы тела, что привело к увеличению избыточного веса и ожирения. Современные средства нейромаркетинга все чаще используют силу пищевых подсказок, нацеленных на восприимчивые эмоции и когнитивные функции мозга, особенно детей и подростков. Увеличение потребления энергетически плотных продуктов с высоким содержанием жиров и сахара не только добавляет больше энергии, но также может повредить нервные функции мозговых систем, участвующих в восприятии питательных веществ, а также в гедонистической, мотивационной и когнитивной обработке. Делается вывод о том, что только долгосрочные проспективные исследования на людях и животных моделях, способных продемонстрировать устойчивое переедание и развитие ожирения, необходимы для выявления критических факторов окружающей среды, а также вовлеченных основных нейронных систем. Выводы из этих исследований и из современных исследований нейромаркетинга должны все чаще использоваться для стимулирования потребления здоровой пищи.
Учитывая огромное количество съеденной пищи, примечательно, что для большинства из нас масса тела остается стабильной на протяжении всей взрослой жизни. Эта стабильность веса приписывается гомеостатической регуляторной системе в гипоталамусе, которая определяет питательное и метаболическое состояние организма и контролирует потребление и расход энергии. Тем не менее, растущая часть населения, включая многих детей и подростков, развивает ожирение и предрасположенность к множеству других изнурительных заболеваний. Загадка высоких показателей ожирения перед лицом гомеостатического регулирования энергетического баланса привела к интенсивным научным дебатам, и появилось по крайней мере три различных взгляда. Первое состоит в том, что для того, чтобы вес тела (используемый здесь взаимозаменяемо с ожирением) отклонялся от нормы, должно быть что-то не так с гомеостатическим регулятором, расположенным в гипоталамусе.(1), Другой характеристикой, часто ассоциируемой с этим представлением, является жестко защищенная «уставка» массы тела. Это мнение подтверждается тем фактом, что если что-то не так с гомеостатическим регулятором, например, с нарушением передачи сигналов лептином и / или меланокортином, ожирение неизбежно(2), Однако только очень маленький процент ожирения может быть отнесен к дефектам в известных в настоящее время механизмах гомеостатического регулятора.(3), Подавляющее большинство людей с ожирением, по-видимому, не имеют дефектных генов, в настоящее время связанных с ожирением.
Второе мнение состоит в том, что гомеостатический регулятор действует главным образом для защиты от недостаточного, но не избыточного потребления питательных веществ, что он организован со значительной гибкостью, чтобы приспособиться к различным внутренним и внешним непредвиденным обстоятельствам, таким как беременность и сезонные колебания, и что не существует жестко защищенной массы тела. «уставка»(4–7), Подразумевается, что отклонения от идеальной массы тела не всегда должны быть патологическими, но могут быть физиологической адаптацией к особым обстоятельствам.
Третий подход заключается в том, чтобы включить, помимо гипоталамуса, другие области мозга, такие как ствол мозга, базальные ганглии и кортико-лимбические системы, в большую схему гомеостатического регулятора.(8–12), Эта точка зрения подтверждается наблюдениями за продолжительным воздействием на потребление пищи и энергетический баланс путем манипулирования такими внегипоталамическими областями. Также было бы намного лучше объяснить, как ожирение может развиваться в быстро меняющейся среде, которая в первую очередь взаимодействует с когнитивным и эмоциональным мозгом.
В следующем несистематическом обзоре я расскажу о том, как эта большая нейронная схема, рассматриваемая в третьем представлении, изложенном ранее, может участвовать в управлении иногда конкурирующим влиянием меж- и экстрасенсорных сигналов в контроле потребления пищи, энергии. регулирование расходов и массы тела.
Современная среда: соблазны есть и избегать физических нагрузок
За последние годы 50 или около того, как мы живем, особенно то, что, когда и как мы едим и работаем, коренным образом изменилось с постепенным переходом от сельского хозяйства к обществу потребления. Продукты питания легко доступны для значительной части населения, в то время как возможность работать физически и расходовать энергию уменьшилась. С появлением электронной коммуникации мозг играет гораздо более заметную роль в закупке и потреблении продуктов питания и в управлении повседневной деятельностью. Существует ежедневный натиск с подсказками, связанными с едой и изображениями еды(13, 14), Рекламная и пищевая промышленность все больше полагаются на опыт неврологов и психологов, и нейромаркетинг - это новое модное слово. Нейромаркетинг у детей особенно выгоден, так как он генерирует лояльных будущих покупателей фирменных продуктов. Нефильтрованный поиск в PubMed с использованием терминов «маркетинг продуктов питания» и «дети» позволил получить документы 756, из которых 600 был опубликован после года 2000. Учитывая многочасовое ежедневное воздействие медиа и электронных устройств на детей и подростков(15–17) и убедительные методы, используемые(18–21)термин «промытый мозгом» не является неточным. Конечно, те же самые мощные методы могут быть использованы, чтобы побудить детей к употреблению здоровой пищи(22, 23), но эта возможность остается малоизученной. Хотя передовая технология применяется в пищевой промышленности для поиска неврологических маркеров для вкуса и желания еды, большая часть этого понимания, к сожалению, не передается исследовательскому сообществу.
Условное потребление пищи при отсутствии метаболической потребности
Поскольку мы все больше подвержены воздействию сигналов, вызывающих воспоминания и образы пищи в течение дня, это происходит все чаще и чаще, когда мы пресыщаемся и метаболически насыщаемы. Неясно, как этот гедонистический голод может быть вызван при отсутствии сигналов метаболического истощения или во время постпрандиальной фазы, когда в кишечнике все еще есть много поглощаемой энергии. Почему мы не просто игнорируем такие сигналы и стимулы? Возможны несколько объяснений.
Weingarten разработала модель индуцированного кия, обусловленного потребления пищи у сытых крыс.(24), После временного сопряжения тона или света (условный стимул, CS+) с представлением выдвижной кормовой чашки у животных с ограниченным кормом, крысы научились быстро ходить в кормовой стаканчик каждый раз, когда КС+ Был на. После того, как крысы были возвращены вволю Кормление и были полностью насыщены, CS+ продолжал вызывать еду подход чашки и небольшую еду(24), тесно имитируя обусловленное потребление пищи через внешние сигналы у людей. В серии изящных исследований Петрович продемонстрировал важность нейронной сети, включающей миндалины, медиальную префронтальную кору и латеральный гипоталамус для возникновения этого явления.(25–27), Похоже, что вход в гипоталамус из миндалины и медиальной префронтальной коры (см. Рис 1) необходимы, чтобы связать определенные условные стимулы с аппетитным действием. Будет интересно исследовать роль латеральных нейронов орексина гипоталамуса и их проекций на мезолимбическую дофаминовую систему, так как эти нейроны участвуют в приеме пищи, индуцированной μ-опиоидом.(28), вызванное истощением потребление соли(29) и восстановление поиска наркотиков(30), Поскольку латеральный гипоталамус является основным местом поведенческого и вегетативного выхода для медиально-базального гипоталамического интегративного датчика энергии, этот модулирующий вход от миндалины и префронтальной коры может служить основой для преодоления гомеостатической регуляции с помощью внешних сигналов. Однако следует отметить, что ни Weingarten(24) ни петрович учится(25) проверено ли длительное повторение КС+ воздействие приводило к хроническому перееданию и развитию ожирения, а также предотвращало ли его пересечение критические миндалино-гипоталамические проекции.
Рис. 1. (цвет онлайн) Основные нейронные системы и пути, участвующие в контроле поведения пищеварительной системы и регуляции энергетического баланса с акцентом на взаимодействиях между классической гомеостатической системой регуляции энергии в гипоталамусе и стволе мозга (синие прямоугольники и стрелки в нижней половине) и когнитивным / эмоциональным мозгом системы (красные прямоугольники и стрелки в верхней половине). Восходящая модуляция когнитивных и эмоциональных процессов метаболическими сигналами и их производными осуществляется с помощью (а) циркулирующих гормонов и метаболитов, воздействующих не только на гипоталамус и ствол мозга, но и на внешние пути сенсорной обработки, а также на компоненты кортиколимбической системы ( открытые синие стрелки с пунктирными линиями), (b) поток вагусной и спинномозговой сенсорной информации изнутри тела на все уровни нервной системы, включая кору (полные синие стрелки со сплошными линиями) и (c) нервные сигналы, генерируемые Интегративный датчик энергии гипоталамуса и распределен по областям, участвующим в принятии решений на основе вознаграждения (полные синие стрелки со сплошными линиями). Вместе эти восходящие модуляторные влияния определяют уровень стимула, направленного на конкретные питательные вещества. Нисходящая модуляция потребления пищи и расхода энергии когнитивной и эмоциональной / поощрительной системами осуществляется посредством (а) прямого внешнего (вкуса и запаха) сенсорного ввода в датчик энергии гипоталамуса и распределителя реакции (темно-желтые линии), (б) ввода от миндалевидного тела, коры и систем обработки вознаграждения в основном до латерального гипоталамуса, ответственных за обусловленные внешние сигналы, вызывающие прием пищи (полные красные линии и стрелки), (c) входные сигналы от коры, миндалины и базальных ганглиев до экстрапирамидных моторных путей среднего мозга (эмоциональные двигательная система, прерывистые красные линии и полные стрелки) и (d) пирамидальная двигательная система для произвольного поведенческого контроля (прерывистые красные линии справа). N. Accumbens, Ядро прикуса; SMA, дополнительная моторная зона; БЛА, базолатеральная миндалина; СеА, центральное ядро миндалины; VTA, вентральная сегментарная зона; PAG, периакведукально-серый; GLP-1, глюкон-подобный пептид-1; PYY, пептид YY; AT - жировая ткань; SPA, спонтанная физическая активность. Адаптированы из(12).
Феномен сенсорно-специфической сытости(31) может способствовать условному приему пищи в сытом состоянии. Примером такого облегчения является привлекательность нового ощущения от еды, обычно десерта, в конце насыщающего приема пищи. Мало что известно о нервных механизмах, вовлеченных в это явление, но было показано, что снижение электрической активности нейронов в орбитофронтальной коре, части лобной коры, у обезьян макак, может отражать сенсорно-специфическую сытость(32), Возможно, что некоторые нейроны в орбитофронтальной коре направляют свой выход в латеральный гипоталамус и тем самым усиливают уязвимость к условным пищевым сигналам между приемами пищи.
Также возможно, что так называемая реакция головного мозга на зрение и запах (или просто размышление) о еде может вызвать аппетитное поведение. (33, 34), Возможно, небольшое увеличение секреции слюны, желудочной кислоты, инсулина и грелина, которые составляют цефальный ответ, стимулируют аппетит, воздействуя на сенсорные нервы или непосредственно на мозг, и тем самым усиливают нервные эффекты условных раздражителей. Мы также можем быть более уязвимыми к условным пищевым сигналам в состоянии стресса. Потребление пищи как форма самолечения для снятия стресса было продемонстрировано(35)Хотя мы не знаем, нейронные механизмы участвуют. Наконец, история неопределенности в отношении поставок продуктов питания может также повысить реактивность к сигналам пищи в отсутствие прямого метаболического голода.
Таким образом, было ясно показано, что условные раздражители могут вызывать потребление пищи у сытых крыс, и некоторые критические нейронные схемы были идентифицированы. Таким образом, стимулы из окружающей среды явно способны временно подавлять гомеостатическую регуляцию. Тем не менее, нет исследований на животных или людях, прямо демонстрирующих, что длительное воздействие условных раздражителей приводит к ожирению.
Усиление гедонистического голода по метаболической потребности
Когда условные сигналы, такие как реклама продуктов питания, присутствуют во время метаболического истощения, например, незадолго до или во время еды, они с большей вероятностью стимулируют переедание, потому что метаболическое истощение усиливает их стимулирующую значимость.(36, 37), Хорошо известно, что метаболический голод делает нас более восприимчивыми к сигналам, указывающим на пищу и награду за лекарства(38, 39), Нервные пути и механизмы, вовлеченные в это приписывание значимости, не полностью поняты, но прогресс был недавно достигнут. В частности, было продемонстрировано, что метаболические сигналы истощения в виде высоких уровней циркулирующего грелина, а также низких уровней лептина, инсулина, кишечных гормонов и различных метаболитов могут воздействовать не только на классические участки мозга, участвующие в гомеостазе энергетического баланса, такие как гипоталамус и ствол мозга, а также в областях мозга, участвующих в сенсорной обработке, познании и вознаграждении (Рис 1; также см(40) для более подробного обсуждения).
Современные привычки питания: повышенная доступность, разнообразие и размер порции
Даже в отсутствие рекламы продуктов питания мы все больше и больше подвержены возможности есть. По сравнению с относительно фиксированными режимами питания в прошлом, доступность пищи резко возросла дома, на работе и в обществе в целом. В дополнение к праздничным тортам и торговым автоматам на работе и в школе, а также к увеличению количества мест быстрого питания, домашний холодильник также всегда заполнен готовыми к употреблению продуктами. Кроме того, типичные размеры тарелок и порций значительно увеличились, а самообслуживание часто встречается(41), Хотя существует множество исследований, показывающих, что манипуляции с доступностью, разнообразием и размером порций оказывают кратковременное влияние на потребление пищи у людей.(42–45)В нескольких исследованиях рассматривались более долгосрочные последствия для потребления и увеличения веса. В одном таком контролируемом клиническом исследовании было четко продемонстрировано, что увеличение размера порции приводит к устойчивому увеличению потребления пищи и увеличению веса в течение периода наблюдения 11 d(46), Однако по своей сути трудно и дорого точно измерить потребление пищи у людей в долгосрочных исследованиях. Таким образом, прямые доказательства того, что доступность, возможность и разнообразие продуктов питания могут вызывать ожирение у людей, не так сильны, как принято считать. Кроме того, косвенные данные перекрестных исследований, сравнивающих худых и страдающих ожирением субъектов(45) ограничен тем, что не может различить причину и следствие.
Исследования на животных обеспечивают гораздо лучший экспериментальный контроль в течение более длительных периодов времени. Очевидно, подвергая животных вволю диеты с высоким содержанием жира и разнообразные (кафетерий) могут вызвать гиперфагию и ожирение(47), Стандартизированные диеты с высоким содержанием жиров в настоящее время имеются в продаже более десяти лет, и были проведены тысячи исследований; Роль состава диеты и вкусовых качеств обсуждается в следующем разделе. В отличие от этого, существует только одно исследование, посвященное роли доступности у грызунов. Крысы, которые имели доступ к четырем дозам сахарозы и одной струе воды, потребляли больше энергии и набирали больший вес в течение периода наблюдения 30 d, чем крысы, которые имели доступ к одной дозе сахарозы и четырем струям воды(48). Эти открытия действительно поразительны. Хотя острое переедание можно легко объяснить первоначальным интересом к выборке из каждого доступного носика, трудно понять, почему не происходит адаптации с течением времени и почему не работают механизмы гомеостатической регуляторной обратной связи. Авторы озаглавили статью «Ожирение по выбору», предполагая, что это неспособность крысы сделать разумный выбор.(48), Очень важно проверить результаты этого эксперимента, поскольку он не мог быть воспроизведен другой группой ученых (A Sclafani, личное сообщение).
Каковы нейронные механизмы, ответственные за потребление более энергичной пищи, когда доступность, разнообразие и размер порции высоки? Гиперфагия, индуцированная доступностью, у субъектов с нормальным весом, вероятно, зависит от нервных механизмов, сходных с теми, которые вовлечены в гиперфагию, вызванную пищей, как обсуждалось ранее. Разница в том, что при переедании, вызванном кием, стимулы оказываются более непосредственными. То есть, если сигналы, указывающие на наличие пищи, совпадают с сигналами метаболического истощения незадолго до еды, их значимость будет усиливаться, что приведет к более раннему началу еды. В метаболически насыщенных условиях схемы, включая миндалины, префронтальную кору и латеральный гипоталамус, как показано, ответственны за условное потребление пищи у сытых крыс.(25, 27, 49) вероятно, будет вовлечен.
Современная пища: от приятного до захватывающего
Понятно, что вкус является одним из основных факторов потребления пищи и может привести к развитию ожирения у восприимчивых людей. Однако связь между вкусовыми качествами и развитием ожирения до сих пор не ясна. Известный как «французский парадокс», употребление очень вкусной французской / средиземноморской кухни создает меньший риск ожирения, что предполагает наличие других факторов, помимо вкусовых качеств, которые приводят к хроническому чрезмерному потреблению. Энерго-плотные продукты с высоким содержанием сахара и жира и низким содержанием витаминов и минералов (также называемых пустыми энергиями), могут быть более важным фактором. Такие продукты могут вызывать привыкание.
Нейронные представления удовольствия от еды
Ясно, что наградная ценность пищи не только представлена ее вкусом и ароматом во время фазы потребления. Разнообразные сенсорные стимулы и эмоциональные состояния или чувства с очень разными временными профилями способствуют опыту вознаграждения. В частности, во время фазы потребления питательные вещества взаимодействуют с сенсорами в желудочно-кишечном тракте, других периферических органах и самом мозге. Недавно было продемонстрировано, что, когда вся генетическая манипуляция устраняет всю вкусовую обработку, мыши все еще учатся отдавать предпочтение сахару над водой, что позволяет предположить, что пища будет вознаграждена за счет процессов утилизации глюкозы.(50).
Учитывая многогранное участие удовольствия и вознаграждения в пищевом поведении, ясно, что вовлечены множественные нейронные системы (для более подробного анализа см.(51)). Вкратце, наиболее примитивная форма симпатии и антипатии, по-видимому, присуща компонентам периферических вкусовых путей в стволе мозга.(52–55), Однако для полного сенсорного воздействия вкусовой пищи и субъективного ощущения удовольствия у людей вкус объединяется с другими сенсорными модальностями, такими как обоняние и ощущение во рту. Интеграция происходит в областях переднего мозга, включая миндалины, а также в областях первичной и высшей степени сенсорного кортикального слоя, включая островковую и орбитофронтальную кору, где формируются сенсорные представления определенных пищевых продуктов.(56–62), Точные нейронные пути, через которые такие сенсорные восприятия или представления приводят к возникновению субъективного удовольствия, не ясны. Исследования нейровизуализации на людях позволяют предположить, что удовольствие, измеряемое субъективными оценками, вычисляется в пределах частей орбитофронтальной и, возможно, островковой коры.(55, 63).
Нейронные системы, представляющие мотивацию кушать
Конечная цель рекламы продуктов питания состоит в том, чтобы побудить человека купить определенный пищевой продукт и зацепить его. Эта цель может быть связана с тем, что происходит при зависимости от наркотиков и алкоголя, и неудивительно, что подобные нервные механизмы были вовлечены. Хотя «пристрастие» к брендовому продукту питания кажется необходимым, «желание» и его покупка важнее для успешного маркетинга. В соответствии с различием в симпатиях / желании в вознаграждении за еду, можно «хотеть» того, что не нравится(64), Берридж определил желание как «Стимулирующая значимость, или мотивация для вознаграждения, обычно вызываемая связанными с вознаграждением подсказками»(36), Мезолимбическая дофаминовая система с проекциями из вентральной области тегмента в прилежащее ядро, префронтальную кору, миндалины и гиппокамп, по-видимому, является ключевым нервным субстратом для желаний (Рис 1). Фазовая активность дофаминовых нейронов, проецирующихся из вентральной области тегмента в прилежащее ядро в вентральном стриатуме, участвует в процессе принятия решений во время подготовительной (аппетитной) фазы врожденного поведения(65, 66), Кроме того, когда вкусные продукты, такие как сахароза, фактически потребляются, в прилежащем ядре происходит устойчивое и зависящее от сладости увеличение и изменение уровней дофамина.(67–69), Таким образом, передача сигналов допамина в прилежащем ядре, по-видимому, играет роль как в аппетитной, так и в потребительной фазах пищеварительного приступа. Оболочка прилежащего ядра, таким образом, является частью нервной петли, включающей латеральный гипоталамус и вентральную сегментарную область, где нейроны орексина играют ключевую роль.(28, 70–74), Эта петля, по-видимому, важна для передачи сигналов метаболического состояния от латерального гипоталамуса и, таким образом, приписывания стимула значимости объектам цели, как обсуждалось ранее.
Еда и «свободная воля»
У людей также есть желание на более сознательном уровне, которое Берридж назвал «познавательным желанием декларативной цели в обычном смысле слова« желание »».(36), В дополнение к мезолимбической дофаминовой системе, вероятно, участвует ряд кортикальных областей, таких как дорсолатеральная префронтальная кора и другие компоненты системы принятия решений.(75), В конечном счете, может быть принято сознательное решение съесть продукт или воздержаться от его употребления. Хотя это, кажется, зависит от «свободной воли» каждого человека, даже очевидно сознательные решения могут иметь подсознательный компонент. Это было продемонстрировано в исследовании нейровизуализации на людях, которое было разработано для расшифровки результатов решений до и после того, как они достигли осознания.(76). Примечательно, что когда решение субъекта достигло сознательного осознания, на него уже в течение 10 секунд влияла бессознательная (неосознаваемая) активность мозга в латеральной и медиальной лобно-полярной области, а также в передней поясной коре и предклинье(76), То, что префронтальная активность необходима для успешного выбора в игровой задаче, было показано в исследовании у пациентов с префронтальными поражениями.(77), Нормальные субъекты начали выбирать предпочтительнее, прежде чем они поняли, какая стратегия работает лучше всего, и они продемонстрировали упреждающую реакцию на кожную проводимость, прежде чем они четко осознали, что это был рискованный выбор. Напротив, префронтальные пациенты продолжали делать невыгодный выбор и никогда не проявляли опережающего вегетативного ответа(77), Эти результаты убедительно свидетельствуют о том, что подсознательная нейронная активность может определять поведение внутри пищеварительной системы до того, как это сделает сознательное явное знание. Нервные пути для поведенческого и автономного контроля, который избегает понимания, не совсем понятны. Тем не менее, известно, что пути из различных префронтальных областей коры и особенно сильные нисходящие пути из миндалины в области среднего мозга (в том числе периакведуального седого), ствола головного мозга и спинного мозга являются частью эмоциональной двигательной системы, которая существует за пределами сознания контроль(78–80) (Рис 1). Интересно, что многие области лимбической системы, включая кортекс, имеют прямые моносинаптические входы в вегетативные преганглионарные нейроны.(81)предоставляя возможность для подсознательной модуляции периферических органов, участвующих в метаболических процессах (Рис 1).
Перекрытие нервных путей для приема пищи и наркомании
Основываясь на наблюдении, что доступность дофаминового рецептора-2 в дорсальном стриатуме одинаково снижается как у пациентов с ожирением, так и у наркоманов кокаина(82)началась горячая дискуссия о сходстве между едой и наркоманией(83–92).
Поскольку многократное воздействие наркотических средств вызывает нейроадаптивные изменения, приводящие к повышению порогов вознаграждения (толерантность, приводящая к снижению вознаграждения), которые стимулируют ускоренное потребление наркотиков(93–98)Подобные нейронные и поведенческие изменения могут быть предсказаны в результате повторного употребления вызывающих привыкание продуктов. Например, известно, что повторный доступ к сахарозе стимулирует высвобождение допамина(99) и экспрессия дофаминового переносчика(100), а также для изменения доступности дофаминовых D1 и D2-рецепторов в прилежащем ядре(99, 101), Эти изменения могут быть причиной наблюдаемого эскалации сахарозы, перекрестной сенсибилизации к двигательной активности, вызванной амфетамином, симптомов абстиненции, таких как повышенная тревожность и депрессия.(99) и сниженная усиливающая эффективность нормальной пищи(102).
Воздействие приемлемой кафетерийной диеты у крыс линии Вистар привело к устойчивой гиперфагии в течение 40 d, и порог боковой гипоталамической электрической самостимуляции увеличился параллельно с увеличением массы тела(103), Подобная нечувствительность системы вознаграждения ранее наблюдалась у крыс с зависимостью, которые самостоятельно вводили внутривенно кокаин или героин(93, 94), Экспрессия дофаминового D2-рецептора в дорсальном полосатом теле была значительно снижена, параллельно с ухудшением порога вознаграждения(103)до уровня, обнаруженного у крыс с кокаиновой зависимостью(104), Интересно, что после 14 d воздержания от аппетитной диеты пороговое значение вознаграждения не нормализовалось, даже несмотря на то, что крысы страдали гипофагом и потеряли около 10% массы тела(103), Это контрастирует с относительно быстрой (около 48 ч) нормализацией порогов вознаграждения у крыс, которые воздерживались от самостоятельного введения кокаина(94)и может указывать на наличие необратимых изменений, вызванных высоким содержанием жира в рационе (см. следующий раздел). Учитывая наблюдение, что наркоманы кокаина и люди с ожирением демонстрируют низкую доступность D2-рецепторов в дорсальном стриатуме(105)Пластичность дофамина из-за многократного употребления аппетитной пищи может быть аналогична той, которая возникает при многократном употреблении наркотических веществ. С другой стороны, есть менее убедительные доказательства развития зависимости от жирной пищи(106, 107)хотя прерывистый доступ к кукурузному маслу может стимулировать высвобождение дофамина в прилежащем ядре(108).
Современная пища: от плотной до токсичной
В исследованиях на грызунах появляется все больше доказательств того, что диета с высоким содержанием жиров не только оказывает давление на энергетический баланс, обеспечивая дополнительную энергию, но и может привести к повреждению мозга. Сама область мозга, которая должна плотно регулировать энергетический баланс, гипоталамус, кажется, повреждена при употреблении пищи с высоким содержанием жиров.(109–115), Сложные каскады молекулярных изменений, посредством которых кормление с высоким содержанием жиров, по-видимому, ухудшает передачу сигналов лептина и инсулина, наиболее критичных для регуляции массы тела и гомеостаза глюкозы, недавно были рассмотрены Райаном и др..(116).
Наблюдения из экспериментов с использованием введения жирных кислот или блокады индуцированного жирными кислотами воспаления в мозге позволяют предположить, что короткий период кормления жирами(115, 117) и даже один жирный обед(118, 119) достаточно, чтобы быстро вызвать повреждение гипоталамуса и нарушение нормальной чувствительности к питательным веществам и энергетического баланса гипоталамуса. Еще худший сценарий заключается в том, что воздействия на плод диеты с высоким содержанием жиров матери-мышей очевидно достаточно, чтобы вызвать гипоталамическую дисфункцию.(120), Таким образом, провоспалительная передача сигналов больше не рассматривается как следствие состояния ожирения, но, по-видимому, является одним из первых причинных шагов при ожирении, вызванном диетой с высоким содержанием жиров. Единственная обнадеживающая новость заключается в том, что ненасыщенные жирные кислоты, непосредственно вводимые в мозг мышей, по-видимому, почти полностью устраняют воспаление гипоталамуса и ожирение, вызванное употреблением диеты с высоким содержанием жиров, богатой насыщенными жирами, в течение недель 8.(121), Таким образом, возможно, что конкретно насыщенные жиры могут вызывать эти изнурительные воздействия на мозг(122).
В дополнение к прямым вредным воздействиям на гипоталамус, диеты с высоким содержанием жиров также нарушают нормальную передачу информации о сытости из кишечника. Диеты с высоким содержанием жиров могут стимулировать воспалительные сигналы через повышенную проницаемость слизистой оболочки и Toll-подобные рецепторы у крыс, которые становятся гиперфагическими и тучными, но не у крыс, которые являются устойчивыми(123), Это все больше и больше похоже на явную возможность того, что изменения в составе микробиоты кишечника посредством стимуляции врожденного иммунного ответа, воспаления, являются источником кишечника и, в конечном итоге, системного воспаления и воспаления головного мозга.(124–127); и посмотрите недавний обзор Харриса и др..(128), Поскольку микробиота может передаваться между субъектами, возникающее ожирение и ожирение печени могут даже рассматриваться как инфекционное заболевание.(129), Чувствительность вагальных афферентных хемо- и механодатчиков, сообщающихся с мозгом, также снижается у крыс и мышей с высоким содержанием жиров и ожирением.(130–135).
Эти новые результаты, обсужденные ранее, поднимают много новых вопросов. Трудно поверить, что употребление одной пищи, богатой жирами, должно привести к ряду событий, которые в конечном итоге приводят к ожирению, диабету и деменции. Почему употребление жирных макронутриентов, которые обеспечивают ценную энергию и предотвращает голодание, должно иметь такие явные дезадаптивные последствия? Маловероятно, что употребление в пищу только одного «запретного плода» является пищевым грехом, и еще неизвестно, имитируют ли острые эффекты, полученные с помощью фармакологических манипуляций в мозге, реальные физиологические механизмы. Кроме того, неизвестно, возникают ли такие острые эффекты у людей. Если бы они действительно имели место, то острое онемение ощущения питательных веществ в гипоталамусе при приеме пищи, богатой жирами, могло бы быть адаптивным в прошлом, обеспечивая механизм, позволяющий использовать редкие моменты изобилия в питании.
Хронические эффекты жирной пищи игнорировать труднее, хотя они кажутся такими же дезадаптирующими, как и острые. Почему мышь не избегает жирной пищи, которая явно вызывает у нее тошноту? Что случилось с «мудростью тела»? Как получается, что животные и человек развили сложные механизмы восприятия вкуса и быстрого обучения, позволяющие избегать токсичных продуктов, но их легко обмануть с помощью токсичного жира?
Современная среда: меньше возможностей сжигать энергию
Этот обзор почти полностью сфокусирован на потреблении энергии, но ясно, что современная среда также влияет на расход энергии различными способами. Хотя мы начинаем понимать нейробиологию потребления пищи в современном мире, мы по-прежнему почти полностью не осведомлены о нейробиологическом контроле физической активности и физических упражнений и интеграционных процессах, которые составляют регулирование энергетического баланса.(136), Одной из причин может быть то, что у нас ограниченное понимание гормонального (или нейронного) межорганного общения. Хотя мы много знаем о передаче сигналов между кишечником и жировой тканью и мозгом, мы практически ничего не знаем о связи между тренирующейся мышцей, мозгом и другими органами. Только недавно был обнаружен мышечный гормон ирисин, который, по-видимому, вызывает потемнение белой жировой ткани.(137), Будет интересно посмотреть, сигнализирует ли этот гормон и мозговым системам, регулирующим энергетический баланс.
Выводы
Очевидно, что на аппетит и на потребление пищи влияют сигналы изнутри тела и окружающей среды, а последние используются пищевой промышленностью через недавно созданную область нейромаркетинга. Хотя эти методы были бы столь же эффективными для стимулирования употребления в пищу здоровой пищи, для достижения этой цели не было предпринято особых усилий. Экологические сигналы, влияющие на потребление пищи, почти исключительно взаимодействуют с кортиколимбическими участками мозга, участвующими в познании, эмоциях, мотивации и принятии решений. Эти системы, хотя и модулируются снизу вверх метаболическими сигналами, могут оказывать сильный и подавляющий нисходящий контроль за потреблением пищи и регулированием энергетического баланса, что продемонстрировано при приеме пищи при полном отсутствии потребности в питании. Тем не менее, большинство из этих демонстраций контроля сверху вниз действуют только в острой форме, и необходимы более длительные исследования, чтобы продемонстрировать длительное влияние на массу тела. Наконец, нервные пути, связывающие кортиколимбические функции со структурами гипоталамуса и ствола мозга, участвующими в контроле потребления пищи и энергетического баланса, должны быть лучше определены. В частности, следует дополнительно изучить соответствующие вклады сознательных и подсознательных детерминант поведенческих действий и автономного контроля.
Благодарности
Я хотел бы поблагодарить Кэти Бейли за помощь в редактировании, а также Кристофера Моррисона, Хайке Мюнцберга и Бренду Ричардс за ценные комментарии к предыдущему проекту этой рукописи. Эта работа была поддержана грантами Национального института здравоохранения DK047348 и DK0871082. Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.
Рекомендации