Nízka kontrola nad chutným príjmom potravy u potkanov je spojená so zraniteľnosťou bežného správania a relapsu: individuálne rozdiely () 2013

Johannes W. de Jong,¹ Karin E. Meijboom,¹ Louk JMJ Vanderschuren,^1,2 a Roger AH Adan^1,*

Celosvetová epidémia obezity predstavuje obrovskú a rastúcu hrozbu pre verejné zdravie. Avšak neurobehaviorálne mechanizmy prejedania sa a obezity nie sú úplne pochopené. Bolo navrhnuté, že procesy závislé od závislosti môžu byť základom určitých foriem obezity, najmä tých, ktoré sú spojené s poruchami príjmu potravy. Na preskúmanie úlohy návykových procesov v obezite sme prispôsobili model správania podobného závislosti na kokaíne u potkanov, ktoré reagovali na vysoko chutné potraviny. Tu sme testovali, či potkany reagujú na vysoko chutnú čokoládu. Uistite sa, že sa objavia tri kritériá správania podobného závislosti, tj vysoká motivácia, pokračujúce hľadanie napriek signalizovanej nedostupnosti a pretrvávaniu hľadania napriek averzívnym následkom. Skúmali sme aj to, či expozícia modelu flámovania (diéta pozostávajúca zo striedajúcich sa období obmedzeného prístupu k potravinám a prístupu k vysoko chutným jedlám) podporuje výskyt správania podobného závislosti na potravinách. Naše údaje ukazujú podstatné individuálne rozdiely v kontrole chutných potravín a ich užívania, ale nie je možné identifikovať žiadnu odlišnú podskupinu zvierat vykazujúcich správanie podobné závislosti. Namiesto toho sme pozorovali široký rozsah siahajúci od nízkej až po veľmi vysokú kontrolu nad príjemným príjmom potravy. Expozícia modelu flámovania však neovplyvnila kontrolu nad chutným hľadaním a konzumáciou potravín. Zvieratá, ktoré vykazovali nízku kontrolu nad prijateľným príjmom potravy (tj vysoko hodnotené na troch kritériách pre správanie podobné závislosti), boli menej citlivé na devalváciu potravinovej odmeny a viac náchylné na opätovné navodenie potravy vyvolané prestávkou, čo naznačuje, že kontrola nad chutnou potravou príjem potravy je spojený s obvyklým príjmom potravy a zraniteľnosťou voči relapsu. Na záver uvádzame zvierací model na posúdenie kontroly nad vyhľadávaním a prijímaním potravín. Keďže zmenšená kontrola príjmu potravy je hlavným faktorom pri rozvoji obezity, pochopenie jej behaviorálnych a nervových základov môže uľahčiť lepšie zvládnutie epidémie obezity.

Vyhlásenie o etike

Experimenty boli schválené Výborom pre etiku zvierat na Utrechtskej univerzite a boli uskutočnené v súlade s holandskými zákonmi (Wet op de Dierproeven, 1996) a európskymi predpismi (smernica 86 / 609 / EEC).

zver

6 týždňové samce potkanov Wistar (Charles River, Sulzfeld, Nemecko) s hmotnosťou 150 - 200 gramov na začiatku experimentu boli jednotlivo chované v klietkach Macrolon (L = 40 cm, W = 25 cm, H = 18 cm) za kontrolovaných podmienok ( teplota 20–21 ° C, relatívna vlhkosť 55 ± 15%) a v obrátenom 12-hodinovom cykle svetlo-tma (svetlá sa zapnú o 19.00 h). Chow a voda boli voľne dostupné. Všetky experimenty sa uskutočňovali počas tmavej fázy denno-nočného cyklu.

Experimentálny prehľad

Pri adaptácii Deroche-Gamonetovho modelu na stratu kontroly nad kokaínom, ktorý sa snaží dosiahnuť chutné jedlo, sme v pilotnej štúdii zistili, že aj mierny elektrický šlapač potláčal všetky potravinové hľadanie. Preto sme sa rozhodli merať „pokračovanie v hľadaní napriek trestu“ s použitím chinínového falšovania chutného jedla [49]. Tento pilotný experiment porovnával 4 diéty (opísané nižšie) pre ich schopnosť vyvolať správanie podobné závislosti na potravinách. V tomto prípade boli zvieratá 24 (n = 6 na skupinu) trénované a testované na troch spôsoboch správania, ako je opísané v [37]. Zaujímavé je, že keď boli zvieratá testované na tretie kritérium (odolnosť proti miernemu elektrickému šoku), bolo zistené úplné potlačenie vyhľadávania čokolády, aj keď bola intenzita šoku znížená na 0.35 mA. Medzi rôznymi diétnymi skupinami nebol nájdený žiadny rozdiel v odpovedi v rámci šokovej paradigmy (ANOVA p = 0.1146 F = 2.243 df = 23). Okrem toho sme nezaznamenali signifikantný rozdiel v odpovedi v rámci progresívneho pomeru posilňovania medzi štyrmi diétnymi skupinami (údaje nie sú uvedené). Pozorovali sme však trend smerom k zvýšeniu správania závislého na návykoch u zvierat vystavených nárazovému modelu, keď sme brali do úvahy všetky tri kritériá. Vzhľadom k tomu, elektrický footshock potlačil všetky odmenu hľadanie, rozhodli sme sa merať kritérium odolnosti voči nepriazni iným spôsobom, tj tým, že zvieratá vystavené chutné jedlo falšované 2 mM chinínu. V hlavnom experimente opísanom v tejto štúdii sme porovnávali skupinu vystavenú modelu flámovania (n = 36) kontrolnej skupine kŕmenej krmivom (n = 12). Pre tento experiment boli zvieratá vopred vyškolené na tri kritériá pre 5 týždne, po ktorých nasledoval 8 týždňov prístupu k diéte. Nepozorovali sme rozdiel v operatívnej odpovedi medzi diétnymi skupinami pred diétou. Potom sme pokračovali v rekvalifikácii a testovaní na troch kritériách nasledovaných zánikmi 10 a dvomi reláciami (cue a čokoláda).

Diéty

V tejto štúdii boli použité štyri rôzne diéty a zvieratá boli vystavené príslušným diétam počas 8 týždňov. Kontrolná strava pozostávala z ad libitum chow (SDS, 3.3 kcal / g, 77.0% sacharidov, 2.8% tuku, 17.3% proteínu). Diéta s obmedzeným prístupom pozostávala z ad libitum chow doplneného o 3h prístup k čokoláde^TM (Abbott Laboratories, Abbott Park, IL, USA), pre 5 dní v týždni (od 12.00 – 15.00h). Strava s vysokým obsahom tuku s vysokým obsahom sacharózy pozostávala z ad libitum chow v kombinácii s nasýtenými tukmi ad libitum (hovädzí loj (Ossewit / Blanc de Boeuf), Vandemoortele, Belgicko, 9.1 kcal / g a roztok 30% sacharózy (obchodný stupeň sacharóza vo vodovodnej vode, 1.2 kcal / ml). Krmová diéta pozostávala z 4 dní 15.0-15.5g chow / day striedaných s 3 dňami ad libitum chow doplnených ad libitum Oreo cookies (Nabisco, East Hannover, NJ, USA, 4.7 kcal / g, 74% sacharidov, 21% tuku 3% proteínu). V tomto prípade boli súbory cookie Oreo k dispozícii pre 24h / deň počas troch dní. 15g chow / day bol založený na predchádzajúcej práci Hagana et al. kde zvieratá boli obmedzené na 66% ad-lib chow. Tento model je modifikovanou verziou Hagan et al. bez napäťovej zložky modelu nárazu [39,50]. Voda z vodovodu bola vždy k dispozícii, okrem testovania. Pilotná štúdia porovnala všetky štyri diéty. Zvieratá boli testované pred a po 8 týždňoch prístupu k diéte. Hlavný experiment tohto článku porovnáva 8 týždne binge diet až 8 týždňov ad-lib chow. Pokračovali sme v záchvatovej diéte, pretože údaje z literatúry, ako aj naše vlastné pilotné údaje naznačujú, že nadúvanie, ako je opísané vyššie, s najväčšou pravdepodobnosťou vyvolá správanie podobné závislosti na potravinách [39].

Zariadenie

Potkany sa cvičili v komnatách na operatívne kondicionovanie (30.5 x 24.1 x 21.0 cm; Med Associates Inc, St. Albans, VT, USA). Každá komora bola vybavená dvoma výsuvnými páčkami (4.8 x 1.9 cm). Nad každou pákou bolo umiestnené štartovacie svetlo (stimulačné svetlo ENV-221M pre potkany, 28 V, 100 mA; Med Associates Inc) a domáce svetlo (domáce svetlo ENV-215M pre komory pre potkany, 28 V, 100 mA; Med Associates Inc). na protiľahlej stene. Podlaha komory bola pokrytá kovovou mriežkou s tyčami od seba vzdialenými 1 cm. Komora bola umiestnená v kabíne tlmiacej zvuk vybavené ventilačným ventilátorom, aby sa minimalizoval vonkajší hluk. Produkt Chocolate Ensure bol dodávaný do potravinovej nádoby umiestnenej medzi dvoma páčkami pomocou nylonových hadičiek pripojených k jednootáčkovej injekčnej pumpe (PHM-100-3.33; Med Associates Inc) umiestnenej mimo komory. Operačná komora bola riadená softvérom MED-PC (verzia IV) Research Control & Data Acquisition System.

Získavanie čokolády Zabezpečte si vlastnú administráciu

Zvieratá boli vyškolené, aby reagovali na jedlo, ako bolo opísané vyššie [51,52]. Potkany najprv dostali 10 operatívne tréningy trvajúce 1 h. Počas týchto stretnutí boli prítomné dve páky, z ktorých jedna bola označená ako aktívna. Poloha aktívnych a neaktívnych pák bola vyvážená medzi zvieratami. Relácia začala vložením pák a osvetlením domáceho svetla. Počas prvej relácie bol použitý fixný pomer (FR) 1 harmonogram vystuženia, čo znamená, že každý aktívny pákový lis vyústil do dodania 0.2 ml čokolády Zabezpečte, zatiahnutie oboch pák pre 20 sek a osvetlenie cue svetla nad aktívnym páka pre 10 sek, počas ktorej bolo osvetlenie domu vypnuté. Požiadavka na odozvu bola zvýšená na FR2 plán posilnenia počas druhej a tretej relácie. Od štvrtého zasadnutia sa presadzoval plán posilnenia FR5.

Časový limit reagujúci

Časový limit bol založený na [37], hoci kratšie trvanie relácie sa použilo na prevenciu účinkov sýtosti na reakciu. Stretnutia sa skladali z 5 blokov 10 min čokolády Zabezpečte dostupnosť zamenenú s 4 blokmi 5 min, počas ktorých čokoláda Uistite sa, že nie je k dispozícii. Počas blokov dostupnosti bola zvieratám indikovaná prítomnosť odmien v závislosti od osvetlenia domáceho svetla. Postup samočinnej administrácie počas blokov dostupnosti bol rovnaký, ako je opísané vyššie, tj bol použitý FR5 plán zosilnenia. Počas bloku nedostupnosti bolo domáce svetlo vypnuté a reakcie na oboch pákach boli bez plánovaných následkov. Odpoveď sa stala premenlivejšou počas posledných blokov v relácii, pravdepodobne v dôsledku sýtosti. Ako kritický parameter sme preto použili množstvo odpovedí uskutočnených počas prvého bloku 5 min nedostupnosti, pretože tento blok bol ohraničený dvoma blokmi dostupnosti, v ktorých zvieratá vždy získali maximálny počet odmien v danom čase. Zvieratá dostávali 10 relácie pred diétou a 15 reláciami po diéte. Priemerný počet odpovedí počas prvého bloku nedostupnosti posledných sedení 4 bol použitý ako časový limit zvieraťa.

Progresívny pomer zosilnenia

Podľa progresívneho harmonogramu spevňovania museli zvieratá spĺňať požiadavku na odozvu na aktívnu páku, ktorá sa postupne zvyšovala po každom získanom čokoláde Zabezpečiť odmenu (1, 2, 4, 6, 9, 12, 15, 20, 25, atď.53]). Relácia začala osvetlením domáceho svetla (signalizácia dostupnosti odmeny) a vložením aktívnej aj neaktívnej páky. Splnenie požiadavky na odozvu na aktívnej páke malo za následok zatiahnutie oboch pák, osvetlenie cue svetla nad aktívnou pákou pre 10 sek a dodanie čokolády 0.2 ml. Po uplynutí časového limitu 20 sa začal nový cyklus. Stretnutie sa skončilo, keď zvieratá nezískali odmenu v rámci 60 min. Zvieratá dostali 4 PR relácie pred a 4 PR relácie po diéte. V obidvoch prípadoch sa použil priemer aktívnych pákových reakcií počas relácií 4 ako PR skóre zvieraťa.

Potrestané reagovanie

Postup bol upravený podľa Deroche-Gamonet et al. (2004). Počas tohto postupu sa zvieratá testovali v operatívnych kondicionovacích komorách, ktoré boli odlišné od tých, ktoré sa používali počas tréningu, time-outu a relácií PR. Stretnutie začalo osvetlením domového svetla a prezentáciou oboch pák. Počas týchto sedení zvieratá reagovali podľa plánu zosilnenia FR5, v ktorom každý pákový lis 1st vyústil do prezentácie tónu a každého 4.^th a 5^th pákový lis vyústil do prezentácie elektrického šoku do nohy (0.35mA, 2sec), ktorý sa podával cez podlahu mriežky. Každý 5^th pákový lis vyústil v dodanie 0.2 ml čokolády. Tón bol vypnutý po 4^th stlačenie páky alebo keď sa zvieratám nepodarilo urobiť odpovede 4 počas 1 minút, v tomto prípade sa začal nový cyklus FR5. Výsledným meradlom bolo množstvo stlačení páky, ktoré zvieratá urobili počas relácie ako percento základnej odpovede (priemer relácií 4 FR5 v predchádzajúcich dňoch). Hodnotili sme reakciu na základe tejto paradigmy v pilotnej štúdii (opísanej vyššie), v ktorej elektrický šlapač takmer úplne potlačil reakciu na jedlo u všetkých zvierat.

Falšovanie chinínu

Zvieratám bol poskytnutý voľný prístup k nefalšovanej alebo falšovanej (s použitím 2 mM chinínu; Sigma, Holandsko) čokolády Zaistite v domácej klietke na 30 minút v rôzne dni. Pilotný experiment ukázal, že koncentrácia 2 mM chinínu viedla k podstatnej individuálnej variabilite, zatiaľ čo vyššie koncentrácie potlačili príjem takmer u všetkých zvierat a nižšie koncentrácie mali veľmi malý vplyv na príjem čokolády. Pomer potlačenia bol vypočítaný takto: ((nefalšovaná spotreba - falšovaná spotreba) / nefalšovaná spotreba) * 100, takže pomer potlačenia 100 zahŕňal úplné potlačenie príjmu a pomer 0 znamenal žiadne potlačenie .

Devalvácia odmeňovania

Zvieratám bol podaný 2 h voľného prístupu k čokoláde. Uistite sa v domácej klietke bezprostredne pred operačným sedením 20 min, počas ktorého bolo osvetlené domáce svetlo a obe páčky boli prítomné počas celého sedenia. Aktívne aj neaktívne reakcie páky boli bez plánovaných následkov. Skóre devalvácie sa vypočítalo ako množstvo aktívnych pákových lisov uskutočnených zvieraťom po devalvácii. Výsledky boli porovnané s množstvom pákových lisov počas normálnej 20 min nedenalvovanej FR5 relácie deň predtým.

Zánik a obnovenie

Zvieratá dostávali 12 denné 1 h operačné sedenia, počas ktorých boli pákové lisy bez plánovaných následkov. Svetlo domu (ktoré predtým signalizovalo dostupnosť odmeny) bolo zapnuté počas celej relácie. V deň 13 sa testovalo opätovné navodenie cue indukované nasledujúcim spôsobom. Relácia začala osvetlením cue svetla nad aktívnou pákou pre 10 sec. Počas tejto relácie, splnenie požiadavky FR5 na aktívnej páke viedlo k stiahnutiu oboch pák a osvetlenie cue svetlo pre 10 sec, ale žiadna odmena bola doručená. Zvieratá dostali normálne extinkčné sedenia v deň 14 a 15. V deň 16, čokoláda Uistite sa, že bol indukovaný opätovný pôrod. Stretnutie začalo dodávkou 0.6 ml čokolády. Pákové tlačidlá počas tejto relácie boli bez plánovaných následkov.

Analýza dát

Na základe týchto troch kritérií sa vypočítalo „skóre závislosti“ podľa Belin et al. [54]. Normalizácia sa uskutočnila odčítaním priemeru všetkých zvierat od každého jednotlivého zvieraťa a vydelením štandardnou odchýlkou ​​celej skupiny. Výsledkom bolo kritérium s priemerom 0 a štandardnou odchýlkou ​​1 pre každé kritérium. Skóre závislosti sa potom vypočítalo ako súčet troch normalizovaných skóre. Zvieratá sme tiež kategorizovali podľa Deroche – Gamonet et al., Čo znamená, že sme spočítali počet kritérií, za ktoré zviera skóroval medzi 66^th a 99^th percentil distribúcie [37]. Tieto dve diétne skupiny sa navzájom porovnávali pomocou Studentových t-testov. Skupiny kritérií sa porovnávali pomocou jednosmerných ANOVA, po ktorých nasledovali prípadné porovnávacie testy Turecka s viacerými porovnaniami. Súbory nespracovaných údajov sú k dispozícii na požiadanie.

Model nárazu neovplyvňuje kontrolu nad vyhľadávaním potravín

Nepozorovali sme účinok modelu flámovania na žiadne z troch kritérií pre správanie podobné závislosti (Obrázky 1 a and2) .2). Urobili sme však pozorovanie zvýšenia prírastku telesnej hmotnosti po expozícii modelu flámovania. Súčasná strava je založená na štúdii Hagana a kol., Ktorá ukázala zvýšený záchvat na chutných potravinách zvierat, ktoré boli vystavené porovnateľnej strave aj po tom, čo boli vyradení z tejto stravy po dobu 30 dní.50]. Na rozdiel od Hagana a kol. Sme použili samce potkanov. Nemôžeme preto vylúčiť, že by sme mohli získať výraznejšie účinky kŕmnej diéty, keď sme používali samice potkanov. V skutočnosti, BED je viac prevláda u ľudských žien potom u mužov [55]. Na druhej strane sa opakovane ukázalo, že pri správnych okolnostiach sa samce aj samice potkanov budú spoliehať na chutné jedlo [56-58]. Iný bežne používaný model binge, ktorý spôsobuje bingeing u oboch pohlaví potkanov, používa striedanie období nedostatku potravy 12h / 12h v kombinácii s prístupom k roztoku 10% sacharózy [59,60]. Predchádzajúci výskum tiež ukázal, že stály prístup k strave s vysokým obsahom tukov s vysokým obsahom sacharózy sa zvyšuje podľa plánu PR a odpovede podľa programu PR pred prístupom k strave pozitívne koreluje s ukladaním tuku v brušnej dutine po 4 týždňoch prístupu k vysokotučnému tuku s vysokým obsahom tukov. cukornatá strava u samcov potkanov [51]. Expozícia určitým typom obezogénnej stravy tak môže viesť k flámovaniu a zvýšenej motivácii k jedlu. Naše údaje však naznačujú, že dlhodobé vystavenie nadmernému stravovaniu nie je samo o sebe dostatočné na vyvolanie jednoznačného správania závislého od závislosti.

Neexistuje dôkaz „závislosti na potravinách“, ale vysoká individuálna variabilita kontroly nad chutným príjmom potravy

Na rozdiel od toho, čo sa zistilo pre kokaín, podskupina potkanov, ktoré vo všetkých troch kritériách pôsobili na horný teril, nebola väčšia, ako sa očakávalo (3,6%). Preto je opodstatnené vyvodiť záver, že v našej štúdii sa nevyvinuli žiadne zreteľné príznaky správania podobného závislosti zamerané na čokoládu Zaistiť. Aj keď takáto „závislá podskupina“ neexistuje, rozsah kontroly nad vyhľadávaním potravy pozorovaný v tejto štúdii je veľmi relevantný. To znamená, že znížená kontrola nad príjmom potravy u ľudí, dokonca aj keď nie je jasné správanie závislé od návykových látok, môže spôsobiť prejedanie a dlhodobé mierne prejedanie vedie u niektorých jedincov k obezite. V tejto štúdii znížená kontrola nad chutným príjmom potravy nepredpovedala prírastok telesnej hmotnosti, čo je pravdepodobne spôsobené skutočnosťou, že sa potkany (na rozdiel od ľudí) nesnažia zabrániť nárastu telesnej hmotnosti. Preto sú nervové mechanizmy, ktoré stoja za týmto kontinuom kontroly nad vyhľadávaním a prijímaním potravín, dôležité na preskúmanie a náš súčasný model na tento účel poskytuje nástroje správania.

Zvieratá, ktoré majú zníženú kontrolu nad príjmom potravy, sú menej citlivé na odmenenie

Po devalvácii na úrovni skupiny sme pozorovali významné zníženie odozvyObrázok 6a). Je zaujímavé, že existujú veľké individuálne rozdiely týkajúce sa vplyvu devalvácie, ktoré korelovali so skóre závislosti (Obrázok 6b). Navrhlo sa, že rozvoj závislosti sa uľahčí prechodom z cieľovo orientovaného správania zameraného na výsledky k obvyklému stimulovanému správaniu [46]. Prvý je považovaný za sprostredkovaný ventrálnou a strednou časťou striata, zatiaľ čo druhý je závislý od dorsolaterálneho striata [61]. Skutočne sa opakovane ukázalo, že dlhodobé užívanie kokaínu vedie k dorsolaterálnemu striatálnemu mechanizmu, ktorý je základom hľadania liekov [62-65] a že lézie alebo inaktivácia dorzolaterálneho striata znižujú obvyklé správanie [66-69]. Pretože zvieratá, ktoré vykazujú menšiu kontrolu nad príjmom potravy, vyjadrujú obvyklejšie správanie, tieto zistenia naznačujú, že znížená kontrola nad príjmom potravy je spojená s väčším dorsolaterálnym striatálnym zapojením do kontroly príjmu potravy.

Zvieratá s nízkou kontrolou sú náchylnejšie obnoviť zhasnuté hľadanie potravy

Dôležitým znakom závislosti je vysoké riziko relapsu [70,71]. Toto sa môže skúmať pomocou zvieracích modelov, ktoré študujú tendenciu zvieraťa obnoviť liek hľadaním po zániku operatívnej reakcie. Vyhľadávanie liekov možno obnoviť pomocou narážky súvisiacej s liekom, malým „základným“ množstvom lieku alebo stresom [38]. Aby sme zhodnotili, či zvieratá s menšou kontrolou nad hľadaním potravy mali vyššiu pravdepodobnosť obnovenia zhasnutého hľadania potravy, testovali sme zvieratá na opätovné uvedenie vyvolané narážkou a odmenou. Ako je vidieť v Obrázok 7C, iba aktivácia zvierat odmenou s čokoládovou príchuťou vyvolala významný rozdiel v obnovení medzi skupinami kritérií 4. V tomto prípade 2 kritériá zvieratá reagovali významne viac počas obnovy. Je pravdepodobné, že u zvierat s kritériami 3 je tiež pravdepodobnejšie, že sa obnovia, ale to bolo ťažké preukázať štatisticky kvôli malému počtu zvierat v tejto skupine.

V závere uvádzame model, ktorý je možné použiť na meranie zmien v kontrole stravovacieho správania. Model vytvára kontinuum správania od veľmi vysokej až po nízku kontrolu, ktorej extrém sa môže nazývať závislosť od potravy, ale prinajmenšom v súčasnom experimente nie je možné nakresliť jasnú hranicu medzi „závislými“ a „nezávislými“ zvieratami. , a ani podskupina zvierat, ktorú možno potenciálne klasifikovať ako vykazujúcu návykové správanie, je väčšia, ako sa očakávalo. Na druhej strane sme zistili, že nízka kontrola nad príjmom potravy bola spojená s vysokým sklonom k ​​chutnej recidíve vyvolanej potravou a zvýšenou obvyklou reakciou na čokoládu, čo naznačuje, že zmeny správania spojené s návykovým správaním sa dajú pozorovať u zvierat s nízkou kontrolou nad chuťou. príjem potravy. Model preto poskytuje hodnotný nástroj na štúdium kontroly nad jedlom a jeho nervovými podložkami. Je to veľmi dôležité, keď sa domnievame, že znížená kontrola nad jedlom, aj bez prísnej klasifikácie závislosti od potravín, môže mať za následok vážne zdravotné problémy.