Dana M. Small, Alexandra G. DiFeliceantonio
veda 25 Jan 2019:
Vol. 363, vydanie 6425, str. 346-347
DOI: 10.1126 / science.aav0556
Signály, ktoré prenášajú informácie o výžive z čreva do mozgu, regulujú posilňovanie potravín a výber potravín (1-4). Konkrétne, hoci centrálne nervové výpočty vykonávajú voľbu, nervový systém čreva komunikuje informácie o nutričných výsledkoch voľby mozgu tak, aby bolo možné aktualizovať hodnoty potravín. Tu diskutujeme o nedávnych zisteniach, ktoré naznačujú vernosť signalizácie črevného mozgu a výsledné zastúpenie potravinovej hodnoty je ovplyvnené spracovanými potravinami (3, 4). Pochopenie tejto osi by mohlo informovať o správaní krmiva, ktoré zahŕňa spracované potraviny a obezitu.
V štúdii 1947 experimenty, v ktorých boli hlodavce kŕmené izoklorickými diétami a ktoré sa líšili objemom, ukázali, že hlodavce presne titrujú objem potravy spotrebovanej na udržanie konštantného príjmu kalórií v priebehu dní, čo naznačuje, že „potkany jedia pre kalórie“ (5). To znamenalo, že musí byť generovaný signál, aby sa energetická hodnota potravy oznámila mozgu na vedenie príjmu. Neskôr, iní potvrdili, že tieto "post-ingestive" signály môžu byť posilňujúce tým, že ukazujú, že zvieratá sú schopné vytvárať preferencie pre príchute spotrebované s kalórií v porovnaní s tými, ktoré sú konzumované bez - forma učenia nazýva chuť-nutrient klimatizácia (FNC) (6). Dôležité je, že FNC sa vyskytuje aj v neprítomnosti súbežnej perorálnej senzorickej stimulácie, ktorá izoluje post-ingestívne signály ako kľúčový posilňovač (7). Napríklad zvieratá, ktorým chýba neurobiologické zariadenie na transdukciu sladkej chuti, napriek tomu tvoria preferencie pre vodu obsahujúcu sacharózu v porovnaní s vodou samotnou, a toto správanie je sprevádzané zvýšením extracelulárneho dopamínu v striate, mozgovej oblasti, ktorá je nevyhnutná pre motiváciu a učenie. Kriticky však infúzia antimetabolického činidla 2-deoxyglukózy, ktorá blokuje schopnosť buniek používať glukózu ako palivo, zmierňuje tvorbu extracelulárneho dopamínu a preferencií (1). Tieto signály sú skôr nervové než endokrinné (to znamená hormonálne), pretože vzostup extracelulárneho dopamínu je rýchly po intragastrickej infúzii glukózy (8). Okrem toho infúzia glukózy, ale nie nemetabolizovateľná glukóza na portálnej žile zvyšuje extracelulárny dopamín (8). Spoločne to naznačuje, že nepodmienený stimul, ktorý poháňa cukor (sacharid), je u zvierat metabolický signál produkovaný, keď bunky používajú glukózu na palivo; tento signál je potom snímaný mechanizmom v portálnej žile a následne dopravený do mozgu na reguláciu dopamínovej signalizácie (pozri obrázok). Presná povaha metabolického signálu, jeho senzora a spôsobu prenosu do mozgu nie je známa.
Existuje dôkaz, že podobný mechanizmus funguje u ľudí. Neuroimagingové štúdie preukázali, že potravinové podnety, ktoré predpovedajú kalórie, aktivujú striatum u ľudí a že veľkosť týchto reakcií je regulovaná metabolickými signálmi (9). Konkrétne, zvýšenie glukózy v krvnej plazme po konzumácii nápoja obsahujúceho sacharidy predpovedá veľkosť podmienenej striatálnej odozvy na zrak a chuť nápoja. Pretože glukóza musí byť prítomná na použitie ako palivo, naznačuje to, že u ľudí, ako u zvierat, zosilňovanie sacharidov závisí od metabolického signálu spojeného s prítomnosťou glukózy. Okrem toho pozorovania u ľudí naznačujú, že mozgová reprezentácia metabolických signálov je nezávislá od vedomého vnímania, ako je napr. Rovnaké striatálne reakcie na kaloricko-prediktívnu chuťovú značku, ktoré boli tak úzko spojené so zmenami glukózy v plazme, nesúviseli s hodnotením chuti nápojov účastníkmi. To je v súlade s ďalšími neuroimaging štúdiami, ktoré zistia, že skutočná hustota energie, a nie odhadovaná hustota energie alebo hodnotené sympatie obrázkov potravín, predpovedá ochotu platiť za potraviny a odozvy obvodu striatálneho odmeňovania (3, 10). Tieto pozorovania naznačujú, že nervová reprezentácia týchto posilňujúcich nutričných signálov je nezávislá od vedomého vnímania potravy. Zaujímavou možnosťou je, že metabolické signály sú dôležitými generátormi stimulačnej saliencie (ako sa podnety stávajú motivačne zmysluplnými) a že odlišné cesty iniciované týmito signálmi sa mapujú na nervové okruhy, ktoré chcú potravu a potraviny.11).
Lipidy sú ďalším dôležitým zdrojom energie, ktorá je metabolizovaná odlišne od sacharidov. V súlade s tým sa líši dráha, ktorou sa energetická hodnota tuku prenáša do mozgu. Blokovanie oxidácie tuku zvyšuje chuť do jedla a blokovanie oxidácie glukózy zvyšuje chuť k jedlu. Avšak vagotómia (chirurgický zákrok na odtrhnutie nervu vagus) u myší len narúša zvýšenú chuť do jedla a necháva hladinu glukózy v krvi neovplyvnenú (12). Konzistentne, ako glukóza, priama infúzia lipidov do čreva spôsobuje okamžitý nárast extracelulárneho striatálneho dopamínu. Toto sa však deje prostredníctvom špecifického mechanizmu peroxizómového proliferátora aktivovaného receptorom α (PPARα) (2). PPARa je exprimovaný v dvanástnikových a jejunálnych enterocytoch v tenkom čreve a signalizuje nervu vagus prostredníctvom doteraz neznámych mechanizmov. Podobne ako striatálne uvoľňovanie dopamínu glukózou, vzostup dopamínu je rýchly, čo je v súlade s neurónovou a nie endokrinnou signalizáciou. Okrem toho, aktivácia týchto vagálnych senzorických neurónov v hornom čreve, ktoré vyčnievajú do pravého ganglionu nodózy, zadného mozgu, substantia nigra a dorzálneho striata, je dostatočná na podporu učenia sa odmeňovania (preferencia miesta) a na uvoľnenie striatálneho dopamínu u myší (13). Či táto dráha existuje u ľudí, je nejasná a či sa skúmajú také metabolické dráhy neurálneho aferentného metabolizmu (MNA) pre iné lipidy a živiny.
Objav, že nepodmienený stimul podporujúci posilnenie potravín je signál MNA - ktorý je aspoň niekedy nezávislý od zmyslového potešenia - je prekvapujúci. Hlbšia úvaha však odhaľuje eleganciu tohto riešenia. Všetky organizmy musia získavať energiu na prežitie a väčšina z nich nemá mozgové funkcie vyššieho rádu, ktoré podporujú vedomie. Mechanizmus teda pravdepodobne odráža konzervatívny systém navrhnutý tak, aby prenášal nutričné vlastnosti potravín na centrálne okruhy v mozgu, ktoré regulujú kŕmenie nezávisle od vedomia, takže potravina je tak silná, že je užitočným zdrojom energie. Preto je pre presný odhad hodnoty rozhodujúci vysoko verný prenos nutričných informácií z čreva do mozgu.
Hoci je jasné, že moderné potravinové prostredie podporuje obezitu a cukrovku, kontroverzie obklopujú presné mechanizmy, ktorými sa to deje. Moderné spracované potraviny majú tendenciu byť energeticky husté, sú skonštruované tak, aby boli čo najodolnejšie a poskytovali živiny v dávkach a kombináciách, s ktorými sa predtým nestretli. Pretože energické signály zosilňujú spevnenie, zvýšené dávky môžu zvýšiť zosilňujúci a teda „návykový“ potenciál spracovaných potravín. Tieto však nemusia byť jedinými faktormi, ktoré prispievajú k zvýšeniu cukrovky a obezity.
Na zvýšenie chutnosti sa do potravín a nápojov, ktoré obsahujú aj výživné cukry a škroby, často pridávajú nenutričné sladidlá (látky bez obsahu kalorického obsahu). Napríklad nápoje sladené cukrom obsahujú výživné cukry glukózu a fruktózu, ako aj nenutričné sladidlá sukralóza a acesulfám K. Jogurty často obsahujú výživné cukry a nenutričné sladidlá, ako je extrakt z listov stevie. Krátke prezeranie etikiet potravín v obchode s potravinami odhalí mnoho príkladov potravín a nápojov, ktoré obsahujú ako výživné cukry, tak aj nenutričné sladidlá. Naproti tomu v nespracovaných potravinách je sladkosť úmerná obsahu cukru, a teda kalorickému (energetickému) obsahu potraviny. Nedávne dôkazy svedčia o tom, že produkty, ktoré obsahujú kombináciu výživných cukrov a nenutričných sladidiel, vyvolávajú prekvapivé účinky metabolizmu a zosilnenia. Napríklad konzumácia nápoja 115-kcal vyvolá väčšie termogénne účinky, ak je sladkosť „prispôsobená“ kalorickému zaťaženiu v porovnaní s tým, ak je príliš sladká alebo nie je dostatočne sladká (4). Pretože diétne indukovaná termogenéza (DIT) je ukazovateľom metabolizmu živín a metabolickej odozvy poháňa posilňovanie prostredníctvom MNA, „kaloricky“ prispôsobený nápoj s nižším obsahom kalórií môže podmieniť väčšiu sympatie a striatálnu odozvu ako nápoj s vyšším obsahom kalórií (nezhoda).4). Dôležité je, že tento účinok nastáva aj napriek zvýšeniu plazmatickej glukózy. To dokazuje, že u ľudí, rovnako ako u zvierat, nie je prítomnosťou živiny v črevách alebo krvi, ktorá poháňa posilnenie, ale skôr tvorbu MNA, keď sa živina používa ako palivo, ktoré je kritické. Mechanizmus tohto „nezhodu“ u ľudí nie je známy a vyžaduje si ďalšie štúdie. Najmä pochopenie osudu nemetabolizovanej glukózy a určenie, či existujú dôsledky pre diabetes a obezitu, je kritickým budúcim smerom. Je jasné, že energetická hodnota nápojov, ktoré obsahujú výživné cukry a nenutričné sladidlá, nie je presne komunikovaná do mozgu, aspoň za určitých okolností, čo môže viesť k vytváraniu nepresných signálov nielen pre reguláciu odmeny, tiež procesy, ako je skladovanie energie a rozdelenie živín.
Posilnenie metabolických signálov do mozgu
V tomto navrhovanom modeli na zosilnenie metabolických neurálnych aferentných (MNA) signálov, signál pre tuk závisí od aktivácie sprostredkovaných vagarálnych senzorických afferentov sprostredkovaných PPARa, ktoré sa premietajú do pravého ganglionu uzlín, zadného mozgu, substantia nigra a dorzálneho striata. Signál pre sacharid je generovaný počas oxidácie glukózy a aktivuje neznámy senzor portálnej žily, ktorý indukuje signál, ktorý aktivuje dopamínové neuróny stredného mozgu premietané do striata. Nezávislá kortikálna sieť integruje signály MNA s vedomou hodnotou.
GRAPHIC: A. KITTERMAN /VEDA
Druhý príklad ohrozenej vernosti signalizácie črevného mozgu pochádza zo štúdie, v ktorej sa porovnávala hodnota zosilnenia potravín, ktoré obsahujú primárne tuk, predovšetkým sacharidy alebo sacharidy.3). Potraviny s vysokým obsahom tuku a uhľohydrátov nie sú ľahko nájdené v nespracovaných potravinách, ale často sú predmetom chuti do jedla (napríklad čokolády a šišky). Štúdia ukázala, že z výberu rovnako kalorických a obľúbených potravín, ľudia chceli potraviny, ktoré mali viac tuku a sacharidov ako tie s obsahom tuku alebo sacharidov, a to sa odrazilo v supra-aditívnych striatálnych reakciách (3). To môže prispieť k tomu, že niektoré potraviny budú túžené alebo neodolateľnejšie ako iné, a preto hrajú úlohu pri prejedaní.
Tieto nové zistenia poukazujú na dva oddeliteľné systémy, ktoré riadia výber potravín. Jeden systém priamo odráža nutričnú hodnotu potravín a spolieha sa na metabolické signály, ktoré sa dostávajú do mozgu (MNA). Zdá sa, že tento systém snímania živín zohráva rozhodujúcu úlohu pri regulácii striatálneho dopamínu, určovaní hodnoty potravín a riadení výberu potravín. V druhom systéme sú vedomé vnímania, ako je chuť a presvedčenie o kalorickom obsahu, nákladoch a zdravosti potravín, tiež dôležitými determinantami výberu potravín (14, 15). Neurálne výpočty súvisiace s vedomými prispievateľmi k hodnote sa zdajú byť odlišné od tých, ktoré súvisia s nutričnými posilňujúcimi signálmi MNA a sú závislé od okruhov v rámci prefrontálneho kortexu a ostrovného kortexu (9). Dôležitou témou výskumu je určenie, ako tieto dva systémy vzájomne ovplyvňujú reguláciu ingestívneho správania a metabolizmu živín.
Dôkazom je nahromadenie, že výživový obsah spracovaných potravín nie je presne prenášaný do mozgu. To vyvoláva možnosť, že ako sa potraviny pripravujú a spracúvajú, okrem ich energetickej hustoty alebo chutnosti, ovplyvňuje fyziológiu neočakávanými spôsobmi, ktoré by mohli podporiť prejedanie a metabolickú dysfunkciu. Lepšie pochopenie toho, ako vlastnosti spracovaných potravín interagujú s cestou črevného mozgu, je rozhodujúce, rovnako ako určenie, či takéto účinky ovplyvňujú signalizáciu sýtosti, návykové vlastnosti potravín, metabolické zdravie a obezitu. Okrem toho, aj keď sa zameriavame na tuky a sacharidy, existuje pravdepodobne viacero signálnych dráh, ktoré prenášajú do mozgu rad nutričných informácií, ktoré usmerňujú výber potravín - a tieto cesty môžu byť podobne ovplyvnené spracovanými potravinami.
http://www.sciencemag.org/about/science-licenses-journal-article-reuse
Toto je článok distribuovaný podľa podmienok Predvolená licencia pre vedecké časopisy.
Odkazy a poznámky
- ↵
- LA Tellez a kol
J. Physiol. 591, 5727 (2013).
- ↵
- LA Tellez a kol
, Science 341, 800 (2013).
Abstrakt / ZADARMO plný textŠtudovňa Google
- ↵
- AG DiFeliceantonio a kol
, Cell Metab. 28, 33 (2018).
- ↵
- MG Veldhuizen a kol
, Curr. Biol. 27, 2476 (2017).
- ↵
- EF Adolph
Am. J. Physiol. 151, 110 (1947).
- ↵
- GL Holman
J. Comp. Physiol. Psychol. 69, 432 (1969).
CrossRefPubMedWeb of ScienceŠtudovňa Google
- ↵
- X. Ren a kol
J. Neurosci. 30, 8012 (2010).
Abstrakt / ZADARMO plný textŠtudovňa Google
- ↵
- L. Zhang a kol
., Predná strana. Integr. Nuerosci. 12, 57 (2018).
- ↵
- IE de Araujo a kol
, Curr. Biol. 23, 878 (2013).
- ↵
- DW Tang a kol
, Psychol. Sci. 25, 2168 (2014).
- ↵
- KC Berridge
, Neurosci. Biobehav. 20, 1 (1996).
CrossRefPubMedWeb of ScienceŠtudovňa Google
- ↵
- S. Ritter,
- JS Taylor
Am. J. Physiol. 258, R1395 (1990).
- ↵
- W. Han a kol
, Cell 175, 665 (2018).
- ↵
- TA Hare a kol
, Science 324, 646 (2009).
Abstrakt / ZADARMO plný textŠtudovňa Google
- ↵
- H. Plassmann a kol
J. Neurosci. 30, 10799 (2010).
Abstrakt / ZADARMO plný textŠtudovňa Google
Poďakovanie: Ďakujeme I. de Araujovi, A. Dagherovi, S. La Fleurovi, S. Luquetovi, M. Schatzkerovi a M. Tittgemeyerovi za pomoc pri formovaní našej perspektívy. Uznávame B. Milnera za jej priekopnícku prácu na implicitnom vzdelávaní.
;
