J Nutr. 2009 mars; 139(3): 623-628. doi: 10.3945 / jn.108.097584
- Nicole M. Avena 1 , 2 ,
- Pedro Rada 1 och
- Bartley G. Hoebel 1 , *
+ Författaranslutningar
- *Till vem korrespondens ska adresseras. E-post: [e-postskyddad].
Abstrakt
Intag av olika näringsämnen, såsom fetter och sockerarter, ger normalt olika effekter på fysiologi, hjärna och beteende. Men de delar vissa neurala banor för att förstärka beteendet, inklusive det mesolimbiska dopaminsystemet (DA). När dessa näringsämnen konsumeras i form av hetsätningar kan detta frigöra för mycket DA, vilket orsakar kompensatoriska förändringar som är jämförbara med effekterna av missbruksdroger.
I den här artikeln granskar vi data som erhållits med djurmodeller av fett- och sockeromspisning. Begreppet ”matberoende” beskrivs och granskas ur både kliniskt och försöksdjursperspektiv. Beteendemanifestationer av beroendeframkallande-liknande beteende och åtföljande förändringar i DA- och opioidsystem jämförs för socker- och fettsocker. Slutligen, i relation till ätstörningar och fetma, diskuterar vi hur fett kan vara det makronäringsämne som resulterar i överskott av kroppsvikt, och söt smak i frånvaro av fett kan till stor del vara ansvarig för att producera beroendeframkallande beteenden som inkluderar ett abstinenssyndrom.
Beskrivning
Även om hetsätningsbeteende traditionellt förknippas med ätstörningar, blir det mer utbrett i USA genom dess uppkomst i en mängd olika kliniska och icke-kliniska populationer. Hetsätning har kopplats till fetma, som för närvarande drabbar 33 % av den vuxna amerikanska befolkningen (1,2) och kan också vara en prediktor för kroppsfettökning bland barn (3). Hetsätning är också förknippat med ökad frekvens av kroppsviktsfluktuationer, depression, ångest och missbruk (4-6). Förekomsten av hetsbeteende i flera olika ätstörningar, såväl som i icke-kliniska populationer, har gjort det viktigt att studera ur ett folkhälsoperspektiv.
Smakämnen Diagnostisk och statistisk handbok för mentala störningar (red. 4) definierar hetsätning som en serie av återkommande hetsätningsepisoder där varje avsnitt definieras som att man äter en större mängd mat än normalt under en kort tidsperiod (vanligtvis inom en 2-timmarsperiod) (7). Hetsätningsepisoder är associerade med 3 eller fler av följande: 1) äta tills man känner sig obehagligt mätt, 2) äta stora mängder mat när du inte är fysiskt hungrig, 3) äta mycket snabbare än normalt, 4) äta ensam för att man skäms över hur mycket han/hon äter, 5) känsla av äckel, deprimerad eller skuld efter att ha ätit för mycket, eller 6) påtaglig ångest eller oro angående hetsätning.
Förutom diagnostiserade patienter finns det också en mycket större population av individer som ofta äter mat, men kanske inte tillräckligt regelbundet för att motivera en klinisk diagnos. Det är inte alltid klart var man drar gränsen mellan att bara äta en stor måltid och ett patologiskt hets. Men de fysiologiska konsekvenserna av hetsätning kan vara liknande, oavsett om de är engagerade naturligt på grund av hunger, tillfälligtvis av sociala eller hedoniska skäl, eller tillräckligt regelbundet för att motivera en diagnos.
Vilka är de vanliga hetsätena?
Enkelt uttryckt äter folk oftast mycket välsmakande energirik mat. Dessa livsmedel är vanligtvis höga i fett, socker, eller ofta både och (8,9). Berusningsepisoder involverar ofta konsumtion av bröd eller pasta, följt i frekvens av godis, fet mat eller salta mellanmål (10). Individer med en preferens för hetsätning på söt mat tenderar att bli hetsig oftare.
Varför äter folk inte broccoli? Det måste finnas någon egenskap hos välsmakande "efterrätt" och "mellanmål" mat rik på socker och/eller fett som främjar hetsätning. Socker och fett är välkänt för att ha olika effekter på fysiologi och hjärnans kemi (11), vilket kan vara relaterade till deras olika effekter på beteendet. För att förstå den beteendemässiga och neurokemiska grunden för hetsätning på specifika makronäringsämnen, vänder vi oss till laboratoriedjursmodeller för hetsätning.
Djurmodeller av hetsätning
Hetsätning är ett mångfacetterat beteende, med känslomässiga och kulturella komponenter som är svåra att reproducera med djurmodeller. Ändå är djurmodeller av hetsätning grundläggande för att förstå den fysiologiska och neurokemiska grunden för detta beteende.
Modeller av socker hetsande
Flera laboratorier har använt begränsad tillgång till sockerlösningar för att modellera hetsätning (12-15). Fynden tyder alla på att djur kommer att ägna sig åt hetsätning på söt mat när det erbjuds intermittent. Vårt laboratorium har utvecklat en modell för sockerförgiftning (16) där råttor hålls på daglig 12-timmars matrestriktion, följt av tillgång till en 25 % glukos eller 10 % sackaroslösning (liknande sockerkoncentrationen i en läsk) och en icke-renad gnagardiet. Efter några dagar på detta schema eskalerar dessa råttor sitt dagliga intag av socker (Fig 1 A) och börjar bli hetsig, vilket indikeras av ett ökat intag av sockerlösningen under den första timmen av åtkomst. Råttor som har tillgång till sockerlösningen och den orenade dieten ad libitum konsumerar en total daglig mängd som liknar den som konsumeras av de hetsande råttorna, men de deltar sällan i diskreta hetsätningsepisoder. Kroppsvikt och totalt dagligt kaloriintag skiljer sig inte från normalt hos råttor som hetsar på socker (Fig 1 C), vilket indikerar att råttorna kan reglera sitt energiintag och kompensera för överskottsenergin genom att äta mindre gnagare som inte är renad (Fig 1 B).
Socker och icke-renad diet (chow) intag under den 28-dagars tillträdesperioden i en råttmodell av socker hetsande. Råttor med intermittent socker + orenad diet eskalerade sitt totala dagliga sockerintag över tiden (A). Råttor med intermittent socker + orenad diet åt mindre orenad kost än den intermittenta orenade dietgruppen och den orenade dieten ad libitum kontrollgruppen (B); grupperna skilde sig dock inte åt i totalt dagligt energiintag (1 kcal = 4.184 kJ) (C). Värden är medelvärden ± SEM, n = 9–10/grupp. Återges med tillstånd från Avena et al. (23).
Modeller av fett hetsande
Djur kommer också att äta rent fett, vilket tyder på att hetsätning inte är exklusivt för söt smak. Corwin et al. (17) har visat att mättade råttor med tillgång till icke-renad diet från gnagare ad libitum kommer att suga på ett vegetabiliskt fett (förkortning) när det presenteras i 2 timmar varje dag, och denna effekt förstärks när fettet endast erbjuds 3 gånger i veckan. Ett liknande fynd har rapporterats med förkortning som är fri från transfetter (18). Råttor med begränsad tillgång till vegetabiliskt fett uppvisar inga förändringar i kroppsvikt eller kroppsfetttillväxt jämfört med icke-renade dietfodrade kontroller (17,19); dock visar de förhöjda plasmaleptinnivåer (19).
Modeller av hetsande på söt-fettblandningar
Kombinationen av sött och fett aktiverar flera smakreceptorer, postingestiva signaler och neuropeptidsystem. Socker-fettkombinationer, i form av kakor eller socker-fettblandningar, har använts av Boggiano och andra för att framkalla hetsätning i laboratoriemodeller (20,21). Vi har utvecklat en modell för hetsätning med hjälp av en näringsmässigt komplett sötfettsdiet hos råttor som inte är matbegränsade (22). Råttor med 2-timmars daglig tillgång till sött foder [Forskningsdieter #12451 pellets, 45% fett, 20% protein, 35% kolhydrater, 4.7 kcal/g (20 kJ/g)] äter det, även om de ha tillgång till standarddiet för icke-renad gnagare ad libitum under övriga 22 timmar/dag. Vid tillträdesvecka 3 är hetsbeteendet mest uttalat, och dessa råttor konsumerar i genomsnitt 58 % av sitt dagliga energiintag under 2-timmarsperioden för tillgång till den sötfet maten (Fig 2 A). Dessa råttor begränsar själv sitt intag av icke-renad standarddiet, liknande effekterna vi har rapporterat med socker (23) och andra har rapporterat med fett (17,19) eller sockerrik kost (14). Cyklisk hetsätning och självpåtagen matrestriktion resulterar i fluktuationer i daglig kroppsvikt som kännetecknas av viktminskning mellan hetsätningar (Fig 2 B). Men även om vi tar hänsyn till självbegränsningen av standardfoder som inte renats för gnagare mellan hetsar, inträffar en total ökning av kroppsvikten hos råttor som hetsar på sötfettpellets jämfört med kontrollgrupper som endast utfodras med standard diet eller tillgång till icke-renad gnagare. till samma sötfettpellets ad libitum (Fig 2 C). Således representerar denna modell hetsätning som kan resultera i ökad kroppsvikt.
Energiintag och kroppsviktsförändringar i en råttmodell av fettsjukande. Totalt dagligt energiintag under vecka 3 av tillgång uttryckt som energi som härrör från standard icke-renad kost (chow) (vit) kontra sötfett icke-renad kost (svart) (A). Den 2-h dagliga sötfettsgruppen och en grupp som fick 2-timmars sötfettsdiet endast på måndagar, onsdagar och fredagar (2-h MWF Sweet-fat) förbrukar båda >50 % av sin dagliga energi från sött -fettdiet när det finns tillgängligt. Ett sågtandsmönster framträder för den 2-timmars dagliga sötfettsgruppen där de minskar i vikt före binge och ökar i vikt efter binge varje dag (B). Men trots denna fluktuation i kroppsvikt under dagen, ökade råttorna med 2-timmars dagligt sött fett avsevärt mer i total kroppsvikt än råttor som fick standardfoder utan renad standard (1 kcal = 4.184 kJ) (C). Värden är medelvärden ± SEM, n = 10/grupp. *Skillnad från standard chow ad libitum-gruppen, P < 0.05. Anpassad med tillstånd från Berner et al. (22).
Matberoende
Många forskare har spekulerat i att fetma och ätstörningar, såsom bulimi och anorexi, kan ha egenskaper som ett "beroende" (24-30). Dessutom har flera populära självhjälpsböcker skrivits på ämnet "sockerberoende" (31-34, för att nämna några stycken). Kliniska och laboratoriestudier på djur visar likheter mellan överätande och drogberoende.
Kliniskt stöd för teorin om matberoende
En nyligen genomförd klinisk studie tyder på att kolhydrater kan ha missbrukspotential för "kolhydratsugna" (35). På samma sätt har sugrelaterade förändringar som svar på välsmakande livsmedel identifierats med hjälp av hjärnavbildningstekniker, och dessa förändringar liknar de som ses under drogsug (36,37). Dopamin (DA)4 har föreslagits ha en gemensam roll vid drogmissbruk och fetma (28). Positronemissionstomografi avslöjar att överviktiga personer visar en minskning av striatal D2 receptortillgänglighet som är korrelerad med patientens kroppsvikt (38) och liknande i omfattning som de minskningar som rapporterats hos drogberoende patienter (39). Opioider har också varit i fokus i kliniska studier (25). Aptitstörningar i form av antingen hetsätning eller självsvält kan påverka endogen opioidaktivitet (40). Sammantaget stöder dessa kliniska studier uppfattningen att överätande kan påverka beteende och hjärnsystem på ett sätt som liknar aspekter av ett beroende.
Beteendebevis på sockerberoende hos försöksdjur
Många av de beteenden och neurokemiska förändringar som är karakteristiska för drogmissbruk är också uppenbara i vår djurmodell av sockersocker som beskrivs ovan och sammanfattas i Tabell 1. Denna modell granskas och relateras till missbrukslitteraturen mer i detalj på annat håll (16).
Tecken på beroende som observerats hos sockerätande råttor1
Kortfattat, råttor som får daglig intermittent tillgång till en sockerlösning och icke-renad diet eskalerar sitt sockerintag och ökar sitt intag under den första timmen av daglig tillgång, vilket vi definierar som en "binge" (15). Sockerätande råttor visar tecken på opiatliknande abstinens när de administreras en relativt hög dos av opioidantagonisten naloxon (3 mg/kg, subkutant). Somatiska tecken på tillbakadragande, såsom gnisslande tänder, skakningar i framtassarna och skakningar i huvudet, samt beteendemässiga manifestationer av ångest, observeras (41). Liknande tecken på opiatliknande abstinens dyker upp spontant utan användning av en opioidantagonist när all mat avlägsnas under 24 timmar (23,41). Sockerätande råttor trycker på för 23 % mer socker i ett test efter 2 veckor utan socker än vad de någonsin gjort tidigare (42), vilket tyder på en förändring i motivationseffekten av socker som kvarstår och ökar under en period av abstinens. Vi har också visat att råttor som hetsar på socker utvecklar rörelsekänslig korssensibilisering mot en låg utmaningsdos av amfetamin (0.5 mg/kg, intraperitonealt) som har liten eller ingen effekt på naiva råttor (43). När råttor hetsar på socker och sedan tvingas avstå, visar de sedan ett ökat intag av 9 % alkohol (44), vilket tyder på att intermittent tillgång till socker kan vara en inkörsport till alkoholanvändning.
Andra forskare har erhållit stödjande beteendefynd genom att använda liknande modeller för sockersocker. Tecken på ångest har rapporterats hos råttor med begränsad tillgång till en kost med hög sackaros (14). Blotta avlägsnandet av socker har rapporterats minska kroppstemperaturen (45). Även aggressivt beteende har observerats under avlägsnande av en diet som involverar intermittent tillgång till socker (46). Genom att använda operant konditionering, Grimm et al. (47) finner att sackarossökningen ökar under en månad av sockerabstinens hos råttor som hade intermittent tillgång till socker. Intermittent sackarosåtkomst korsensibiliserar inte bara med amfetamin (43) men också med kokain (48) och underlättar sensibilisering för DA-agonisten kinpirol (49). Dessa resultat stöder teorin att DA-systemet sensibiliseras av intermittent sockertillgång; detta är viktigt eftersom förstärkt mesolimbisk dopaminerg neurotransmission spelar en roll i beteendeeffekterna av sensibilisering såväl som korsensibilisering (50) och kan bidra till missbruk (51,52).
Neurokemiska bevis på sockerberoende
Bevisen som beskrivs ovan tyder på att socker hets kan ge beteenden som liknar de som observerats hos drogberoende råttor. Samtidiga neurokemiska förändringar kan resultera i, eller vidmakthålla, dessa beteenden. Dessa tecken är också sammanfattade i Tabell 1 och förklaras mer detaljerat i en tidigare artikel (16).
Vi har hittat förändringar i DA, acetylkolin (ACh) och opioidsystem hos sockerätande råttor som liknar de som observerats med vissa missbruksdroger. Autoradiografi avslöjar ökad D1 receptorbindning i nucleus accumbens (NAc) och minskad D2 receptorbindning i striatum i förhållande till icke-renade dietmatade råttor (15). Råttor med intermittent socker och icke-renad diettillgång har också minskat D2 receptor mRNA i NAc, och ökad D3 receptor mRNA i NAc och dorsal striatum jämfört med icke-renade dietmatade kontroller (53). Sockerätande råttor har en signifikant minskning av enkefalin-mRNA (53), medan μ-opioidreceptorbindning förbättras avsevärt i NAc-skalet, cingulatet, hippocampus och locus coeruleus (15).
En av de starkaste neurokemiska likheterna mellan socker hetsande och missbruk av droger är deras effekt på extracellulär DA. Ett kännetecken för droger som missbrukas är upprepad ökning av extracellulär DA, medan DA-responsen avtar under normal utfodring efter upprepad exponering för ett livsmedel (54). När råttor hetsar på socker är frisättningen av DA återkommande, vilket kan få hjärnan att anpassa sig som den gör till en missbruksdrog. Råttor som hetsar på socker släpper tydligen DA varje dag, mätt på d 1, 2 och 21 av åtkomst (55). Kontrollråttor som matas med socker eller orenad diet ad libitum, råttor med periodisk tillgång till enbart orenad diet, eller råttor som bara smakar socker 2 gånger, utvecklar ett trubbigt DA-svar som är typiskt för ett livsmedel som förlorar sin nyhet.
Abstinens från droger som morfin, nikotin och alkohol åtföljs ofta av förändringar i DA/ACh-balansen i NAc: specifikt minskar DA medan ACh ökar (56-58). Råttor som hetsar på socker visar också denna neurokemiska obalans i DA/ACh under abstinens. Detta resultat inträffar både när råttor ges naloxon för att fälla ut opiatliknande abstinens (41) eller efter 36 timmars matbrist (23).
Andra har rapporterat stödjande fynd. Det finns en minskning av D2 receptorbindning i NAc hos råttor med intermittent tillgång till sackaros och orenad diet jämfört med råttor som endast matas med intermittent orenad diet (59), och förändringar inträffar i accumbens DA-omsättning och DA-transportörbindning hos råttor som hålls på ett intermittent sockermatningsschema (12,60).
Finns det bevis för beroende av fett eller söt-fett kombinationer?
Litteraturen tyder på att, liksom med socker, kan ett liknande beroendeframkallande tillstånd uppstå med fett. Le Magnen (29) noterade att naloxon kunde fälla ut abstinens hos råttor som matades med en diet i kafeteriastil ad libitum som innehåller en mängd olika fett- och sockerrika livsmedel (t.ex. ost, kakor, chokladchips). På senare tid, Teegarden and Bale (61) visar att möss som fått tillgång till dieter som innehåller mycket fett eller kolhydrater ad libitum i 4 veckor och sedan tvingats avstå, uthärdar en aversiv miljö för att få tillgång till sin föredragna mat. De drar slutsatsen att tillbakadragande av en sådan diet höjer stresstillståndet, vilket bidrar till koståterfall. Corwin och kollegor har också visat en ökning av progressivt svar hos råttor som hetsar på fett (62).
När det gäller neurokemi verkar det som om hetsätning av fett har effekter på accumbens DA- och enkefalinsystem som liknar de som observerats vid sockerförtäring. Begränsad exponering för fett (majsolja) kommer upprepade gånger att frigöra DA i NAc, och denna effekt orsakas av smaken av oljan (63). Råttor med begränsad daglig tillgång till en diet med sött fett visar en signifikant minskning av enkefalin-mRNA i NAc (64), liknande fyndet som rapporterats ovan med socker (53). Opioiders roll i den paraventrikulära kärnan i hypotalamus har studerats med hjälp av en binge-modell (65), och resultaten tyder på det d-Ala2, NMe-Phe4, Gly-ol5-enkefalin ökar fettintaget hos råttor som föredrar fett men har ingen effekt på råttor som föredras av sackaros. Dessa resultat indikerar en komplex roll för paraventrikulära nukleära opioider i födointag, med preferens och näringstyp som påverkar förmågan hos dessa föreningar att ändra beteende.
Baserat på denna neurokemi och de beteenden som beskrivs ovan, verkar det logiskt att fett hetsätning också kan ge beroendeframkallande-liknande beteenden. Uppgifterna är dock inte tydliga. Även om fett som erbjuds ad libitum har rapporterats producera vissa beroendeframkallande-liknande beteenden (29,61), kan bingeing förstärka dessa effekter. Vi har undersökt om beteendetecken på beroende uppstår när djur hetsar med en mängd olika dieter med hög fetthalt och kombinationer av sött fett. Vi har testat råttor med begränsad (12 timmar eller 2 timmar) tillgång till en diet med sött fett (Forskningsdiet #12451, 45 % fett, 20 % protein, 35 % kolhydrat), 12 timmars tillgång till sötfett. blandning (35.7 % vegetabiliskt fett, 64.3 % sackaros) eller 12 timmars tillgång till vegetabiliskt fett (100 % Crisco vegetabiliskt matfett), allt med icke-renad diet tillgänglig samtidigt. Kontrollgrupper matades med dessa dieter ad libitum eller gavs standarddieter ad libitum utan renad standard. Efter 21–25 dagar på dieterna administrerades råttor 3 mg/kg subkutant naloxon och observerades sedan för somatiska tecken på ångest och ångest i den förhöjda pluslabyrinten. Inga signifikanta bevis för opiatliknande abstinens hittades med någon av dessa fettrika dietalternativ, vare sig i de som fick hetsande eller de som fick mat ad libitum, även om dessa procedurer gav positiva resultat i våra tidigare rapporter med socker hetsande (41). I andra studier försökte vi framkalla tecken på spontant opiatliknande abstinens genom mat som berövar råttorna som hölls på fettrik diet i 24–36 timmar. Återigen, även om vi rapporterar tecken på ångest och somatiska tecken på ångest efter fasta hos sockerätande råttor (23), detta observerades inte hos råttor som hade ätit en hög fettkälla i kosten.
Även om vi inte har noterat tecken på opiatliknande abstinens hos fettätande råttor, betyder det inte att överdrivet fettintag inte kan producera beroendeframkallande beteenden. Abstinens är inte ett nödvändigt kriterium för drogsug, precis som matbrist inte är nödvändigt för matsug (37). Dessutom resulterar olika klasser av läkemedel (t.ex. DA-agonister, opiater) i specifika beteendemässiga och fysiologiska abstinenssymptom. Det kan alltså vara så att olika makronäringsämnen också kan ge olika abstinenssignaler. Det har ännu inte bestämts huruvida att hetsa på fett eller inte kan utlösa andra beroendeframkallande-liknande beteenden, inklusive korssensibilisering och onormal motivation orsakad av abstinens.
Varför uppträder tecken på opiatliknande abstinens med socker men inte fettupptag?
Den relativa avsaknaden av opiatliknande abstinenssignaler efter fettsjukande understryker vikten av opioidsystem för att skilja sockerarter och fetter och deras efterföljande effekter på beteendet. Neuropeptiden galanin (GAL) och dess bindningsställen uttrycks i hjärnområden som är viktiga för både läkemedel och matbelöning (11). GAL anses vara en fettstimulerad peptid eftersom dess uttryck ökar i dessa hjärnregioner som svar på en måltid med hög fetthalt (66). Dessutom främjar hypotalamisk injektion av GAL intaget av fett framför kolhydrater i vissa situationer (67,68). Intressant nog minskar perifer injektion av galnon, en syntetisk GAL-agonist, opiatabstinenssignaler hos morfinberoende möss (69). En enda systemisk injektion av galnon i GAL-knockout-möss är tillräcklig för att vända några av de biokemiska förändringarna som morfinadministrering orsakar (70). Således kan GAL vara en endogen negativ regulator av opiatbelöning genom att dämpa några av de beteendemässiga och neurokemiska effekterna av opiater. Baserat på dessa data är det möjligt att bristen på opiatliknande abstinenssignaler hos råttor som suger fett kan orsakas av fettinducerad endogen GAL-aktivering, vilket kan hämma de relevanta opioideffekterna.
Konsekvenser för ätstörningar och fetma
Vi började den här artikeln med en diskussion om hetsätning till fetma. Faktum är att fynden med djurmodeller som har presenterats tyder på att hetsätning av socker, och möjligen till och med fett, kan ha vissa beroendeframkallande egenskaper. Socker hetsande påverkar dock inte kroppsvikten, men en kombination av sött och fett resulterar i ökad kroppsvikt (22). Sålunda kan fett vara makronäringsämnet som resulterar i överskott av kroppsvikt, och söt smak kan till stor del vara ansvarig för att producera beroendeframkallande-liknande beteenden som inkluderar ett abstinenssyndrom.
Andra artiklar i detta tillägg inkluderar referenser (73-75).
Erkännanden
Vi tackar Miriam Bocarsly för hennes hjälp med att förbereda manuskriptet.
fotnoter
↵1 Utgiven som ett komplement till Journal of Nutrition. Presenteras som en del av symposiet "Food Addiction: Fact or Fiction" som gavs vid 2008 års möte för experimentell biologi, 8 april 2008 i San Diego, CA. Symposiet sponsrades av American Society for Nutrition och stöddes av ett utbildningsanslag från The National Institute on Drug Abuse, The National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism och The National Dairy Council. Symposiet leddes av Rebecca L. Corwin och Patricia S. Grigson.
↵2 Stöds av USPHS-anslag DK-79793 (NMA) och AA-12882 (BGH).
↵3 Upplysningar om författare: N. Avena, P. Rada och B. Hoebel, inga intressekonflikter.
↵4 Använda förkortningar: ACh, acetylkolin; DA, dopamin; GAL, galanin; NAc, nucleus accumbens.
;