Intermittent tillgång till söt fetthaltig vätska medför ökad smaklighet och motivation att konsumera i en råttmodell av bingeförbrukning (2013)

Sylvie Lardeux, James J. Kimoch Saleem M. Nicola^*

Binge ätstörningar kännetecknas av diskreta avsnitt av snabb och överdriven matförbrukning. Hos råttor som ger intermittent tillgång till söt fet mat efterliknar denna aspekt av binge äta. Dessa modeller använder vanligtvis fast mat; emellertid beror den totala mängden som konsumeras på motivation, smaklighet och mättnad, som är svåra att dissociera med fast mat. Däremot kan slickmikrostrukturanalys användas för att separera dessa parametrar när intaget är en vätska. Därför utvecklade vi en binge-modell med en flytande emulsion bestående av majsolja, tung grädde och socker. Vi visar att råttor som ges intermittent tillgång till denna emulsion med hög fetthalt utvecklar binge-liknande beteende jämförbart med det som tidigare observerats med fast fetthaltig mat. En egenskap hos detta beteende var en gradvis ökning av konsumtionen under 2.5 veckors intermittent åtkomst, vilket inte var synligt hos råttor som fick lägre fettvätska på samma åtkomstschema. Slickmikrostrukturanalys tyder på att denna upptrappning åtminstone delvis berodde på ökningar i både motivation för att konsumera och smakbarhetsstyrd konsumtion.

2.1 Djur

Hanråttor med lång – Evans (n ​​= 144) som väger 275 – 300 g erhölls från Harlan och hölls i ett rum med en 12 h på, 12 h från ljuscykeln. Experiment genomfördes under ljusfasen. Djuren var vana att hantera dagligen i minst en vecka innan experimenten påbörjades. Under denna tid mättes chowintag och kroppsvikt dagligen. Innan experimentet började matchades tre grupper av råttor med den genomsnittliga mängden chow konsumerad och den genomsnittliga kroppsvikten. Alla djurförfaranden överensstämde med USA: s nationella institut för hälsohantering för vård och användning av laboratoriedjur och godkändes av institutionella djurvårdskommittén för Albert Einstein College of Medicine.

2.2 beteende

2.2.3. Intermittent åtkomstförfarande

Råttor delades in i tre grupper: den intermittenta åtkomstgruppen (binge) (I_COS; n = 46), gruppen för kontinuerlig åtkomst (C_COS; n = 36) och en kontrollgrupp gav ingen åtkomst till COS (N_COS; n = 38). (Antalet använda råttor är stort eftersom råttor därefter användes för farmakologiska experiment för att jämföra effekterna av läkemedel på de olika grupperna. Dessa resultat rapporteras inte här.) Under 5 veckor rapporterade jag_COS och C_COS grupper hade tillgång till en lickometer innehållande COS i de operativa kamrarna tre gånger per vecka (måndag, onsdag och fredag; MWF) under 90 min. C_COS grupp hade också AD libitum tillgång till COS hela tiden i sina hemburar. Lick-tidsstämplar och COS-intag registrerades under åtkomstsessionerna. Kroppsvikt, matintag och (för C_COS grupp) COS-intag i hemmaburen registrerades dagligen från måndag till fredag; därför rapporteras 25-mätningar för 5-veckors experimentet (Fig. 2A, D, B, E; 3A, C). På måndagar delades dessa åtgärder med tre för att normalisera för helgen. Jämförelser av chow-konsumtion dagen före vs dagen efter åtkomstsessionen (Fig. 2C, F; 3B, D) gjordes två gånger per vecka (för totalt 10-jämförelser under 5 veckor). N_COS råttor köptes samtidigt som de andra grupperna och hölls i samma koloni, men fick inte tillgång till COS. Alla råttor hade AD libitum tillgång till chow och vatten hela tiden i hemmaburen.

 

Figur 2

Kaloriintag och chowkonsumtion påverkades av åtkomstschema och intag

 

Figur 3

Intermittent åtkomst till COS eller CS påverkar inte viktökningen

Ett separat experiment använde den mindre kaloriska CS-lösningen istället för COS. Tre grupper av råttor (n = 8 vardera) användes i detta experiment, I_CS, C_CS Och N_CSoch dessa behandlades exakt som jag_COS, C_COS Och N_COS grupper beskrivna ovan, förutom att CS ersatte COS_COS Och N_CS grupper behandlades identiskt (ingen tillgång till COS eller CS); skillnaden var att N_COS gruppen upprätthölls i kolonin samtidigt med I_COS och C_COS grupper, medan N_CS gruppen upprätthölls samtidigt med I_CS och C_CS grupper.

2.3. Dataanalys

2.3.1. Statistik

Upprepade mätningar av ANOVA med en faktor (dagar) eller två faktorer (dagar och grupp) användes för att jämföra effekterna av bingeing och kontrollprocedurer. ANOVA följdes av Holm – Sidak post hoc tester; en justerad p <0.05 ansågs vara en signifikant skillnad. ANOVA-resultaten rapporteras i Tabell 1. För att bestämma om förbrukningen ökade under på varandra följande åtkomstsessioner anpassades data från dag 2 till dag 8 till en linjär modell med användning av minsta kvadraters regression. Lutningen över dessa dagar bedömdes för signifikant skillnad från 0, och sluttningarna jämfördes mellan I_COS och jag_CS grupper som använder ANCOVA. Alla analyser utfördes med R-mjukvarumiljön [43].

 

Tabell 1

ANOVA-resultat.

3.1. Total konsumtion och kroppsvikt

Råttor i jag_COS (Intermittent tillgång till COS) -gruppen hade 5 veckors tillgång till en grädde (50% v / v), olja (50% v / v) och socker (8% w / v) flytande emulsion (COS) på testdagar: måndagar , Onsdagar och fredagar (och ingen tillgång till COS vid någon annan tidpunkt). COS levererades genom en lickometer i 90 min åtkomstperioder i operativa kammare. Under 5 veckor med intermittent åtkomst ökade volymen av förbrukad COS stadigt: på åtkomstdag 15 (i slutet av 5^th vecka) var den konsumerade mängden signifikant högre än på dagarna 1 till 10, och mängderna konsumerade på dagarna 6 till 15 var större än på dagarna 1, 2 eller 3 (Fig. 1A). I motsats till I_COS grupp, råttor i C_COS grupp (Kontinuerlig tillgång till COS) hade tillgång till COS inte bara i operakammaren under 90 min åtkomstperiod, utan också i hemmaburen vid alla andra tidpunkter. Som förväntat, C_COS grupp konsumerade mycket mindre COS än jag_COS grupp i de operanta kamrarna i alla sessioner efter den första och visade inga konsumtionsskillnader under 15 dagar för åtkomst (Fig. 1A).

 

Figur 1

COS, men inte CS-konsumtion ökade under på varandra följande intermittenta accesssessioner

Till skillnad från effekterna som observerats i I_COS grupp, ökade den konsumerade mängden inte signifikant över veckor för I_CS grupp, som hade tillgång till CS, en lägre fettsyra av grädde / socker. Dessa råttor uppvisade en låg konsumtionsnivå under den första åtkomstsessionen, och även om konsumtionen tenderade att vara större vid efterföljande sessioner (och vanligtvis större än konsumtionen i kammaren av C_CS grupp), det fanns inga ytterligare ökningar över dagar (Fig. 1B). Avsaknaden av en statistiskt signifikant effekt av dagar i I_CS i kontrast till den starka effekten av dagar i I_COS gruppen (Tabell 1); emellertid kan denna skillnad i teorin bero på det mindre antalet ämnen (och därmed statistisk kraft) i I_CS grupp. Därför bröt vi I_COS gruppera i 6 undergrupper av jämförbar storlek med I_CS grupp (N = 8 för 5 I_COS undergrupper, N = 6 för en undergrupp; försökspersoner i varje undergrupp tränades tillsammans). Det var en markant ökning av COS-konsumtionen i 5 av 6 I_COS undergrupper (effekt av dagar: grupp 1: F_(14,211) = 5.87, P <0.001; grupp 2: F_(14,210) = 4.06, p <0.001; grupp 3: F_(14,200) = 4.83, p <0.001; grupp 4: F_(14,196) = 7.98, p <0.001; grupp 5: F_(14,74) = 1.87, p <0.05); i den återstående undergruppen närmade sig effekten betydelse (F_(14,141) = 1.72, p = 0.058). I jag_CS grupp fanns emellertid inga bevis för att ens en trend mot en signifikant effekt (p = 0.56; Tabell 1). Därför frånvaro av en betydande effekt av dagar i I_CS råttor beror sannolikt inte på brist på statistisk effekt.

Dessa resultat tyder på att jag_CS råttor lärde sig att konsumera CS och att övervinna neophobia inom en session, med resultatet att deras konsumtion nådde en platå vid den andra sessionen. Eftersom initial inlärning och neophobiaffekter borde vara lika för jag_COS och jag_CS grupper, den stora ökningen av konsumtionen i I_COS grupp från dag 1 till dag 2 (Fig. 1A) beror sannolikt på inledande inlärning och minskning av neofobi. Men den mer gradvisa ökningen på efterföljande dagar är inte förenlig med dessa processer. För att isolera den gradvisa ökningen av intaget (Fig. 1A) och andra fulländande åtgärder (Fig. 5 och and6) 6) från initial inlärning och neophobiaffekter, jämför vi konsumtion på alla individuella dagar med baslinjekonsumtion på dagarna 2 och 3.

 

Figur 5

Fördröjningen för att slicka och den initiala slickfrekvensen förändrades under dagar med intermittent åtkomst till COS

 

Figur 6

Burstmikrostruktur förändrades under dagar med tillgång till COS, men inte CS

Den tidiga platåeffekten i I_CS gruppen står i slående kontrast till den gradvisa upptrappningen som observerats i I_COS grupp, som nådde en platå vid dag 8. För att direkt jämföra ökningen av konsumtionen efter den första dagen i I_COS och jag_CS grupper, beräknade vi lutningen för ökningen från dag 2 till dag 8 (Fig. 1C). Lutningen var positiv och skiljer sig väsentligt från 0 för I_COS gruppen skilde sig inte signifikant från 0 för I_CS grupp. Dessutom observerades en signifikant positiv lutning i 5 av 6 I_COS undergrupper som beskrivs ovan (visas inte). Dessutom jämförelse av sluttningar i I_COS och jag_CS grupper som använde ANCOVA visade en signifikant skillnad mellan de två grupperna (Fig. 1C). Därför är jag_COS grupp visade en gradvis ökning av konsumtionen under intermittenta åtkomstperioder som inte lätt kan förklaras som en följd av inledande inlärning eller minskning av neofobi. Denna gradvisa upptrappning liknar den som tidigare observerats för råttor som fick intermittent tillgång till fast fetthaltig mat [5, 6, 10-12].

En potentiell alternativ förklaring till gradvis ökning av konsumtionen i I_COS grupp är att råttorna gradvis lärde sig att få mer COS per slicka. För att testa denna hypotes jämförde vi antalet slickar per ml vätska som konsumeras över I_COS och jag_CS grupper och över åtkomstdagar, med en tvåfaktors ANOVA. Jag_COS gruppen slickade mer effektivt än jag_CS grupp (totalt genomsnitt över 15 sessioner: COS: 315.0 ± 52.3 slickar / ml; CS: 418.3 ± 106.4 slickar / ml; F_(1,719) = 13.6; p <0.001) och det fanns en effekt av åtkomstdagar (F_(14,719) = 1.8; p = 0.04), men ingen interaktion (F_(14,719) = 0.5; p = 0.9). Post-hoc-test visade att effekten av dagar berodde på en signifikant ökning av effektiviteten från den första dagen till den andra, men ingen ytterligare ökning i senare sessioner. Därför gradvis ökning av konsumtionen i I_COS grupp kan inte tillskrivas förändringar i slickeffektivitet.

En annan potentiellt förvirrande faktor är närvaron av emulgeringsmedel (natriumstearoyllaktylat) i COS, men inte CS: I_COS råttor kan ursprungligen ha undvikit COS på grund av närvaron av emulgeringsmedlet. Eftersom det är omöjligt att göra COS utan emulgeringsmedel testade vi hypotesen att råttor undviker emulgeringsmedlet som används för att bereda COS genom att jämföra konsumtionen av CS och CS + 0.1% natriumstearoyllaktylat (vikt / volym). Sex naiva hanråttor presenterades samtidigt med flaskor innehållande båda vätskorna under 1 timme i hemmaburen. Denna upplevelse upprepades två gånger efter en dag av tillvänjning; den relativa flaskpositionen ändrades mellan dagar för att undvika sidoförskjutning. Under de sista två åtkomstsessionerna drack råttor liknande mängder CS (4.2 ± 0.8 ml) och CS + emulgeringsmedel (5.4 ± 0.4 ml; t-test p> 0.05). Därför undviker råttor inte emulgeringsmedlet.

Under 5 veckorna, jag_COS och C_COS grupper konsumerade successivt mindre fritt tillgängligt chow i hemmaburen. C_COS grupp konsumerade relativt lite chow (Fig. 2A) men på grund av konsumtion av stora mängder COS, fortfarande konsumerade fler kalorier per dag än N_COS kontrollgrupp, som inte hade tillgång till COS (Fig. 2B). Jag_COS gruppen visade stora och regelbundna gungor i chow-konsumtion (Fig. 2A), med råttor i denna grupp som konsumerar mer chow dagen före tillgång till COS och mindre under 24 timmar efter COS-åtkomst (Fig. 2C). Däremot varken N_COS inte heller C_COS grupper skilde sig åt i sin chow-konsumtion omedelbart före och efter åtkomstperioden (Fig. 2C). För jag_COS råttor, nettoresultatet var att på COS-åtkomstdagar konsumerade denna grupp totala kalorier liknande den mängd som konsumeras_COS grupp, och på dagar utan COS, jag_COS gruppen konsumerade något mindre än N_COS grupp. Det stora antalet kalorier som konsumeras av jag_COS grupp på åtkomstdagarna berodde på intag av COS: I slutet av 5 veckorna, I_COS grupp konsumeras i 90 min något mer än hälften av mängden COS som C_COS grupp konsumeras under en hel dag (på åtkomstdag 15: I_COS: 54.2 ± 4.0 kCal konsumerat COS; C_COS: 97.7 ± 5.7 kCal konsumerat COS). Dessa effekter resulterade i ett "sågtand" -mönster av totalt kaloriintag över dagar i I_COS gruppen (Fig. 2B). Den senare effekten kan också ses i Fig. 2C (jaget_COS gruppens chow-konsumtion före binge-dagar var lägre än för N_COS grupp). Dessa resultat överensstämmer med resultaten från andra som använder intermittent tillgång till fast fetthaltig mat som en gnagarmodell för binge ätbeteende [5, 10, 11, 16, 41, 42].

Det är viktigt att detta matningsmönster inte observerades i I_CS råttor, som hade tillgång till en lägre fetthalt kräm / sockerlösning istället för COS-emulsionen: deras dagliga chowintag påverkades inte av om råttorna hade en CS-åtkomstsession (Fig. 2D, F). Dessutom var "sågtanden" -mönstret för kaloriintag mycket mindre uttalat i I_CS råttor än i jag_COS råttor (jämför Fig. 2E med Fig. 2B). Således observerades ett binge-liknande konsumtionsmönster med intermittent tillgång till COS, men inte med CS.

Även om råttans kroppsvikt ökade under alla 5-veckorna steg C_COS gruppens vikt ökade snabbare än för de andra grupperna (Fig. 3A). Påfallande, trots tillgång till COS 3 dagar / vecka, jag_COS gruppen fick inte mer vikt än N_COS gruppen (Fig. 3A). Jag_COS råttor till synes normalreglering av kroppsvikt kan vara relaterade till deras minskade konsumtion av chow efter intag av COS (Fig. 2C): deras viktökning var väsentligt större dagen före COS-åtkomst än dagen efter åtkomst (Fig. 3B). Däremot C_COS Och N_COS grupper fick vikt i en konstant hastighet (Fig. 3B). På samma sätt, med grädde / sockerlösningen, C_CS gruppens vikt ökade snabbare än för I_CS Och N_CS grupper (Fig. 3C, D). Dessa resultat överensstämmer med tidigare observationer med fast fettfattig mat [10, 11, 41]. De indikerar att, som ofta är fallet med mänskliga ätstörningar [45, 46], har bingeing råttor att begränsa deras konsumtion efter stort intag av mycket kalorisk mat, även efter upprepad tillfällig tillgång till sådan mat under 5 veckor.

3.2. Konsumtionstid inom sessionen

När råttor får tillgång till en välsmakande vätska, avsmalnar råttornas ursprungliga ivrig konsumtion när det intagna näringsämnet (och den konditionerade smakstimulus som är associerad med den) aktiverar mättnadsmekanismer [34]. Därför frågade vi om COS-konsumtionen följde ett liknande mönster. Som visas i diagram över tidsförloppet för att slicka över 90 min-sessionen (i 5 min-fack), I_COS gruppen visade en kraftigt ökad total slickfrekvens under de första ~ 20 min av sessionen i vecka 5 jämfört med vecka 1 (Fig. 4A, B). Jag_COS råttans slickfrekvens återvände till låga, sporadiska nivåer ungefär 30 min efter sessionens början (Fig. 4A, B), i överensstämmelse med tidigare observationer [34]. På grund av den dramatiska skillnaden i slickfrekvenser i de första och senare delarna av åtkomstsessionen undersöker vi i efterföljande slickmönsteranalyser konsumtion under första kvartalet av sessionen (22.5 min) och de senaste tre kvartalen (68.5 min) separat.

 

Figur 4

Ökningen i COS-konsumtion under veckor med intermittent åtkomst koncentrerades under första kvartalet av sessionen

Som förväntat var den ökade mängden konsumtioner under första kvartalet av sessionen av mycket mindre storlek i C_COS gruppen (Fig. 4B). Det är verkligen förvånande att C_COS råttor drack mycket COS alls i lickometerkamrarna, eftersom COS var fritt tillgängligt i sina hemmaburer. En möjlighet är att den färska COS konsumeras mer ivrig än COS i hemmaburen, som var upp till 24 timmar gammal. En naiv grupp med 6 råttor som fick färsk COS och daggammal COS på 1 timme två flaskvalstester i hemmaburen visade emellertid ingen preferens för färsk COS (färsk COS: 2.9 ± 0.9 ml; daggammal COS: 6.0 ± 1.8 ; t-test p> 0.05). Därför ökade den initiala förbrukningen av COS i C_COS grupp kan vara en funktion av beteendeaktivering efter placering i den relativt nya (jämfört med hemmaburen) lickometerkammaren.

3.3. Latency till första slick och initial slickfrekvens

Den gradvisa ökningen av konsumtionen genom intermittent tillgång till COS (Fig 1) kan delvis bero på ökad motivation att konsumera och / eller av ökad smakbarhetsstyrd konsumtion. För att testa dessa hypoteser undersökte vi latensen för sessionens första slicka (ett motivindex) och den ursprungliga slickfrekvensen (tros reflektera smakbarhetsstyrd konsumtion) [35-37]. Under successiva åtkomstsessioner, jag_COS gruppens latens för att initiera COS-konsumtion blev kortare medan C_COS gruppens latens var oförändrad (Fig. 5A). Dessutom var latensen för att först slicka konsekvent betydligt längre i C_COS grupp än jag_COS gruppen (Fig. 5A), i överensstämmelse med skillnaderna i motivation som förväntades mellan djur som ges kontinuerlig och begränsad tillgång till ett gynnat livsmedel. Notera dock att den initiala slickfrekvensen ökade över sessioner i båda jag_COS och C_COS råttor, och var vanligtvis inte signifikant olika mellan grupper på en given dag (Fig. 5C). Till skillnad från måtten på motivation ökade således måttet på smaklighetsdriven konsumtion parallellt i de två grupperna.

Som förväntat med tanke på bristen på en ökad konsumtion i I_CS grupp, varken jaget_CS inte heller C_CS grupper uppvisade en signifikant minskning av den första slickatiden (Fig. 5B) eller en ökning av den initiala slickfrekvensen (Fig. 5D). Sammanfattningsvis resulterade intermittent tillgång till COS (men inte CS) i uppenbara ökningar i motivation och smaklighet som följde med ökningen av COS-konsumtionen.

3.4. Burstnummer och längd

Råttor slickar med en stereotyp hastighet av ~ 7 Hz. Under en måltid avbryts slickar i denna takt av pauser, som vanligtvis är> 1 sek [36, 37]. Från den andra dagen för tillträde till den femtonde, slickfrekvensen inom I-burst för I_COS gruppen förblev stabil (6.7 ± 0.2 mot 6.9 ± 0.1 Hz, p> 0.05), vilket indikerar att den gradvisa konsumtionsökningen uppenbar i denna grupp (Fig. 1A) berodde inte på en förändring i den centrala mönstergeneratorn som styr slickhastigheten inom burst.

Antalet skurar under tillträde till en smaklig vätska påverkas av motivationen att konsumera, medan längden på skurar påverkas starkare av vätskans smaklighet [36, 37]. I överensstämmelse med denna idé, C_COS råttor uppvisade i allmänhet lägre skurantal än jag_COS råttor (Fig. 6A, C). I jag_COS i gruppen, var antalet skurar starkt beroende av tiden inom åtkomstsessionen: under det första kvartalet ökade skurantalet kraftigt över 5 veckors åtkomst, medan det tenderade att minska under de senaste tre kvartalen (Fig. 6A, C). Däremot, jag_CS råttor, som inte eskalerade sin konsumtion (Fig. 1B), visade inte förändringar i skurantalet varken i den tidiga eller sena fasen (Fig. 6B, D).

Till skillnad från skurantal skilde skurslängden inte signifikant mellan I_COS och C_COS grupper varje dag (Fig. 6E). I själva verket för både jag_COS och C_COS grupper, burstvaraktigheten ökade över 5 veckor med intermittent åtkomst (Fig. 6E). Dessa eskaleringseffekter var frånvarande hos I_CS och C_CS råttor (Fig. 6F).

Sammanfattningsvis visar resultaten att veckor med intermittent tillgång till COS resulterade i en gradvis ökning av konsumtionen i den tidiga fasen av varje åtkomstsession. Denna ökning åtföljdes av kortare latens för att påbörja konsumtion och ett större antal slickutbrott (i överensstämmelse med en ökad motivation att konsumera), liksom högre initial slickfrekvens och längre burstvaraktighet (i överensstämmelse med ökad smakbarhetsstyrd konsumtion). Varken gradvis upptrappande konsumtion eller ökningar i motivations- och smakbarhetsindex observerades när råttor gavs CS istället för COS. Sammantaget antyder resultaten att binge-liknande konsumtion åtminstone delvis beror på en gradvis ökning av motivation och smakbarhet utöver det förväntade från inledande inlärning och minskning av neofobi.

4.1. Sammanfattning

Binge äta kännetecknas av diskreta avsnitt (2 timmar eller mindre) av snabb och överdriven matkonsumtion som inte drivs av hunger eller metaboliskt behov [2]. För att studera effekterna av binge-liknande konsumtion på de neurala processerna som reglerar matintag, har tidigare djurstudier använt intermittent tillgång till livsmedel med mycket kaloriinnehåll, särskilt fett [5, 10, 11, 16, 41], eftersom människor som lider av binge ätstörningar eller bulimi vanligtvis binge på söt fetthaltig mat [47-49]. Intaget av näringsrik mat och dryck styrs av tre inbördes relaterade processer: motivation, smaklighet och mättnad. För att studera de neurala mekanismerna som ligger bakom binge konsumtion med invasiva tekniker (såsom intrakraniell mikroinjektion av läkemedel), skulle det vara användbart att undersöka dessa processer isolerat. Ett sätt att göra det är att undersöka det temporära konsumtionsmönstret, en procedur som underlättas väsentligt genom att avge vätskeintag via en lickometer. Därför utvecklade vi en intermittent åtkomstmodell för binge konsumtion av vätska med mycket fett, baserat på de binge-modeller som ursprungligen utvecklades av Corwin och kollegor med fast fett [11, 12] och senare utvidgats till blandningar av fast fett / socker [10, 13, 16]. Eftersom intaget ingår i billiga, allmänt tillgängliga ingredienser (stormarknadskräm, majsolja och socker) och inte kräver någon speciell utrustning att förbereda, kan vår modell användas i efterföljande experiment för att få bevis för effekterna av neurala manipulationer på mättnad, motivation och smakbarhet under binge konsumtion.

4.2. Konsumtionsmönster och förhållande till tidigare intermittenta åtkomstbinge-modeller

Våra resultat liknar de som har fastställts tidigare för råttor som fick intermittent tillgång till fast sötfet mat. Speciellt när råttor fick intermittent tillgång till COS (grädde / olja / socker, I)_COS grupp) ökade konsumtionen under åtkomstperioden gradvis över dagar med åtkomst, i överensstämmelse med tidigare observationer [5-12]. Dessutom, jag_COS råttor visade ett "sågtand" -mönster för kaloriintag, med minskad chow-konsumtion efter tillgång till COS. Dessa effekter observerades trots procedurella skillnader från de tidigare modellerna, inklusive intermittent tillgång till hemburen till högkaloriintag och samtidigt chow-tillgänglighet tidigare studier men inte vår (där COS-åtkomst tillhandahölls i separata kammare). Spännande, kaloriintag på intermittenta COS-åtkomstdagar nådde nivåer som liknade de som observerades i 24 timmar hos råttor som fick kontinuerlig tillgång till COS, och chowintag efter COS-åtkomst reducerades till nivåer under de som ses hos råttor som inte gav någon tillgång till COS alls. Dessa resultat överensstämmer med tidigare fynd med fast fetthaltig mat [5, 10, 13, 50]. De stora fluktuationerna i kaloriintag inducerade parallella svängningar i vikt, med nettoresultatet att I_COS råttor tog vikt inte snabbare än råttor som bara hade tillgång till chow. Sammantaget återspeglar dessa resultat tidigare observationer med användning av intermittent tillgång till fast fetthaltig mat [5, 10-13, 50] och föreslår att intermittent tillgång till flytande COS inducerar binge beteende som är anmärkningsvärt lika det som induceras med fast fetthaltig mat.

Påfallande visade råttor intermittent tillgång till en mindre kalori-lösning av grädde och socker (CS; I_CS grupp) visade varken den gradvisa ökningen i konsumtionen eller det uttalade sågtandmönstret som observerades hos råttor med COS. Dessa resultat antyder att högt fett och / eller kaloriinnehåll är nödvändigt för att utveckla binge-liknande beteende enligt detta schema. Resultaten utesluter emellertid inte möjligheten att utvecklingen av bingeing är en funktion av slickeffektivitet (mängd vätska erhållen per slicka), vilket var större för COS än för CS. Orsaken till denna skillnad är okänd, men har sannolikt att göra med de olika fysiska egenskaperna hos COS och CS. Den högre kaloriintaget som främjas av ökad slickeffektivitet kan bidra till ökningen av konsumtionen i I_COS grupp. Dessutom kan de specifika typerna av fett som finns i majsolja bidra till att råttorna är mottagliga för att utveckla bingeing, liksom formen av fettet (en emulsion). I själva verket konsumerar råttor majsoljaemulsioner ännu mer ivrig än 100% majsolja, majsoljaemulsioner framkallar en liknande konsumtionsgrad som fast fett, och sötade majsoljaemulsioner väcker ännu större konsumtion [51-53]. Eftersom många tidigare studier av bingeing använde en blandning av fast fett och socker [5, 16], kan närvaron av emulgerad majsolja vara den kritiska faktorn som ger COS, men inte CS, förmågan att framkalla binge konsumtion. Denna hypotes kunde testas genom att bestämma om sötad majsolja / vattenemulsioner (utan grädde) inducerar binge-liknande beteende liknande det som inducerats av COS. Men även om så var fallet kan COS vara att föredra för användning i framtida experiment eftersom beredning av majsolja / vattenemulsioner med långvarig stabilitet kräver dyr utrustning (ett mikrofluidiseringsmedel), medan COS-beredning inte kräver mer sofistikerade apparater än en trådvisp.

Eftersom vår COS-binge-modell ger råttor tillgång till högt fettintag tre dagar per vecka, kunde vi observera en minskning av chow-konsumtionen under nästa 24 timme, som sedan återhämtade sig under den efterföljande 24 timmen. Chowkonsumtion under 24 timmar efter intermittent åtkomst till COS (men inte CS) var signifikant lägre än 24 timmar konsumtion av kontrollgruppen utan tillgång till COS alls (N_COS grupp), i överensstämmelse med tidigare rapporter med fet och söt fet mat [10, 12, 13]. Tillsammans med våra resultat tyder dessa resultat på att bingeintaget aktiverar en långsiktig mättnadsprocess som begränsar konsumtionen i timmar efter den mycket korta episoden av konsumtion under åtkomstperioden. Dessa resultat är spännande mot bakgrund av upptäckterna att råttor överkonsumerar mat med fetthalt jämfört med högkolhydratmat med lika kaloritäthet [28, 29, 54-58]. Intragastrisk förbelastning med fett resulterar i mindre hämning av efterföljande konsumtion än förbelastning med en isocalorisk dos av kolhydrat [29], och dessa effekter är långvariga (upp till en dag) [28]. Råttor överkonsumerar således fett delvis eftersom fett är mindre effektivt (per kalori) vid aktivering av poststive mättnadsmekanismer. Dessa studier tyder på att sockerinnehållet i COS och andra fett / sockerblandningar som används vid intermittenta åtkomstbinge-procedurer kan bidra väsentligt till hämningen av chow-konsumtion efter binge. Ytterligare studier som direkt jämför konsekvenserna av socker- och fettinnehållande intagare krävs för att klargöra skillnaderna mellan fett och socker i den långsiktiga mättnaden som framkallas genom bingeintag.

Konsumtionen av COS ökade gradvis under de första 8 dagarna (2.5 veckor) med intermittent åtkomst. Noterbart visade råttor som fick intermittent tillgång till CS inte en liknande gradvis ökning, även om både COS- och CS-intermittenta åtkomstgrupper ökade sin konsumtion avsevärt från den första till andra dagen för åtkomst. Eftersom råttor i båda grupperna måste lära sig att få tillgång till lickometrarna och övervinna den initiala neofobi, kan den initiala ökningen av konsumtionen (dag 1 till dag 2) tillskrivas dessa processer. Men den ytterligare gradvisa ökningen av I_COS gruppen är inkonsekvent med dessa processer eftersom den inte observerades i I_CS grupp. Liknande gradvisa ökningar har rapporterats hos råttor som ges söt och / eller fetthaltig mat eller vätska antingen 3 dagar / vecka eller dagliga intermittenta åtkomstscheman [9-12, 14, 59]. Dessa resultat kontrasterar anmärkningsvärt med de från råttor som får kontinuerlig tillgång till kalorifoder: den dagliga konsumtionen minskar antingen gradvis från en initial topp [5, 6, 10], som i vår studie (Fig 3), eller förblir konstant [12, 14]. Följaktligen beror överkonsumtion under intermittent åtkomstklingor delvis på en ökad konsumtion som är frånvarande hos obegränsade personer; eftersom denna effekt beror på fettet och / eller kaloriinnehållet i intaget, tyder våra resultat på att ökningen inte är en enkel följd av att lära sig att konsumera eller övervinna neofobi. Snarare beror den gradvis ökande konsumtionen sannolikt på andra processer som är en följd av de fysiska och / eller näringsegenskaperna hos COS som skiljer den från CS.

Tidigare råttbinge-modeller har använt daglig intermittent tillgång till mat med fetthalt som en kontroll för 3 dagar / vecka "binge" -åtkomst [6, 11, 12, 15, 16, 40, 42, 60-63]. Andra studier har emellertid använt daglig intermittent tillgång till modellbingeing [9, 10, 13, 14, 35, 59]; noterbart eskalerar konsumtion av högkaloriförbrukning ofta under dagliga åtkomstperioder, även om denna eskalering kan vara mindre uttalad än för 3 dagar / vecka tillgång [6]. Det finns alltså en viss förvirring av vad som utgör idealiska protokoll för binge och kontroll. Våra resultat ger en potentiell upplösning: de indikerar att en kontrollgrupp som ges intermittent tillgång till CS på samma schema som COS-binge-gruppen inte visar eskalerad förbrukning. Erfaren jag_COS råttor konsumerar fler kalorier under åtkomstperioder än jag_CS råttor, och därför gör jämförelsen mellan dessa grupper slutsatsen att jag_COS råttor uppfyller den operativa definitionen av binge äter (konsumerar större kalorier under en begränsad period än icke-bingrar konsumerar under en liknande period). Således kan användning av COS och CS (eller mer allmänt hög- och lågkalori- eller hög- och lågfettvätskor) visa sig vara användbart för ytterligare experiment där en kontroll för binge konsumtion krävs. Den här modellen har den ytterligare fördelen att den speglar mänsklig binge äta genom att människor binge på hög fetthaltig, kalorifattig mat, medan non-binge äter vanligtvis innebär konsumtion av mindre kalori-tät mat. Å andra sidan konsumerar mänskliga beatsätare fast och halvfast mat, medan COS och CS är vätskor.

4.3. Motivation, smaklighet och mättnad i binge konsumtion

I stort sett kan förändringar i tre distinkta processer ligga till grund för den gradvisa ökningen av konsumtionen under intermittenta åtkomstdagar: (1) smakbarhetsstyrd konsumtion kan öka; (2) motivation att börja konsumtion kan öka; och / eller (3) mättnadsmekanismer skulle kunna minska effektiviteten och därmed förlänga "måltiden" som tagits under åtkomstperioden. Våra resultat ger antydande bevis för ökningar av både smakbarhetsstyrd konsumtion och motivation att konsumera. I synnerhet åtföljdes den gradvisa upptrappningen i COS-konsumtion under dagar med intermittent åtkomst av minskad latens till den första slickan, ett större antal slitsprickor, ökad hastighet för slickning i den första minutens åtkomst och längre slickskurar. De två förstnämnda betraktas som motivindex, och de två senare är smakindex [36, 37, 64]. Var och en av dessa ökade markant över dagar då konsumtionen ökade dramatiskt. Eftersom var och en av dessa förändringar i slickmönstret tenderar att öka konsumtionen, drar vi slutsatsen att eskalerad konsumtion över åtkomstmöten åtminstone delvis är en konsekvens av dessa strukturella förändringar, och därför av ökad motivation och smakbarhet. Vidare observerades inte dessa ökningar i mått på motivation och smakbarhet i I_CS grupp, som inte visade ökad konsumtion. Därför är den ökade motivation och smakbarhet sannolikt en konsekvens av det höga kalori- och / eller fettinnehållet i COS jämfört med CS.

Vad kan ligga till grund för de observerade gradvisa ökningarna i motivation och smakbarhet? Motivation är inte en enkel hjärnprocess utan en psykologisk konstruktion som återspeglar aktiviteten hos flera neurala mekanismer. Till exempel inducerar hunger motivation att närma sig mat, men samma motiverade beteende kan induceras av en stimulans förknippad med mat även hos personer som inte är hungriga, som i konditionerat ätande [65]. Den specifika neurala mekanismen som ligger till grund för ökad motivation hos råttor som är bingeing är okänd. Det är säkert möjligt att en konditioneringsprocess involveras, så att stimuli i åtkomstkammaren blir associerad med COS och följaktligen, i senare sessioner, inducerar motivation att söka, närma sig och initiera konsumtion av COS så snart djuret placeras i kammare. Således den gradvis ökande motivationen som jag visar_COS råttor kan vara en funktion av förstärkningsstyrkan hos den okonditionerade stimulansen (COS); CS-lösningen kan vara av otillräcklig förstärkningsstyrka för att främja en ökning av konsumtionen utöver inledande inlärning.

Stimulusinducerat tillvägagångssätt är ofta beroende av dopaminprojektionen till nucleus accumbens [66-69], och binge konsumtion av sackaros åtföljs av förhöjningar i extracellulär dopamin i accumbens [19]. Vidare inducerar binge-liknande konsumtion flera långsiktiga förändringar i accumbens dopaminsystem, inklusive förhöjd D1-receptor och dopamintransporteruttryck, och minskat D2-receptoruttryck [8], vilket tyder på att långvariga förändringar i dopaminaktivitet är involverade i binge äta. I själva verket uppvisade råttor som fick långvarig intermittent tillgång till fett högre brytpunkter i ett progressivt förhållande schema för fettförstärkning [70]. Denna iakttagelse stöder inte bara starkt vår slutsats att motivationen för smakrik mat förbättras i binge ätande, utan ger ytterligare bevis för engagemang av mesolimbic dopamin, eftersom utförandet av progressiva förhållanden uppgifter beror på accumbens dopamin [71]. Ytterligare studier krävs emellertid för att avgöra om det finns en orsakssamband mellan dopaminaktivitet hos åkarna och ökad motivation att konsumera när bingeing utvecklas.

Förutom beteendeförändringar som överensstämde med ökad motivation, såg vi också effekter som lättast förklaras av en ökning av smaklighetsdriven konsumtion (ökad initial slickfrekvens och ökad slicklängd). Ett antal hjärnstrukturer är involverade i smaklighetsdriven konsumtion, inklusive nucleus accumbens, kärnan i den ensamma kanalen, amygdala, den ventrale pallidum, det ventrale tegmentalområdet och den laterala hypothalamus [72-74]. I synnerhet μ opioidreceptorer, speciellt i accumbens [44, 75-78] kan bidra till smaklighetsstyrd konsumtion. Intressant nog är binge-liknande konsumtion förknippad med uppreglerade μ-receptorer i åkarna [8], vilket tyder på att ökad opioidergisk neurotransmission kan vara ansvarig för den ökade smaklighetsdrivna konsumtionen som observerats under binge-åtkomst. Dessa hypoteser väntar på ytterligare tester med invasiva manipulationer av opioidreceptorfunktion hos bingeing djur.

Spännande, mätningar av smaklighet ökade inte bara i I_COS råttor, men i C_COS grupp också. Dessa resultat antyder därför att det är den långvariga tillgången till COS, inte tillgångens intermittency, som orsakar ökad smakbarhetsstyrd konsumtion. En skillnad mellan C_COS och jag_COS grupper är att C_COS råttor tog vikt, som förväntat med tanke på det AD libitum tillgång till en fettsnål diet inducerar fetma [41, 79, 80]. Således antyder våra resultat att smaklighetsdriven konsumtion av söta fettfattiga livsmedel kan ökas hos feta personer. Tidigare studier har visat komplexa effekter av fetma på smakbarhet. I ett fall var lägre koncentrationer av fett och sackaros mindre smakliga hos feta än magra råttor, medan högre koncentrationer var något mer smakliga [79]. I en annan studie påverkades inte sackarosmjukhet (skurstorlek) alls av övervikt [81], och i ytterligare ett, minskade smakbarhetsåtgärderna i en stam av överviktiga råttor [82]. En viktig skillnad mellan vår studie och tidigare studier är att vi testade smakbarheten hos samma fettintag som djur hade 24 timmar kontinuerlig tillgång (dvs. vi testade smakbarheten i kosten som inducerade fetma), medan andra studier gav djur mat med hög fetthalt i hemmaburen, men testade smakbarhet för olja eller sackaroslösningar. Dessa konstruktioner kan införa negativa kontrasteffekter, vilket kan förhindra detektering av en förhöjd smakbarhetsmekanism. Experimentella konstruktioner som minimerar kontrasteffekter bör användas för att i större utsträckning testa hypotesen att smaklighetsdriven konsumtion förstärks hos feta personer.

Observationen att råttor som fick kontinuerlig tillgång till COS uppvisade ökad smakbarhetsdriven konsumtion, men visade ändå en minskning av det totala kaloriintaget (och COS-konsumtionen) från den första dagen (Fig 2) föreslår att någon annan process, såsom mättnad, motverkar smakbarhetsökningen för att begränsa det totala intaget. Detta ställer frågan om mättnadsmekanismer är mer effektiva i erfarna bingrar än hos råttor som är naiva till COS.^th vecka med intermittent åtkomst, jag_COS råttor uppvisade en kraftig minskning av konsumtionen under den första 20 – 30 min efter att åtkomstperioden började. Denna nedgång beror sannolikt på konditionerad och okonditionerad mättnad [34], och demonstrerar att mättnadsmekanismer är robusta i bingeing råttor, består av fynd hos humana bulimipatienter [83]. Även om nedgångshastigheten är snabbare i vecka 5 än under tidigare veckor (särskilt vecka 1), kan denna åtgärd påverkas av de olika hastigheterna för initialt intag i tidiga och sena sessioner (som är funktioner för motivation och smakbarhet). Därför är ytterligare arbete, kanske med hjälp av intragastrisk förbelastning, nödvändigt för att bedöma om skillnader i mättnadsmekanismer kan bidra till en gradvis ökning av konsumtionen under intermittenta åtkomstdagar. Ändå kan den robusta konsumtionsminskningen inom sessionen användas i framtida studier som ett mått på mättnad när man undersöker effekterna av neurala manipulationer på etablerad binge konsumtion.

4.4. Slutsatser

Vi demonstrerar att en söt vätska med hög fetthalt kan användas i råttor för att inducera binge-liknande konsumtion liknande den som tidigare observerats i intermittenta åtkomstmodeller med fast fetthaltig mat. Användningen av flytande intag är fördelaktigt på flera sätt. Först kan en mindre kalorisk vätska ges på samma åtkomstschema som en kontroll för binge konsumtion. För det andra kommer den temporära precisionen som ges genom att mäta förbrukning med lickometrar underlätta ytterligare undersökningar av binge beteende, särskilt med hjälp av elektrofysiologi i beteende djur. Slutligen möjliggör användning av ett flytande intag med hög fetthalt en slickmikrostrukturanalys, som kan användas för att samla bevis för eller mot skillnader i mättnad, motivation och smakbarhet i bingeing råttor efter invasiva neurala manipulationer (t.ex. lokal mikroinjektion av neuroaktiva föreningar). Här använder vi mikrostrukturell analys för att visa att den gradvisa upptrappningen i konsumtion över på varandra följande åtkomstperioder beror åtminstone delvis på ökad motivation att initiera konsumtion och öka smaklighetsstyrd konsumtion. Ytterligare undersökning av dessa processer i COS-bingeing råttor kommer att leda till ökad förståelse för de neurala mekanismerna som ligger bakom binge konsumtion.

Vi tackar Drs. Gary Schwartz och Nicole Avena för hjälpsamma diskussioner, Dr. Schwartz och Animal Energy Balance Phenotyping Core i New York Obesity Nutrition Research Center för användning av operativa kamrar och Niacet Corporation för deras generösa gåva av natriumstearoyllaktylat. Denna forskning stöds av bidrag från Klarman Family Foundation, NARSAD och NIH (MH092757) till SMN, och av ett stipendium från Hilda och Preston Davis Foundation till SL.

Ansvarsfriskrivning för förlag: Detta är en PDF-fil av ett oediterat manuskript som har godkänts för publicering. Som en tjänst till våra kunder tillhandahåller vi denna tidiga version av manuskriptet. Manuskriptet kommer att genomgå copyediting, uppsättning och granskning av det resulterande beviset innan det publiceras i sin slutliga formulär. Observera att under tillverkningsprocessen kan det upptäckas fel som kan påverka innehållet och alla juridiska ansvarsfrister som gäller för tidskriften avser.