Am J Clin Nutr ก.ย. 2013; 98 (3): 641 – 647
เผยแพร่ออนไลน์ Jun 26, 2013 ดอย: 10.3945 / ajcn.113.064113
PMCID: PMC3743729
Belinda S Lennerz, David C Alsop, Laura M Holsen, Emily Stern, Rafael Rojas, Cara B Ebbeling, จิลล์เอ็มโกลด์สตีนและ David S Ludwig
บทความนี้ได้รับ อ้างถึงโดย บทความอื่น ๆ ใน PMC
นามธรรม
พื้นหลัง: ด้านคุณภาพของอาหารมีผลต่อพฤติกรรมการกิน แต่กลไกทางสรีรวิทยาสำหรับผลกระทบอิสระแคลอรี่เหล่านี้ยังคงเป็นการเก็งกำไร
วัตถุประสงค์: เราตรวจสอบผลกระทบของดัชนีระดับน้ำตาลในเลือด (GI) ต่อการทำงานของสมองในช่วงหลังตอนปลายหลังจากช่วงเวลาปกติระหว่างช่วงเวลาปกติ
ได้รับการออกแบบ: ด้วยการใช้การออกแบบแบบสุ่ม, ตาบอด, ครอสโอเวอร์, ผู้ชาย 12 ที่มีน้ำหนักเกินหรือเป็นโรคอ้วนที่มีอายุ 18 – 35 y บริโภคอาหารที่มีค่า GI สูงและต่ำที่ควบคุมแคลอรี่ธาตุอาหารหลักและความอร่อยในโอกาส 2 ผลลัพธ์หลักคือการไหลเวียนของเลือดในสมองเป็นตัวชี้วัดการทำงานของสมองซึ่งได้รับการประเมินโดยการใช้การถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าฟังก์ชั่นการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก 4 ชั่วโมงหลังมื้ออาหาร เราตั้งสมมติฐานว่าการทำงานของสมองจะดีขึ้นหลังจากมื้ออาหารที่มีค่า GI สูงในพื้นที่ที่มีความเกี่ยวข้องกับพฤติกรรมการกินของรางวัลและความอยาก
ผลการศึกษา: ระดับน้ำตาลในเลือดเพิ่มขึ้นในพลาสมา (พื้นที่ 2-h ภายใต้โค้ง) เป็น 2.4- พับมากขึ้นหลังจากที่สูงกว่าอาหาร GI ต่ำP = 0.0001) ระดับน้ำตาลในเลือดต่ำกว่าปกติ (หมายถึง± SE: 4.7 ± 0.14 เปรียบเทียบกับ 5.3 ± 0.16 mmol / L; P = 0.005) และความหิวรายงานมากกว่า (P = 0.04) 4 h หลังอาหารสูงกว่าอาหาร GI ต่ำ ในเวลานี้อาหารที่มีค่า GI สูงทำให้เกิดการทำงานของสมองที่มากขึ้นโดยมีศูนย์กลางอยู่ที่นิวเคลียสที่ถูกต้อง P = 0.0006 พร้อมการปรับสำหรับการเปรียบเทียบหลายรายการ) ที่แพร่กระจายไปยังพื้นที่อื่นของ striatum ที่ถูกต้องและไปที่บริเวณจมูก
สรุป: เมื่อเปรียบเทียบกับมื้ออาหารที่มีค่า GI ต่ำ isocaloric อาหารที่มีค่า GI สูงจะลดระดับน้ำตาลในเลือดเพิ่มความหิวและกระตุ้นสมองส่วนที่เกี่ยวข้องกับการให้รางวัลและความอยากอาหารในช่วงหลังตอนปลายซึ่งเป็นเวลาที่มีความสำคัญเป็นพิเศษต่อพฤติกรรมการกิน อาหาร การทดลองนี้ถูกลงทะเบียนเวลา clinicaltrials.gov เช่นเดียวกับ NCT01064778
บทนำ
ระบบ dopaminergic mesolimbic ของสมองซึ่งมาบรรจบกับนิวเคลียส accumbens (ส่วนหนึ่งของ striatum) มีบทบาทสำคัญในการให้รางวัลและความอยากอาหารและระบบนี้ดูเหมือนจะไกล่เกลี่ยการตอบสนองอาหาร hedonic (1-3) ในการศึกษาหนูความเข้มข้นของ extracellular ของโดปามีนและเมตาโบไลท์ในนิวเคลียส accumbens เพิ่มขึ้นมากขึ้นหลังจากการบริโภคอาหารที่มีความน่ากินสูงกว่าอาหารเม็ดมาตรฐาน4) ยิ่งกว่านั้น microinjections ของ opiate เข้าไปในนิวเคลียส accumbens เพิ่มการบริโภคอาหารและค่ารางวัลของอาหาร (5) การศึกษาทางคลินิกที่ใช้การถ่ายภาพสมองที่ทำงานได้รายงานว่ามีการกระตุ้นมากขึ้นในนิวเคลียส accumbens หรือภูมิภาคอื่นของ striatum ในคนอ้วนมากกว่าคนที่ไม่ติดมันหลังจากที่พวกเขาดูหรือบริโภคอาหารแคลอรี่ที่อร่อย6-11) น่าสนใจโดยเฉพาะอย่างยิ่ง dopamine striatal D2 ความพร้อมใช้งานของตัวรับนั้นลดลงอย่างมีนัยสำคัญในผู้ที่เป็นโรคอ้วนมากกว่าในกลุ่มควบคุมที่ไม่ใช่คู่11) ซึ่งเพิ่มความเป็นไปได้ที่การกินมากเกินไปอาจชดเชยกิจกรรมโดปามีนต่ำ อย่างไรก็ตามการเปรียบเทียบระหว่างกลุ่มคนลีนและคนอ้วนไม่สามารถประเมินทิศทางของสาเหตุได้
การสังเกตทางสรีรวิทยาเกี่ยวกับดัชนี glycemic (GI)5 จัดให้มีกลไกสำหรับการทำความเข้าใจว่าปัจจัยด้านอาหารที่เฉพาะเจาะจงนอกเหนือไปจากความอร่อยอาจทำให้เกิดความอยากอาหารและการกินมากเกินไป GI อธิบายว่าอาหารที่มีคาร์โบไฮเดรตมีผลต่อระดับน้ำตาลในเลือดอย่างไรในสภาวะหลังตอนกลางวัน (12, 13) ตามที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ในวัยรุ่นอ้วน13, 14) การบริโภคอาหารที่มีระดับสูงเมื่อเทียบกับอาหารที่มีค่า GI ต่ำส่งผลให้ระดับน้ำตาลในเลือดและอินซูลินสูงขึ้นในช่วงหลังตอนต้น (0 – 2 h) ซึ่งตามมาด้วยระดับน้ำตาลในเลือดลดลงในช่วงหลังตอนปลาย (3 – 5 ชั่วโมง ) การลดระดับกลูโคสในเลือดซึ่งมักจะลดลงต่ำกว่าความเข้มข้นในการอดอาหารโดย 4 h หลังมื้ออาหารที่มีค่า GI สูงอาจทำให้เกิดความหิวโหยมากเกินไปการกินมากเกินไปและการตั้งค่าอาหารที่ทำให้ระดับน้ำตาลในเลือดกลับสู่ปกติ (เช่น GI สูง)15-17), วงจรการแพร่กระจายของการกินมากเกินไป ที่จริงแล้วในการศึกษาของผู้ใหญ่ที่มีน้ำหนักน้อยและเป็นโรคอ้วนการลดระดับอินซูลินที่เกิดจากค่าน้ำตาลกลูโคสในเลือดจาก 4.9 เป็น 3.7 mmol / L นั้นเพิ่มขึ้นกระตุ้นการกระตุ้นการทำงานของอาหารของ striatum และความต้องการอาหารแคลอรี่สูง18) ในการสำรวจกลไกเหล่านี้เราเปรียบเทียบผลกระทบของการทดสอบอาหารสูงและต่ำ GI ที่ควบคุมแคลอรี่เนื้อหา macronutrient แหล่งส่วนผสมและความอร่อยในช่วงหลังตอนปลายตอนปลายตอนปลายโดยใช้สมองสมองทำงานของวงจรรางวัลที่เกี่ยวข้องกับแรงจูงใจด้านอาหารและสมดุลพลังงาน
หัวข้อและวิธีการ
เราทำการศึกษาครอสโอเวอร์แบบสุ่มตาบอดและตาบอดในชายหนุ่มที่มีน้ำหนักเกินและอ้วนและเปรียบเทียบผลของการทดสอบอาหารสูงและต่ำ GI ต่อ 2 d แยกจากกันโดย 2 – 8 wk ผลลัพธ์หลักคือการไหลเวียนของเลือดในสมองเป็นตัวชี้วัดของการทำงานของสมองพักผ่อนซึ่งถูกกำหนดโดยใช้การติดฉลากหลอดเลือดแดงหมุน (ASL) fMRI 4 ชั่วโมงหลังจากรับประทานอาหารการทดสอบ เราตั้งสมมติฐานว่าอาหารที่มีค่า GI สูงจะเพิ่มกิจกรรมใน striatum, hypothalamus, amygdala, hippocampus, cingulate, orbitofrontal cortex และ insular cortex ซึ่งเป็นบริเวณที่เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมการกินของรางวัลและการติดยา (6-11) เป้าหมายรอง ได้แก่ ระดับน้ำตาลในเลือด, ระดับอินซูลินในเลือด, และรายงานความหิวตลอดช่วงเวลาหลังคลอดของ 5-h ความอร่อยของอาหารทดสอบนั้นถูกประเมินด้วยการใช้ 10-cm visual analog scale (VAS) การรักษาทางสถิติรวมถึงการกำหนดพื้นที่สมองที่น่าสนใจและการแก้ไขเพื่อการเปรียบเทียบหลายอย่าง โปรโตคอลดังกล่าวดำเนินการที่และได้รับการตรวจสอบด้านจริยธรรมจากศูนย์การแพทย์เบ ธ อิสราเอลผู้ดูแลวัด (Boston, MA) การทดลองถูกลงทะเบียนที่ Clinicaltrials.gov เป็น NCT01064778 และผู้เข้าร่วมให้ความยินยอมเป็นลายลักษณ์อักษร รวบรวมข้อมูลระหว่าง 24 April 2010 และ 25 กุมภาพันธ์ 2011
ผู้เข้าร่วมกิจกรรม
ผู้เข้าร่วมได้รับคัดเลือกด้วยใบปลิวและโปสเตอร์ที่เผยแพร่ในเขตเมืองบอสตันและรายชื่ออินเทอร์เน็ต เกณฑ์การรวมเป็นเพศชายอายุระหว่าง 18 และ 35 y และ BMI (เป็นกิโลกรัม / เมตร2) ≥25 ผู้หญิงไม่ได้ถูกรวมไว้ในการศึกษาครั้งแรกนี้เพื่อหลีกเลี่ยงการรบกวนที่อาจเกิดขึ้นจากรอบประจำเดือน (19). เกณฑ์การยกเว้นเป็นปัญหาทางการแพทย์ที่สำคัญการใช้ยาที่ส่งผลต่อความอยากอาหารหรือน้ำหนักตัวการสูบบุหรี่หรือการใช้ยาเพื่อการพักผ่อนหย่อนใจการออกกำลังกายในระดับสูงการมีส่วนร่วมในโปรแกรมลดน้ำหนักในปัจจุบันหรือการเปลี่ยนแปลงของน้ำหนักตัว> 5% ในก่อนหน้านี้ 6 เดือนการแพ้หรือการแพ้อาหารทดสอบและข้อห้ามใด ๆ ในขั้นตอน MRI [เช่นการปลูกถ่ายโลหะที่ห้ามใช้น้ำหนัก> 300 ปอนด์ (136 กก.)] การมีสิทธิ์ได้รับการประเมินโดยการคัดกรองทางโทรศัพท์ตามด้วยเซสชั่นการประเมินตัวต่อตัว ในช่วงการประเมินผลเราได้รับมาตรการทางมานุษยวิทยาและทำการทดสอบความทนทานต่อกลูโคสในช่องปาก นอกจากนี้ผู้เข้าร่วมจะสุ่มตัวอย่างอาหารทดสอบและได้รับการตรวจลำดับ MRI เพื่อยืนยันความสามารถในการทนต่อขั้นตอน
ผู้เข้าร่วมที่ลงทะเบียนจะถูกป้อนตามลำดับลงในรายการงานที่มอบหมายแบบสุ่ม (จัดทำโดยศูนย์วิจัยทางคลินิกที่โรงพยาบาลเด็กบอสตัน) สำหรับลำดับมื้ออาหารทดสอบโดยใช้บล็อกที่ได้รับอนุญาตแบบสุ่มจำนวน 4 มื้ออาหารทดสอบเหลวถูกจัดให้กับผู้เข้าร่วมโดยเจ้าหน้าที่การศึกษาในถ้วยกระดาษ . อาหารทดสอบทั้งสองมีลักษณะกลิ่นและรสชาติคล้ายกัน ผู้เข้าร่วมและเจ้าหน้าที่วิจัยทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการรวบรวมข้อมูลถูกปิดบังตามลำดับการแทรกแซง ผู้เข้าร่วมได้รับ $ 250 สำหรับการทำโปรโตคอล
ทดสอบอาหาร
อาหารทดสอบถูกดัดแปลงจาก Botero et al (20) เพื่อให้ได้ความหวานและความอร่อยที่คล้ายคลึงกันในการทดสอบรสชาติที่เกี่ยวข้องกับการศึกษา ตามที่ปรากฏใน 1 ตารางทั้งมื้อทดสอบประกอบด้วยส่วนประกอบที่คล้ายกันและมีการกระจาย macronutrient เดียวกัน (ซอฟต์แวร์ ProNutra เวอร์ชัน 3.3.0.10; Viocare Technologies Inc) GI ที่ทำนายไว้ของอาหารทดสอบ GI สูงและต่ำคือ 84% และ 37% ตามลำดับโดยใช้กลูโคสเป็นมาตรฐานอ้างอิง ปริมาณแคลอรี่ของมื้อทดสอบได้รับการพิจารณาเป็นรายบุคคลเพื่อให้ผู้เข้าร่วมแต่ละคนมี 25% ของความต้องการพลังงานรายวันบนพื้นฐานของการประมาณการค่าใช้จ่ายด้านพลังงาน (21) และปัจจัยกิจกรรมของ 1.2
ขั้นตอนการ
ในช่วงการประเมินผลจะทำการวัดความสูงและน้ำหนักข้อมูลการพรรณนาพื้นฐาน (รวมถึงเชื้อชาติและเผ่าพันธุ์ที่รายงานด้วยตนเอง) ถูกรวบรวมและฮอร์โมนกระตุ้นต่อมไทรอยด์ในซีรัม (ไปยังหน้าจอสำหรับภาวะไทรอยด์ทำงาน) ผู้เข้าร่วมได้รับการทดสอบความทนทานต่อกลูโคสในช่องปากของ 75-g (เครื่องดื่ม 10-O-75; Azer Scientific) ด้วยการสุ่มตัวอย่างของพลาสมากลูโคสและอินซูลินในซีรัมที่ 0, 30, 60, 90 และ 120 ขั้นต่ำ
เซสชันการทดสอบถูกคั่นด้วย 2 – 8 wk ผู้เข้าร่วมได้รับคำแนะนำให้หลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงในการรับประทานอาหารเป็นปกติและระดับการออกกำลังกายสำหรับ 2 d ก่อนการทดสอบแต่ละครั้งและรักษาน้ำหนักตัวไว้ในระดับ 2.5% ของพื้นฐานตลอดการศึกษา ผู้เข้าร่วมมาถึงทั้งช่วงการทดสอบระหว่าง 0800 และ 0930 หลังจากอดอาหาร≥12 h และงดดื่มแอลกอฮอล์ตั้งแต่เมื่อเย็นวาน ที่จุดเริ่มต้นของแต่ละเซสชั่นประเมินช่วงเวลาสุขภาพระยะเวลาของการได้รับการยืนยันและน้ำหนักและความดันโลหิตถูกวัด วางสายสวนหลอดเลือดดำ 20-gauge เพื่อสุ่มตัวอย่างเลือด หลังจากช่วงเวลาการปรับสภาพ 30 นาทีขั้นต่ำอาหารทดสอบที่กำหนดแบบสุ่มจะถูกบริโภคอย่างครบถ้วนภายใน 5 นาที ตัวอย่างเลือดและการจัดอันดับความหิวได้รับก่อนและทุกๆ 30 ขั้นต่ำหลังจากเริ่มการทดสอบอาหารในช่วงเวลาหลังการทำ 5-h เราไม่สามารถใช้อุปกรณ์ที่ทำด้วยมือที่เป็นโลหะเพื่อทำให้หลอดเลือดดำเลือดแดงใกล้กับเครื่อง fMRI และความเครียดที่เกิดจากแท่งนิ้วซ้ำ ๆ สำหรับเลือดฝอยอาจทำให้ผลการศึกษาเบื้องต้นสับสน การใช้เลือดดำอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดความเข้มข้นของกลูโคสในเลือดของหลอดเลือดแดงด้านบนและด้านล่างของความเข้มข้นในการอดอาหารโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอาหาร GI สูงซึ่งประกอบด้วยข้อ จำกัด การศึกษา (22) ความอร่อยได้รับการประเมินหลังจากเสร็จสิ้นการทดสอบอาหารและดำเนินการ neuroimaging หลังจาก 4 ชั่วโมง
การวัด
น้ำหนักถูกวัดในชุดโรงพยาบาลและชุดชั้นในที่มีแสงด้วยเครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์ที่ปรับเทียบแล้ว (Scaletronix) วัดความสูงด้วย stadiometer ที่ปรับเทียบแล้ว (Holtman Ltd) BMI คำนวณโดยการหารน้ำหนักเป็นกิโลกรัมด้วยตารางความสูงเป็นเมตร ได้รับความดันโลหิตด้วยระบบอัตโนมัติ (จอภาพ IntelliVue; Phillips Healthcare) โดยผู้เข้าร่วมนั่งเงียบ ๆ เป็นเวลา 5 นาที วัดระดับกลูโคสในพลาสมาและฮอร์โมนกระตุ้นต่อมไทรอยด์ด้วยวิธีการทางห้องปฏิบัติการปรับปรุงการรับรองทางคลินิก (Labcorp) เซรั่มถูกเตรียมโดยการหมุนเหวี่ยงและเก็บไว้ที่ −80 ° C สำหรับการวัดอินซูลินในหนึ่งชุดในตอนท้ายของการศึกษา (ห้องปฏิบัติการ Catalyst Central Harvard Catalyst)
ความอร่อยถูกประเมินด้วยคำถาม“ อาหารมื้อนี้อร่อยแค่ไหน?” ผู้เข้าร่วมได้รับคำสั่งให้ทำเครื่องหมายในแนวตั้งบน VN 10-cm ด้วยการยึดด้วยวาจาที่อยู่ในช่วง "ไม่อร่อยเลย" (0 cm) ถึง "อร่อยมาก" ( 10 ซม.) ประเมินความหิวในทำนองเดียวกันโดยมีคำถามว่า "คุณหิวแค่ไหนในตอนนี้?" และสมอพูดด้วยวาจาตั้งแต่ "ไม่หิวเลย" เป็น "หิวมาก" (14).
Neuroimaging ดำเนินการที่ 4 h หลังจากมื้ออาหารทดสอบเมื่อระดับน้ำตาลในเลือดตกต่ำหลังจากที่คาดว่าจะมีอาหาร GI ระดับสูง (14) โดยใช้สแกนเนอร์ GE 3Tesla ทั้งตัว (GE Healthcare) การไหลเวียนของเลือดในสมองถูกกำหนดโดยใช้ ASL ซึ่งเป็นวิธีการที่ใช้ MRI ซึ่งใช้สนามแม่เหล็กภายนอกที่ใช้ในการติดฉลากชั่วคราวน้ำไหลของเลือดแดงสำหรับใช้เป็นเครื่องติดตามที่แพร่กระจาย ได้รับการสแกน 3-plane localizer ตามด้วยชุดข้อมูลน้ำหนัก T1 สำหรับความสัมพันธ์เชิงกายวิภาค (Modified Driven Equilibrium Fourier Transform)23) ด้วยเวลาการทำซ้ำของ 7.9 ms, echo time ของ 3.2 ms, ระนาบแบนด์วิดธ์ 32-kHz แบนด์วิดธ์การได้รับโครนัล, 24 × 19 มุมมองภาพ, ความละเอียด 1-mm ในระนาบและ 1.6-mm เวลาในการเตรียมคือ 1100 ms ที่มีความอิ่มตัวซ้ำแล้วซ้ำอีกในช่วงเริ่มต้นของการจัดทำและพัลส์ Adiabatic Inversion Pulse 500 ms ก่อนทำการถ่ายภาพ หลังจากลำดับเหล่านี้ได้รับการสแกน ASL ตามวิธีที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ (24) ลำดับที่ใช้การติดฉลากแบบหลอกด้วยการปราบปรามพื้นหลังเพื่อลดสิ่งประดิษฐ์การเคลื่อนไหว Xnumx หลายมิติกองซ้อนของการถ่ายภาพเกลียวความละเอียดของภาพของ 3 มม. ในระนาบและสี่สิบสี่ชิ้น 3.8 มม. ต่อเล่มเดียว การติดฉลาก Pseudocontinuous สำหรับ 4 s ด้วย 1.5-s postlabeling ล่าช้าก่อนที่จะได้รับภาพ (25) ถูกดำเนินการ 1 ซม. ด้านล่างฐานของ cerebellum (ค่าเฉลี่ย 4 ของฉลากและการควบคุมและ 2 ภาพที่ไม่มีการชดเชยสำหรับปริมาณการไหลเวียนของเลือดในสมองได้มา) การไหลเวียนของเลือดในสมองถูกตรวจวัดด้วยซอฟต์แวร์ที่ปรับแต่งตามที่รายงานก่อนหน้านี้ (24-26).
การวิเคราะห์ทางสถิติ
การศึกษาถูกออกแบบมาเพื่อให้พลังงาน 80% โดยใช้อัตราข้อผิดพลาด 5% ประเภทที่ 1 ในการตรวจสอบความแตกต่างในการไหลเวียนของเลือดในสมองของ 11.8% โดยสันนิษฐานว่าขนาดตัวอย่างของผู้เข้าร่วม 12, SD ที่เหลือของ 11% สำหรับการวัดเดี่ยว สหสัมพันธ์ของ 0.6 ตัวอย่างที่บรรลุของผู้เข้าร่วม 11 ที่มีข้อมูลที่ใช้ประโยชน์ได้นั้นให้กำลัง 80% ในการตรวจจับความแตกต่างของ 12.4% โดยมีข้อสมมติฐานอื่น ๆ ที่เหลืออยู่ทั้งหมด
การวิเคราะห์ข้อมูล neuroimaging ได้ดำเนินการภายในสภาพแวดล้อมการวิเคราะห์ภาพทางสถิติ Parametric Mapping (SPM5; Wellcome กรมประสาทวิทยาองค์ความรู้) ภาพการไหลเวียนของเลือดในสมองถูกปรับให้เป็นภาพแรกและเปลี่ยนเป็นพื้นที่กายวิภาคมาตรฐาน (Montreal Neurologic Institute / International Consortium สำหรับการทำแผนที่สมอง) (27) โดยใช้ตัวแปรการลงทะเบียนที่ได้จากอัลกอริทึมการปรับสภาพ SPM5 ภาพถูกทำให้เรียบด้วยความกว้างเต็ม 8-mm ที่เคอร์เนลสูงสุดครึ่งหนึ่งในการเตรียมตัวสำหรับการวิเคราะห์ทางสถิติ
เราตรวจสอบพื้นที่ stereotactic โดยใช้เทมเพลตภายในชุดเครื่องมือ Pickatlas ของ WFU (28) จากทั้งหมด 334 บริเวณกายวิภาคที่ไม่ได้มีการคืนค่าตลอดทั้งสมองพื้นที่ที่ได้รับการกำหนดล่วงหน้าที่น่าสนใจครอบคลุม 25 แยกพื้นที่ (เห็น ตารางเสริม 1 ภายใต้“ ข้อมูลเพิ่มเติม” ในปัญหาออนไลน์) เพื่อทดสอบสมมติฐานหลักของเราเราเปรียบเทียบความแตกต่างในการไหลเวียนของเลือดในระดับภูมิภาค (อาหารที่มีค่า GI สูงลบด้วยอาหารที่มีค่า GI ต่ำ) โดยใช้คู่ 2 tailed t การทดสอบที่ปรับสำหรับเอฟเฟกต์คำสั่งและด้วยการแก้ไข Bonferroni สำหรับการเปรียบเทียบหลาย ๆ แบบ P ค่าคูณด้วย 25) เพื่อพรรณนาการกระจายของความแตกต่างของการไหลเวียนของเลือดในสมองเราได้ทำการวิเคราะห์ voxel-by-voxel โดยใช้อัลกอริทึมของโมเดลเชิงเส้นทั่วไป (29) และเกณฑ์ทางสถิติของ P ≤ 0.002
AUCs ที่เพิ่มขึ้นสำหรับระดับน้ำตาลในพลาสมา (0 – 2 h), ซีรั่มอินซูลิน (0 – 2 h), และความหิว (0 – 5 h) ถูกคำนวณโดยใช้วิธี trapezoidal พื้นที่และค่าเหล่านี้สำหรับผลลัพธ์เหล่านี้ที่ 4 h (จุดเวลาที่กำหนดล่วงหน้าของความสนใจหลัก) ได้รับการวิเคราะห์สำหรับเอฟเฟกต์อาหารทดสอบโดยใช้ 2-side, paired t ทดสอบด้วยซอฟต์แวร์ SAS (รุ่น 9.2; SAS Institute Inc) การปรับเอฟเฟกต์คำสั่งซื้อนั้นไม่มีผลต่อผลลัพธ์เหล่านี้อย่างมีนัยสำคัญ เพื่อตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรทางสรีรวิทยาและการเปิดใช้งานสมองการวิเคราะห์แบบจำลองเชิงเส้นทั่วไปได้ดำเนินการกับการไหลเวียนของเลือดในนิวเคลียสที่เหมาะสม accumbens เป็นตัวแปรขึ้นอยู่กับจำนวนผู้เข้าร่วมและตัวแปรการเผาผลาญตามลำดับเป็นตัวแปรอิสระ ข้อมูลจะถูกนำเสนอเป็นวิธีการและที่ระบุ SEs
ผล
ผู้เข้าร่วมการศึกษา
จากการคัดเลือกบุคคล 89 เราได้ลงทะเบียนผู้ชาย 13 ด้วยการออกกลางคัน 1 ก่อนที่จะบริหารอาหารมื้อแรก (รูป 1) ผู้เข้าร่วม 12 ที่เหลือรวมถึง 2 Hispanics, 3 คนผิวดำที่ไม่ใช่ชาวสเปนและคนผิวขาวที่ไม่ใช่คนฮิสแป 7 อายุเฉลี่ยคือ 29.1 y (ช่วง: 20 – 35 y), BMI คือ 32.9 (ช่วง: 26 – 41), ความเข้มข้นของกลูโคสในพลาสมาที่ถือศีลอดคือ 4.9 mmol / L (ช่วง: 3.6 – 6.2 mmol / L) คือ 10.3 μU / mL (ช่วง: 0.8 – 25.5 μU / mL) ข้อมูลการถ่ายภาพสำหรับผู้เข้าร่วมหนึ่งรายไม่สมบูรณ์เนื่องจากข้อผิดพลาดในการจัดเก็บข้อมูล ผู้เข้าร่วมคนอื่นทำโพรโทคอลจนเสร็จสมบูรณ์
การตอบสนองแบบอัตนัยและชีวเคมีเพื่อทดสอบอาหาร
ความอร่อยของอาหารทดสอบสูงและต่ำ GI ไม่แตกต่างกันตามคำตอบใน 10-cm VAS (5.5 ± 0.67 เปรียบเทียบกับ 5.3 ± 0.65 cm ตามลำดับ; P = 0.7) สอดคล้องกับ GI ที่ทำนายไว้ (1 ตาราง) การเพิ่มขึ้นของ 2-h AUC สำหรับกลูโคสคือ 2.4-fold มากกว่าหลังจากการทดสอบอาหารที่มีค่า GI สูงกว่า (2.9 ± 0.36 เมื่อเทียบกับ 1.2 ± 0.27 mmol · h / L ตามลำดับ; P = 0.0001) (รูป 2) 2-h AUC ที่เพิ่มขึ้นสำหรับอินซูลิน (127.1 ± 18.1 เปรียบเทียบกับ 72.8 ± 9.78 μU· h / mL; P = 0.003) และ 5-h AUC ที่เพิ่มขึ้นสำหรับความหิว (0.45 ± 2.75 เปรียบเทียบกับ −5.2 ± 3.73 cm · h; P = 0.04) ก็ยิ่งมากขึ้นหลังจากมื้ออาหารทดสอบที่มีค่า GI สูงกว่าตามลำดับ ที่ 4 h ในช่วงหลังตอนกลางวันความเข้มข้นของกลูโคสในเลือดต่ำกว่า (4.7 ± 0.14 เมื่อเทียบกับ 5.3 ± 0.16 mmol / L P = 0.005) และการเปลี่ยนแปลงความหิวจากพื้นฐานมากขึ้น (1.65 ± 0.79 เปรียบเทียบกับ −0.01 cm ± 0.92; P = 0.04) หลังการทดสอบอาหารระดับสูงต่ำกว่า GI ตามลำดับ
การถ่ายภาพสมอง
การไหลเวียนของเลือดในสมองมีค่าสูงกว่า 4 h หลังจากอาหารที่มีค่า GI สูงในระดับต่ำในนิวเคลียสที่เหมาะสม (ความแตกต่างเฉลี่ย: 4.4 ± 0.56 mL · 100 g-1 ·นาที-1; ช่วง: 2.1 – 7.3 mL · 100 g-1 ·นาที-1; ความแตกต่างสัมพัทธ์ 8.2%) ความแตกต่างนี้ยังคงมีความสำคัญหลังจากการแก้ไข Bonferroni สำหรับภูมิภาคกายวิภาคที่น่าสนใจของ 25P = 0.0006) และหลังการแก้ไขสำหรับภูมิภาคสมอง 334 ที่ไม่ได้มีการสำรอง (P = 0.009) การวิเคราะห์ด้วยภาพแสดงให้เห็นว่าภูมิภาคเดียวในนิวเคลียสที่ถูกต้องที่ Montreal Neurologic Institute / International Consortium สำหรับการทำแผนที่สมองพิกัด 8, 8, −10 (สูงสุด t = 9.34) และค่าสูงสุดท้องถิ่นอื่นที่พิกัด 12, 12, 2 (t = 5.16) ซึ่งแพร่กระจายไปยังพื้นที่อื่นของ striatum ขวา (caudate, putamen, และ globus pallidus) และ olfactory area (รูป 3) เราไม่ได้สังเกตเห็นความแตกต่างใน striatum contralateral หรือภูมิภาคอื่น ๆ ที่น่าสนใจ
ความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรการเผาผลาญอาหารและการไหลเวียนของเลือดในนิวเคลียสที่เหมาะสมจะแสดงขึ้น 2 ตาราง. ตัวแปรทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับพลาสมากลูโคสอินซูลินในเลือดและความหิวมีความสัมพันธ์อย่างมีนัยสำคัญกับการไหลเวียนของเลือดในนิวเคลียสที่ถูกต้องในขณะที่ความอิ่มอร่อยของมื้ออาหารไม่ได้
อภิปราย
การบริโภคอาหารถูกควบคุมโดยระบบ hedonic และ homeostatic (3) ที่ทำหน้าที่ในอดีตเพื่อรักษา BMI หมายถึงอยู่ในช่วงที่ดีต่อสุขภาพภายใต้สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันอย่างกว้างขวาง อย่างไรก็ตามการระบาดของโรคอ้วนทำให้อุปทานอาหารมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงเนื่องจากการบริโภคผลิตภัณฑ์อาหารแปรรูปที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วซึ่งส่วนใหญ่มาจากสินค้าธัญพืช เป็นผลให้โหลดระดับน้ำตาลในเลือด (ผลิตภัณฑ์คูณของ GI และปริมาณคาร์โบไฮเดรต) (30) ของอาหารสหรัฐได้เพิ่มขึ้นอย่างมากในช่วงครึ่งศตวรรษที่ผ่านมาและแนวโน้มทางโลกนี้อาจส่งผลเสียต่อทั้งสองระบบที่ควบคุมการบริโภคอาหาร การลดลงของระดับน้ำตาลในเลือด (และเชื้อเพลิงเผาผลาญอื่น ๆ ) (13, 14) ในช่วงหลังตอนปลายตอนปลายหลังจากมื้ออาหาร GI สูงจะไม่เพียง แต่เป็นสัญญาณความหิวโหย homeostatic ที่มีประสิทธิภาพ (15) แต่ยังเพิ่มค่าความชอบของอาหารผ่านการเปิดใช้งาน striatal (18) การรวมกันของเหตุการณ์ทางสรีรวิทยาอาจส่งเสริมความอยากอาหารด้วยการตั้งค่าพิเศษสำหรับคาร์โบไฮเดรตสูง GI (16, 17) ดังนั้นจึงเผยแพร่รอบของการกินมากเกินไป นอกจากนี้การเปิดใช้งานซ้ำของ striatum อาจลดความพร้อมใช้งานตัวรับโดปามีนและเพิ่มระดับไดรฟ์ให้มากขึ้นเพื่อให้กินมากเกินไป (11).
การศึกษาครั้งนี้มีจุดแข็งหลายประการ อันดับแรกเราใช้ ASL ซึ่งเป็นเทคนิคการถ่ายภาพแบบใหม่ที่ให้การวัดปริมาณการไหลเวียนของเลือดในสมอง วิธีการทั่วไป (fMRI ระดับออกซิเจนในเลือดขึ้นอยู่กับ) ประเมินการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันในการทำงานของสมองไม่แตกต่างกันอย่างแน่นอนซึ่งมักจะ จำกัด การสังเกตไปไม่กี่นาทีหลังจากการก่อกวนทางสรีรวิทยา ด้วย ASL เราสามารถตรวจสอบผลกระทบถาวรของมื้ออาหารทดสอบโดยไม่ต้องมีสิ่งเร้าทับ (เช่นรูปภาพอาหารแคลอรี่สูง) ประการที่สองเราใช้การแทรกแซงแบบไขว้มากกว่าการเปรียบเทียบแบบตัดขวางระหว่างกลุ่ม (เช่นการเปรียบเทียบกับการเป็นโรคอ้วน) ซึ่งให้พลังทางสถิติที่เพิ่มขึ้นและหลักฐานสำหรับทิศทางเชิงสาเหตุ ประการที่สามเรามุ่งเน้นไปที่ปัจจัยอาหารที่เฉพาะเจาะจงโดยการควบคุมเนื้อหาแคลอรี่องค์ประกอบ macronutrient แหล่งส่วนผสมและรูปแบบอาหารแทนที่จะเปรียบเทียบอาหารที่แตกต่างกันอย่างไม่มีการลด (เช่นชีสเค้กเมื่อเทียบกับผัก) (6, 10, 31, 32) ประการที่สี่มื้อทดสอบ 2 ได้รับการออกแบบและจัดทำเอกสารเพื่อให้มีความอร่อยที่คล้ายคลึงกันซึ่งช่วยในการคลี่คลายผลการเผาผลาญจากการตอบสนอง hedonic ทันที ประการที่ห้าเราตรวจสอบช่วงเวลาภายหลังตอนปลายตอนปลายซึ่งเป็นเวลาที่มีความสำคัญเป็นพิเศษกับพฤติกรรมการกินในมื้อต่อไป การศึกษาก่อนหน้านี้มักจะ จำกัด ระยะเวลาในการสังเกต≤1 h หลังจากการบริโภคอาหารเมื่อระดับการดูดซึมของกลูโคสและอาหารที่มีค่า GI สูงอาจปรากฏขึ้นชั่วคราวเพื่อให้ประโยชน์ต่อการทำงานของสมอง (33) หกเราใช้อาหารผสมกับองค์ประกอบ macronutrient และโหลดระดับน้ำตาลในเลือดในช่วงที่แพร่หลาย ดังนั้นการค้นพบนี้มีความเกี่ยวข้องกับอาหารเช้าที่มีค่า GI สูงที่นิยมบริโภคกันทั่วไปในสหรัฐอเมริกา (เช่นครีมชีสเบเกิลและปราศจากไขมัน) (12).
ข้อ จำกัด การศึกษาที่สำคัญ ได้แก่ ขนาดที่เล็กและการเน้นเฉพาะสำหรับผู้ชายที่มีน้ำหนักเกินและเป็นโรคอ้วน การศึกษาขนาดเล็กนั้นจำกัดความสามารถในการมองเห็นทั่วไปและเพิ่มความเสี่ยงในการค้นหาเท็จ การศึกษาของเราแม้จะมีขนาดของมันมีพลังที่แข็งแกร่งในการทดสอบสมมติฐานเบื้องต้นที่มีการปรับสำหรับการเปรียบเทียบหลาย ๆ การศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับการควบคุมแบบลีนผู้หญิงและคนอ้วนก่อนและหลังการลดน้ำหนักจะเป็นข้อมูล เราไม่ได้ประเมินการตอบสนองความชอบในเรื่องอาหารหรือความอยากอาหารโดยตรงดังนั้นเราจึงไม่สามารถสำรวจความสัมพันธ์ระหว่างค่าความรู้สึกส่วนตัวกับการกระตุ้นสมอง นอกจากนี้รูปแบบของเหลวของอาหารทดสอบ จำกัด ข้อสรุปทั่วไปของการค้นพบกับอาหารแข็ง
การตีความอื่น ๆ อีกมากมายรับประกันการพิจารณา เราไม่ได้คาดหวังผลของ GI ในสมองที่ จำกัด อยู่ที่ซีกโลกด้านขวาแม้ว่าก่อนหน้านี้การมีส่วนร่วมจะเกี่ยวข้องกับความผิดปกติของระบบประสาทซึ่งเกี่ยวข้องกับวงจรรางวัล อันที่จริงแล้วการศึกษาที่เปรียบเทียบความไวต่ออินซูลินเมื่อเปรียบเทียบกับผู้ชายที่ดื้อต่ออินซูลินแสดงให้เห็นถึงผลที่แตกต่างของการบริหารอินซูลินอย่างเป็นระบบต่อเมแทบอลิซึมของกลูโคสสำหรับด้านขวา34) นอกจากนี้เรายังไม่ได้สังเกตเห็นความแตกต่างในบริเวณสมองที่ได้รับการกำหนดล่วงหน้าอื่น ๆ ด้วยเช่นกันเนื่องจากการศึกษาของเราขาดพลังในการมองเห็นผลที่แข็งแกร่งน้อยกว่าหรือเพราะผลดังกล่าวไม่ได้เกิดขึ้นในช่วงเวลา 4-h อย่างไรก็ตามการจัดการทางเคมีของนิวเคลียส accumbens ในหนูส่งผลในการกระตุ้นของเซลล์ประสาท orexigenic และการยับยั้งของเซลล์ประสาท anorexigenic ในมลรัฐ (35) ซึ่งแสดงให้เห็นถึงอิทธิพลของ striatum ในพื้นที่สมองอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการให้อาหาร
นอกเหนือจากการให้รางวัลและความอยากอาหารแล้วนิวเคลียส accumbens มีส่วนเกี่ยวข้องอย่างมากในการใช้สารเสพติดและการพึ่งพา (36-38) ให้ตั้งคำถามว่าอาหารบางประเภทอาจติดอยู่หรือเปล่า แท้จริงแล้วความคิดเรื่องการเสพติดอาหารได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางจากหนังสืออาหารและรายงานพอสมควรและมีการสอบสวนทางวิชาการมากขึ้นเรื่อย ๆ การศึกษาล่าสุดที่ใช้ระดับออกซิเจนในเลือดแบบดั้งเดิม - ขึ้นอยู่กับ fMRI ได้แสดงให้เห็นการเลือกเกินในนิวเคลียส accumbens และพื้นที่สมองที่เกี่ยวข้องในโรคอ้วนเมื่อเทียบกับบุคคลที่ไม่ติดมันเมื่อแสดงให้เห็นจินตนาการของอาหารอร่อยมาก (6-11) และในวิชาที่มีคะแนนสูงในการวัดการติดอาหาร (39) อย่างไรก็ตามมันอาจจะเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ว่าการตอบสนองความสุขที่เกี่ยวข้องกับอาหารนั้นไม่ได้แตกต่างไปจากความเพลิดเพลินของนักกอล์ฟที่ดูภาพของสีเขียวหรือการได้ยินเสียงเพลงที่สวยงาม (40) ในทางตรงกันข้ามกับการวิจัยก่อนหน้าการศึกษาของเราใช้อาหารทดสอบที่มีความอร่อยและวิธี ASL เพื่อตรวจสอบการทำงานของสมองที่ไม่มีการกระตุ้นหลังจาก 4 h อย่างไรก็ตามความถูกต้องของแนวคิดของการติดอาหารยังคงถกเถียงกันอย่างจริงจัง (41-47) อาหารเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเอาชีวิตรอดและบางคนสามารถบริโภคผลิตภัณฑ์อาหารที่มีค่า GI สูง (และแคลอรี่สูงแปรรูปสูง) เป็นจำนวนมากโดยไม่มีผลกระทบทางร่างกายหรือจิตใจที่ชัดเจน ดังนั้นการประยุกต์ใช้แนวคิดของการติดยาเสพติดอาหารใบสำคัญแสดงสิทธิพิเศษเพิ่มเติม interventional กลไกและการศึกษาเชิงสังเกต
โดยสรุปเราแสดงให้เห็นว่าการบริโภคอาหารที่มีค่า GI สูงเมื่อเปรียบเทียบกับอาหารที่มีค่า GI ต่ำจะเพิ่มกิจกรรมในบริเวณสมองที่เกี่ยวข้องกับการรับประทานอาหารรางวัลและความอยากอาหารในช่วงหลังตอนปลายตอนปลายซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับระดับน้ำตาลในเลือดต่ำ ความหิว การค้นพบ neurophysiologic เหล่านี้พร้อมกับการศึกษาการให้อาหารบำรุงรักษาลดน้ำหนักอีกต่อไป (48, 49) แนะนำให้ลดการบริโภคคาร์โบไฮเดรตที่มีค่า GI สูง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งผลิตภัณฑ์จากธัญพืชที่ผ่านการแปรรูปอย่างสูงมันฝรั่งและน้ำตาลเข้มข้น) อาจช่วยให้การกินมากเกินไปและช่วยบำรุงรักษาน้ำหนักให้ดีขึ้นในผู้ที่มีน้ำหนักเกินและอ้วน
กิตติกรรมประกาศ
เราขอขอบคุณ Dorota Pawlak, Simon Warfield และ Phillip Pizzo สำหรับการกระตุ้นการสนทนาและคำแนะนำ Joanna Radziejowska สำหรับความช่วยเหลือเกี่ยวกับสูตรอาหารและการเตรียมอาหาร และ Henry Feldman สำหรับคำแนะนำทางสถิติ บุคคลเหล่านี้ไม่ได้รับค่าตอบแทนสำหรับการบริจาคของพวกเขา
ความรับผิดชอบของผู้เขียนมีดังนี้ - DCA, CBE, JMG, LMH, BSL, DSL และ ES: จัดเตรียมแนวคิดและการออกแบบ DCA และ BSL: ข้อมูลที่ได้มาและความเชี่ยวชาญทางสถิติ; DCA, JMG, LMH, BSL และ DSL: วิเคราะห์และตีความข้อมูล BSL และ DSL: ร่างต้นฉบับ; DCA, CBE, JMG, LMH, RR และ ES: แก้ไขต้นฉบับอย่างยิ่ง RR: ให้การสนับสนุนทางเทคนิค DCA, BSL และ DSL: ได้รับเงินทุน; DCA และ DSL: ให้การดูแล; และ DSL: ในฐานะผู้ตรวจสอบหลักสามารถเข้าถึงข้อมูลทั้งหมดในการศึกษาได้อย่างสมบูรณ์และรับผิดชอบต่อความถูกต้องของข้อมูลและความถูกต้องของการวิเคราะห์ข้อมูล DCA ได้รับทุนจาก NIH และ GE Healthcare ซึ่งเป็นผู้ขาย MRI สำหรับการพัฒนาเทคนิคการถ่ายภาพและการใช้งานและค่าลิขสิทธิ์ผ่านสถาบันการศึกษาในปัจจุบันและอดีตของเขาสำหรับการประดิษฐ์ที่เกี่ยวข้องกับเทคนิค ASL ที่ใช้ในการศึกษานี้ DSL ได้รับเงินช่วยเหลือจาก NIH และมูลนิธิเพื่อการวิจัยเกี่ยวกับโรคอ้วนการให้คำปรึกษาและการดูแลผู้ป่วยและค่าลิขสิทธิ์จากหนังสือเกี่ยวกับโรคอ้วนในวัยเด็ก BSL, LMH, ES, RR, CBE และ JMG รายงานว่าไม่มีความขัดแย้งทางผลประโยชน์
เชิงอรรถ
5ตัวย่อที่ใช้: ASL, การติดฉลากของหลอดเลือดแดงหมุน; GI, ดัชนีระดับน้ำตาลในเลือด; VAS มาตราส่วนแบบอะนาล็อกที่มองเห็น
ข้อมูลอ้างอิง
;