Наукові доповіді 5, Номер статті: 10041 (2015)
doi: 10.1038 / srep10041
AbstrЗакусочні картопляні чіпси індукують прийом їжі в ad libitum годували щурів, що пов'язано з модуляцією системи нагородження мозку та іншими схемами. Тут ми показуємо, що прийом їжі в насичених щурах викликаний оптимальним співвідношенням жир / вуглевод. Як і картопляні чіпси, ізокалорична суміш жирів / вуглеводів вплинула на структуру активності всього мозку щурів, впливаючи на схеми, пов'язані, наприклад, з винагородою / залежністю, але кількість модульованих ділянок і ступінь модуляції була нижчою, ніж сама закуска.
Вступ
Доступність приємної їжі може призвести до гедонічної гіперфагії, тобто збільшення споживання енергії і, як наслідок, підвищеного збільшення маси тіла внаслідок зміни структури поведінки прийому їжі1. Щоб викликати споживання їжі поза ситістю, необхідно залучити чинники, які скасовують гомеостатичний енергетичний баланс і насиченість через різні сигнальні шляхи негеостатичної системи винагороди2. Як було показано раніше, прийом картопляних чіпсів з закусочної їжі сильно модулює активність в системі винагороди головного мозку у щурів, що годувалися ad libitum. Крім того, це призводить до істотно різної активації ділянок головного мозку, що регулюють споживання їжі, ситості, сну і рухової активності3. Поведінкові дослідження підтвердили, що споживання енергії та пов'язана з їжею рухова активність була підвищена, коли картопляні чіпси були доступні3. Хоча нейробіологічне регулювання прийому їжі набагато складніше, ніж регулювання наркоманії, деякі суперечливі перекриття нейрофізіологічних механізмів, картини активації мозку і поведінкових наслідків були дискусійно обговорені.4,5,6,7. Залучені схеми мозку сильно активуються прийомом їжі після обмеження, а також прийомом дуже смачних харчових продуктів, зокрема8,9,10. Загалом, дуже смачна їжа є висококалорійною та / або багатою жирами та / або вуглеводами. Таким чином, було висунуто гіпотезу про те, що щільність енергії їжі може бути вирішальним фактором, який викликає споживання їжі поза ситостю, що призводить до підвищеної ваги і, зрештою, при ожирінні11,12.
Нещодавнє поведінкове дослідження показало, що жири і вуглеводи є основними молекулярними детермінантами смакових якостей закусочних13. Крім того, вміст енергії картопляних чіпсів переважно (94%) визначається вмістом жиру і вуглеводів. Тому можна припустити, що енергетичний зміст є рушійною силою гедонічної гіперфагії у випадку картопляних чіпсів. Отже, ми провели тести поведінкових переваг, щоб дослідити споживання продуктів з різним вмістом жирів / вуглеводів і виконали вимірювання магнітно-резонансної томографії (МРТ) для дослідження модуляції активності всього мозку, індукованої у щурів.
Результати і обговорення
Для випробування на переваги додавали порошкоподібну стандартну чау (STD) до кожної пробної їжі (1: 1), щоб виключити вплив органолептичних властивостей (Рис. 1a)13. Раніше було показано, що порядок і тривалість тестових епізодів не впливали на результат13. Спочатку відносне споживання збільшувалося зі збільшенням жиру і, отже, енергетичного вмісту тест-продуктів з максимумом у складі 35% жиру і 45% вуглеводів. Однак більш високий вміст жиру призвів до зниження споживання їжі (Рис. 1a). Оскільки жир має більш високу енергетичну щільність, ніж вуглеводи, ці дані показують, що вміст енергії не є єдиним визначальним фактором прийому їжі у неблагополучних щурів. Примітно, що середнє співвідношення жирів / вуглеводів у найбільш привабливих пробних продуктах майже точно відповідало складу картопляних чіпсів (Рис. 1a). Залишається розслідувати, чи можна розширити вищевикладений висновок до інших харчових продуктів з подібним співвідношенням жирів і вуглеводів, таких як шоколад або інша закуска.
Рисунок 1: (а) активність тестових продуктів з різними співвідношеннями жирів / вуглеводів для індукування додаткового споживання їжі під час короткострокового тестування харчових продуктів (10 хвилин) у тестах з двома виборами.
Різниця в енергетичному споживанні на тест-їжу порівняно з еталонним (17.5% жиру, 32.5% вуглеводів і 50% STD) відображаються як відносний внесок відповідного харчового продукту до загального споживання тест-і референтної їжі (середнє значення ± SD). Нижче показаний склад тестових харчових продуктів і найбільш привабливий середній склад порівнюється з композицією картопляних чіпсів. (b) Споживання енергії та відповідна пов'язана з харчуванням рухова активність протягом фаз безперервного тестування харчових продуктів 7 днів. Обидва фактори показані в залежності від випробовуваних харчових продуктів [стандартна чау (STD) або суміш 35% жиру та 65% вуглеводів (FCH)] на тренувальній фазі (TP) та марганцевій фазі (MnP) протягом 12 / 12 годин світлових / темних циклів протягом 7 днів. Дані показують середнє значення ± SD 16 тварин у 4 клітках протягом 7 днів поспіль. Крім того, перераховані відповідні статистичні дані (** p <0.01, *** p <0.001, ns = не суттєво).
Нещодавно ми показали, що споживання картопляних чіпсів у щурів ad libitum сильно модулює всю діяльність головного мозку, головним чином, впливаючи на систему винагороди і системи, пов'язані з прийомом їжі, сном і руховою активністю.3. Отже, в даному дослідженні досліджено вплив співвідношення жир / вуглевод випробуваного харчового продукту на ці модуляції. Для цієї мети щурів ad libitum піддавали випробуванню харчових продуктів, що містять 35% жиру і 65% вуглеводів (FCH) як майже ізокалорійну (565 проти 535 ккал / 100 g) модель для картопляних чіпсів. Натомість контрольна група отримала порошкоподібну STD. Після цього зміни у моделі активності всього мозку під час фази годівлі реєстрували за допомогою магнітно-резонансної томографії з підвищеною марганцем (MEMRI)14,15 як описано раніше3. Відповідно до дизайну дослідження показано в 1bФаза тренування (ТП), що пропонувала тестову їжу ad libitum, супроводжувалася проміжною фазою без пробного харчового продукту (кожні 7 днів). До вимірювання MEMRI, контрастний агент хлориду марганцю вводили за допомогою дорсально підшкірно імплантованих осмотичних насосів для відображення інтегральної активності мозку протягом наступних семи днів. Під час цієї фази марганцю (MnP) щури відновили доступ до вже відомої пробної їжі. Стандартна паливна чау та вода з крана були доступні ad libitum протягом усього дослідження (1b). У цій тестовій установці порівнювали споживання енергії, а також картину активності всього мозку обох груп і приводили до значного збільшення споживання енергії в групі FCH під час ТП і MnP у світлі, а також у темному циклі дня порівняно з контролем (1b). Крім того, підраховували рухову активність одиночних щурів поблизу дозаторів харчових продуктів. На відміну від інших локомоторних аналізів, таких як тест на відкритому грунті, що вимірює загальну локомоторну активність і тривожність, пов'язана з годуванням рухова активність, яка оцінювалася в даному дослідженні, швидше відображає поведінку, яка шукає їжу. Однак пов'язана з годуванням локомоторна активність була лише незначно підвищеною, коли був доступний ГКХ замість порошкоподібної ЗПСШ під час темного циклу ТП (середня локомоторна активність [кількість] STD 205 ± 46, p = 230, n = 41, p = 4 ) і MnP (середня локомоторна активність [кількість] STD 0.0633 ± 155, FCH 24 ± 164, n = 17, p = 4) (1b). Навпаки, доступ до картопляних чіпсів призвів до набагато вищої пов'язаної з харчуванням рухової активності в порівнянні з тією ж контрольної групою STD під час темного циклу.3, що було значущим як у ТП (середня рухова активність [кількість] STD 205 ± 46, картопляні чіпси 290 ± 52, n = 4, p <0.001), так і в MnP (середня рухова активність [кількість] STD 155 ± 24, картопляні чіпси 197 ± 29, n = 4, p = 0.0011). Таким чином, можна зробити висновок, що співвідношення жир / вуглеводи визначає смакові якості картопляних чіпсів, але що на поведінку годування впливають також інші компоненти закусочної їжі. Однак, залишається спекулятивним, якщо ці відмінності стосуються "бажаючих" та "симпатій" аспектів споживання їжі16.
Моніторинг активності всього мозку за допомогою MEMRI виявив значні відмінності в активації ділянок мозку при прийомі ГКХ порівняно з ЗПСШ (2a, b, Рис. 3, перший стовпець, Таблиця 1). Наведені результати порівнювалися з попередніми дослідженнями MEMRI з модуляції картини активності головного мозку під час прийому картопляних чіпсів проти STD при тих самих умовах3. Перші дані наведені у другому стовпці Фіг. 2 та 3. Хоча FCH мав подібне співвідношення жир / вуглевод і майже ідентична щільність енергії в порівнянні з картопляними чіпсами, FCH активував набагато меншу кількість (33) ділянок головного мозку, що значно відрізняється від STD, ніж картопляні чіпси (області 78, Рис. 2). Ефекти були виявлені у функціональних групах, пов'язаних з винагородою та залежністю (Рис. 3a), споживання їжі (3b), сон (Рис. 3c), а також рухова активність (Рис. 3d). Малюнок 2b показаний огляд всіх істотно по-різному активованих ділянок головного мозку, порівнюючи вплив FCH і картопляних чіпсів, відповідно, з тими STD. Додатково, фракційна зміна активації, тобто поглинання марганцю, що відображає нейрональну активність, рішуче відрізняється щодо споживання FCH проти STD порівняно з картопляними чіпсами проти STD (Рис. 3, третя колонка). Ядром accumbens вважається основна структура системи винагороди17. Споживання ГКГ призвело до істотної 7.8-кратної активації в одній з чотирьох субструктур, ядра субрегіону лівої півкулі. Збільшення оболонкових субрегіонів, а також в основному субрегіоні правої півкулі не було значним (Рис. 3a). Прийом картопляних чіпсів в аналогічних умовах також призвів до найвищої активації далеко за лівим ядром субрегіону nucleus accumbens. Однак у порівнянні з FCH рівень активації в цій підструктурі був навіть удвічі вищим. На відміну від FCH, три інші субструктури також були значно активовані порівняно з контролем (Рис. 3a). Таким чином, можна зробити висновок, що FCH активує системи винагороди в мозку, але з незначним ефектом, ніж картопляні чіпси. Цей висновок також відображається іншими структурами системи винагороди / наркоманії, які значно активізувалися прийомом картопляних чіпсів і FCH, таких як ядро ложа stria terminalis (ліва півкуля).17,18, дорзальний сублікум19або попередня кору (права і ліва півкулі)20. Інші структури мозку, навпаки, не зазнали значного впливу прийому FCH, хоча вони є важливими компонентами схем винагороди і були чітко модульовані прийомом картопляних чіпсів, таких як вентральний паллідум, вентральна тегментальная область, або хвостатий путамен (Таблиця 1)3.
Рисунок 2: (a) Значно відмінно активовані ділянки мозку (суміш вуглеводів 35% жирів / 65% проти стандартної чау (STD) і картопляних чіпсів проти STD3морфометричним аналізом на основі вокселів для трьох зрізів, відображених на середній поверхні головного мозку щура.
Середні дані про харчові групи жирів / вуглеводів (FCH, лівий стовпець) порівнюються зі змінами картини активності головного мозку, індукованої картопляними чіпсами при тих же умовах (розглянуто у Hoch та інші 20133, праворуч). (b) 3D розподіл значно відмінно активованих ділянок головного мозку, що відображаються в осьовому і сагітальному вигляді (35% жир / 65% вуглеводного тестування FCH порівняно з STD, лівою колоною та картопляними чіпсами проти STD, права колонка, переглянута Hoch та інші 20133). Сині кулі символізують ділянки мозку з нижніми, червоними сферами мозку з більш високою активністю після прийому відповідних пробних кормів FCH або картопляних чіпсів3, кожна в порівнянні з STD. Розмір сфер символізує рівні значущості (малий: p ≤ 0.05, середній: p ≤ 0.01, великий: p ≤ 0.001, n = 16).
Рисунок 3: Області мозку, віднесені до функціональних груп (а) "винагорода та залежність", (б) "споживання їжі", (в) "сон" та (г) "рухова активність" на схематичному сагітальному вигляді щура мозок із суттєво різним (р <0.05) накопиченням марганцю в структурах мозку щурів, що харчуються ad libitum, з додатковим доступом до тестової їжі 35% жиру / 65% вуглеводів (FCH, перша колонка) або картопляних чіпсів закусок та ін, 20133, друга колонка).
Червоні прямокутники символізують ділянки мозку, які значно активуються картопляними чіпсами для закусок або FCH, обидва порівняно із порошкоподібною стандартною чау (STD), сині прямокутники відповідних областей мозку з більш високою активністю завдяки надходженню порошкових STD проти картопляних чіпсів або FCH. Трикутники, прикріплені до прямокутників ліворуч та / або праворуч, вказують на півкулю значних відмінностей. Прямокутники без трикутників представляють центральні структури мозку. У третій колонці показано дробову зміну закусочної їжі та FCH відповідно до ЗПСШ (*** p <0.001, ** p <0.01, * p <0.05, n = 16). Ядро Acb: область ядра nucleus accumbens; Оболонка Acb: область оболонки nucleus accumbens, Arc: дугоподібне ядро гіпоталамуса, BNST: ядро ложа stria terminalis, CgCx: поперечна кора, CPu: хвостатий путамен (стратіум), DS: дорсальний субцикул, Gi: гігантоклітинне ядро, GPV: вентральний pallidum, HyDM: дорзомедіальний гіпоталамус, HyL: латеральний гіпоталамус, IlCx: інфралімбічна кора, InsCx: інсулінова кора, IP: між'язове ядро, LPBN: латеральне парабрагіальне ядро, LPGi: латеральне парагігантоцелюлярне ядро, LRt: латеральне сітчасте ядро MC , MCx1: вторинна рухова кора, OrbCx: орбітальна кора, PCRt: парвіцелюлярне ретикулярне ядро, PnO: понтіальне ретикулярне ядро, оральний, PrlCx: прелімбічна кора, PTA: область переджелудочка, PVN: ядро таламуса паравентрикуляра спереду, Raphe: ядро рафе, перегородка: перегородка , Sol: одиночний тракт, Teg: тегментальні ядра, thMD: медіодорзальний таламус, VS: вентральний субцикулюм, VTA: вентральний тегментальний ділянку, ZI: зона incerta.
Таблиця 1: Z-бали достовірно по-різному активованих ділянок головного мозку, порівнюючи щурів з доступом або тільки до стандартної чау або тільки до суміші жирів і вуглеводів і відповідних p-значень t-статистики, n = 16.
Аналогічні висновки можна зробити з аналізу мозкових кіл, які пов'язані з прийомом їжі. Наприклад, дорсомедіальний гіпоталамус, перегородка, а також паравентрикулярне ядро таламуса, які активувалися під час прийому FCH і картопляних чіпсів, можуть бути пов'язані з контролем надходження їжі21,22. Але знову ж таки, FCH не змінювала інші структури ланцюгів насичення, які були дезактивовані картопляними чіпсами, такими як дугоподібне ядро гіпоталамуса або одиночний тракт. Крім того, інтенсивність активації була меншою за ГКГ, ніж за картопляними чіпсами, що було відображено, наприклад, за допомогою 2.3-кратної значно вищої активації паравентрикулярного ядра переднього таламуса (3b). Ці дані дозволяють припустити, що FCH модулює структури мозку, пов'язані з прийомом їжі, інакше, ніж STD, ефект, який може бути відображений більш високим енергоспоживанням через FCH (1b).
Споживання ГКХ також призвело до сильної дезактивації структур мозку, пов'язаних зі сном. Деякі ділянки головного мозку деактивували лише FCH, такі як zona incerta (Рис. 3c), тоді як інші ділянки були дезактивовані тільки картопляними чіпсами, такими як ядра тігмента. Хоча вісім структур, пов'язаних зі сном, модулювалися FCH і одинадцять картопляними чіпсами, вплив обох тестових харчових продуктів виявився схожим. Оскільки цього результату не очікувалося, тривалість сну не була виміряна в даному дослідженні так, що не ясно, чи індукована FCH модуляція циклів сну корелює з модуляцією сну.
Регіони мозку, відповідальні за рухову активність і рух в цілому, не мали суттєвого впливу прийому ГКХ порівняно з ЗПСШ (Рис. 3d, перша колонка). Це одночасно з поведінковими спостереженнями, що FCH індукує лише незначно, але незначно вищу пов'язану з їжею рухову активність у порівнянні з STD (1b). Навпаки, було показано, що активація структур моторної системи в мозку щурів з доступом до картопляних чіпсів супроводжувалася підвищеною пов'язаною з харчуванням руховою активністю.3.
Не зовсім зрозуміло, чи спостережувана картина активації пов'язана з гедонічною гіперфагією. На відміну від гомеостатичного прийому їжі, який контролюється енергетичним рівнем організму, прийом гедонічної їжі опосередковується нагородою, що генерується деякими продуктами харчування23. Оскільки гедонічне споживання їжі не пов'язане з енергетичними потребами, воно часто призводить до гіперфагії. Розроблено моделі, що описують нейронні кореляти гедонічної гіперфагії. Berthoud, наприклад, припускає, що гомеостатичний прийом їжі пов'язаний з лептин-чутливими схемами, які включають головним чином дугоподібне ядро і ядро солітарного тракту, але також охоплюють широкий спектр інших областей, включаючи гіпоталамічні ділянки, такі як паравентрикулярное ядро або nucleus accumbens23,24. Це гомеостатичне регулювання прийому їжі може, однак, бути відхилене сигналами винагороди, такими як компоненти уподобання та бажані25. Уподобання їжі було пов'язано з му-опіоїдною сигналізацією в nucleus accumbens, вентральному паллідумі, парабрахіальному ядрі і ядрі солітарного тракту.24, в той час як прагнення до їжі було пов'язано з дофаміновою системою в вентральній тегментальной області, nucleus accumbens, префронтальній корі, мигдалині і гіпоталамусі. Кенні додатково підкреслив внесок острівної кори, який повинен зберігати інформацію про гедонічні властивості їжі, а також може бути пов'язаний з тягою10. На відміну від картини активації мозку, пов'язаної з прийомом картопляних чіпсів, лише деякі з цих областей, пов'язаних з гедонічною гіперфагією, були насправді під впливом прийому FCH. Тому для того, щоб досліджувати переваги ГКГ, супроводжується гіперфагією, необхідні розширені поведінкові експерименти.
До теперішнього часу не зовсім зрозуміло, які молекулярні компоненти картопляних чіпсів є відповідальними за сильніші ефекти модуляції мозку цього тестового продукту. Оскільки використовувався солоний, але ненасичений продукт без додавання підсилювача смаку, сіль, ароматизатор і незначні кількості білків були присутні, крім основних компонентів жиру і вуглеводів. Крім того, необхідно враховувати молекулярні зміни, що відбуваються під час обробки. Раніше було показано, що смак солі індукував експресію Fos в ядрі акумунів щурів, позбавлених солі. Прийом солі у неосвіжених тварин, навпаки, не призвів до активації цієї структури системи винагород26. Більше того, повідомлялося, що прийом солі в твердій їжі швидше викликав аверсивний ефект у щурів27. Тому не представляється ймовірним, що сіль була основним модулятором системи винагороди мозку в даних експериментах. Раніше введений тест на два вибору тепер може служити для подальшого дослідження впливу інших компонентів картопляних чіпсів на споживання їжі.
На підставі наших поведінкових даних ми робимо висновок, що співвідношення жиру і вуглеводів, але не абсолютної щільності енергії, є основним фактором, що визначає смакову привабливість і прийом закусок під час короткострокових тестів на перевагу у двох вибору у щурів. Більш того, споживання суміші FCH, яка майже ізокалорічна до картопляних чіпсів, індукувало максимальне споживання енергії у щурів ad libitum, що супроводжувалося значною активацією структур мозку, пов'язаних з винагородою, прийомом їжі та сном. Прийом картопляних чіпсів при тих же умовах призвів до набагато більшої кількості різних активованих структур мозку в цих ланцюгах, а також до чітко вищої фракційної зміни порівняно з STD. Таким чином, з підходу візуалізації можна зробити висновок, що тільки щільність енергії є лише помірною детермінантою корисних властивостей закусочних продуктів. Хоча співвідношення жиру і вуглеводів картопляних чіпсів виглядає дуже привабливим, можна припустити, що в цій закуски існують інші молекулярні детермінанти, які модулюють активність мозкових ланцюгів, особливо систему винагороди, ще сильніше і призводять до збільшення їжі шукає поведінку.
Методи
Етичне твердження
Це дослідження проводилося у суворій відповідності з рекомендаціями Керівництва з догляду та використання лабораторних тварин Національних інститутів охорони здоров'я. Протокол був схвалений Комітетом з етики експериментів на тваринах Університету Фрідріха-Олександра Ерланген-Нюрнберг (Regierung Mittelfranken, номер дозволу: 54-2532.1-28 / 12).
Перевага тесту
Випробування переваги проводилися, як описано раніше три рази на день протягом світлового циклу протягом 10 хвилин, кожен з повторами 20 – 36 у загальній кількості на тест-їжу проти еталона13. Цей графік тесту забезпечує достатню кількість даних для оцінки переваги харчування. Випробування проводили з самцями щурів Wistar 8 (клітини 2 з тваринами 4, 571 ± 41, придбані у Charles River, Sulzfeld, Німеччина) і відтворювалися з самцями щурів Sprague Dawley 10 (клітини 2 з тваринами 5, початкова вага 543 ± 71 g, придбаний у Charles River, Sulzfeld, Німеччина), який був підготовлений для проведення тесту. Таким чином, кількість тварин, які виконували кожне випробування, становило 18 і кількість клітин 4 (чотири біологічні реплікати). Кожен експеримент повторювався раз 5 – 6 з кожною групою тварин. Всі щури зберігали в циклі темно / світло 12 / 12 h. Щури мали доступ до стандартних гранул чау (Altromin 1324, Lage, Німеччина, 4 г / 100 г жиру (F), 52.5 г / 100 г вуглеводів (CH), 19 г / 100 г білка (P)) на додаток до випробування харчових продуктів і водопровідну воду ad libitum протягом усього дослідження. Для порівняння відповідної активності з метою споживання їжі використовували харчові продукти з різними співвідношеннями F (соняшникова олія, придбана у місцевому супермаркеті) та СН (мальтодекстрин, декстрин 15 з кукурудзяного крохмалю, Fluka, Німеччина), змішані з порошкоподібною STD з 50%. . Порошковий STD був доданий для мінімізації текстурних і сенсорних впливів на споживання. В якості посилальної їжі для всіх тестів поведінкових переваг використовувалася суміш 50% порошкоподібної STD, 17.5% F і 32.5% CH, яка має дуже подібний F / CH склад як 50% картопляних чіпсів в STD і використовується як модель для 50% картопляних чіпсів в STD раніше13. Крім того, ми тестували продукти, що складаються з порошкоподібної STD 50% з додаванням наступних сумішей F і CH (% F /% CH): 5 / 45, 10 / 40, 17.5 / 32.5, 25 / 25, 30 / 20, 35 / 15, 40 / 10, 45 / 5 і 50 / 0. Враховуючи склад 50% STD, еталонну їжу, що міститься в загальній складності (% F /% CH) 20 / 59, інші харчові продукти 7 / 71, 12 / 66, 20 / 59, 27 / 51, 32 / 46, 37 / 41, 42 / 36, 47 / 31 і 52 / 26. Вміст всіх інших компонентів порошкоподібних STD, таких як білок (9%), клітковина (3%), або мінерали (зола, 3.5%) були постійними у всіх тест-продуктах.
Енергетичне споживання, залежне від відповідного тестового продукту, обчислювалося шляхом множення кількості споживаної пробної їжі з її відповідним вмістом енергії. Відносний внесок одного тестового харчового продукту до суми пробного харчового продукту і еталонної кількості обчислювали шляхом ділення кількості відповідного харчового продукту на загальний прийом тест-їжі та посилання.
Запис поведінкових даних для споживання енергії та пов'язаної з годуванням рухової активності
Поведінкові дані реєстрували, як описано раніше3. Коротко, тест-прийом їжі вимірювався щоденно, а споживання енергії обчислювалося шляхом множення маси взятого тестового їжі на відповідний вміст енергії. Пов'язана з годуванням рухова активність була визначена кількісно за допомогою фотографій з веб-камери, які були зроблені кожні 10 секунд над кліткою. Один підрахунок визначали як "одна щур виявляє рухову активність поблизу одного дозатора їжі". Для статистичної оцінки t-тести Стьюдента (двосторонні) виконували, використовуючи середнє значення (споживання енергії або пов'язана з годуванням локомоторна активність) протягом 7 днів (TP або MnP) у клітці (n = 4 клітини, загалом щури 16 у кожній групі).
Запис картини активності всього мозку за допомогою MEMRI
Самців щурів Wistar (початкова вага 261 ± 19 g, придбані у Charles River, Sulzfeld, Germany), що зберігалися в циклі темно / світло 12 / 12 h, були випадковим чином поділені на дві групи. Обидві групи мали ad libitum доступ до стандартних пелюстків чау (Altromin 1324, Altromin, Lage, Німеччина) протягом усього курсу дослідження.
Одна група (n = 16, початкова маса тіла 256 ± 21 g), отримана порошкоподібною STD (Altromin 1321), а інша група (n = 16, початкова маса тіла 266 ± 16 g) отримала суміш 35% F (соняшникова олія, придбаний у місцевому супермаркеті) і 65% CH (мальтодекстрин, декстрин 15 з кукурудзяного крохмалю, Fluka, Taufkirchen, Німеччина) додатково до стандартних пелюстків чау. Дане дослідження було проведено паралельно з раніше опублікованим дослідженням на картопляних чіпсах3так, щоб однакова група контролю могла бути використана, що дозволяє максимально порівняти набори даних.
MEMRI (МРТ 4.7 T Bruker з використанням оптимізованої модифікованої керованої рівноваги перетворення Фур'є (MDEFT)) використовувався для відображення активації мозку з точним дозволом 109 × 109 × 440 μm (деталі див. Hoch та інші 20133). Оскільки чутливість MEMRI є меншою порівняно з тестами на переваги, тестові продукти були представлені протягом більш тривалого періоду часу. Записи вимагають відносно високих концентрацій потенційно токсичного контрастного агента марганцю, який досягає мозку лише через кілька годин після нанесення. Щоб уникнути негативних побічних ефектів на основну фізіологію та поведінку тварин внаслідок ін'єкції розчину хлориду марганцю в дозах, достатніх для вимірювання МЕМРІ, осмотичні насоси слугували для м'якого, але досить тривалого безперервного застосування нетоксичних кількостей марганцю. , які накопичувалися в активованих областях головного мозку протягом усього періоду тестування харчових продуктів 7-день28. Дослідження, підготовка осмотичних насосів, параметри для вимірювань МРТ, обробка даних, а також запис споживання їжі та пов'язаної з їжею рухової активності було описано раніше3. Оригінальні значення сірого кольору МРТ сегментованого мозку на одну тварину були зареєстровані шляхом не жорсткої реєстрації3. На основі цих зареєстрованих даних було проведено морфометричний аналіз на основі вокселів, і отримані статистичні параметри були візуалізовані. Т-тести на основі Z-балів були виконані для виявлення значних відмінностей в активації мозку. Для візуалізації 3D розподілу значно відмінно активованих структур мозку ми представляли кожну структуру мозку як сферу в її центрі тяжіння. Координати були отримані з цифрового атласу мозку 3D. Радіус кожної сфери використовувався для кодування його значущості, а коди інтенсивності затінення - різниця активності до STD.
Додаткова інформація
Як навести цю статтю: Hoch, T. та інші Співвідношення жирів / вуглеводів, але не щільність енергії визначає споживання закусочної їжі і активує зони винагородження мозку. Sci. Rep. 510041; doi: 10.1038 / srep10041 (2015).
посилання
- 1.
La Fleur, SE, Luijendijk, MCM, van der Zwaal, EM, Brans, MAD & Adan, RAH Закусочна щура як модель людського ожиріння: ефекти вільного вибору з високим вмістом жиру високоякісної дієти на прийоми їжі. Int. J. Obes. 38, 643 – 649 (2014).
· 2.
Berthoud, H.-R. Гомеостатичні та не гомеостатичні шляхи, що беруть участь у контролі надходження їжі та енергетичного балансу. Ожиріння. 14 S8, 197S – 200S (2006).
· 3.
Хох, Т., Крейц, С., Гаффлінг, С., Пішецрідер, М. і Гесс, А. Магнітно-резонансна томографія з підвищеною марганцевою здатністю для відображення моделей активності всього мозку, пов'язаних з прийомом закусок у щурів, що живляться за кордоном. PLoS ONE. 8, e55354; 10.1371 / journal.pone.0055354 (2013).
· 4.
Волков, Н.Д. & Мудрий, Р.А. Як наркоманія допоможе нам зрозуміти ожиріння? Nat. Neurosci. 8, 555 – 560 (2005).
· 5.
Berthoud, H.-R. Метаболічні і гедонічні диски в нервовому контролі апетиту: хто ж бос? Curr. Opin. Neurobiol. 21, 888 – 896 (2011).
· 6.
Гірхардт, АН, Грило, CM, DiLeone, RJ, Браунелл, KD & Potenza, MN Чи може їжа викликати залежність? Наслідки громадського здоров'я та політики. Наркоманія. 106, 1208 – 1212 (2011).
· 7.
Hebebrand, J. та інші «Залежність від їжі», а не «харчова залежність», краще фіксує поведінку їжі, що викликає звикання. Неврологія. БіоБехав. Rev. 47, 295 – 306 (2014).
· 8.
Епштейн, DH & Шахам, Ю. Щури, що їдять сирний пиріг, і питання про харчову залежність. Nat. Neurosci. 13, 529 – 531 (2010).
· 9.
DiLeone, RJ, Taylor, JR & Picciotto, MR Прагнення до їжі: порівняння та відмінності між механізмами нагороди їжі та наркоманії. Nat. Neurosci. 15, 1330 – 1335 (2012).
· 10.
Кенні, PJ Загальні клітинні і молекулярні механізми при ожирінні і наркоманії. Нат Rev. Neurosci. 12, 638 – 651 (2011).
· 11.
Rolls, BJ & Bell, EA Споживання жиру і вуглеводів: роль щільності енергії. Євро. J. Clin. Nutr. 53 (Suppl 1), S166 – 173 (1999).
· 12.
Шафат, А., Мюррей, Б. і Рамсі, Д. Щільність енергії в їдальні дієти викликала гіперфагію у щурів. Апетит. 52, 34 – 38 (2009).
· 13.
Хох, Т., Пішецрідер, М. і Гесс, А. Прийом закусочної їжі в ad libitum годували щурів, викликаний комбінацією жиру і вуглеводів. Фронт. Психол. 5250; 10.3389 / fpsyg.2014.00250 (2014).
· 14.
Лін, Ю. Й. та Корецький, А.П. Іон марганцю посилює МРТ під час активації головного мозку T1: підхід до прямої візуалізації функції мозку. Магн. Reson. Med. 38, 378 – 388 (1997).
· 15.
Корецький, А.П. & Сільва, А.С. Магнітно-резонансна томографія (МЕМРІ). ЯМР Biomed. 17, 527 – 531 (2004).
· 16.
Berridge, KC Задоволення мозку. Мозок Конь. 52, 106 – 128 (2003).
· 17.
Хабер, С.Н. і Натсон, Б. Схема винагороди: зв'язування анатомії приматів і візуалізації людини. Нейропсіхофармакологіі 35, 4 – 26 (2010).
· 18.
Еппінг-Джордан, депутат, Марку, А. і Коб, ГФ Антагоніст рецептора D-1 дофаміну SCH 23390 вводять в дорсолатеральне ядро ліжка Stria terminalis і зменшують підсилення кокаїну у щурів. Мозок Рес. 784, 105 – 115 (1998).
· 19.
Мартін-Фардон, Р., Ciccocioppo, R., Aujla, H. & Weiss, F. Спинний сублікум опосередковує придбання умовного відновлення кокаїну. Нейропсіхофармакологіі. 33, 1827 – 1834 (2008).
· 20.
Limpens, JHW, Damsteegt, R., Broekhoven, MH, Voorn, P. & Vanderschuren, LJMJ Фармакологічна інактивація попередньої кори головного мозку емулює компульсивное прагнення шукати у щурів. Мозок Рес.; 10.1016 / j.brainres.2014.10.045 (2014).
21.
Беллінгер, Л.Л. & Бернардіс, Л.Л. Дорсомедіальне ядро гіпоталамусу та його роль у вживанні та вживанні тіла: уроки, отримані при вивченні уражень. Physiol. Behav. 76, 431 – 442 (2002).
· 22.
Стратфорд, TR та Віртсхафтер, Д. Ін'єкції мусцимолу в паравентрикулярне ядро таламуса, але не медіодоральні ядра таламуса, індукують харчування у щурів. Мозок Рес. 1490, 128 – 133 (2013).
· 23.
Harrold, JA, Dovey, TM, Blundell, JE & Halford, JCG Регулювання апетиту в ЦНС. Нейрофармакологія 63, 3 – 17 (2012).
· 24.
Berthoud, H.-R. Нейронний контроль апетиту: перехресні розмови між гомеостатичними і не гомеостатичними системами. Апетит. 43, 315 – 317 (2004).
· 25.
Berridge, KC Продовольча винагорода: Мозок субстратів бажаючих і симпатії. Неврологія. БіоБехав. Rev. 20, 1 – 25 (1996).
· 26.
Voorhies, AC & Bernstein, IL Індукція та експресія сольового апетиту: вплив на вираз Fos в nucleus accumbens. Бехав Мозок Рес. 172, 90 – 96 (2006).
· 27.
Бошан, Г.К. і Бертіно, М. Щури (Rattus norvegicus) не віддають перевагу солоній твердій їжі. J. Comp. Психол. 99, 240 – 247 (1985).
· 28.
Ещенко О.В. та інші Відображення функціональної активності мозку у щурів, що вільно поводяться, під час добровільного запуску з використанням МРТ з марганцем: наслідки для поздовжніх досліджень. Neuroimage 49, 2544 – 2555 (2010).
· 29.
Денблейкер, М., Ніклус, Д.М., Вагнер, П.Дж., Уорд, Х.Г. & Сіманський, К.Дж. Активація мю-опіоїдних рецепторів в латеральному парабрахіальному ядрі підвищує експресію c-Fos в областях переднього мозку, пов'язаних з регуляцією калорій, винагородою і пізнанням. Неврологія 162, 224 – 233 (2009).
· 30.
Ернандес, Л. та Хобель, BG Харчове винагороду і кокаїн збільшують позаклітинний дофамін в nucleus accumbens, виміряний за допомогою мікродіалізу. Наук про життя 42, 1705 – 1712 (1988).
· 31.
Zahm, DS та інші Fos після одноразового і повторного самостійного введення кокаїну і фізіологічного розчину у щурів: акцент на базальному передньому мозку і повторному калібруванні експресії. Нейропсіхофармакологіі 35, 445 – 463 (2010).
· 32.
Олівейра, Лос-Анджелес, Джентіл, КГ і Ковіан, МР Роль області перегородки в кормовому поведінці викликана електричною стимуляцією бічного гіпоталамуса щура. Braz. J. Med. Biol. Res. 23, 49 – 58 (1990).
· 33.
Chase, MH Підтвердження консенсусу про те, що глицинергическое постсинаптичне інгібування відповідає за атонію швидкого сну. сон. 31, 1487 – 1491 (2008).
· 34.
Сіріє, К., Гервасоні, Д., Луппі, П.-Х. & Леже, Л. Роль латерального парагігантно-клітинного ядра в мережі парадоксального (РЗМ) сну: електрофізіологічне та анатомічне дослідження у щурів. PLoS ONE. 7, e28724; 10.1371 / journal.pone.0028724 (2012).
· 35.
Трепель, М. Нейроанатомія. Структура і функція 3rd ред. Urban & Fischer, München, 2003).
36.
Міллер, А.М., Міллер, Р.Б., Обермайер, В.Х., Бехан, М. & Бенка, Р.М. Pretectum опосередковує швидке регулювання сну через світло. Behav. Neurosci. 113, 755 – 765 (1999).
· 37.
Легер, Л. та інші Допамінергічні нейрони, що експресують Fos під час пробудження і парадоксального сну у щурів. Дж. Хім. Нейроанат. 39, 262 – 271 (2010).
37.
o
Подяки
Дослідження є частиною проекту Neurotrition, який підтримується ініціативою FAU Emerging Fields. Крім того, ми дякуємо Крістін Мейснер за коректуру рукопису.
інформація про автора
Приналежність
1. Відділ хімії харчових продуктів, Відділ хімії та фармації, Центр Еміля Фішера, Університет Фрідріха-Олександра Ерланген-Нюрнберг (FAU), Ерланген, Німеччина
o Тобіас Хох
o & Monika Pischetsrieder
2. Інститут експериментальної та клінічної фармакології та токсикології, Центр Еміля Фішера, Університет Фрідріха-Олександра Ерланген-Нюрнберг (FAU), Ерланген, Німеччина
o Сілке Крейц
o & Андреас Гесс
3. Лабораторія розпізнавання зразків, Ерланген-Нюрнберг (FAU), Ерланген, Німеччина
o Сімона Гаффлінг
4. Школа передових оптичних технологій (SAOT), Університет Фрідріха-Олександра Ерланген-Нюрнберг (FAU), Ерланген, Німеччина
o Сімона Гаффлінг
Внески
Задуманий і розроблений експерименти: THMPAH Виконані експерименти: THAH Аналізували дані: THSKSGAH Інтерпретували дані THMPAH Внесені реагенти / матеріали / інструменти аналізу: AHMP Написав папір: THMPAH
Конфлікт інтересів
Автори заявляють про відсутність конкуруючих фінансових інтересів.
Відповідний автор
Кореспонденція Моніка Пішецридер.
;