Când mâncați alimente, rezultă o interacțiune complexă între componentele alimentelor, microbiomul nostru intestinal și răspunsul intestinului și creierului. Se pare că un tip de acid gras rezultat din acest proces poate ajuta la reducerea poftei de mâncare.

împotriva

În NERD # 6, Margaret Leitch a discutat despre neurobiologia comportamentului alimentar. Practic, industria alimentară este excelentă pentru a scoate la dispoziție cele mai bune produse alimentare, făcându-l „hiper-plăcut” pentru consumatori. Expunerea cronică la alimentele hiper-gustabile poate duce la modificări ale chimiei creierului, similar cu modificările observate la consumul de droguri. Oamenii devin literalmente dependenți de aceste alimente și pot experimenta simptome de sevraj când încetează să le mai mănânce.

Se pare că gustul nostru pentru mâncare și sistemul de recompensă implicat în hiper-palatabilitate implică o combinație de regiuni ale creierului (prezentate în Figura 1) implicate în reglarea emoției, luarea deciziilor și controlul impulsurilor: hipotalamusul, nucleul accumbens, amigdala, insula anterioară, nucleul caudat și cortexul orbitofrontal (OFC). Aceste regiuni reacționează ca răspuns la numeroși hormoni intestinali produși în stomac, intestin subțire, pancreas și colon, precum și indicii vizuale și olfactive (miros).

De exemplu, peptida de tip glucagon 1 (GLP-1) și peptida YY (PYY) sunt secretate de celulele din ileon (porțiunea finală a intestinului subțire) și din colon ca răspuns la alimente, în special carbohidrați și grăsimi. Infuzia de GLP-1 reduce aportul de energie atât la indivizii slabi, cât și la cei supraponderali, efect considerat a fi cauzat cel puțin parțial de GLP-1 care afectează hipotalamusul și regiunile creierului caudat. S-a demonstrat, de asemenea, că infuzia de PYY reduce consumul de alimente și foamea la persoanele slabe și obeze.

Deși au existat o cantitate extraordinară de cercetări care investighează modul în care acești hormoni și alți hormoni intestinali influențează reglarea creierului apetitului, cercetările emergente sugerează că nu toți potențialii modulatori creierului sunt creați de noi. O parte masivă a sistemului digestiv care poate influența sațietatea este microbiomul intestinal. Dovezile la rozătoare sugerează că suplimentarea cu amidon rezistent (un tip de fibre fermentabile) influențează pofta de mâncare prin efecte asupra expresiei genelor și a creierului. Rezultate similare au fost observate și cu fibrele beta-glucan și inulină.

Toate fibrele de mai sus au în comun faptul că sunt metabolizate de microbiomul intestinal, producând acizi grași cu lanț scurt (SCFA) ca produs secundar. SCFA primare sunt acetat, propionat și butirat. Cercetările preliminare efectuate pe animale sugerează că acetatul circulant traversează bariera hematoencefalică pentru a influența direct centrele de reglare a apetitului. În plus, s-a demonstrat că SCFA promovează eliberarea mai multor hormoni intestinali care promovează sațietatea prin influența lor asupra creierului.

Recent, cercetările efectuate la om au arătat că administrarea de propionat direct în colon crește secreția de PYY și GLP-1 și reduce aportul de energie la o masă tip bufet. De asemenea, a redus semnificativ creșterea în greutate pe o perioadă de suplimentare de 24 de săptămâni. Acest lucru a fost făcut cu un ester de inulină-propionat (IPE), prin care propionatul este legat printr-o legătură esterică cu inulina, o moleculă purtătoare. Legătura esterică este descompusă de bacteriile intestinale, ceea ce duce la livrarea de propionat direct în colon.

Studiul analizat a fost o continuare a cercetării IPE de mai sus. Acesta a căutat să examineze efectul unei creșteri acute a producției de propionat de colon asupra aportului de energie și a regiunilor creierului implicate în procesarea recompenselor și consumul.

Satietatea și recompensa alimentară sunt un dans complicat între numeroși hormoni intestinali, microbiomul intestinal și creier. Cercetările anterioare au arătat că creșterea cantității de propionat de acid gras cu lanț scurt în colonul uman reduce greutatea și apetitul. Studiul actual a încercat să examineze modul în care crește propionatul influențează aportul de energie și activitatea creierului.

Cine și ce a fost studiat?

Douăzeci de bărbați sănătoși au participat la acest studiu încrucișat randomizat, controlat cu placebo, cu un singur orb. Majoritatea erau europeni albi de vârstă mijlocie (90%) cu un IMC mediu de 25 (supraponderal) și un procent mediu de grăsime corporală de 20,6%.

Participanții au participat la două vizite de studiu separate la cel puțin șase zile distanță. La sosire, măsurătorile de bază ale greutății și compoziției corpului au fost colectate cu un dispozitiv de impedanță bioelectrică. În plus, probe de sânge pentru analiza glucozei, insulinei, GLP-1, PYY și SCFA, probe de hidrogen de respirație pentru analiza fermentației de către microbiom în colon și evaluări ale scării analogice vizuale pentru dispoziție și apetit au fost colectate la fiecare 30 de minute pe tot parcursul perioadei de studiu.

Cronologia studiului este rezumată în Figura 2. La momentul zero, un mic dejun standardizat cu batte de ciocolată și snack bar conținând fie 10 grame de IPE, fie 10 grame de inulină (martor) a fost oferit participanților. La 180 de minute, participanții au consumat un sandviș cu brânză și un snack bar la prânz. La 300 de minute, participanții au fost supuși unei sesiuni de fMRI de 60 de minute, pe baza cercetărilor IPE anterioare care arată că livrarea cu succes a IPE la colon a avut loc după 240 de minute. În cele din urmă, o caserolă de paste cu roșii și mozzarella a fost oferită participanților la 390 de minute (30 de minute după finalizarea IRMF), cărora li s-a recomandat să mănânce până se simt confortabil plin.

Sesiunea fMRI a inclus, în ordine, o cursă practică cu animale, o analiză a stării de odihnă, o sarcină cu imaginea alimentelor și o sarcină auditiv-motor-vizuală (AMV). Sarcina alimentară a furnizat datele de imagistică a creierului utilizate în acest studiu. A prezentat fotografii cu alimente cu conținut ridicat de energie și cu conținut scăzut de energie, precum și obiecte de uz casnic care nu au legătură cu alimentele și imagini neclare ale tuturor fotografiilor menționate anterior. În timp ce fiecare imagine era expusă, participanții au fost rugați să evalueze cât de atrăgătoare le-a fost fiecare imagine pe o scară Likert de la unu la cinci. S-a stabilit, a priori, că participanții cu o rată de răspuns mai mică de 90% vor fi excluși din analiză. Sarcina AMV a fost o sarcină de control pentru a exclude modificările potențiale ale activității creierului între vizite.

Douăzeci de bărbați sănătoși au participat la două vizite de studiu, în care au consumat 10 grame de IPE sau inulină (martor) alături de o masă de mic dejun standardizată. Apoi au consumat un prânz standardizat și au fost supuși scanărilor RMN pentru a măsura activitatea creierului. În cele din urmă, au fost hrăniți cu o masă de paste pentru a evalua consumul nelimitat de alimente. Probele de sânge și apetitul au fost colectate pe tot parcursul.

Care au fost concluziile?

În ambele grupuri, concentrațiile de hidrogen din respirație au fost semnificativ crescute deasupra nivelului inițial de la 210 minute până la sfârșitul studiului, indicând că atât suplimentele IPE cât și cele de control al inulinei au ajuns la colon după acest timp și au fost fermentate cu succes de către microbiom. Cu toate acestea, grupul de control al inulinei a avut niveluri semnificativ mai mari decât grupul IPE, care poate fi datorat cantității mai mari de inulină furnizate (10 grame față de 7,3 grame în grupul IPE).

Nu au existat diferențe semnificative între grupuri pentru sarcina de control AMV. Când au fost supuși sarcinii alimentare, doi dintre cei 20 de participanți au fost excluși, deoarece nu au reușit să evalueze cel puțin 90% din imagini. Pentru participanții rămași, s-au observat mai multe diferențe în activitatea creierului, dar semnificația statistică a fost atinsă numai pentru caudat și nucleul accumbens. În plus, grupul IPE a avut o activitate caudată semnificativ mai mică atunci când a vizionat alimente cu conținut ridicat de energie, dar nu cu alimente cu conținut scăzut de energie.

În sprijinul constatărilor de mai sus, evaluările alimentelor cu conținut ridicat de energie au fost semnificativ mai mici în grupul IPE, comparativ cu grupul de control. În plus, grupul IPE a avut un timp de reacție crescut semnificativ la imaginile cu alimente.

În timpul mesei finale, cinci dintre participanți au primit datele lor eliminate din analiză, deoarece au consumat toate alimentele prezentate în timpul cel puțin unei vizite. Pentru restul de 15 participanți, grupul IPE a consumat semnificativ mai puține calorii decât grupul martor (711 față de 810 kcal). Nu au existat diferențe semnificative între grupuri pentru modificări ale glicemiei, insulinei, GLP-1, PYY sau SCFA pe toată durata studiului. Pentru SCFA individuale, ambele grupuri au înregistrat o creștere semnificativă a concentrațiilor serice de butirat la 240 de minute, dar nu și a concentrațiilor de acetat sau propionat.

Nu au existat corelații semnificative între cantitatea de calorii consumate, pofta de mâncare sau evaluarea imaginii cu energie ridicată a alimentelor și activitatea creierului în caudat, nucleul accumbens sau ambele combinate. Cu toate acestea, evaluările mai mari ale poftei de mâncare au fost corelate cu un aport caloric mai mare în timpul mesei finale.

Grupul IPE, comparativ cu grupul de control, a redus semnificativ activitatea creierului în caudat și a redus marginal activitatea creierului în nucleul accumbens ca răspuns la imagini cu alimente cu conținut ridicat de energie. În plus, grupul IPE a evaluat alimentele cu conținut ridicat de energie ca fiind semnificativ mai puțin atrăgătoare și a consumat semnificativ mai puține calorii. Cu toate acestea, nu s-au observat diferențe semnificative între grupuri pentru modificările glicemiei, insulinei, GLP-1, PYY sau SCFA.

Ce ne spune cu adevărat studiul?

Studiul actual a încercat să evalueze modul în care nivelurile ridicate de propionat de colon au influențat activitatea creierului în mai multe regiuni ale creierului asociate anterior cu procesarea recompensei alimentelor și comportamentul alimentar. Rezultatele au arătat că unele, dar nu toate, din regiunile investigate au fost mai puțin receptive la imaginile cu alimente cu energie ridicată. În plus, participanții au perceput alimentele cu conținut ridicat de energie ca fiind mai puțin atrăgătoare și au consumat mai puține calorii în timpul unei mese fără restricții.

Cercetătorii au fost încrezători că livrarea IPE și controlul către colon au avut loc înainte de sarcinile de imagistică fMRI, deoarece nivelurile de hidrogen respirație au fost semnificativ crescute în acel moment, ceea ce indică fermentația bacteriană în colon. Autorii notează că doza de 10 grame de IPE utilizată în acest studiu furnizează 2,36 grame de propionat, care este de 2,5 ori producția zilnică tipică de propionat a dietei tipice occidentale cu conținut scăzut de fibre. Cu toate acestea, deși studiul actual sugerează că nivelurile crescute de propionat de colon pot modula circuitele de recompensare a creierului, nu ne spune cum.

Nu s-au observat diferențe între grupuri în ceea ce privește modificările SCFA totale din sânge sau în mod specific butiratul, acetatul și propionatul. De fapt, propionatul nu sa modificat semnificativ față de valoarea inițială în niciunul dintre grupuri. Cu toate acestea, acest lucru se poate datora lipsei puterii statistice pentru a detecta o schimbare semnificativă, deoarece dimensiunea eșantionului a fost mică (18 bărbați) și nu a fost efectuată nicio analiză a priori pentru a determina câte persoane ar fi necesare pentru a vedea o schimbare semnificativă. În plus, aproximativ 90% din propionatul absorbit este extras de ficat, ceea ce înseamnă că foarte puțin îl face să circule. Cu toate acestea, concentrațiile circulante de propionat au crescut nesemnificativ cu 13-15% în ambele grupuri, sugerând că o acțiune directă asupra creierului nu poate explica diferența de activitate a creierului între grupuri. Cel puțin nu din câte ne putem da seama, deoarece dimensiunea redusă a eșantionului nu ne permite să vedem diferențe care ar putea exista.

Concentrațiile de glucoză din sânge și insulină au fost similare între grupuri, ceea ce sugerează că propionatul nu a influențat sensibilitatea la insulină sau răspunsul metabolic la mese într-un mod care ar putea, la rândul său, să aibă impact asupra semnalelor de sațietate cerebrală. În plus, doi hormoni importanți ai satietății, GLP-1 și PYY, nu au fost diferiți între grupuri. Există alți hormoni intestinali importanți asociați cu reducerea aportului de alimente care nu au fost măsurați în studiul actual, cum ar fi CCK, oxyntomodulin și amylin. Este posibil ca propionatul de colon crescut să fi influențat activitatea creierului indirect, prin creșterea secreției acestor hormoni.

Studiul actual a avut un design puternic aleatoriu, care oferă un grad ridicat de fiabilitate asupra integrității descoperirilor. Cu toate acestea, eșantionul mic de bărbați supraponderali caucazieni garantează precauție cu generalizare, iar caracterul unic orb al designului introduce potențialul de prejudecată. Sunt necesare cercetări suplimentare care implică alte etnii, femei și persoane care au obezitate.

Utilizarea imaginii fMRI este atât o forță, cât și o limitare. Cu siguranță procedura utilizată este o măsură bine validată și neinvazivă a activității creierului. Cu toate acestea, imagistica fMRI se bazează pe un software care utilizează statistici pentru a genera imagini cerebrale de înaltă rezoluție și pentru a determina modificările activității creierului. Recent, un studiu a sugerat că cele mai comune pachete software pentru analiza fMRI (inclusiv cea utilizată în studiul actual) pot duce la rate fals pozitive de până la 70%. Astfel, deși proiectul în sine poate avea integritate, constatările pot să nu fie neapărat exacte.

Cu toate acestea, constatarea că alimentele cu conținut ridicat de energie au fost semnificativ mai puțin atrăgătoare și consumul de alimente a fost semnificativ mai mic pentru a arăta că, indiferent de activitatea regiunii creierului, IPE a avut un impact benefic asupra percepțiilor asupra alimentelor și a consumului ulterior. Cercetări suplimentare care investighează orice posibilă relație doză-răspuns și care implică o gamă mai largă de populații sunt justificate.

Concentrațiile crescute de propionat în colon sunt asociate cu activitatea cerebrală modificată, atracția redusă a alimentelor cu conținut ridicat de energie și aportul redus de alimente. Cu toate acestea, aceste asociații nu par a fi explicate prin modificări ale concentrațiilor circulante ale SCFA sau ale hormonilor intestinali. Sunt necesare cercetări suplimentare pentru a investiga modul în care propionatul de colon crescut duce la aceste rezultate observate.

Imaginea de ansamblu

Mediul alimentar modern este bogat în alimente relativ ieftine, foarte gustabile, cu densitate energetică, precum și în indicii, cum ar fi publicitatea, care promovează consumul de alimente. Deși rolul acestui mediu în creșterea în greutate și obezitate nu este pe deplin înțeles, s-au acumulat suficiente dovezi pentru a determina unii cercetători să solicite schimbări în politica publică care vizează companiile alimentare. După cum spune elocvent titlul unei recenzii: creierul ispitit mănâncă, iar consumul excesiv de calorii este considerat a fi condus, cel puțin parțial, de o formă mai hedonică de a mânca.

Așa cum a fost atins în introducere, mai multe regiuni ale creierului sunt implicate în consumul hedonic și în recompensarea alimentelor. Ultimele două decenii au produs dovezi importante despre modul în care pot apărea perturbări în aceste regiuni ale creierului la obezitate (1, 2, 3) sau pot duce la creșterea în greutate (1, 2, 3). În consecință, cercetări precum studiul actual reprezintă un pas important pentru prevenirea și tratamentul obezității. Adică, dacă cercetătorii știu că circuitul creierului de recompensare a alimentelor este implicat probabil în supraalimentarea, ce este necesar pentru a restabili buna funcționare a circuitelor respective? Acest lucru ar putea ajuta la reducerea supraalimentării hedonice?

Apelarea la SCFA-uri pentru un răspuns nu este exagerată. Acumularea de dovezi sugerează că SCFA joacă un rol important în reglarea metabolismului, inflamației și bolilor. Așa cum se arată în Figura 3, dovezile experimentale de la oameni, animale și culturi celulare arată că SCFA sunt capabile să influențeze direct țesutul adipos, țesutul muscular, ficatul și creierul unde se coordonează pentru a reduce acumularea de grăsimi și inflamația, promovând în același timp sensibilitatea la insulină sațietate.

Studiul actual este primul care arată că unul dintre SCFA, propionatul, acționează pentru a modula circuitele creierului de recompensare a alimentelor într-un mod care poate explica capacitatea sa de a reduce aportul caloric. Când sunt luate în considerare alături de actualele date bazate pe dovezi pentru SCFA, aceste mici molecule par a fi un aliat pe câmpul de luptă al mediului alimentar modern.

Mediul alimentar actual este conceput pentru a favoriza supraalimentarea. Pe lângă efectele lor cunoscute de promovare a sănătății, SCFA-urile au fost implicate acum în reducerea aportului de energie.

întrebări frecvente

Î. O dietă bogată în fibre ar avea un efect similar tratamentului IPE?

Este posibil, deși va fi necesar un viitor studiu pentru a răspunde cu încredere la această întrebare. Cu toate acestea, majoritatea adulților americani nu respectă aporturile de fibre recomandate ca atare, ridicând întrebări cu privire la durabilitatea unei astfel de intervenții. Autorii studiului analizat menționează că doza actuală de 10 grame de IPE duce la 2,5 ori cantitatea de propionat produsă în mod normal. Dacă americanul mediu consumă 16 grame de fibre pe zi, ar fi rezonabil să-i faci să consume 40 de grame pe zi? Dar efectele secundare incomode ale gazelor și balonării? Aceste întrebări nu au fost încă rezolvate de cercetare încă.

Ce ar trebui să știu?

Concentrațiile crescute de acid gras cu lanț scurt numit propionat în colon sunt asociate cu o activitate cerebrală redusă ca răspuns la vizualizarea alimentelor cu conținut ridicat de energie, o reducere a atracției subiective a alimentelor cu conținut ridicat de energie și un aport redus de calorii. Acest studiu este primul care arată că SCFA modulează circuitele cerebrale implicate în procesarea recompensei alimentelor și adaugă la baza dovezilor că aceste molecule pot fi un super soldat în lupta împotriva creșterii în greutate și a bolilor.