ЯМР реакцій гіпоталамуса людини на солодкість та калорійність

резюме

Цілі:

Мета цього дослідження - виміряти вплив солодощі та енергетичного вмісту на реакції гіпоталамусу на прийом глюкози та виміряти зміни, що спричиняють рівень глюкози та інсуліну в крові.

Експериментальний протокол:

П'ятеро здорових чоловіків із нормальною вагою брали участь у випадковому протоколі. Випробовуваних сканували чотири рази протягом 37 хвилин в окремі дні за допомогою фМРТ. Через 7 хвилин вони спожили один із наступних чотирьох подразників (по 300 мл кожного): воду (контроль), розчин глюкози, розчин аспартаму (солодкий смак) або розчин мальтодекстрину (вуглевод за смаком. Несолодкий).

Результати:

Споживання глюкози призводило до тривалого зниження сигналу у верхньому гіпоталамусі (P

Висновки:

Наші висновки свідчать про те, що солодкий смак у поєднанні з вмістом енергії необхідний для досягнення реакції гіпоталамусу.

Вступ

Предмети та методи

Теми:

Експериментальні процедури:

Ми використовували випадковий протокол кросинговеру з 4 подразниками: вода, вода + глюкоза, вода + аспартам та вода + мальтодекстрин (вуглевод, який не має солодкого смаку). Умови були випадковим чином розподілені для випробовуваних за допомогою випадкового розіграшу за день до кожного візиту.

Випробовувані голодували (ні їжі, ні напоїв, крім води) протягом ночі з 22:00 і були скановані наступного ранку, з 9:30 до 10:00. Сканування проводили у 4 різні дні з інтервалом один тиждень або більше за допомогою системи Philips Gyroscan ACS-NT 1.5-T (Philips Medical Systems, Best, Нідерланди). Випробовуваних поміщали в положення лежачи на спині, а голову іммобілізували вакуумною прокладкою, спеціально розробленою для МРТ (Intelligence Médicale, Швабмюнхен, Німеччина). Умова сканування: час повторення = 120 мс, час відлуння = 40 мс, кут = 30 °, матриця зображення = 198 x 256, поле зору = 208 x 208 мм, 12 сигналів/сканування в середньому. Відсканували зріз товщиною 10 мм. Зображення було відновлено до 256 x 256 пікселів. Обстежуваних сканували протягом 37 хв (256 сканувань). Через контрольний період 7,2 хвилини (50 сканувань) випробувані вводили один із розчинів для тестування через ротову пробірку. Після функціонального сканування було проведено анатомічне сканування Т1 того самого зрізу (час повторення = 600 мс, час відлуння = 18 мс, поле зору = 230 х 230 мм).

Забір крові та аналіз:

Кожного тестового дня забирали 10 проб крові шприцами по 5 мл у поєднанні з канюлею, розміщеною в антекубітальній вені; один зразок брали до МРТ, а 9 - під час МРТ через –5 та –3 хв (до прийому стимулу) та через 1, 3, 5, 7, 10, 20 та 29 хв після прийому. Зразки негайно вводили у 2 мл пробірки K-оксалат/Na-Fl. Пробірки витримували на льоду до кінця експерименту і центрифугували при 1730 х g протягом 10 хв при 4 ° С. Плазму крові зберігали в аликвотах при -80 ° C до аналізу. Завантаження та аналіз зразків виконувала компанія U-diagnostics Corporate (м. Утрехт, Нідерланди; сертифікована лабораторія ISO 9002). Концентрації глюкози вимірювали методом глюкозооксидази за хімічною системою VITROS 250 (Clinical Diagnostics Johnson & Johnson, Rochester, NY).

Аналіз даних:

ФІГУРА 1. Сегментація та розподіл гіпоталамуса на 2 цікаві області. Ac, передня комісура; мм, соскоподібне тіло; oc, хіазм зорового нерва; UA, передній покращений гіпоталамус; ВГОРУ, задній верхній гіпоталамус.

Для порівняння ефекту від лікування розраховували площу під кривими (ZEDDC) для кожного суб'єкта від 2 хв до 30 хв після прийому стимулу в HSA та HSP (193 одиниці часу). Для даних крові для кожного суб’єкта були розраховані вище вихідних ZEDDC (тобто перший запис). Вони були розраховані з трапецієподібною інтеграцією. За допомогою випадкового протоколу (дисперсійний аналіз) ZEDDC даних fMRI та даних глюкози та інсуліну в крові були перевірені на загальний ефект лікування. ZEDDC, отримані за даними фМРТ, також тестувались на область, що представляє інтерес. Якщо спостерігався ефект лікування, проводились тести для порівняння методів лікування. Для даних fMRI ми використовували тест Даннета t для порівняння всіх процедур, крім води (контрольна обробка). Що стосується даних глюкози та інсуліну, ми порівнювали всі методи лікування в парах, використовуючи чесно значущий тест різниці Тукі. Статистичний аналіз проводили за допомогою статистичного програмного забезпечення SPSS (версія 12.0.1; SPSS Inc, Чикаго, Іллінойс). Значення P

Результати

Сигнали FMRI в гіпоталамусі:

Зміни сигналу fMRI в HSA та HSP показано в Малюнок 2. Значення P з тестів t, які порівнюють кожен блок часу з контрольним періодом, показані нижче. Вживання глюкози призвело до значного зменшення сигналу порівняно з вихідним рівнем кожної області, що представляє інтерес; зменшення розпочалося від 2 до 5 хв після прийому напою і тривало решту часу сканування (≈30 хв). Вода, аспартам та мальтодекстрин не мали такого впливу на сигнал гіпоталамуса. Мальтодекстрин продемонстрував значні зміни в HSP, але ці варіації були нестабільними. Аналіз дисперсії ZEDDC показав значний ефект від лікування, але не впливав на регіони, що цікавлять. ZEDDC для всіх методів лікування верхніх гіпоталамусів наведені в Малюнок 3. ZEDDC глюкози значно відрізнявся від вмісту води. В іншому випадку ZEDDC не суттєво відрізнялись один від одного. Таким чином, лише глюкоза впливала на відповідь fMRI гіпоталамуса.

Щоб побачити малюнок більшим, перейдіть за посиланням: http://www.ajcn.org/content/82/5/1011/F2.expansion.html і натисніть на нього

РИСУНОК 2. Середня відповідь фМРТ у 5 чоловіків під час фази голодування та після прийому 4 досліджуваних речовин по 300 мл: ○, вода; ▪, вода + 75 г глюкози (G); •, вода + аспартам (А); □, вода + мальтодекстрин (М). Верхні зображення: Зміни сигналів від базового рівня в HSA (ліворуч) та HSP (праворуч) протягом 7 хв контрольного періоду та протягом 28 хв після прийому стимулу. Вертикальні смуги, що називаються "питвом", вказують на приблизний період проковтування подразника (2 хв). Знизу зображення: P-значення t-тестів, які порівнюють середній сигнал за хвилину із середнім сигналом за контрольний період. Зміни в сигналах за контрольний період майже дорівнюють нулю. Середнє значення в HSA: –0,032 ± 0,050 (вода), –0,003 ± 0,045 (G), –0,011 ± 0,065 (A), –0,033 ± 0,048 (M). Середнє значення в HSP: 0,025 ± 0,055 (вода), –0,003 ± 0,046 (G), –0,009 ± 0,066 (A), –0,020 ± 0,069 (M). Пунктирними лініями вказується поріг, виправлений Бонферроні Р = 0,0018. Після прийому глюкози спостерігали значне зниження сигналу fMRI в HSA та в HSP.

РИСУНОК 3. Середня площа нижче кривої (ZEDDC) реакції fMRI у верхньому гіпоталамусі у 5 чоловіків. ZEDDC двох гіпоталамічних областей, що представляють інтерес, були об'єднані, оскільки дисперсійний аналіз не показав значного впливу регіонів, що цікавлять, на ZEDDC. G, глюкоза; А, аспартам; М, мальтодекстрин. Значний ефект лікування спостерігався на ZEDDC, Р = 0,005. Стовпці з різними літерами суттєво відрізняються, P

Вимірювання крові:

Концентрації плазми та ZEDDC глюкози та інсуліну наведені у таблиці Малюнок 4. Поглинання енергії (глюкози та мальтодекстрину) призвело до збільшення концентрації глюкози та інсуліну, починаючи через 5-10 хвилин після початку прийому. Більш-менш, як і з водою, аспартам (солодкий смак) не впливав на рівень глюкози та інсуліну. Раннє підвищення концентрації інсуліну спостерігалося лише після прийому глюкози через 5 хв після прийому. В цей час підвищення рівня глюкози в плазмі ще не спостерігається. Дисперсійний аналіз показав, що існують значні ефекти лікування на концентрації глюкози та інсуліну. ZEDDC для глюкози та мальтодекстрину суттєво не відрізнялися, але були значно вищими, ніж для води та аспартаму.

Щоб побачити малюнок більшим, перейдіть за посиланням: http://www.ajcn.org/content/82/5/1011/F4.expansion.html і натисніть на нього.

РИСУНОК 4. Середня відповідь глюкози та інсуліну в плазмі у 5 чоловіків натще (3 одиниці часу) та після прийому 4 досліджуваних речовин по 300 мл (7 одиниць часу). AUC: ZEDDC. Зліва: ○, вода; ▪, вода + 75 г глюкози (G); •, вода + аспартам (А); □, вода + мальтодекстрин (М). Час t = 0 відповідає початковій точці прийому. Справа: Значний вплив лікування на ZEDDC глюкози та інсуліну, P

Заповідники

Ми досліджували вплив солодощі та вмісту енергії на реакцію гіпоталамусу на прийом глюкози та пов'язані зміни в концентрації глюкози та інсуліну в крові. Проковтування глюкози призвело до тривалого зниження сигналу у верхньому гіпоталамусі. Вода, аспартам та мальтодекстрин не викликали таких ефектів. Прийом як глюкози, так і мальтодекстрину призвів до подібного збільшення концентрації глюкози та інсуліну в крові. Однак лише глюкоза спричинила раннє підвищення рівня інсуліну в плазмі крові. Солодкий смак аспартаму не викликав жодної реакції на інсулін.

Тривале зниження сигналу, яке ми спостерігали при HSA та HSP після прийому 75 г розчину глюкози, було подібним до реакції, яку ми спостерігали раніше, але з меншою амплітудою. Прийом аспартаму та мальтодекстрину не супроводжувався значними змінами сигналу гіпоталамусу. Очевидно, ні солодкого смаку, ні енергетичного вмісту було недостатньо, щоб викликати відповідь. Це говорить про те, що реакція гіпоталамуса вимагає як солодкого смаку, так і енергетичного вмісту.

Розчин мальтодекстрину, рідина, багата енергією і позбавлена калорій, не викликала відповіді SIPC або реакції гіпоталамусу. Відсутність SIPC не дивно, враховуючи тип спричиненої сенсорної стимуляції (водянистий несолодкий смак). Крім того, випробовувані не знали цієї речовини і, отже, не були обумовлені таким поєднанням смаку та енергетичного вмісту.

Раніше ми висували гіпотезу про те, що спостерігалося раннє зниження сигналу гіпоталамуса

На закінчення ми виявили, що солодкий смак та вміст енергії не викликають тривалого зниження сигналу гіпоталамусу, на відміну від того, що відбувається під час прийому глюкози. Крім того, солодощі аспартаму було недостатньо для ранньої реакції на інсулін. Раннє збільшення концентрації інсуліну в плазмі спостерігалось після прийому глюкози, але не після прийому мальтодекстрину. Цікаве питання: чи зменшення сигналу fMRI, яке ми спостерігали в гіпоталамусі, викликане саме глюкозою? Отримані нами дані свідчать про те, що поєднання смаку (солодкого) та енергетичного вмісту може бути важливим для спрацьовування фізіологічних адаптивних реакцій на рідкі подразники, такі як солодкі напої. Крім того, відповідне поєднання солодкості та енергетичного вмісту може бути необхідним для адекватного регулювання поглинання енергії.

Статтю, яку ми переклали.