Obesitas: vetrijk dieet breekt de biologische klok bij ratten

hamburger over

  • Een nieuwe studie onthult dat complexe neuronale centra in de hersenstammen van knaagdieren ritmisch het voedingsgedrag controleren.
  • Dag-nachtritmes bij het voeren veranderden toen de knaagdieren vetrijke diëten (HFD's) consumeerden.
  • Ratten die deze diëten kregen, consumeerden meer calorieën, veranderden hun voedertijden en kwamen aan in gewicht, vergeleken met ratten die een gezond dieet kregen.
  • Soortgelijke hersenstamcentra bestaan ​​bij mensen. Deze fascinerende studie opent wegen voor onderzoek naar circadiane ritmes, HFD's en obesitas bij mensen.

Deze week publiceerde The Journal of Physiology interessante resultaten over de effecten van HFD's op voedingsgedrag en gewichtstoename bij knaagdieren.

Met een ingewikkelde studie brachten de onderzoekers een gebied van het knaagdierbrein in kaart dat robuuste dag-nacht of circadiane veranderingen in activiteit vertoont, de kern van het solitaire kanaal genoemd.

Opmerkelijk is dat deze groep neuronen - in een evolutionair primitief deel van de hersenen, de hersenstam - dramatische dag- en nachtverschillen in neuronale activiteit vertoont. De onderzoekers beschrijven deze gebieden als 'circadiaanse oscillatoren'.

Voorafgaand onderzoek had een "hoofdklok" bij knaagdieren geïdentificeerd. De hypothalamus, die zich in het centrum van de hersenen bevindt, bezit dit mechanisme, dat het lichaam "vertelt" wanneer het moet ontwaken, wanneer het moet eten en andere belangrijke functies om te overleven.

Sinds de ontdekking van de hoofdklok hebben wetenschappers echter meerdere gebieden buiten de hypothalamus geïdentificeerd die ook circadiane oscillaties vertonen.

Door nauwgezette neuronale experimenten hebben onderzoekers aangetoond dat de kern van het solitaire kanaal, een van de drie delen van het dorsale vagale complex, een 'robuuste circadiane oscillator' is.

Terwijl de hoofdklok voornamelijk wordt aangedreven door blootstelling aan licht, worden deze andere oscillatoren beïnvloed door voedselconsumptie.

Het onderzoeken van de hersenen

Met behulp van een reeks "immunohistochemische en elektrofysiologische benaderingen", onderzochten de auteurs van de recente studie deze onafhankelijke oscillatoren in meer detail.

Sprekend over de technieken van het team, vertelde de eerste auteur van de studie, Dr. Lukasz Chrobok, aan "Detonic.shop":

“We kunnen neuronale activiteit op een directere manier meten. […] Met deze technologie zijn we in staat om honderden neuronen tegelijkertijd gedurende een lange tijd te bestuderen, terwijl we nog steeds in staat zijn om de resolutie van een enkele cel te behouden.”

"Door geïsoleerde hersenschijfjes te bestuderen, in plaats van neuronale activiteit in vivo van de hele hersenen te registreren," legde hij uit, "zijn we er zeker van dat deze ritmiek uit deze exacte hersencentra komt. […] We zijn er dus zeker van dat de hersenstamklok de hoofdklok in de hypothalamus niet nodig heeft om zijn ritmiek te genereren.”

Dr. Chrobok voegde toe: “De hersenstam is een evolutionair oud deel van de hersenen [en] we delen [het] met alle gewervelde dieren. Daarom denk ik dat het verstandig is om dit ook in diermodellen te bestuderen. We hopen echt dat de basismechanismen ervan erg lijken op die van mensen."

Twee dieetregimes

Met deze nauwkeurige hersenactiviteit en kaartmethodologie, voerden de onderzoekers adolescente ratten een HFD of een controledieet gedurende 2-3 of 4 weken.

De wetenschappers observeerden de knaagdieren om te beoordelen hoeveel ze aten, hoe ze hun voedsel verdeelden in een 24-uurscyclus en hun algehele gewichtsverandering.

De resultaten waren verrassend. Voorspelbaar, die ratten die de HFD consumeerden, verminderden aanvankelijk de hoeveelheid die ze aten, maar consumeerden nog steeds meer calorieën dan de andere groep.

Naarmate het onderzoek vorderde, gingen de twee groepen meer uiteenlopen. Aanvankelijk verhoogden de HFD-knaagdieren hun nachtelijke voedselinname en begonnen later overdag overtollige calorieën te consumeren.

Uiteindelijk was er een trend naar meer gewichtstoename bij de HFD-ratten. Maar belangrijker is dat de gewichtstoename niet plaatsvond vóór de veranderingen in de circadiane voedingsactiviteit.

Dr. Chrobok legde uit: "We ontdekten dat ratten op dit type [HFD] hun voedingsgedrag begonnen te veranderen. Normaal gesproken zijn ze nachtdieren - ze vergrendelen de voedselinname in de nacht.' Maar, vervolgde hij, terwijl de studie vorderde:

“Ze begonnen 24 uur per dag te eten. Ook zouden ze overdag wakker worden en snacken - beschouwd als een inactieve fase van ratten: ze zouden eten in plaats van rusten."

"Met de [HFD] hebben we geconstateerd dat het verschil in eetlust van dag naar nacht en eetvariatie is geëlimineerd. De hersenstamklok weet niet of het dag of nacht is!”

Toen MNT vroeg of de ratten hun circadiane klokken omdraaiden bij blootstelling aan de HFD, antwoordde Dr. Chrobok:

“Nee, ik denk niet dat ze hun klok hebben teruggedraaid, maar hun klok is afgestompt omdat ze de amplitude van hun eetgedrag verloren hebben. In plaats van uitsluitend tijdens de actieve nacht te eten, zouden ze hun voedselinname ook verdelen over de inactieve dag.”

Dr. Chrobok voegde toe: "Ik denk dat het meest baanbrekende is dat we de veranderingen in de hersenen kunnen zien, in het slecht functioneren van de 'klok' voordat we de werkelijke gewichtstoename kunnen zien."

Dit houdt in dat "verstoringen van de hersenstamklok eerder een oorzaak dan een resultaat waren van obesitas."

De rol van neuropeptiden

Naast de circadiane controle van verzadiging door het dorsale vagale complex, scheiden andere delen van de hersenen, zoals de hypothalamus, hormonen en neuropeptiden af ​​die de homeostase reguleren. Daarbij helpen ze ons lichaam om een ​​stabiele temperatuur, hartslag, eetlust en metabolisme te behouden.

Orexin is een van deze belangrijke neuropeptiden; het stimuleert de voedselopname en het energieverbruik.

In deze studie beoordeelden de onderzoekers de activiteit van de orexine-neuronen in de hersenen van hun ratten. Met behulp van neurale kleuringsmethoden identificeerden ze welke neuronen in activiteit toenamen: dag, nacht of in het algemeen.

Controle knaagdieren vertoonden dag-tot-nacht variatie in orexine-activiteit; het werd verhoogd tijdens de late dag tot midden in de nacht, vermoedelijk om ze voor te bereiden op hun nachtelijke activiteit en voeding. HFD-ratten vertoonden echter gedurende de dag verminderde orexine-activiteit - aannemelijk omdat deze ratten bleven eten.

Een ander neuropeptide, glucagon-achtige peptide-1-receptor, speelt een rol bij de voedselinname. Hoewel dit moeilijker te meten is, toonden de onderzoekers aan dat HFD-ratten een omgekeerde reactie hadden op dit 'stop met eten'-neuropeptide, omdat ze laat op de dag sneller reageerden dan 's nachts, zoals in de controlegroep.

Implicaties en toekomstig onderzoek

Met betrekking tot de implicaties van de bevindingen van het onderzoek waarschuwde Dr. Chrobok: “Zoals altijd moet men uiterst voorzichtig zijn met het extrapoleren van resultaten van ratten naar mensen. Vooral in chronobiologie [de wetenschap van circadiaanse ritmes] omdat we ratten en muizen bestuderen, en zij zijn nachtdieren, en wij mensen zijn dagdieren.”

Samengevat, weerspiegelde Dr. Chrobok:

"Ik denk dat het ook enkele therapeutische mogelijkheden opent. Bij het proberen om zwaarlijvigheid te voorkomen, zou men voorzichtiger kunnen zijn met zijn klok - uw persoonlijke circadiane klok of ritme. Niet wakker worden en 's nachts snacken of urenlang wakker blijven. […] Slaap en eet liever op de juiste tijden om jezelf te synchroniseren. Dit is 'lifestyle hygiene' en kan therapeutisch werken!”