W niedawnym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Neurobiologia natury, Naukowcy badają rolę neuronów hipokretynowych/oreksynowych (HON) w dobrowolnych ćwiczeniach odpornych na pokusę (TRVE).

Badanie: Neurony oreksynowe pośredniczą w dobrowolnym wysiłku fizycznym odpornym na pokusę. Źródło obrazu: ViDI Studio / Shutterstock.com

Neurologia otyłości

Otyłość jest poważnym problemem zdrowia publicznego na całym świecie, wiele osób nie ćwiczy i spożywa zbyt dużo smacznej żywności (HPF). Mechanizmy neurologiczne, które mogą być zaangażowane w związek między ćwiczeniami a spożyciem HPF, pozostają niejasne, mimo że wykazano, że przewlekłe nadmierne spożycie HPF niekorzystnie wpływa na pomiary poznawcze i neuronowe.

Boczny obszar podwzgórza jest zaangażowany w motywację; jednak jego udział w kontrolowaniu spożycia pokarmu i bilansu kalorycznego jest nieznany. Boczne HON podwzgórza uwalniają neuroprzekaźniki zwane oreksynami/hipokretynami, które aktywują określone cząsteczki receptorowe oparte na białku G w całym mózgu.

O badaniu

W niniejszym badaniu naukowcy wykorzystują modele mysie do zbadania roli oreksyny i HON w podejmowaniu decyzji o ćwiczeniach lub jedzeniu. Wpływ farmakologicznego lub optogenetycznego przerwania aktywności HON na ćwiczenia lub spożycie HPF został również zbadany w ustawieniach wielokrotnego wyboru.

Dowolny bieg w kółku został użyty do modelowania ćwiczeń sprzyjających zdrowiu człowieka. Podczas dziesięciominutowych prób myszom zaoferowano osiem alternatyw, w tym koło do biegania i „baton koktajlowy” z koktajlem o smaku truskawkowym. Testom tym poddano kilka grup myszy, w tym myszy kontrolne i myszy z zahamowanymi układami oreksynowymi z powodu leczenia almoreksantem (ALMO) lub modyfikacji genetycznej.

Zbadano etapy apetytywne i konsumpcyjne konsumpcji pokarmu i ćwiczeń, dostarczając mechanistycznych i neuroekonomicznych wyjaśnień wyboru ćwiczeń. W tym celu myszy umieszczono w ośmioramiennych labiryntach z opcjami, takimi jak ruchome koła, nowe obiekty, woda, strefy światła i ciemności oraz jedzenie. Jedno ramię pozostawiono puste lub trzymano w nim bardzo atrakcyjne jedzenie. Dziesięciominutowe sesje wykorzystano do oceny początkowych procesów decyzyjnych, minimalizując jednocześnie efekty zmęczenia i satysfakcji.

Przebadano procesy behawioralne i mikrostrukturalne TRVE opartego na oreksynach, oceniając częstotliwość i czas trwania biegania i jedzenia.

Badano również procesy decyzyjne związane z TRVE, w szczególności zaangażowanie myszy w bieganie w kółku lub konsumpcję HPF ze strefy neutralnej. Aby lepiej zrozumieć wpływ HON na wykorzystanie HPF, myszy umieszczono w klatce zawierającej obie alternatywy w celu zmniejszenia preferencji dotyczących miejsc apetycznych.

Rejestracje fotometrii włókien w czasie rzeczywistym z bocznego podwzgórza pozwoliły badaczom zbadać szybką dynamikę HON podczas TRVE. Liniowe modele efektów mieszanych (LMEM) zostały użyte z sygnalizacją HON jako zmiennymi odpowiedzi i lizaniem HPF, biegiem kół i czynnościami lokomotywy bez kół jako zmiennymi wejściowymi. Aby zbadać znaczenie normalnych zmian aktywności HON, trwała selektywna dla HON optostymulacja została użyta do stworzenia sztucznie podwyższonego stanu.

Wyniki badań

myszy z zablokowanym układem oreksyny częściej wybierały HPF zamiast ćwiczeń, podczas gdy myszy z nienaruszonym układem oreksyny spędzały dwa razy więcej czasu na bieganiu w kołowrotku i połowę czasu na jedzeniu.

Wyniki te wskazują, że oreksyna nie kontroluje czasu spędzonego na aktywności fizycznej lub jedzeniu; jest jednak kluczowa dla wyboru między aktywnością a jedzeniem, gdy dostępne są obie opcje. Bez oreksyny myszy zrezygnowały z ćwiczeń na rzecz koktajlu truskawkowego.

Ograniczenie wyboru posiłków do regularnych posiłków z karmą wykazało, że myszy spędzały czas między kręceniem kołem a jedzeniem. Po wprowadzeniu HPF do wyboru, myszy spędzały znacznie mniej czasu na jedzeniu karmy, podczas gdy korzystanie z koła bieżnego i zajęcie pozostały takie same. Zmniejszone korzystanie z koła bieżnego u myszy leczonych ALMO wiązało się ze zwiększonym czasem spędzonym w obszarze wysoce smacznego jedzenia i spożyciem HPF. Leczenie ALMO znacznie ograniczyło zajmowanie i wykorzystanie obu obszarów koła bieżnego, gdy były dostępne. Tak więc oreksyna prawdopodobnie pośredniczy między jedzeniem a bieganiem, nie zmieniając apetytu ani pragnień konsumpcyjnych w kierunku żadnej z tych czynności.

Sygnały HON znacząco zmieniły się u myszy poruszających się w labiryncie, przy czym aktywność HON była negatywnie związana z lizaniem i pozytywnie związana z prędkością biegu w kole i bez koła. Optostymulacja zmniejszyła pomiary aktywności typowo związanych z niską aktywnością HON, co wskazuje, że zmiany aktywności HON są krytyczne dla preferowania ćwiczeń nad jedzeniem.

AMyszki (n = 71) eksplorowały ośmioramienny labirynt zawierający różne alternatywy na końcu każdego ramienia. Lokalizacja myszy była śledzona za pomocą wideo przez okres 10 minut. BMapy cieplne przykładowej myszy pokazujące przesunięcie czasu spędzonego w ramieniu karmiącym (po lewej) w kierunku HPF, o ile są dostępne (po prawej). CW wersji labiryntu bez opcji HPF (czarna) myszy spędzały najwięcej czasu w kole i ramionach do jedzenia. W wersji labiryntu z dostępną opcją HPF (turkusowa) myszy spędzały najwięcej czasu w kole i ramionach HPF. Linie oznaczają średnie; zacienione obszary oznaczają sem n = 71 myszy. DCałkowity czas spędzony w ramieniu koła przy braku i obecności opcji HPF (parzysty test t: t₇₀= −0,683, P = 0,497, n = 71 myszy). miCałkowita odległość przebyta na kole przy braku i obecności opcji HPF (parzysty test t: t₇₀= 1,514, P = 0,134, n = 71 myszy). FCałkowita odległość pokonana w płaszczyźnie xy labiryntu poza kołem przy braku i obecności opcji HPF (parzysty test t: t₇₀= −1,147, P = 0,256, n = 71 myszy). NS, nieistotne statystycznie. Wykresy pudełkowe: linia środkowa to mediana, krawędzie pudełka to górny i dolny kwartyl, wąsy to minimum i maksimum.

Konsekwencje

HON są wymagane do dobrowolnej aktywności, gdy dostępne są bardzo smaczne opcje posiłków, co wskazuje, że system HON jest kluczowy dla określenia motywacji do ćwiczeń. Te obserwacje mogą wspierać osoby wymagające motywacji do ćwiczeń i rozwój nowych technik promujących aktywność fizyczną.

Potrzebne są dalsze badania, aby zbadać rolę oreksyny u ludzi, szczególnie u osób z ograniczeniami genetycznymi lub tych, którzy stosują leki hamujące oreksynę. Zrozumienie tej funkcji neurologicznej może również pomóc w opracowaniu rozwiązań do walki z otyłością i zaburzeniami metabolicznymi.