Юе Ма

секция по ендокринология и разследваща медицина, Катедра по медицина, Имперски колеж Лондон, Лондон, Великобритания

жажда

Ришека Ратнасабапатия

секция по ендокринология и разследваща медицина, Катедра по медицина, Имперски колеж Лондон, Лондон, Великобритания

Д-р Джеймс Гардинер

секция по ендокринология и разследваща медицина, Катедра по медицина, Имперски колеж Лондон, Лондон, Великобритания

Резюме

Цел на прегледа

Жаждата за въглехидрати е известна от стотици години, но механизмите зад нея са неясни. Този преглед ще подчертае скорошния напредък в познанията ни за механизмите за откриване на въглехидрати в диетата.

Последни открития

Неотдавнашната работа започна да идентифицира физиологичните механизми, чрез които се откриват въглехидратите и глюкозата и как това води до приема им. Наскоро бяха открити доказателства за системи, които регулират приема на въглехидрати и глюкоза чрез вкусови, хедонични и хомеостатични пътища.

Обобщение

Идентифицирането на физиологичните механизми, които регулират приема на въглехидрати, ще позволи по-добро разбиране на начина, по който техният прием се регулира и реагира на промените в диетичния прием. Подобно разбиране ще бъде ключово за разработването на по-рационален подход към разработването на успешни диети за отслабване.

Въведение

Енергията от храната се предлага в три форми на макронутриенти: мазнини, протеини и въглехидрати. Въглехидратите са основен източник на енергия в диетата и са необходими за множество основни физиологични процеси. Въглехидратите са разделени по техните химични структури, които са общо захари (монозахариди и дизахариди), полиоли, олигозахариди (малто-олигозахариди и несмилаеми олигозахариди) и полизахариди (нишестени и нескорбялни полизахариди) (Научен консултативен комитет по храненето. Според Public Health за Англия се препоръчва диетичната референтна стойност за общите въглехидрати да бъде 50% от общата. Науката, която стои зад желанието за въглехидрати, все още не е напълно разбрана, но има убедителни проучвания, които разглеждат промените в невронните вериги, генната експресия и модификациите на централните рецептори, както и хормоналните влияния и поведенческите промени, свързани с наградата и пристрастяването. Голяма част от първоначалната работа в тази област се фокусира върху ефекта на сладкия вкус и поглъщането на прости захари. Този преглед обаче има за цел да детайлизира най-новите доказателства за физиологията, която стои зад жаждата за въглехидрати, като се концентрира върху сложните въглехидрати и след приемните ефекти на глюкозата.

Ролята на вкуса

Животните разчитат на хеморецепторни системи, включително вкус, за да открият храни, съдържащи метаболитни горива като глюкоза, за да отговорят на техните физиологични нужди.

При хората вкусът е важен фактор, регулиращ хранителното поведение, тъй като допринася за предпочитанието на храната и се смята, че той модулира апетита и приема на калории [1]. Затлъстелите пациенти съобщават за по-голямо удоволствие от сладостта в сравнение с пациентите с нормално тегло [2].

Вкусът при бозайниците класически се смята за ограничен до сладко, кисело, солено, горчиво и умами.

По този начин голяма част от работата по вкуса по отношение на приема на въглехидрати се концентрира върху прости захари и сладък вкус, който се утвърждава като двигател на приема на храна и се активира от широк спектър от сладки вкусове, включително захари и нехранителни подсладители.

Механизмът за вкус на полизахарид е предложен за първи път да съществува при гризачи преди повече от тридесет години и много доказателства подкрепят неговото съществуване, въпреки че все още остава спорен [3]. Отчасти това може да се дължи на присъщата трудност при провеждане на изследване на вкуса при видове, различни от хората. Последните изследвания показват, че хората могат да вкусят въглехидрати под формата на глюкозни олигомери, чрез механизъм, независим от рецепторите за сладък вкус [4]. Участниците в експеримента успяха да открият вкуса на къси глюкозни олигомери между 7-14 мономера, но не и полимери, съдържащи средно 44 мономера. Участниците успяха да направят това в присъствието на агенти, които блокират както амилазната активност, така и T1R3, ключов компонент на рецептора за сладък вкус [4]. В допълнение участниците описаха решението като вкус на скорбяла, използвайки термини като хляб, ориз и по-скоро като сладък, осигурявайки допълнителна подкрепа за несладък вкус.

Въпреки това механизмът, залегнал в основата на този „въглехидратен“ вкус, дали олигомерите на други захари също активират тази система и относителното й значение при регулирането на приема на въглехидрати в момента не е ясно.

След абсорбционно регулиране на приема на въглехидрати

Докато вкусът е важен двигател на приема на въглехидрати след абсорбционно откриване и отговорите на приема на въглехидрати са важни регулатори на неговата консумация. Важността на тази система се подчертава от констатацията, че мишките, които нямат SGLT1, транспортер на захар и рецептор, имат реакция на сладък вкус при прием, но им липсва ефектът, повишаващ приема на стомашната инфузия на глюкоза [5]. Смята се, че има два основни пътя, по които глюкозата увеличава собствения си прием, хедонични или въздействащи ефекти и хомеостатични ефекти. Въпреки че те се разглеждат отделно в този преглед, в действителност има значително припокриване между двата пътя и всъщност с тези на вкус, така че те биха действали съвместно, за да регулират приема на глюкоза.

Хедоничната система регулира приема на въглехидрати

Голяма част от новаторската работа в тази област се основава на взаимодействието между приема на захар и острите промени в хедоничните пътища. Някои от по-скорошната работа сравняват ефектите на различни захари или диети с високо съдържание на въглехидрати върху възнаграждението и хедоничните пътища.

Някои от тези данни обаче могат също да бъдат интерпретирани, за да се предположи, че приемът на глюкоза е по-малко възнаграждаващ, отколкото приемът на фруктоза, наистина това е тълкуването, поставено върху подобни данни от проучване при доброволци при хора [9]. В това проучване здрави доброволци са претърпели две сесии с функционален магнитен резонанс (fMRI) с поглъщане на фруктоза или глюкоза. Поглъщането на фруктоза спрямо глюкозата води до по-голяма реакция на мозъка към вкусни хранителни сигнали в зрителната кора (при анализ на целия мозък) и лявата орбитална фронтална кора (при анализ на региона на интерес). Поглъщането на фруктоза води до по-голям глад и желание за храна и по-голяма готовност да се откажат от дългосрочните парични награди, за да се получат незабавно висококалорични храни, отколкото поглъщането на глюкоза. Авторите интерпретират тези открития, за да предположат, че фруктозата активира мозъчните области, участващи в обработката на вниманието и възнагражденията, в по-голяма степен от глюкозата и така и може да насърчи приема на храна. Коя от тези две интерпретации на данните, че глюкозата активира схемите за възнаграждение в по-малка или по-голяма степен от глюкозата, все още не е ясна и ще бъде необходима допълнителна работа за изясняване на това.

Хомеостатичният път регулира приема на въглехидрати

В допълнение към вкуса и хедоничната стойност на храната отдавна се предлага хомеостатичен процес за контрол на приема на глюкоза. Неотдавнашната работа се фокусира върху опитите за идентифициране на хипоталамусен механизъм или верига, които биха могли да регулират този процес. В исторически план е било трудно да се разграничат хедоничните ефекти на храната от хомеостатичните ефекти, особено при проучвания върху гризачи и наистина е малко вероятно те да бъдат отделни системи, но тясно свързани

Един от основните региони на мозъка, регулиращ приема на хомеостатично задвижвана храна, е хипоталамусът. В процеса участват няколко ядра на хипоталамуса, най-добре характеризираното от тях е дъгообразното ядро. Наскоро съобщихме за механизъм в дъгообразното ядро ​​на гризачи, който специално регулира приема на глюкоза и не реагира на фруктоза или захарин [11]. Експресираната в дъгообразното ядро ​​глюкокиназа действа като част от глюкозно-чувствителна система, аналогична на тази в β-клетката, като част от централната регулаторна система за макронутриенти. Повишаването на глюкокиназната активност, специфично в дъгообразното ядро, увеличава приема на глюкоза, за предпочитане пред нормалната чау при плъхове. Докато намаляването на глюкокиназната активност в дъгообразния ефект има обратен ефект, намалявайки приема на глюкоза. Има непряка подкрепа за това откритие, тъй като активирането на клетки, експресиращи глюкокиназа в хипоталамуса, използвайки селективно електромагнитно активиране, повишен прием на храна [12].

Аркуатната глюкокиназа обаче не е единствената система, регулираща приема на хомеостатичен глюкоза. Последните данни сочат, че грелинът е важен регулатор на приема на глюкоза. Мишките с целенасочена делеция на грелин О-ацилтрансфераза, ензимът, отговорен за октанилирането и по този начин активирането на грелин, консумират по-малко глюкоза и малтодекстрин, отколкото дивите тинейджъри в тест за избор на две бутилки, докато приемът на фруктоза и захарин не е засегнат [13]. Обратно, прилагането на ацетилиран грелин на нормални мишки увеличава приема както на глюкоза, така и на разтвор на малтодекстин, но не влияе върху приема на фруктоза или захарин. Това предполага, че грелинът има важна роля за регулирането на приема на глюкоза, но в момента липсват подробности за механизма, регулиращ това. Възможно е грелин да взаимодейства с глюкокиназните експресиращи неврони в дъгообразното ядро, за да регулира приема на глюкоза, като в момента няма преки доказателства за това, но грелиновите рецептори се експресират върху подходящите неврони.

Ефекти върху здравето на диетичните въглехидрати

Заключения

Неотдавнашното идентифициране на механизъм за въглехидратен вкус при хората би трябвало да помогне за разрешаването на някои от противоречията относно несладкия вкус на въглехидратите, въпреки че вероятно е необходимо да се идентифицира основен механизъм, за да се направи това напълно и може да позволи разработването на агенти, имитиращи вкуса на нишесте с по-малко калории. Това, което все още предстои да бъде решено, е здравословното въздействие на въглехидратите с храната. Въпреки че вече има много изследвания по този въпрос, досега не се е получил ясен консенсус. Това вероятно се дължи на объркващите фактори на различните видове въглехидрати в диетата и индивидуалния отговор. В крайна сметка може да се изискват индивидуални препоръки относно диетата, а не препоръки, основани на широко население. Но такива препоръки ще изискват по-добро разбиране на взаимодействието между диетичните въглехидрати и генетичните и други фактори.

Ключови точки

Механизъм за вкус на въглехидрати, независим от рецепторите за сладък вкус, идентифицирани при хората.

Калоричното съдържание на глюкоза активира отделен път за възнаграждение към този, предизвикан от сладък вкус.

Идентифицирани са хомеостатични пътища, регулиращи приема на глюкоза

Благодарности

Финансова подкрепа и спонсорство.

Секцията по ендокринология и разследваща медицина се финансира от безвъзмездни средства от MRC, BBSRC, NIHR, награда за изграждане на капацитет за интегративна биология на бозайници (IMB), безвъзмездна помощ от FP7- ЗДРАВЕ- 2009- 241592 EuroCHIP и се подпомага от финансирането на Центъра за биомедицински изследвания на NIHR Схема. Изказаните мнения са на автора (авторите) и не непременно на (името на финансиращия), NHS, NIHR или Министерството на здравеопазването.

Бележки под линия

Конфликт на интереси: Нито един