Kiedy z niecierpliwością zabierasz się za długo wyczekiwany obiad, sygnały płynące z żołądka do mózgu powstrzymują Cię od zjedzenia takiej ilości, że będziesz tego żałować – a przynajmniej tak sądzono. Teorii tej tak naprawdę nigdy nie sprawdzono bezpośrednio, dopóki zespół naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco nie zajął się nią niedawno.
Okazuje się, że obraz jest trochę inny.
Zespół kierowany przez dr Zachary’ego Knighta, profesora fizjologii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Kavli Institute for Fundamental Neuroscience, odkrył, że to zmysł smaku odciąga nas od krawędzi wdychania jedzenia w głodny dzień. Pobudzany percepcją smaku zestaw neuronów – rodzaj komórek mózgowych – niemal natychmiast zwraca uwagę, aby ograniczyć spożycie pokarmu.
„Odkryliśmy logikę, której używa pień mózgu do kontrolowania tego, jak szybko i ile jemy, wykorzystując dwa różne rodzaje sygnałów, jeden dochodzący z ust, a drugi dochodzący znacznie później z jelit” – powiedział Knight, który jest również specjalistą ds. badacz w Instytucie Medycznym Howarda Hughesa i członek Instytutu Neuronauk Weilla na Uniwersytecie Kalifornijskim w Kalifornii. „To odkrycie daje nam nowe ramy do zrozumienia, w jaki sposób kontrolujemy nasze jedzenie”.
Badanie, które ukaże się 22 listopada 2023 r. w czasopiśmie Nature, może pomóc w dokładnym odkryciu, jak działają leki odchudzające, takie jak Ozempic, i jak zwiększyć ich skuteczność.
Nowe spojrzenie na pień mózgu
Ponad sto lat temu Pawłow zaproponował, że wzrok, zapach i smak jedzenia są ważne w regulacji trawienia. Nowsze badania przeprowadzone w latach 70. i 80. XX w. również sugerowały, że smak jedzenia może ograniczać szybkość, z jaką jemy, ale nie było możliwe zbadanie odpowiedniej aktywności mózgu podczas jedzenia, ponieważ komórki mózgowe kontrolujące ten proces znajdują się głęboko w pniu mózgu, co utrudnia dostęp do nich lub nagrywanie u zwierzęcia, które nie śpi.
Knight powiedział, że z biegiem lat pomysł został zapomniany.
Nowe techniki opracowane przez głównego autora dr Truonga Ly, absolwenta laboratorium Knighta, pozwoliły na pierwsze w historii obrazowanie i rejestrację struktury pnia mózgu, która ma kluczowe znaczenie dla uczucia sytości, zwanej jądrem przewodu pokarmowego (NTS) w stanie czuwania , aktywna mysz. Użył tych technik, aby przyjrzeć się dwóm typom neuronów, o których od dziesięcioleci wiadomo, że odgrywają rolę w przyjmowaniu pokarmu.
Zespół odkrył, że po umieszczeniu pokarmu bezpośrednio w żołądku myszy komórki mózgowe zwane PRLH (od hormonu uwalniającego prolaktynę) zostały aktywowane przez sygnały składników odżywczych wysyłane z przewodu pokarmowego, zgodnie z tradycyjnym myśleniem i wynikami wcześniejszych badań.
Kiedy jednak pozwolili myszom jeść normalnie, sygnały z jelit nie pojawiły się. Zamiast tego komórki mózgowe PRLH przestawiły się na nowy wzorzec aktywności, który był całkowicie kontrolowany przez sygnały z ust.
„To było całkowite zaskoczenie, że komórki te zostały aktywowane przez percepcję smaku” – powiedziała Ly. „To pokazuje, że istnieją inne elementy systemu kontroli apetytu, o których powinniśmy pomyśleć”.
Choć spowolnienie jedzenia przez nasz mózg, gdy jesteśmy głodni, może wydawać się sprzeczne z intuicją, w rzeczywistości mózg wykorzystuje smak jedzenia na dwa różne sposoby jednocześnie. Jedna część mówi: „To smakuje dobrze, jedz więcej”, a druga polega na obserwowaniu, jak szybko jesz i mówieniu: „Zwolnij, bo będziesz chory”.
„Równowaga między nimi polega na tym, jak szybko jesz” – powiedział Knight.
Ly stwierdziła, że aktywność neuronów PRLH wydaje się wpływać na smakowitość pożywienia dla myszy. Zgadza się to z naszym ludzkim doświadczeniem, że jedzenie staje się mniej apetyczne, gdy już się nim nasycisz.
Komórki mózgowe inspirujące leki odchudzające
Spowolnienie wywołane neuronami PRLH ma również sens pod względem czasu. Smak jedzenia pobudza te neurony do zmiany aktywności w ciągu kilku sekund, od kontrolowania jelit po reagowanie na sygnały z ust.
Tymczasem potrzeba wielu minut, aby inna grupa komórek mózgowych, zwana neuronami CGC, zaczęła reagować na sygnały z żołądka i jelit. Komórki te działają w znacznie wolniejszym przedziale czasowym – dziesiątkach minut – i mogą powstrzymać głód na znacznie dłuższy okres czasu.
„Wspólnie te dwa zestawy neuronów tworzą pętlę sprzężenia zwrotnego” – powiedział Knight. „Jeden używa smaku, aby spowolnić działanie i przewidzieć, co nadejdzie. Drugi wykorzystuje sygnał jelitowy, aby powiedzieć: «Oto, ile naprawdę zjadłem. Ok, teraz jestem pełny!»”
Reakcja komórek mózgowych CGC na sygnały rozciągające z jelit polega na uwolnieniu GLP-1, hormonu naśladowanego przez Ozempic, Wegovy i inne nowe leki odchudzające.
Leki te działają na ten sam obszar pnia mózgu, który technologia Ly w końcu umożliwiła naukowcom zbadanie. „Teraz potrafimy rozgryźć, co dzieje się w mózgu, co powoduje, że te leki działają” – powiedział.
Głębsze zrozumienie, w jaki sposób sygnały z różnych części organizmu kontrolującego apetyt otworzyłoby drzwi do opracowania schematów odchudzania dostosowanych do indywidualnego sposobu odżywiania się ludzi poprzez optymalizację interakcji sygnałów z dwóch zestawów komórek mózgowych – twierdzą naukowcy.
Zespół planuje zbadać te interakcje, starając się lepiej zrozumieć, w jaki sposób sygnały smakowe z pożywienia wchodzą w interakcję ze sprzężeniem zwrotnym z jelit, co ma na celu tłumienie apetytu podczas posiłku.