Smegenys pagrindinius išgyvenimo poreikius valdo per specializuotas nervų grandines. Naujausiais tyrimais nustatytos specifinės neuronų populiacijos pagumburyje, reguliuojančios alkį ir troškulį. AGRP neuronai suaktyvėja, kai trūksta energijos, ir sukelia maitinimosi reakcijas, o atskiri neuronai viduriniame preoptiniame branduolyje stebi kraujo osmoliariškumą ir kontroliuoja skysčių suvartojimą. Šios grandinės veikia per sudėtingus grįžtamojo ryšio mechanizmus, kurie numato mitybos poreikius prieš atsirandant fiziologiniam deficitui. Supratus šiuos nervinius kelius, gali pasikeisti įvairių sutrikimų – nuo nutukimo iki su dehidratacija susijusių būklių – gydymo metodai.
Alkio neurobiologija: kaip smegenys signalizuoja, kad laikas valgyti
Nors alkis paprastai suvokiamas kaip paprastas pojūtis, jis yra sudėtingas neurobiologinis procesas, apimantis daugybę smegenų sričių ir signalinių kelių. Pagumburis yra pagrindinis reguliacinis centras, kurio specializuoti neuronai, esantys arkiniame branduolyje, reaguoja į cirkuliuojančius hormonus, tokius kaip grelinas ir leptinas, kurie signalizuoja apie energetinę būklę.
Sumažėjus gliukozės kiekiui kraujyje, suaktyvėja AGRP neuronai, skatinantys maitinimosi elgesį, o melanokortino neuronai slopinami. Kartu šoninis pagumburis bendrauja su dopaminerginėmis atlygio grandinėmis, skatinančiomis vartoti maistą.
Insulinė žievė integruoja šiuos signalus su sensorine informacija apie maisto prieinamumą ir skonį. Ši sudėtinga sistema apima perteklinius mechanizmus, užtikrinančius išgyvenimą, nes kelios nervų populiacijos gali nepriklausomai sukelti maitinimosi elgesį.
Naujausi optogenetiniai tyrimai parodė, kad tiesioginė pagumburio alkio grandinių stimuliacija gali paskatinti maitinimąsi net sotiems gyvūnams.
Troškulio mechanizmai: Nervų grandinės, padedančios palaikyti hidrataciją
Nors nerviniai mechanizmai, valdantys troškulį, yra mažiau ištirti nei alkio grandinės, jie yra tokios pat sudėtingos homeostatinės sistemos, būtinos išgyvenimui. Pirminis troškulio kontrolės centras yra pagumburio lamina terminalis, ypač subforninio organo (SFO) neuronai, kurie nustato kraujo osmoliariškumą ir angiotenzino II kiekį.
Neseniai atliktais optogenetiniais tyrimais nustatyta, kad vidutinio preoptinio branduolio (MnPO) jaudinantys neuronai stimuliuoja gėrimo elgesį, o tame pačiame regione esantys slopinantys neuronai slopina troškulį. Šios grandinės palaiko ryšį su aplinkiniais organais, kurie neturi visiško kraujo ir smegenų barjero, todėl galima tiesiogiai stebėti sisteminę hidratacijos būklę.
Be to, mokslininkai atrado išankstinius mechanizmus, kurie aktyvuoja troškulio neuronus prieš pasireiškiant fiziologiniam deficitui ir gali užkirsti kelią dehidratacijai. Ši sistema naudoja grįžtamąjį ryšį iš burnos ir ryklės jutiklių, kurie greitai įvertina suvartojamų skysčių kiekį ir leidžia tiksliai reguliuoti gėrimo elgseną.
Neapsiribojant pagrindiniais poreikiais: Kaip neuronai skiria skirtingus mitybos poreikius?
Nepaisant tradicinio požiūrio į alkį kaip į vientisą potraukį, šiuolaikinis neurobiologinis mokslas atskleidžia, kad atskiros neuronų grandinės selektyviai reaguoja į tam tikrus mitybos trūkumus. Mokslininkai nustatė specializuotus pagumburio neuronus, kurie suaktyvėja, kai organizmui reikia tam tikrų maistinių medžiagų, pavyzdžiui, baltymų, riebalų ar angliavandenių.
Šios specialios grandinės sukelia specifinį apetitą, o ne bendrus alkio pojūčius. Pavyzdžiui, AgRP neuronai atskiria baltymų trūkumą ir bendrą kalorijų poreikį, inicijuodami skirtingas elgesio reakcijas.
Taip pat atskiros neuronų populiacijos stebi natrio kiekį, o kai jo trūksta, prasideda specifinis druskos paieškos elgesys.
Šiuolaikiniai vaizdavimo metodai parodė, kad šios su maistinėmis medžiagomis susijusios grandinės keičia savo jungčių pobūdį priklausomai nuo organizmo medžiagų apykaitos būklės ir pasižymi nepaprastu plastiškumu.
Tokia specializuota organizacija leidžia tiksliai reguliuoti homeostazę, todėl organizmai gali ieškoti būtent to, ko jiems trūksta, o ne beatodairiškai vartoti išteklius.
Hipotaliamas: Apetito reguliavimo centras
Smegenų pagrinde esantis pagumburis yra pagrindinis apetito ir medžiagų apykaitos homeostazės reguliavimo centras. Ši nedidelė, bet labai svarbi sritis integruoja periferinius hormonų, tokių kaip leptinas, grelinas ir insulinas, signalus su nerviniais įėjimais, kad reguliuotų maitinimosi elgseną.
Pagumburyje yra skirtingi branduoliai, atliekantys specializuotas funkcijas: arkiniame branduolyje yra POMC neuronai, slopinantys apetitą, ir NPY/AgRP neuronai, skatinantys maitinimąsi; šoninėje pagumburio srityje yra MCH ir oreksino neuronai, skatinantys alkį, o paraventrikulinis branduolys koordinuoja sotumo reakcijas.
Šios neuronų populiacijos bendrauja sudėtingomis grandinėmis, kurios skirtingai reaguoja į energijos būsenas.
Naujausi optogenetiniai tyrimai parodė, kad selektyvus šių neuronų grupių aktyvavimas gali greitai paskatinti arba nutraukti maitinimąsi, o tai patvirtina, kad pagumburis yra medžiagų apykaitos poreikių ir elgesio reakcijų valdymo centras.
Kai sutrinka nervų sistemų veikla: Poveikis valgymo sutrikimams
Apetito reguliavimą reguliuojančių nervinių grandinių sutrikimai gali sukelti sunkius valgymo sutrikimus, turinčius didelių fiziologinių ir psichologinių pasekmių. Nervinė anoreksija ir nervinė bulimija yra neurotransmiterių, ypač serotonino ir dopamino, disbalanso pavyzdžiai, kai sutrinka normalus pagumburio signalas.
Naujausi neurovaizdavimo tyrimai atskleidė, kad sergančių asmenų orbitofrontalinės žievės ir migdolinės galvos smegenų aktyvacijos modeliai yra nenormalūs.
Persivalgymo sutrikimas koreliuoja su sumažėjusiu D2 receptorių prieinamumu striatinėse srityse, o tai rodo, kad sutrikęs atlygio apdorojimas. Šie neurobiologiniai pakitimai gali paaiškinti, kodėl valgymo sutrikimai išlieka, nepaisant neigiamų padarinių sveikatai.
Genetinis pažeidžiamumas kartu su aplinkos stresą sukeliančiais veiksniais gali visam laikui pakeisti nervų grandines, reguliuojančias sotumo ir alkio jausmą. Gydymo metodai vis dažniau nukreipti į šiuos neurologinius pagrindus, taikant farmakologines intervencijas, kuriomis moduliuojamos neuromediatorių sistemos, arba neuromoduliacijos metodus, kurie tiesiogiai veikia disfunkcines smegenų grandines.
Ateities perspektyvos: Tiksliniai neuronai nutukimo gydymui.
Mokslininkams vis geriau suprantant mitybos elgesio neurobiologinius pagrindus, atsirado revoliucinis požiūris į nutukimo gydymą tikslingai manipuliuojant neuronais.
Naujausi optogenetikos ir chemogenetikos tyrimai parodė, kad įmanoma moduliuoti konkrečias neuronų grandines, susijusias su alkio, sotumo ir atlygio apdorojimu.
Dabar klinikiniais tikslais daugiausia dėmesio skiriama AgRP ir POMC neuronų, kaip pagrindinių taikinių, nustatymui, o eksperimentinės intervencijos duoda daug žadančių rezultatų mažinant maisto suvartojimą nedarant poveikio medžiagų apykaitos homeostazei.
Giliosios smegenų stimuliacijos protokolai, nukreipti į šoninį pagumburį, pradėti taikyti ankstyvuosiuose klinikiniuose tyrimuose, o neinvazinės neuromoduliacijos metodai vis dar tobulinami.
Šiais metodais siekiama apeiti tradicinės farmakoterapijos apribojimus, tiesiogiai veikiant neuronines grandines, o ne vienu metu plačiai veikiant kelias sistemas.
Tikslumas, kurį užtikrina specifinių neuronų taikinių nustatymas, galiausiai gali padėti gydyti nutukimą veiksmingiau ir sumažinti šalutinį poveikį.
Pastaba: šiame tekste netaikomi jokie metrinių vienetų perskaičiavimai, nes nebuvo minimi jokie konkretūs matavimai.
