A táplálkozás minden állat számára kiemelt fontosságú, a törzsfejlődés során egyre komplikáltabb működések szolgálják. A szerény szivacsoknak elég elcsípni a testükön átáramló vízben lévő szerves anyagot, de egy emlősnek már sokkal céltudatosabban kell megszereznie a napi betevőt. Az emlősök táplálkozásának minden lépését az idegrendszer szabályozza és e bonyolult folyamatsor megértése kulcsfontosságú lehet a modern társadalmak táplálkozási problémáinak megoldásában is.
Enni kell. Ez a megállapítás jóval megelőzte az idegtudomány megjelenését. Az evés miértje nem is az idegtudomány asztalára tartozik, inkább az élettudományok, a biológia egyik alapvetése: enni azért kell, mert az élő szervezet rendezettségét csak energiabefektetéssel lehet fenntartani, a természetben minden a maximális rendezetlenség irányába tendál. Az evés hogyanja viszont már az idegtudományok asztalára tartozik. Egy emlősnél például az esetek nagyrészében mozgásra van szükség a táplálék megszerzéséhez és elfogyasztásához is. A mozgás természetesen idegrendszeri szabályozás alatt áll, csak úgy, mint a táplálék felismerése, megszerzésének megtervezése, de a táplálkozás leállítása is.
A táplálkozás szabályozásán múlik, hogy egy állat milyen táplálékforrásokat ismer fel, aknáz ki és az is, hogy milyen gyakorisággal és mennyit eszik. Ez utóbbi folyamatokkal napjainkban igen komoly problémái vannak az emberiségnek. Az emberiség történetének utóbbi évtizedeiben a fejlett országokban az ételek szinte minden formában állandóan és viszonylag könnyen elérhetők. Ez nem az a helyzet, amihez alkalmazkodva az emlősök idegrendszere fejlődött, ebből pedig számos probléma származik: az ember nehezen áll ellen a magas tápanyagtartalmú ételeknek, hajlamos többet fogyasztani, mint amennyit szükséges lenne. Az evolúció által formált mechanizmusok nem működnek túl jól a megváltozott körülmények között. Ha sikerül megérteni őket, talán könnyebben kerülhetjük el az egészségtelen táplálkozásból és az elhízásból adódó egészségügyi komplikációk hadát.
A táplálkozás szabályozása
A táplálkozás szabályozásáról szerzett ismereteket a homeosztázis gondolata foglalja keretbe. A homeosztázis dinamikus egyensúlyt jelent, viszonylagos állandóságot, amely különféle hatások miatt kibillenhet, azonban a megfelelő mechanizmusoknak köszönhetően hamarosan helyreáll. Efféle homeosztatikus szabályozás alatt áll a táplálékfelvétel is. Amennyiben a szervezet kezd kifogyni a tápanyagokból, kialakul az éhség és beindulnak azok a folyamatok, melyek helyrebillentik a szervezet tartalékait.
Az idegtudósok már számos kísérletet végeztek a táplálkozás szabályozásának megértése céljából. Ezek a tanulmányok felvázolták a legalapvetőbb folyamatokat. A leptin és a ghrelin nevezetű hormonok a vérbe kerülnek, majd eljutnak a hipotalamuszhoz, ahol idegsejteket aktiválnak, melyek éhséget, illetve jóllakottságot idéznek elő. A legerősebb bizonyíték erre, hogy a leptinre, illetve a ghrelinre érzékeny sejtcsoportok irtása fokozza, illetve csökkenti az evés során elfogyasztott táplálék mennyiségét. Az újabb kísérletek alapján az is nyilvánvalóvá vált, hogy a táplálékfelvétel szabályozása a valóságban jóval összetettebb. Egy új tanulmány például arra világított rá, hogy a hipotalamuszon kívül a kisagy is szerepet játszik a táplálékfelvétel szabályozásában.
A kisagymagok leállítják az evést
Egy nemzetközi kutatócsoport sajátos megközelítéssel fedezte fel, hogy a kisagynak befolyása van a táplálkozásra. A kutatók Prader-Willi szindrómában szenvedő személyeket és egészséges személyeket vizsgáltak funkcionális mágneses rezonancia képalkotás segítségével. A kísérlet résztvevőinek különböző ételeket ábrázoló képeket vetítettek. Az így kapott adatok szerint a Prader-Willi szindrómás személyek mély kisagyi magvai csökkent aktivációt mutattak.
Mély kisagyi magvak
A mély kisagyi magvakon keresztül kommunikálnak a kisagy kérgében lévő sejtek az agy más struktúráival. Négy kisagymag létezik: a fogazott mag (nucleus dentatus), az ék alakú mag (nucleus emboliformis), a gömbölyű mag (nucleus globosus) és a csúcsi mag (nucleus fastigii). Kisagymagvakat az alakjuk alapján nevezték el, kivéve a csúcsi magot, amelynek a neve a helyzetére utal: a negyedik agykamra kicsúcsosodásánál helyezkedik el.
Prader-Willi szindróma
A Prader-Willi szindróma egy genetikai zavar, amelyet a 15-ös kromoszóma hibája okoz. Az újszülötteknél a szindróma első jelei az izomgyengeség, a lassú fejlődés és a rossz étvágy. Gyermekkorban azonban a betegek már szinte állandóan éhesek, ami elhízáshoz és cukorbetegséghez vezet. Jellemző még az értelmi képességek hiányossága és a viselkedéses problémák is.
A kutatók az fMRI eredmények alapján megvizsgálták, hogy befolyásolja-e a táplálkozást egerekben a kisagymagok mesterséges ingerlése. A kutatók kemogenetikai ingerlést használtak, vagyis olyan egereket használtak a kísérleteikben, melyek egy speciális sejtfelszíni receptorral rendelkeztek. A receptor a mély kisagyi magvak neuronjaiban fordult elő és egy vegyület beadása aktiválta őket. A vegyület nem befolyásolja a normálisan a szervezetben előforduló más receptorokat, csak a speciális receptort, ez adja a megközelítés specificitását. A kisagyi magvak aktivációja csökkentette a kísérleti állatok által elfogyasztott táplálék mennyiségét. Fontos részlet, hogy a beavatkozás nem változtatta meg az étkezések számát és az étkezés sebességét sem, hanem az étkezések hosszát csökkentette le.
A kutatók ezután azt próbálták felderíteni, hogy milyen kapcsolatban vannak az ismert hipotalamikus táplálkozást szabályozó sejtcsoportok a most feltárt kisagyi mechanizmussal. A kutatók mesterségesen aktiválták a hipotalamusz azon magcsoportját (íj alakú mag – nucleus arcuatus), amely fokozza a táplálékfelvételt és ezzel egyidejűleg a mély kisagyi magvakat is. A két sejtcsoport együttes aktiválása kioltotta egymás hatását. Mivel a kisagymagok és a hipotalamusz között közvetlen kapcsolatról nem tudtak a kutatók, arra gondoltak, hogy a jutalmazó rendszeren keresztül érvényesül ez a hatás.
A kisagymagok az étel vonzerejét csökkentik le?
A táplálkozás szabályozása nem csak a hipotalamuszon múlik. Egyértelmű, hogy a jutalmazó rendszernek nevezett idegrendszeri hálózat is hatással van az étkezésre. Ez a rendszer felelős a kellemes dolgok megközelítéséért és élvezetéért. Normálisan az ételek aktiválják a jutalmazó rendszer központi sejtcsoportjához tartozó dopaminerg neuronokat, ez pedig azt eredményezi, hogy az állat élvezi a táplálkozást, motivált lesz a táplálék keresésére, elfogyasztására. A kutatók megvizsgálták, hogy a kisagymagvak milyen hatással vannak a dopaminerg rendszerre és azt találták, hogy összességében lecsökkentik a táplálék által kiváltott aktivációt a dopaminerg sejtekben.
A dopaminerg rendszer
A teljes kép a dopaminerg (jutalmazó) rendszer esetében is komplikáltabb. A kisagymagvak aktivációja lecsökkentette a dopaminerg sejtek étkezés közbeni aktivációját, azonban összességében fokozta a dopamin mennyiségét. Ennek az elsőre paradoxnak tűnő jelenségnek az a magyarázata, hogy a dopaminerg sejtek fázisos és tónusos tüzelésre is képesek, melyek közül a fázisos tehető felelőssé a jutalmak elérésével kapcsolatos folyamatokért, míg a tónusos az általános motivációs szintet állítja be. A két tüzelési mód gyakran egymással ellentétesen változik: ha a fázisos csökken, akkor a tónusos nő, ahogy az feltehetőleg ebben a kísérletben is történt.
A kísérlet eredményei szerint tehát a kisagymagok lefékezik a táplálékfelvételt, méghozzá feltehetőleg a jutalmazó rendszeren keresztül. A kisagymagok a táplálkozás során szépen lassan lecsökkentik az étel jutalomértékét, mígnem az evés már nem kívánatos többé. Ez a mechanizmus sérül a Prader-Willi szindrómában, ezért az étel folyamatosan vonzó marad. Nem jön el az a pillanat, amit a legtöbben még normális kisagyi működés mellett is túl későinek érzünk az ünnepek alatt: “rá sem tudok már nézni az ételre!”
Ez a cikkem az Élet és Tudomány 2022/02. számában, az Agyi aktualitások rovatban jelent meg.
