Trung tâm thần kinh điều khiển sự thèm ăn của cơ thể

Cảm giác đói liên quan đến sự thèm muốn thức ăn và một số ảnh hưởng sinh lý khác, chẳng hạn như sự co bóp nhịp nhàng của dạ dày và sự bồn chồn bứt rứt, những điều này làm cho một người phải đi tìm thức ăn. Sự thèm ăn là cảm giác khao khát muốn có thức ăn, thường là một loại nào đó, và rất có ích trong việc giúp đỡ lựa chọn loại thực phẩm để ăn. Nếu việc tìm thức ăn được thỏa mãn, cảm giác no sẽ xuất hiện. Mỗi một loại cảm giác trên được ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường và văn hóa, cũng như sự kiểm soát sinh lý do các trung tâm đặc hiệu của não, đặc biệt là vùng hạ đồi.

Vùng hạ đồi chứa các trung tâm đói và no. Một số trung tâm thần kinh của vùng dưới đồi tham gia vào kiểm soát sự ăn. Nhân bên của vùng hạ đồi hoạt động như trung tâm nuôi dưỡng, và kích thích vào vùng này ở động vật gây ra chứng ăn vô độ (hyperphagia). Ngược lại, phá hoại vùng hạ đồi thị bên dẫn đến giảm sự thèm ăn và tiến tới gầy mòn, một trạng thái đặc trưng bởi giảm cân nặng, yếu cơ, và giảm chuyển hóa. Trung tâm nuôi dưỡng ở vùng hạ đồi thị bên hoạt động bằng cách điều khiển hoạt động cơ học để tìm thức ăn.

Nhân bụng giữa của vùng hạ đồi hoạt động như một trung tâm no chủ yếu. Trung tâm này được cho là gửi những nhận cảm về cảm giác hài lòng về dinh dưỡng nhằm ức chế trung tâm ăn uống. Kích thích điện vào vùng này gây ra no hoàn toàn, và mặc dù có những thức ăn khoái khẩu, con vật vẫn không chịu ăn (aphagia). Ngược lại, sự phá hủy nhân bụng giữa gây ra sự thèm ăn và con vật tiếp tục ăn cho đến khi trở nên béo phì nghiêm trọng, một số trường hợp cân nặng tăng gấp bốn lần bình thường.

Nhân cận não thất, nhân lưng, và nhân cung của vùng hạ đồi đóng vai trò chủ yếu trong việc điều chỉnh ăn uống. Ví dụ, tổn thương của nhân cận não thất gây ra ăn uống quá mức, trong khi tổn thương nhân lưng thường làm giảm sút hành vi ăn uống. Nhân cung nằm ở vị trí trong vùng hạ đồi nơi mà nhiều hormone giải phóng từ đường tiêu hóa và mô mỡ tập trung lại để điều chỉnh quá trình ăn uống, cũng như tiêu thụ năng lượng.

Nhiều trao đổi hóa học xảy ra giữa các tế bào thần kinh ở vùng hạ đồi, và đồng loạt, những trung tâm này cùng phối hợp hoạt động trong quá trình kiểm soát hành vi ăn uống và tri giác về no. Những nhân hạ đồi này ảnh hưởng đến việc tiết nhiều loại hormones đóng vai trò quan trọng trong cân bằng chuyển hóa và năng lượng, bao gồm tuyến giáp tuyến thượng thận cũng như các tế bào đảo tụy.

Vùng hạ đồi tiếp nhận (1) tín hiệu thần kinh từ ống tiêu hóa cung cấp thông tin nhận cảm về mức độ đầy của dạ dày (2) tín hiệu hóa học từ các chất dinh dưỡng trong máu (glucose, amino acids, và acid béo) biểu hiện no; (3) tín hiệu từ các hormones tiêu hóa; (4) tín hiệu của hormones giải phóng bởi mô mỡ; và (5) tín hiệu từ vỏ não (thị giác, khứu giác và vị giác) ảnh hưởng đến hành vi dinh dưỡng.

Hình. Cơ chế phản hồi để kiểm soát lượng thức ăn.

Các thụ thể kéo dài trong dạ dày kích hoạt các đường dẫn hướng cảm giác trong dây thần kinh phế vị và ức chế lượng thức ăn nạp vào cơ thể. Peptide YY (PYY), chole-cystokinin (CCK), và insulin là các hormone đường tiêu hóa được giải phóng khi tiêu hóa thức ăn và ngăn cản việc ăn thêm. Ghrelin được dạ dày tiết ra, đặc biệt là khi đói, và kích thích sự thèm ăn. Leptin là một loại hormone được sản xuất với số lượng ngày càng tăng bởi các tế bào mỡ khi chúng tăng kích thước. Nó ức chế lượng thức ăn nạp vào cơ thể.

Các trung tâm dinh dưỡng và no vùng hạ đồi có mật độ cao các receptors của các chất dẫn truyền thần kinh và hormone ảnh hưởng đến hành vi ăn uống. Một vài chất trong số chúng được chỉ ra là đã làm thay đổi sự ngon miệng và cảm giác ăn uống trong nghiên cứu thực nghiệm và thường được phân loại là (1) chất orexigenic kích thích ăn uống (2) chất đối orexigenic (anorexigenic) ức chế ăn uống.

Bảng. Chất dẫn truyền thần kinh và nội tiết tố. Điều đó có ảnh hưởng đến trung tâm ăn và cảm giác no ở vùng hạ đồi

Neuron và chất dẫn truyền thần kinh ở vùng hạ dồi kích thích hoặc ức chế ăn uống. Hai loại neuron riêng biệt trong nhân cung hạ đồi thị đặc biệt quan trọng trong kiểm soát sự ngon miệng và tiêu hao năng lượng: (1) pro-opiomelanocortin (POMC) neuron sản xuất α– melanocyte-stimulating hormone (α-MSH) cùng với cocaine - amphetamine-related transcript (CART) vàd (2) neuron sản xuất chất orexigenic neuropeptide Y (NPY) và agouti-related protein (AGRP). Hoạt hóa neuron POMC làm giảm ăn uống và tăng tiêu thụ năng lượng, trong khi hoạt hóa neuron NPY-AGRP có tác dụng ngược lại, tăng ăn uống và giảm tiêu thụ năng lượng. Có sự liên hệ đáng kể giữa các neuron này, neuron POMC/CART và AGRP/NPY xuất hiện như là đích chủ yếu của các hormone kiểm soát ngon miệng, bao gồm leptin, insulin, cholecystokinin (CCK), và ghrelin. Thực tế là, neuron của nhân cung xuát hiện ở vị trí tập trung nhiều tín hiệu thần kinh và ngoại vi điều chỉnh năng lượng dự trữ.

Hình. Kiểm soát cân bằng năng lượng bởi hai loại tế bào thần kinh của nhân vòng: (1) tế bào thần kinh proopiomelanocortin (POMC) giải phóng hormone kích thích tế bào α-melanocyte (α-MSH) và bản sao điều chỉnh cocaine và amphetamine (CART), làm giảm lượng thức ăn và tăng tiêu hao năng lượng và (2) tế bào thần kinh sản xuất protein liên quan đến agouti (AGRP) và neuropeptide Y (NPY), tăng lượng thức ăn và giảm tiêu thụ năng lượng. α-MSH được giải phóng bởi các tế bào thần kinh POMC kích thích các thụ thể melanocortin (MCR-3 và MCR-4) trong nhân cận thất (PVN), sau đó kích hoạt các đường dẫn truyền tế bào thần kinh chiếu tới nhân đường sinh dục và tăng hoạt động giao cảm và tiêu hao năng lượng. AGRP hoạt động như một chất đối kháng của MCR-4. Insulin, leptin, andcholecystokinin (CCK) là các hormone ức chế tế bào thần kinh AGRP-NPY và kích thích tế bào thần kinh POMC-CART lân cận, do đó làm giảm lượng thức ăn. Ghrelin, một loại hormone được tiết ra từ dạ dày, kích hoạt tế bào thần kinh AGRP-NPY và kích thích ăn vào. LepR, thụ thể leptin; Y1R, thụ thể neuropeptide Y1.

Neuron POMC giải phóng α-MSH, tác động lên melanocortin receptor có mặt trên neuron của nhân cận não thất. Mặc dù tồn tại ít nhất 5 loại receptor melanocortin (MCR), MCR-3 và MCR-4 đặc biệt quan trọng trong điều chỉnh ăn uống và cân bằng năng lượng. Hoạt hóa những receptors này giảm sự ăn uống trong khi tăng tiêu thụ năng lượng. Ngược lại, ức chế MCR-3 và MCR-4 tăng nhanh chóng sự ăn uống và giảm tiêu thụ năng lượng. Ảnh hưởng của việc hoạt hóa MCR-4 là tăng tiêu thụ năng lượng xuất hiện qua trung gian, ít nhất là một phần, bởi hoạt hóa con đường thần kinh từ nhân cận não thất đến nhân bó đơn độc (nucleus tractus solitarius - NTS) và kích thích hệ thần kinh giao cảm. Mặc dù vậy, POMC neurons và MCR-4 có mặt trong thân não, bao gồm cả NTS, nơi có nhiệm vụ điều chỉnh việc ăn uống cũng như tiêu thụ năng lượng.

Hệ thống hormone của vùng hạ đồi có vai trò quyết định trong dự trữ năng lượng của cơ thể, và những sai sót trong tín hiệu của con đường này liên quan đến chứng béo phì nghiêm trọng. Thực tế là, đột biến của MCR-4 đại diện cho hầu hết những đột biến đã biết (đơn gen) gây ra béo phì ở người, và một số nghiên cứu gợi ý rằng đột biến MCR-4 có thể xảy ra với tần suất từ 5 đến 6% trong giai đoạn sớm của béo phì trầm trọng ở trẻ em. Ngược lại, sự hoạt hóa quá mức hệ thống hormone hạ đồi làm giảm sự ngon miệng. Một số nghiên cứu cũng gợi ý sự hoạt hóa này có thể đóng một vai trò trong việc gây ra chứng biếng ăn liên quan nhiễm trùng nặng, ung thư, hoặc ure máu.

AGRP giải phóng từ orexigenic neurons của vùng hạ đồi là chất đối kháng tự nhiên với MCR-3 và MCR-4 và có lẽ làm tăng ăn uống nhờ ức chế ảnh hưởng của α-MSH để kích thích các receptors của hormon vùng hạ đồi. Mặc dù vai trò của AGRP trong việc điều hòa sinh lý ăn uống là chưa rõ, hình thành quá nhiều AGRP ở chuột và người do đột biến gen liên quan đến tăng ăn uống và béo phì.

NPY được giải phóng ra từ orexigenic neurons ở nhân cung. Khi năng lượng dự trữ trong cơ thể trở nên quá thấp, orexigenic neurons được hoạt hóa để giải phóng NPY, kích thích sự ngon miệng. Trong cùng thời điểm, kích thích với POMC neurons giảm đi, do đó giảm hoạt động của con đường melanocortin và cũng kích thích sự ngon miệng.

Trung tâm thần kinh ảnh hưởng tới quá trình cơ học của ăn uống. Một khía cạnh khác của dinh dưỡng là quá trình cơ học của ăn uống. Nếu não được cắt dưới vùng hạ đồi nhưng trên trung não, con vật có thể thực hiện được quá trình ăn uống cơ học căn bản. Nó có thể chảy nước bọt, liếm môi, nhai thức ăn và nuốt. Do đó, cơ chế ăn uống được kiểm soát bởi các trung tâm nằm ở não giữa. Chức năng của các trung tâm khác trong việc ăn uống là kiểm soát lượng thức ăn hấp thụ và kích thich các trung tâm ăn uống cơ học hoạt động.

Các trung tâm thần kinh cao hơn vùng hạ đồi đóng một vai trò quan trọng trong kiểm soát ăn uống, đặc biệt là kiểm soát sự ngon miệng. Các trung tâm này bao gồm thể hạnh nhân và vỏ não thùy trán, có sự liên hệ mật thiết với vùng hạ đồi. Các phần của thể hạnh nhân là một phần quan trọng của hệ thống thần kinh khứu giác. Tổn thương phá hủy thể hạnh nhân chứng tỏ một vài khu vực của thể hạnh nhân gây ra tăng ăn uống, trong khi một vài khu vực khác lại ức chế. Hơn nữa, kích thích một số vùng ở thể hạnh nhân chỉ ra cơ chế hoạt động của ăn uống. hậu quả nghiêm trọng của việc phá hủy thể hạnh nhân ở cả hai bên não là sự “mù tâm lý” trong việc lựa chọ thức ăn. Nói cách khác, động vật (và phỏng đoán con người cũng như vậy) mất toàn bộ hoặc một phần cảm giác ngon miệng trong việc xác định loại và chất lượng thức ăn.