يافتن محل دريافت حس شيريني در مغز
فاقد هرگونه کالري! اين برچسبي است که اين روزها روي بيشتر نوشيدني هاي غيرالکلي ديده مي شود و همواره در صدر شعارهايي قرار دارد که براي جلوگيري از چاقي مورد توجه افراد قرار مي گيرد. اکنون شيرين کننده هاي فاقد کالري حرف هاي زيادي براي گفتن دارند. توليدکنندگان مواد خوراکي و آشاميدني به قدري در امر به کارگيري مواد جانشين قند در محصولات خود توانا شده اند که عدم استفاده از آنها در آزمايش هاي مربوط به مزه ها، به جاي ماده اصلي- يعني ساکاروز- تقريباً امکان ناپذير به نظر مي رسد.
اما با وجود آن که امکان دارد مواد شيرين کننده ي مصنوعي، گيرنده هاي حس چشايي ما را گمراه کنند، نگراني ها در مورد اين که شايد نتوان مغز را چندان از اين طريق به اشتباه انداخت همچنان رو به افزايش است. آيا اين امر به اين دليل است که ريشه ي تمايل ما براي استفاده از مواد غذايي قندي صرفاً به علاقه به مزه ي شيرين است؟ در اين صورت، بسياري از راهبردهاي مربوط به کاهش وزن، بايد مورد بازبيني قرار گيرند.
در اين ميان، شيرين کننده هاي غيرقندي، راهي طولاني را طي کرده اند، که يکي از نخستين و شايد بدترين آنها "سُرب" است. روميان باستان، انگور را در کتري هاي سربي مي جوشانيده و از اين طريق اجازه مي دادند تا فلز شيرين مزه ي مزبور به ماده ي غذايي ايشان وارد شود. اين شيوه در طي چندين قرن در امپراطوري روم رواج داشته و تصور مي شود که موجب فوت افراد بسياري از جمله پاپ کلمنت دوم- که در سال 1047 درگذشت - شده است. بومي هاي آمريکاي جنوبي از نوعي گياه به نام "استويا" استفاده مي کنند که حاوي موادي شيميايي شيرين مزه اي است که در سيستم گوارش بدن انسان قابل هضم نيستند. بومي ها نگراني خاصي در زمينه ي وزن بدن خود نداشته و صرفاً با توجه به کميابي قند، به دنبال راهي براي شيرين کردن غذاي خود بودند.
"ساخارين" که اولين شيرين کننده ي مصنوعي صنعتي است، در اواخر قرن نوزدهم ميلادي کشف شد و خيلي زود مورد توجه همگان قرار گرفت. ماليات ها و ممنوعيت هاي انحصاري اعمال شده، هزينه ي اين ماده را در سطحي بالا نگه داشته، و موجب ايجاد بازار سياه ساخارين در سرتاسر اروپا شد: براساس گزارشي در سال 1911 ميلادي تنها در شهر زوريخ کشور سوئيس، 129 قاچاقچي ساخارين مشغول فعاليت بوده اند. البته اين ماده ته مزه اي قوي داشت. به همين دليل اين ماده در فرهنگ لغات انگليسي به عنوان بهترين نمونه شيريني غير واقعي، مورد توجه قرار گرفته است. از آن زمان، "سوکلاروز" که مانند ساکاروز و بسيار شيرين تر از آن است، و همين طور بسياري از مواد ديگر مانند سيکلامات، آسپارتام و ماده اي به نام "ربيانا" که از يکي از گياهان آمريکاي جنوبي به دست مي آيد، به بازار ارائه شده اند.
با بهتر شدن توانايي توليدکنندگان در ترکيب کردن اين مواد به منظور جلوگيري از طعم هاي عجيب و غريب، توانايي اين مواد براي کمک به ما به منظور کم کردن کالري هاي مصرفي و حفظ وزن مورد سؤال قرار گرفت. تحقيقات بسياري که از دهه ي 1980 ميلادي آغاز شد، نشان داده است که استفاده ي مرتب از شيرين کننده هاي مصنوعي حتي ممکن است از طريق تحريک اشتها و بدون کاهش گرسنگي، باعث پرخوري بيشتر شود. با اين وجود، روش شناسي برخي از اين تحقيقات، مورد سؤال بوده و شک و ترديد در اين زمينه ادامه دارد.
اخيراً جست و جو در اين زمينه توسط "گيدو فرانک"، استاد روان پزشکي در دانشگاه کلرادو ادامه يافته است. وي علاقه ي خاصي به تحقيق در زمينه ي ناهنجاري هاي خوردن دارد. به منظور مقايسه ي چگونگي پاسخ مغز به سوکلاروز و ساکاروز، وي مواد شيرين کننده و قند را به 12 زن خورانده و ميزان دوز مربوطه را به گونه اي تنظيم کرد که شيريني هر دو يکسان باشد. فرانک مي گويد: "آنها نمي توانند فرق خاصي بين اين دو مزه بگذارند." با اين همه، وقتي او و واکنش هاي مغزي اين افراد را از طريق روش تصويربرداري تشديد مغناطيسي کارکردي (fMRI) بررسي کرد، تفاوت هاي بارزي را ملاحظه کرد.
.JPG)
واکنش خوشايند
ساکاروز، فعال سازي قوي تري را در آن بخش از مغز که در واکنش به فعاليت هاي خوشايندي چون خوردن و آشاميدن فعال مي شوند، از خود نشان داد. سوکلاروز چندان اين قسمت ها را فعال نکرد، اما فعاليت را در کل مکان مربوط به چشايي مغز به صورت هم زمان ايجاد کرد، که البته اين کار را نسبت به ساکاروز در حد بالاتر و قوي تري انجام داد.
فرانک بر اين باور است که سوکلاروز، آن قسمت هايي از مغز را که حس خوشايند چشايي را ثبت مي کنند فعال مي کند، اما از توانايي کافي براي ايجاد حس سيري برخوردار نيست. وي مي گويد: "اين امر ممکن است باعث شود شما بعداً چيزي شيرين و يا کالري دار بخوريد."
نتايج مشابهي از آزمايش هاي اسکن مغزي انجام شده توسط "پُل اسميتس" - دانشمند علوم اعصاب مرکز پزشکي دانشگاه اوترخت کشور هلند- به دست آمده است. در طي اين آزمايش ها وي دو نوع نوشيدني پرتقالي را به داوطلبان خورانيد. يکي از آنها با استفاده از قند و ديگري با استفاده از ترکيبي از شيرين کننده هاي فاقد کالري مانند ساخارين، سيکلامات، و آسه سولفام پتاسيم، شيرين شده بود. هر دو نوع آشاميدني ياد شده، الگوهاي مشابهي از فعال سازي مغزي را در بر داشتند؛ به جز آن که مخلوط فاقد کالري، نتوانست قسمتي از بافت موجود در قسمت حس شيريني را که به اندازه و شکل يک گيلاس است و هسته دُم دار (1) ناميده مي شود فعال کند. اسميتس، نتايج خود را در طي يکي از جلسات سازمان نگاشت مغز انسان که در ماه ژوئن 2009 در سان فرانسيسکو برگزار شد، ارائه کرد.
يکي از مطالعاتي که فراتر از نگاشت مغزي نيز به انجام رسيده، در ماه جولاي توسط "ادوارد چمبرز" از دانشگاه بيرمنگام بريتانيا منتشر شده، و اين ايده که چيزي بيش از صرفاً شيريني توسط مواد غذايي شيرين القا مي شود را تقويت کرد. چمبرز، هشت نفر دوچرخه سوار را با شصت دقيقه فعاليت بدني بر روي دوچرخه ثابت قرار داد و در کنار آن، نرخ کار ايشان را اندازه گيري کرد. در طي مطالعات ياد شده که در روزهاي مجزايي انجام شد، وي به دوچرخه سواران گفت تا دهان خود را با محلولي از گلوکز و يا ساخارين مرطوب کرده، ولي آن را ننوشند. در مقايسه با ساخارين، محلول ساکاروز تا حدي موجب بهبود عملکرد دوچرخه سواران شد. مي توان اين گونه تصور کرد که کالري بيشتر اين محلول، آن قدر بوده که مغز ورزشکاران خسته را براي انجام فعاليت شديدتر تحريک کند.
البته نتيجه تعجب انگيز، بعدها و زماني به دست آمد که چمبرز از دوچرخه سواران خواست تا دهان خود را صرفاً با ساخارين و يا ساخارين و قندي کالري دار- ولي غير شيرين- مانند مالتودکسترين- مرطوب کنند. با وجود آن که هر دو محلول کاملاً مزه ي ساخارين مي دادند، اما عملکرد دوچرخه سواران در زمان استفاده از محلول دوم، کمي بهتر بود.
تمام اين قبيل نتايج، نشان مي دهند که وقتي غذا هنوز در دهان فرد قرار دارد، مغز تا حدي وجود کالري را تشخيص مي دهد. چمبرز مي گويد:" اين امر واکنشي غيرآگاهانه است." در عين حال، واکنش ياد شده ارتباطي به درک مزه ي شيرين ندارد. در طي انجام اسکن هاي fMRI بر روي ورزشکاران ياد شده، چمبرز توانست بررسي گذرايي بر اين واکنش ناآگاهانه داشته باشد. ترکيب ساخارين و مالتودکسترين موجب فعال سازي دو حوزه ي مربوطه در مغز- يعني سينگلوم يا جسم پينه اي کمربندي قدامي- شد، در حالي که ساخارين به تنهايي نتوانست تأثيري بر آنها داشته باشد.
در حالي که ممکن است به نظر برسد که اين کشف، خبر نامطلوبي براي نوشيدني هاي فاقد کالري محسوب شود، اما مي توان آن را آغازي بر پيشرفت واقعي در زمينه ي روش هاي کمک به افراد براي کاهش کالري دريافتي شان تلقي کرد. يکي از اين روش ها، بر آن دسته از اطلاعاتي تکيه دارد که طي دهه ي گذشته به دست آمده و نقش پروتئين هاي گيرنده در غدد چشايي ما مورد شناسايي قرار مي دهند. اين گيرنده ها، مولکول هاي طعم دار موجود در غذايي که مي خوريم را تشخيص مي دهند. در حالي که به نظر مي رسد 30 گيرنده ي طعم تلخ وجود داشته باشد، اما تنها يک گيرنده براي طعم شيرين وجود دارد که توسط زوجي از پروتئين ها به نام هاي T1R2 و T1R3 ايجاد شده است. اين گيرنده بر روي غدد چشايي و در نزديکي نوک زبان قرار داشته و تعجبي ندارد که هم با قندها و هم شيرين کننده هاي مصنوعي پيوند تشکيل مي دهد.
.JPG)
اين قبيل گيرنده ها، کانون تلاش هاي مربوط به ايجاد ترکيبات بهتر قندي بوده و مي توان از اين طريق اميد داشت تا مشکل ايجاد دوام دراز مدت ته مزه ناشي از شيرين کننده هاي مصنوعي، حل شود. اما اطلاعات کمي در مورد توانايي بارز مغز براي تمايز بين قند و شيرين کننده هاي مصنوعي بر اساس اين تحقيقات، حاصل شده است. در عوض، بنا به گفته ي "جايارام چاندراشکار"، دانشمند علوم اعصاب که در شناسايي بسياري از گيرنده هاي چشايي شرکت کرده، شايد بافت، عامل کليدي در اين زمينه محسوب شود.
به دليل آن که ساخارين چند صد برابر قند، شيريني دارد، چمبرز از آن به ميزان بسيار کمتري بهره گرفته که اين امر موجب شده تا نوشابه هاي حاوي گلوکز و مالتودکسترين از گرانروي بيشتري نسبت به نوشابه هايي که صرفاً حاوي ساخارين هستند، برخوردار باشند. بنابر گفته ي چاندراشکار، مغز ممکن است اين ترکيبات هوشمندانه را در واکنش هاي خود لحاظ کند.
چاندراشکار مي گويد: "وقتي چيز شيريني مي خوريد ممکن است دو مسير حسي را فعال کنيد، يکي براي شيريني و ديگري براي بافت. هر دوي اينها در کنار هم، حس بهتري از مسير حس شيريني به تنهايي براي انسان تأمين مي کنند." شايد با استفاده يکي از عوامل فاقد کالري که موجب غليظ شدن نوشابه هاي بدون کالري شود، بتوان اين مشکل را حل کرد. اين قبيل مواد، پيش از اين در محصولات مختلفي، از اسموتي ها تا کيک هاي ذرت، مورد استفاده قرار گرفته اند.
يکي از روش هاي جايگزين در اين زمينه، در شرکت "سنوميکس" کاليفرنيا در دست بررسي است. اين شرکت، مولکولي فاقد مزه به نام S6973 توليد کرد که مستقيماً گيرنده ي مزه ي شيرين را فعال نمي کند، اما به گونه اي آن را تغيير مي دهد که پيوندش با ساکاروز قوي تر شود. "گرانت دوبوا" - يکي از شيمي دانان امور طعم ها در شرکت کوکاکولا که تأمين مالي تحقيقات ياد شده در شرکت سنوميکس را بر عهده دارد- مي گويد: "اين ماده، موجب مي شود تا مولکول قند حتي تا دو برابر بيش از حد معمول بر روي گيرنده باقي بماند. شما مي توانيد نوشابه اي مصرف کنيد که به جاي آن که مطابق معمول، حاوي 10 درصد قند باشد، تنها با استفاده از 5 درصد قند همان مزه را به شما بدهد."
با اين وجود، هنوز هم ممکن است که S6973 موجب نااميدي آن دسته از افرادي شود که مي خواهند غذاهاي پر کالري خود را با استفاده از نوشابه هاي گازدار بدون کالري جبران کنند. به طور کلي مي توان گفت نوشابه هاي داراي مواد اضافه کننده ي حس شيريني، هنوز هم حاوي نيمي از قند نوشابه هاي معمولي هستند. اما در صورتي که برخلاف ماهيت نوشابه هاي فاقد کالري، بتوان اين نوشابه ها را به گونه اي تنظيم کرد که مغز را متقاعد کند که ميزان کالري مشابهي را دريافت مي کند، شايد اين حالت بهتر هم بشود.
بدون توجه به آزمايش هاي انجام شده در زمينه ي مزه، شايد اين قبيل نوشابه ها بتوانند از آزمون اسکن مغز با موفقيت عبور کنند.
.JPG)
باقي ماندن ته مزه
ته مزه ها، بزرگ ترين معضل مربوط به شيرين کننده هاي فاقد کالري محسوب مي شوند. گرانت دوبوا مي گويد: "همه ي اين مواد، مشکل شروع کُند روند حس شيريني و ايجاد ته مزه شيرين را دارند." در طي يکي از تحقيقات منتشر شده در ابتداي سال 2009، او و "اندرو جيمز" - دانشمند علوم اعصاب دانشگاه "امروي"- نخستين نشانه ي عصبي مربوط به ته مزه را گزارش داده اند.
دوبوا و جيمز، اسکن هاي مغزي fMRI را بر روي افراد داوطلب، انجام داده و محلول هايي از ساکاروز و يا آسپارتام را که يکي از شيرين کننده هاي مصنوعي است، به ايشان خوراندند. با مقايسه ي اسکن ها، محققان ياد شده دريافتند که توده اي به اندازه ي يک تيله بازي از بافت در محدوده اي از مغز که "اينسولا" ناميده مي شود و به خاطر واکنش به مزه ي شيرين شهرت دارد، با مصرف ساکاروز توسط افراد مورد مطالعه به مدت 15 ثانيه فعال شد، اما اين مدت براي آسپارتام 30 ثانيه بود. جيمز مي گويد: "ما اين واکنش طولاني مدت را تنها در "اينسولا" مشاهده کرديم. ما اين طور نتيجه گيري کرده ايم که در اصل شاهد واکنشي عصبي بوده ايم که به ته مزه مربوط است."
اين قبيل تحقيقات مي تواند موجب تحقق نخستين ابزار هدفمند مربوط به سنجش ميزان ته مزه شيرين کننده ها شود. اما بنا به گفته دوبوا- که شيرين کننده هاي مصنوعي را از دهه ي 1970 ميلادي مورد مطالعه و بررسي قرار داده است- ايجاد مولکول هاي فاقد ته مزه امري مخاطره آميز است. وي مي گويد: "در طي دوره ي کاري من در اين زمينه، در حدود يک هزار ترکيب متفاوت را چشيده ام. هيچ کدام از آنها مزه اي مانند قند نداشته و داراي ته مزه بوده اند."
اين امر ممکن است به مخالفت هاي اساسي مربوط به استفاده از شيرين کننده هاي مصنوعي برگردد. توليد اين مواد، هزينه بر بوده و بر اين اساس، تنها در صورتي توجيه اقتصادي دارند که در مقادير بسيار ناچيز مورد استفاده قرار گيرند. در نتيجه، مواد ياد شده بايد از توانايي شيرين کنندگي بالايي برخوردار باشند. براي نمونه، آسپارتام 200 برابر ساکاروز قدرت شيرين کنندگي داشته و دوبوا بر اين باور است که همين قدرت شيرين کنندگي بالاي اين مواد، منشأ مشکلات مزبور است. وي مي گويد: "شما تنها بايد ترکيب داراي قدرت شيرين کنندگي بالايي را کشف کنيد که فاقد ته مزه باشد."
هيچ کس دقيقاً نمي داند که دليل رابطه ي بين قدرت شيرين کنندگي و ته مزه در چيست، اما "مايکل نايم"، شيمي دان، ايده اي را در اين زمينه ارائه کرده است. وقتي که گيرنده هاي شيريني به قندها متصل مي شوند، سلول ها به مدت چند ثانيه شروع به ارسال سيگنال هاي شيريني براي اعصاب مجاور مي کنند، که اين امر تا زماني که پروتئين داخل سلول اين سيگنال را متوقف کند ادامه مي يابد. اما شيرين کننده هاي فاقد کالري هم در آب و هم در چربي قابل حل هستند که اين مشخصه ممکن است دليل قدرت شيرين کنندگي بالاي آنها از طريق ايجاد پيوند قوي بين اين مواد و گيرنده بوده، و در نتيجه مي توانند کاري را انجام دهند که از عهده قندها خارج است. اين مواد به آرامي در غشاي چربي سلول جريان يافته و با ورود به سلول، کليد توقف را محاصره مي کنند که اين امر موجب ادامه ي حالت شيريني مي شود.
دوبوا در حدود يک صد ماده ي شيميايي طراحي کرده که شباهت زيادي با قندها داشته و در نتيجه نبايد از غشاي سلولي عبور کنند؛ آن هم به اين اميد که مواد مزبور جايگزين مطلوبي براي ساکاروز باشند. مطمئناً اين مواد شيرين هستند، اما متأسفانه هيچ کدام شيرين تر از ساکاروز نيستند که اين امر، آنها را از لحاظ تجاري غير قابل عرضه مي کند.
.JPG)
پي نوشت ها :
caudate nucleus
منابع:
www.newscientist.com
ماهنامه ي علمي - فني دانشمند، شماره ي 558 /ع