produkt produkt Forskning på overvekt og spiseforstyrrelser hos mennesker kan bidra til å forstå appetittregulering hos laks- og omvendt! For alle oppdrettere er fiskens appetitt en viktig indikator på hvordan det står til med fisken. Appetitt, eller matlyst, bidrar til å regulere fôrinntaket, og påvirkes av en rekke faktorer som skyldes forhold i fiskens indre og ytre miljø. For oppdretteren kan reduksjon i matlysten være et signal om at noe er i ferd med å gå galt i tankene eller i merden. Har fisken god matlyst betyr det derimot at den spiser og vokser godt- noe som gir utsikter til et godt økonomisk utbytte. I motsetning til de fleste (voksne) mennesker der matlysten i mange tilfeller reguleres så presist at vekten holdes konstant med mindre variasjoner over år, vil matlysten hos laks bl.a variere med temperatur, årstider, livsfaser m.m. Til forskjell fra oss så kan laksen vokse hele livet og appetitten justeres i forhold til dette. Hvordan appetitten reguleres er derimot ikke kjent i detalj. I denne artikkelen vil forfatterne oppsummere en del av den nyere forskningen som pågår for å bedre forståelsen av appetitt hos laks. Vi vil også vise at den kunnskapen som finnes omkring dette hos mennesker er et godt grunnlag for å forstå disse prosessene i laks. Av Ragnhild Valen, Ann-Elise Olderbakk Jordal og Ivar Rønnestad1,2 Institutt for Biologi, Universitetet i Bergen [email protected] Mye av forskningen rundt matlyst hos fisk har i hovedsak vært knyttet til effekter av sammensetningen av fôr og hvordan miljøfaktorer som lys, årstid og temperaturvariasjoner påvirker hvor mye fôr fisken spiser. Dette er svært viktig informasjon for å produsere fôr som gir god matlyst, og som for eksempel for å forstå hvordan laks vil takle økt vanntemperatur som følge av klimaendringer . Men, det er lite kunnskap tilgjengelig som kan fortelle oss noe omkring laksens indre, fysiologiske regulering av appetitten, selv om dette trolig kan være en viktig nøkkel for å forstå hvordan ulike ytre faktorer styrer hvor mye fisken spiser. Slik kunnskap vil trolig gi bedre muligheter til å optimalisere utbyttet av fôret og sikre en god vekst, og godt økonomisk utbytte. I oppdrett ønsker en at fisken skal ha god matlyst. En arbeider for tiden med å identifisere de faktorene i fiskemel og andre råvarer som stimulerer til høyt fôrinntak og som gir god vekst. Det er kjent at plantebasert råstoff som brukes som erstatning for fiskemel i fôret ofte har en negativ effekt på matlysten. For å sikre fremtidig produksjon av fôr av høy kvalitet som sikrer rask vekst og fordøyelse, så er det svært viktig å øke forståelsen av de faktorene som kontrollerer de integrerte prosessene som regulerer fordøyelsen, matlysten og energiomsetning i fisken. [email protected] 2 Arbeidet støttes av EU (FP7- LIFECYCLE), UiB, HelseVest og NFR (flere prosjekter) 56 Vi har nå et visst belegg for å si at systemet sjoner i temperatur, saltkonsentrasjon og som for appetittregulering hos fisk ligner det vi har evnen til å gå lenge uten å spise. finner hos pattedyr (som inkluderer oss mennesker). I løpet av de siste årene er det identifisert en rekke hormonlignende substanser Appetittregulering er et samspill (signalstoffer og peptidhormoner) fra hjernen mellom en rekke signaler fra fiskens hos laks og andre fisk. Disse peptidhormone- indre og ytre miljø ne er svært like (homologe) de som finnes hos Hos mennesket reguleres matlysten av sentre mennesker. Vi vet at hos mennesker påvirker i hjernen i området vi kjenner som hypotaladisse signalstoffene matlysten direkte. Som mus. Hypotalamus påvirkes av signaler som biologer kan vi derfor anta at mange av disse oppstår i selve hjernen (sentrale), og signaler signalstoffene har en biologisk funksjon som fra andre deler av kroppen (perifere). Samlet er bevart gjennom evolusjonen. Men, en vik- sett utløser disse signalene en sult eller metttig forskjell mellom fisk og pattedyr, er at fisk hetsfølelse, og vi vet også at appetittføleler vekselvarme dyr som ikke bruker energi på sen kan innstilles på ulike nivå. Matlysten å opprettholde høy og jevn kroppstemperatur. påvirkes dessuten sterkt av både psykiske Samtidig vet vi at det finnes mer en 20 000 påvirkninger (impulser fra overordnede hjerarter fisk med svært ulike leveområder, og nesentre) og fysiologiske faktorer (stoffskiftelivsbetingelser. Artene har svært ulike stra- prosesser og ernæringstilstand; hos menneske tegier for fødevalg og respons til matinntak, er blodsukker viktig). som gjerne varierer gjennom året. Mange arter, Hos de fleste av oss kommer matlysten på som for eksempel laks er også fysiologisk godt de tider vi vanligvis spiser, men som vi alle tilpasset til lange perioder med sult. Det er kjenner til kan vi lett bli sultne utenom spiderfor grunn til å tro at det finnes forskjeller setidene dersom vi ser eller lukter mat, eller i hvordan matlysten reguleres hos fisk og pat- bare vi tenker på god mat! Det har vist seg tedyr, mellom ulike arter fisk, og også innen at sultfølelsen bl.a. styres fra magen og er hver art. Disse forskjellene vil trolig også være avhengig av magefyllingsgraden. Som vi alle avhengig av faktorer som eksempelvis årstid kjenner til kan imidlertid matlysten lett demog størrelse. pes av psykiske faktorer som bekymringer og Gullfisk, som mange kjenner fra akvarier, er stress. Psykiske faktorer utøver antagelig sin mye brukt som en modell for appetittstudier virkning via nerveimpulser til de appetittrehos fisk og mye av den kunnskapen om regule- gulerende sentre i hypotalamus. Nyere forsringen av matinntak hos fisk som vi har i dag kning viser at belønningssystemer i hjernen er basert på resultater fra studier av gullfisk. Vi også er viktige for å forklare at mange spiser må likevel være forsiktig med å overføre infor- ofte mer enn de bør. Dette er systemer som masjonen fra denne tropiske arten over på laks frisetter endorfiner (signalstoffer) som gir en som er en kaldtvannsart som tåler store varia- «god følelse i kroppen» og kan føre til økt innnorsk fiskeoppdrett #3.2011 Appetitt og fôrinntak styres av en rekke faktorer. Figuren viser en modell med en del av de signalstoffer man antar påvirker matlysten hos laks. Substanser som ser ut til å redusere appetitten (anoreksigene faktorer) er merket rødt, mens apetittstimulerende (oreksigene) signalstoffer er merket grønt tak av mat som følge av følelsen av tilfredshet/ glede utover det fysiologiske behovet for mat. Også hos fisk påvirkes matlysten av stress, og her er laksen mer følsom enn andre arter som f.eks. regnbueørret som tolerer en høyere grad av ytre påkjenninger. Dette er et godt eksempel på hvordan nært beslektede arter regulerer matlysten ulikt. Det regulerte systemet som forklarer hvordan kroppsvekten holdes konstant hos pattedyr er godt beskrevet. Fra nervesystemet, mage-tarmkanalen, fettlagre i kroppen, stoffskifte og fra det ytre miljøet videreformidles det signaler (via hormoner eller nervebaner) inn til hjernen som er med å styre kroppens energiomsetning. Hjernen sender på grunnlag av denne «status rapporten» ut signaler som enten fører til at a) fødeinntaket er konstant over tid, b) økt matinntak med påfølgende økt deponering av kroppsvev og eventuelt ekstra fettlagre (oppbygging eller anabolisme), eller c) at det blir et redusert matinntak og det skjer en nedbrytning av fettlagre og kroppsvev (nedbygging eller katabolisme). Men, hos dyr som vokser skjer det en oppbygging med økt energiopptak over tid, og appetittreguleringen må derfor tilpasses at dyret stadig blir større. Hvordan dette skjer, er ikke kartlagt, hverken hos mennesker, andre pattedyr eller hos fisk. Appetitten styres i hjernen Hypotalamus, som er selve kontrollsenteret for appetittregulering, finner vi også hos fisk. I likhet med hva vi ser hos pattedyr er også hypotalamus involvert i appetittregulering hos fisk, men i hvilken grad er fortsatt noe usikkert og det er også mulig at andre deler av hjernen spiller en rolle. I hypotalamus kan en skille mellom to hovedtyper av signalstoffer som blir frisatt på grunnlag av de innkommende signaler; oreksigene faktorer som øker matlysten (matlystvekkende signalstoffer) og de anoreksigene3 faktorene (matlysthemmende signalstoffer) som demper appetitten. Selv om vi ikke vet alt om senterets rolle hos laks, så begynner vi å få kunnskap om noen av disse signalstoffene i hjernen hos laks. De siste årene har vi identifisert en rekke appetittrelaterte signalstoffer som er peptidhormoner som ligner (er homologe med; felles opphav/funksjon) på tilsvarende molekyler hos pattedyr. Dette gjelder anoreksigene 3Ordet anoreksigen er for mange av oss kjent i sykdommen anoreksia nervosa, som i motsetning til anoreksigene faktorer henviser til den psykologiske frykten for vektoppgang og kjennetegnes av fornektelse av matinntak (anorektisk). norsk fiskeoppdrett #3.2011 57 sidetittel sidetittel signalstoffer som: leptin, cholecystokinin (CCK), peptid YY (PYY), kokain og amfetamin-regulert transcript (CART)4, pro-opiomelanocortin (POMC), samt de oreksigene signalstoffene: Neuropeptid Y (NPY), agouti-relatert protein (AgRP) og ghrelin (GRLN). Hver av disse peptidhormonene har kjente effekter hos mennesker (se eksempel i faktarute). «Magefølelse» er viktig Som tidligere nevnt får hjernen beskjed om kroppens energitilgjengelighet fra fordøyelsessystemet (mage-tarmkanalen, bukspyttkjertel og lever) som er sentrale i reguleringen av matlyst før og etter et måltid. Her snakker vi gjerne om den såkalte «mage/tarm-hjerne» aksen. Det er interessant at mange av de samme hormonene som produseres i hjernen og som påvirker matlysten også blir produsert i fordøyelsessystemet. Dette gjelder for både anoreksigene (CCK, PYY) og oreksigene hormoner (GRLN) som påvirker hjernen enten via blodbanen, eller via nervesystemet. Basert på studier av pattedyr vet vi at GRLN stimulerer bevegelsen i mage-tarmkanalen og øker frisetting av veksthormon i hjernen. CCK som stimulerer frisetting av galle og enzymer fra bukspyttkjertelen til tarmkanalen, bl.a. aktiveres av strekkreseptorer (signalformidlere) i magen når denne er full, mens CCK samtidig hemmer frisetting av magesyre og tømming av mageinnhold til tarmen. Strekkreseptorene i magen gir derfor også informasjon til hjernen om fyllingsgraden i magesekken. I motsetning til CCK, hemmer PYY frisetting av galle og fordøyelsesenzym fra bukspyttkjertelen i tillegg til å hemme tarmbevegelser. Flere av disse peptidhormonene/signalstoffene har derfor en dobbelt funksjon og regulerer både fordøyelse og matlyst. På denne måten bidrar de derfor til å optimalisere fordøyelsesprosessen for å sikre maksimal fordøyelighet og absorpsjon; ved å regulere sekresjon av fordøyelsesenzym og galle, absorbsjon av næring og transport (mage-tarmbevegelser) av den fordøyde maten gjennom mage og tarmsystemet. I tillegg er peptidhormonene med på å regulere selve inntaket av mat og dermed innholdet som til enhver tid befinner seg i mage-tarmkanalen Vi vet at mye av den metthetsfølelsen vi kjenner på slutten av et vanlig måltid styres fra øvre del av tarmen, og at CCK er viktig for å fremkalle metthet. I laks er det vist at når 80-90 % av mageinnholdet tømmes i tarmen samsvarer dette med at laksen får matlysten tilbake og begynner å spise, en respons som høyst sannsynlig er styrt av samspillet mellom peptidhormonene i mage/tarm-hjerne aksen også hos laks. Som mange kjenner har laksen et komplisert arvemateriale, og vi har hittil funnet to versjoner av leptin i denne arten, mens det i de fleste andre dyregrupper (inkl. mennesker) kun finnes en form. For å gjøre dette ytterligere komplisert produseres disse formene i ulike mengder i ulike organer og vev. Vi kjenner ikke hvordan de ulike formene av leptin fungerer, men det er særlig den ene formen vi antar har en funksjon som ligner den vi ser hos mennesker. Også mange av de andre signalstoffene har flere varianter hos laks, som bidrar til at det er en stor utfordring å fullt ut forstå reguleringen av energiomsetningen hos laks. NPY og leptin er eksempler på viktige signalstoffer som påvirker appetitt og energiomsetning hos mennesker. Vi har nylig funnet de samme signalstoffene hos laks. Laksens arvestoff er duplisert, dvs. det finnes ofte to eller flere varianter av gener som vi mennesker kun har en type av. Vi har hittil funnet to varianter av leptin hos laks, mens av NPY er det tilsynelatende kun én. Som figuren viser er det påfallende strukturelle likheter mellom disse signalstoffene hos menneske og laks. Samspillseffekter i hjernen Kontrollen av appetittresponsen som skjer i hypotalamus er basert på å kombinere kortidssignalene (fra mage-tarmkanalen) og langtidssignalene (bl.a. fra fettvevet). Dette skjer i et samspill mellom to kretsløp av nerver. Høyt nivå av GRLN fra mage-tarmkanalen og lave nivåer av leptin i blod vil aktivere nerver som produserer NPY/AgRP og som oppregulerer matlysten. Hos mennesker er NPY et av de signalene som stimulerer matlysten mest. I motsetning vil CCK, PYY, og/eller leptin stimulere nerver som produserer POMC/CART og føre til redusert matlyst. Det er likevel et poeng at en ikke ser signalstoffene isolert i forhold til hverandre ettersom det er kombinasjoner av ulike nivåer av anoreksigene/oreksigene signal som samlet opp-eller nedjusterer appetitten. I laks har vi sett at nivåene av anoreksigene og oreksigene peptidhormoner i mage-tarmkanalen og hjerne endres i løpet av et måltid, som tyder på et visst samsvar mellom reguleringsmekanismene i laks og pattedyr. Det er likevel mye forskning som gjenstår før vi kan trekke sikre konklusjoner. Som vi så over er signaler fra mage-tarmkanalen viktig for å regulere matinntaket bl.a. ved å gi metthetsfølelse som gjør at en slutter å spise. I tillegg er det andre, mer langsiktige signaler som styrer mengde mat en spiser over tid og som styrer energistatus i kroppen. Hos mennesker vet vi at mengde fett lagret i kroppens fettdeponier (fettvev) er et viktig energilager. Dette fettvevet er også aktivt med og regulerer kroppens energistatus. På begynnelsen av 90-tallet ble det vist at fettcellene produserer et hormon, leptin, som utskilles til blodet, og som signaliserer til hjernen om hvor mye fettvev som er lagret. Det ble vist at mengden av leptin i blodet samsvarer med mengden fettvev. Dette funnet var i sin tid et gjennombrudd i forskningen på overvekt hos mennesker og mange trodde en hadde løsningen på fedmeproblemet i verden, noe som dessverre ikke viste seg å være tilfellet. Økt nivå av leptin i blodet stimulerer hjernen til å starte fett nedbrytende prosesser samtidig som matlysten nedreguleres, mens lave nivå av leptin i blodet fører til økt fødeinntak og akkumulering av energi som fett. 4 CART (kokain og amfetamin-regulert transkript) ble først oppdaget i rotter der nivå av dette peptidhormonet økte som en følge av psykostimulantene kokain og amfetamin. CART er senere vist å være tilknyttet belønningssenteret i hjernen og gir økt bevegelsesmønster hos rotter som er kjente effekter av psykostimulanter. Dette har ført til forslag om at CART er kroppens «naturlige kokain». norsk fiskeoppdrett #3.2011 Leptin fra menneske NPY fra menneske Forskning på overvekt har overføringsverdi til laks 58 Faktarute: NPY og leptin – viktige signalstoffer som påvirker appetitt og vektregulering Leptin fra laks (A1 og A2 variant) NPY fra laks Namdal www.nwp.as 90x125 • Avlusingspresenninger og skjørt. • Telt for kar i alle størrelser/lysstyring. • Plasthaller for hele smoltanlegg. • Presenninger i alle størrelser og kvaliteter. • Hetter og trekk. Norsk kvalitet til markedets beste pris! Seim Industrihus 5912 Seim Tlf. 56 35 64 00 Fax. 56 35 64 01 E-post: [email protected] norsk fiskeoppdrett #3.2011 59