Exp Neurobiol. 2015 Mar; 24 (1): 90-4. doi: 10.5607 / sr.2015.24.1.90. Epub 2015 Jan 21.
- 1Odeljenje za nuklearnu medicinu, Nacionalni univerzitet u Seouu Bundang bolnica, Nacionalni univerzitet u Seulu Medicinski fakultet, Seongnam 463-707, Koreja.
- 2Odeljenje za nuklearnu medicinu, Nacionalni univerzitet u Seouu Bundang bolnica, Nacionalni univerzitet u Seulu Medicinski fakultet, Seongnam 463-707, Koreja. ; Odsjek za transdisciplinarne studije, Fakultet za konvergenciju nauka i tehnologije, Nacionalni univerzitet u Seoulu, Seul 151-742, Koreja. ; Napredni instituti tehnologije konvergencije, Suwon 443-270, Koreja.
sažetak
Dopaminergički sistem je uključen u regulaciju unosa hrane, što je ključno za održavanje telesne težine. Ispitali smo odnos između dostupnosti receptora striamina dopamina (DA) D2 / 3 receptora i indeksa tjelesne mase (BMI) kod zdravih muških ispitanika koji nemaju gojaznost 25 koristeći [11C] racloprid i pozitronska emisijska tomografija. Nijedna [11C] vrijednost vezivanja potencijala za rakloprid (BP) (mjere raspoloživosti DA D2 / 3 receptora) u striatalnim subregijama (dorzalni kaudat, dorzalni putamen, i trbušni striatum) u lijevoj i desnoj hemisferi bila je značajno povezana s BMI. Međutim, postojala je pozitivna korelacija između desno-lijevog indeksa asimetrije [11C] rakloprid BP u leđnom putamenu i BMI (r = 0.43, p <0.05), što sugerira da je veći BMI povezan sa većom dostupnošću receptora u desnom leđnom putamenu u odnosu na lijevi kod osoba bez gojaznosti. Sadašnji rezultati, u kombinaciji sa prethodnim nalazima, mogu takođe sugerirati neurohemijske mehanizme koji leže u osnovi regulacije unosa hrane kod osoba bez gojaznosti.
UVOD
Unos hrane je čvrsto povezan sa individualnim tipom tela (tj. Nasuprot debelom) i trebalo bi da bude regulisan osećajem gladi za održavanjem prirodnog stanja homeostaze. Hipotalamus se smatra glavnom strukturom mozga za kontrolu potrošnje hrane.1]. Međutim, kada je dovoljno hrane dostupno, ponašanje u ishrani je uglavnom izazvano nagrađivanom vrijednošću hrane kao što je ukus ili kvaliteta.2], a nenormalno ponašanje u ishrani izgleda više povezano sa zajedničkim načinom nagrađivanja koji je moduliran dopaminom (DA) [3].
Dobijanje na težini je jedna od posljedica deficita dopaminergičke modulacije, o čemu svjedoči povezanost depresivnih simptoma i indeksa tjelesne mase (BMI) [4i povećanje telesne težine nakon duboke stimulacije mozga5i dopaminergički lijekovi [6] kod pacijenata sa Parkinsonovom bolešću. Smanjena dostupnost strijatnog DA D2 / 3 receptora prikazana je kod gojaznih ispitanika, što je korelirano obrnuto sa BMI [7]. Ovi podaci ukazuju na uključenost dopaminergičkog deficita u patološkom ponašanju u ishrani i gojaznosti.
Anatomske, funkcionalne i metaboličke asimetrije između hemisfera u zdravom mozgu su široko prihvaćene [8,9]. U skorije vreme raste interesovanje za neurohemijsku asimetriju i njene asocijacije sa neuropsihijatrijskim stanjima kao što je stres [10i opadanje kognitivnih funkcija11]. Iako su neke studije ukazivale na vezu između dopaminergičke funkcije i BMI u patološkom ponašanju u ishrani i gojaznosti [12,13], kako je dopaminergički sistem povezan s individualnom razlikom BMI kod subjekata bez gojaznosti u velikoj mjeri nepoznat. Štaviše, malo je studija pokušalo testirati moguću povezanost između dopaminergičke asimetrije i BMI.
Ova studija je imala za cilj da odredi odnos dostupnosti DA D2 / 3 receptora u striatalnim subregijama i njegovu asimetriju sa BMI kod osoba koje nisu gojazne uz upotrebu [11C] racloprid, radioligand DA D2 / 3 receptora i pozitronska emisijska tomografija (PET).
MATERIJALI I METODE
teme
Neozeleni zdravi muškarci regrutovani su putem oglasa. Isključili smo osobe sa anamnezom neuroloških ili psihijatrijskih poremećaja kao što su epilepsija, povreda glave i depresija. BMI, izračunata kao težina (kg) / visina2 (m2), stečena je tokom postupaka zapošljavanja i gojaznih osoba, definiranih kao BMI> 30 kg / m2, bili su isključeni. Dvadeset pet zdravih muških ispitanika bez gojaznosti (srednja (± SD) godina starosti 23.3 ± 2.9 y [18-29 y]; srednja telesna težina 22.0 ± 2.5 kg [17.6-28.0 kg] ]) učestvovao u studiji nakon što je dao pismeni informisani pristanak (Tabela 1). Svi subjekti su bili desničari. Pet ispitanika su bili pušači, od kojih se tražilo da ne menjaju navike pušenja pre skeniranja.
PET skeniranje
PET skenovi su dobijeni pomoću skenera Siemens ECAT EXACT 47 PET (CTI / Siemens, Knoxville, TN, USA) u 15 subjektima ili GE Advance PET skeneru (GE Medical Systems, Waukesha, WI, USA) u 10 subjektima. Protokoli za snimanje slike su bili isti za dva skenera, a slike su rekonstruisane pomoću parametara koje je preporučio proizvođač svakog skenera. Analizirali smo slike svih subjekata kao jedan bazen. Nakon 10-min skeniranja, [11C] racloprid je dostavljen u špricu 48-ml (prosečna aktivnost 29.3 ± 16.8 mCi) i primenjen pomoću kompjuterski upravljane pumpe sa fiksnim vremenskim rasporedom: u vreme 0, bolus doza 21 ml je data tokom 1 min, a zatim brzina infuzije je smanjena na 0.20 ml / min i zadržana je za preostalo vrijeme. Odnos bolusa prema brzini infuzije (Kbol) je 105 min. Ovaj protokol je izabran na osnovu optimizacione procedure koju su razvili Watanabe i saradnici, za koje je poznato da je optimalna u uspostavljanju ravnotežnog stanja u približno 30 min nakon pokretanja radioligandne injekcije.14].
Podaci o emisijama su prikupljeni u trodimenzionalnom modu za 120 min kao 30 uzastopni okviri slike povećanog trajanja (3 × 20s, 2 × 1 min, 2 × 2 min, 1 × 3 min i 22 × 5 min). . PET slike dobijene pomoću skenera Siemens ECAT EXACT 47 PET rekonstruirane su pomoću Shepp-Logan filtera (frekvencija isključenja = 0.35 mm) i prikazana u matrici 128 × 128 (veličina piksela = 2.1 × 2.1 mm sa debljinom kriške 3.4 mm). Slike iz GE Advance PET skenera su rekonstruisane u matrici 128 × 128 (veličina piksela = 1.95 × 1.95 mm sa debljinom preseka 4.25 mm) pomoću Hanning filtera (frekvencija isključenja = 4.5 mm).
Analiza slike
Dostupnost DA D2 / 3 receptora u stanju mirovanja je procijenjena pomoću PET slika 30-50 min nakon [11C] injekcije racloprida, tokom kojih je vezivanje radioliganda dostiglo ravnotežu. Četiri PET okvira u ovom periodu su poravnati i sabrati za registraciju sa pojedinačnim MR slikama i transformaciju u standardizovani stereotaksični prostor pomoću automatskog usklađivanja karakteristika sa obrascem MNI. [\ T11C] Potencijal vezivanja Racloprida (BP) kao mjera dostupnosti DA D2 / 3 receptora izračunat je na način voxel kako bi se generisale parametarske BP slike, koristeći cerebelum kao referentni region, kao (C)voxel-Ccb) / Ccb [15], gdje Cvoxel je aktivnost u svakom vokselu i Ccb je srednja aktivnost u malom mozgu. Regioni interesa (ROI) su nacrtani ručno na koronalnim rezovima mozga MR slike visoke rezolucije (Colin mozga) na lijevoj i desnoj striatalnoj podregiji (dorzalni putamen, dorzalni caudate i ventral striatum). Granice ROI-a su određene u skladu sa prethodno razvijenom metodom [16]. Koristeći ove ROI, vrednosti BP u striatalnim subregionima su ekstrahovane iz pojedinačnih slika BP (Sl. 1). Takođe, indeks asimetrije BP (AIBP) izračunata je kao (desno-lijevo) / (desno + lijevo) za svaku podregion strijatala, tako da pozitivna vrijednost označava veći AIBP na desnoj strani u odnosu na lijevo. Odnosi [11C] racloprid BP i AIBP sa BMI su testirani koristeći dvosmjernu Pearsonovu korelaciju sa SPSS 16.0 (Chicago, Illinois).
REZULTATI
[11C] Rakloprid BP u bilo kojoj od šest striatalnih subregija nije imao značajnu korelaciju sa BMI (r = -0.25, p = 0.23 u levom leđnom putamenu; r = -0.14, p = 0.52 u desnom dorzalnom putamenu; r = -0.22 r = -0.30, p = 0.18 u desnom dorzalnom kaudatu, r = -0.40, p = 0.18 u lijevom ventralnom striatumu, r = -0.40, p = 0.19 u desnom ventralu striatum). Međutim, postojala je značajna pozitivna korelacija između AIBP u leđnom putamenu i BMI (r = 0.43, p <0.05) (Sl. 2), sugerirajući da je veći BMI povezan s većom raspoloživošću D2 / 3 receptora u desnom dorzalnom putamenu u odnosu na lijevo. AIBP kod dorzalnog kaudatnog i ventralnog striatuma nije bilo značajne korelacije sa BMI (r = 0.01, p = 0.98 u dorzalnom kaudatu; r = -0.13, p = 0.53 u ventralnom striatumu).
DISKUSIJA
U ovoj studiji ispitali smo povezanost dostupnosti DA D2 / 3 receptora u striatalnim subregijama i njegovu asimetriju sa BMI kod zdravih muških ispitanika bez gojaznosti koristeći [11C] racloprid PET. Nije bilo direktne veze između dostupnosti receptora strikatnog D2 / 3 receptora i BMI kod naših subjekata bez gojaznosti. Ovo je u skladu sa izvještajem Wang et al. [\ T7] using [11C] racloprid PET. Iako su pronašli inverznu korelaciju između dostupnosti receptora strikalnog D2 receptora i BMI kod gojaznih pojedinaca, takva korelacija nije uočena u kontrolama bez gojaznosti. Međutim, otkrili smo povezanost BMI s desno-lijevom asimetrijom u dostupnosti D2 / 3 receptora u dorzalnom putamenu kod osoba koje nisu pretile.
Kao deo sistema učenja navika i nagrađivanja, striatum je osnovna struktura dopaminergičkih neuronskih kola koje posreduju u pojačavanju efekta hrane i drugih nagrada, uključujući i lekove koje zloupotrebljavaju ljudi. Prijavljene su funkcionalne razlike između dorzalnog i ventralnog striatuma u motivaciji hrane. Djelovanje dorzalnog striatuma bilo je bitnije za samo hranjenje i njegovu ugodnost [13], dok je trbušni striatum bio osetljiviji na signale hrane i nivo očekivanja date stimulacije hrane [17]. Također, studije na miševima [12] kao i ljudi [18] sugerisali su različite uloge DA u dorzalnom i ventralnom striatumu u regulaciji unosa hrane. Ideja je bila da je DA u dorzalnom striatumu upleten u održavanje kalorijskih potreba za preživljavanjem, dok je DA u ventralnom striatumu uključen u nagrađivanje svojstava hrane. Ovo može biti povezano, direktno ili indirektno, sa povezanošću između BMI i asimetrije u dostupnosti D2 / 3 receptora u dorzalnom putamenu kod naših ne-gojaznih subjekata, u tome što je unos hrane kod osoba sa normalnom težinom vjerovatno kontrolisan kalorijskim zahtjevima, a ne ojačavajućim svojstvima hrane.
Mnogi dokazi ukazuju na to da je ljudski mozak anatomski i funkcionalno lateralizovan. Dok su asimetrije u DA i drugim neurotransmiterima zabilježene u postmortemskom ljudskom mozgu [19], tehnike molekularne i funkcionalne slike otkrile su dokaze za neurohemijske asimetrije u živom ljudskom mozgu, pružajući više mogućnosti za direktno ispitivanje odnosa između lateralnosti mozga i ljudskog ponašanja i funkcije. Studije PET i SPECT (jednofotonska emisija kompjuterizovane tomografije) na zdravim ispitanicima su pokazale hemisferične asimetrije u dopaminergičkim markerima u striatumu, uključujući dostupnost DA D2 / 3 receptora [20Gustoća transportera DA,21], i kapacitet sinteze DA22]. Iako su ove studije pokazale pristranost populacije prema višim vrijednostima vezivanja radioliganda na desnoj strani u odnosu na lijevu striatum na temelju prosjeka grupe, postojale su značajne individualne razlike, ne samo u veličini, već iu smjeru asimetrije. Kod životinja, pokazalo se da individualne razlike u dopaminergičkoj asimetriji pokrivaju ili predviđaju individualne razlike u ponašanju u prostoru i reaktivnosti stresa, kao i osjetljivost na stresnu patologiju i osjetljivost na lijekove.23]. Kod ljudi su zabilježene povezanosti između kognitivnih funkcija i obrasca asimetrije u dostupnosti DA D2 / 3 receptora [24]. Naši rezultati otkrivaju značajnu povezanost između BMI i smjera i veličine asimetrije u dostupnosti strikalnog D2 / 3 receptora kod osoba koje nisu pretile.
Kod naših ne-gojaznih ispitanika, veći BMI je bio povezan sa većom raspoloživošću D2 / 3 receptora u desnom dorzalnom putamenu u odnosu na lijevo. Ovo je u suprotnosti sa prethodnom studijom koja pokazuje da je veća pozitivna motivaciona motivacija povezana sa većom raspoloživošću D2 / 3 receptora na levoj relativnoj prema desnoj putamenu. [24]. Suprotan smer asimetrije može nagovestiti različite neurohemijske mehanizme koji regulišu unos hrane između gojaznih i ne-gojaznih pojedinaca.
Naša studija ima nekoliko ograničenja. Prvo, tri od naših ispitanika su imali BMI veći od 25-a, njihovi BMI-i se mogu svrstati u grupe sa prekomernom težinom (23.0-24.9) ili gojaznost (≥25.0) prema azijskim kriterijumima. Međutim, naša ispitivana grupa je sastavljena od zdravih mladih odraslih osoba i uzimajući u obzir da je BMI vezan ne samo za masu bez masnoće, već u manjoj mjeri, također i za izgradnju tijela, mi smo te subjekte svrstali u subjekte koji nisu gojazni i imaju prekomjernu težinu prema mišljenju. Konsultacije eksperata SZO [25] koji je predložio da se zadrži trenutna međunarodna klasifikacija za gojaznost (≥30.0). Da bismo isključili mogući efekat uključivanja graničnih subjekata u odnosu na težinu u našoj trenutnoj studiji, ponovo smo testirali našu statističku analizu sa 22 subjektima nakon što smo isključili ta tri subjekta. Rezultati su pokazali veću korelaciju u odnosu na analizu učinjenu sa 25 subjektima i pokazali su i povećanu razinu značajnosti (r = 0.55, p = 0.008). Drugo, od [11C] vezanje racloprida je osjetljivo na konkurenciju s endogenim DA, teško je odrediti da li je asimetrija dostupnosti DA D2 / 3 receptora gustoća receptora ili razine endogenog DA. DA D2 / 3 vezivanje mjereno [11C] racloprid je heterogen unutar striatalnih regiona sa višim vezivanjem u dorzalnom striatumu nego u ventralnom striatumu.26]. Tako, [11C] racloprid PET možda nema dovoljno dobru osjetljivost za otkrivanje suptilnih interindividualnih i međuregionalnih razlika u dostupnosti D2 / 3 receptora u ventralnom striatumu. Potrebne su daljnje studije kako bi se istražio dopaminergički sistem u limbičkim strijatalnim i ekstrastriatalnim područjima koristeći radioligande koji imaju veći afinitet i selektivnost za DA D3 receptore. Konačno, relativno mali uzorak koji se sastojao samo od muškaraca, ograničio je generalizaciju naših nalaza.
U zaključku, ovi rezultati ukazuju na povezanost između BMI i obrasca asimetrije u raspoloživosti DA D2 / 3 receptora u dorzalnom putamenu kod ne-gojaznih pojedinaca, tako da je veći BMI povezan sa višom raspoloživošću receptora u desnom dorzalnom putamenu u odnosu na levo. Zaista, informacija koja se odnosi na neurohemijsku lateralizaciju DA ne samo da daje nagovještaj u predviđanju kliničkog toka pojave gojaznosti ili razvoja bolesti povezane sa uzimanjem hrane, kao što su anorexia nervosa i bulimia nervosa, što je još važnije, on bi djelovao kao biomarker za predviđanje prognoze liječenja kod te bolesti. Naši rezultati, u kombinaciji sa prethodnim nalazima, mogu takođe sugerirati neurohemijske mehanizme koji leže u osnovi regulacije unosa hrane kod osoba bez gojaznosti. To mogu imati važne implikacije za razumijevanje i predviđanje individualnih razlika u reagovanju na nagrade povezane s hranom i razvoj „gojaznosti“ iz „stanja bez gojaznosti“.
PRIZNANJA
Ova studija podržana je bespovratnim sredstvima Nacionalne istraživačke fondacije Koreje (NRF-2009-0078370, NRF-2006-2005087) koje finansira Ministarstvo nauke, ICT-a i budućeg planiranja Republike Koreje i bespovratnom pomoći Korejskog zdravstvenog tima za istraživanje i razvoj Projekt, Ministarstvo zdravlja i socijalne skrbi, Republika Koreja (HI09C1444 / HI14C1072). Ova studija podržana je i grantom fonda za istraživanje bolnice u Seulskom nacionalnom univerzitetu Bundang (02-2012-047).
reference