Az elhízott serdülőknél a gátolt táplálkozás az orbitofrontális térfogatcsökkenéshez és a végrehajtó diszfunkcióhoz kapcsolódik (2011)

L Maayan,^{2,4 *} C Hoogendoorn,^1* V izzadság,¹ és A. Convit^1,3,4

LINK A TELJES KUTATÁSRA

Elhízás (ezüst tavasz). 2011 július; 19 (7): 1382 – 1387.

¹ Pszichiátriai Tanszék, a New York-i Egyetemi Orvostudományi Iskola, 550 First Avenue, New York, NY 10016, USA.

² Gyermekpszichiátriai Tanszék, a New York-i Egyetemi Orvostudományi Iskola, 550 First Avenue, New York, NY 10016, USA.

³ Orvostudományi Tanszék, a New York University University School, 550 First Avenue, New York, NY 10016, USA.

⁴ Nathan Kline Pszichiátriai Kutató Intézet, 140 Old Orangeburg Rd. Orangeburg NY 10962, USA

Felnőtteknél az elhízást összefüggésbe hozták a tiltott táplálkozással, csökkent kortikális szürkeanyag-mennyiséggel és a kognitív vizsgálatok alacsonyabb teljesítményével. Sokkal kevésbé ismertek ezekről a kapcsolatokról a serdülőkorban, és nincs olyan tanulmány, amely a viselkedésbeli, kognitív és neurostrukturális intézkedéseket értékelné ugyanazon csoportban. Ez a tanulmány az elhízás, a végrehajtó funkció, a gátlás és az agy volumene közötti összefüggést vizsgálta egy viszonylag egészséges fiatalban. A résztvevők között szerepelt az 54 elhízott és az 37 sovány serdülők. A résztvevők kognitív akkumulátort, kérdőíveket kaptak az étkezési magatartásról és a mágneses rezonancia képalkotást (MRI). A neuropszichológiai vizsgálatok a frontális lebeny működését célozták meg. Az étkezési viselkedést a Három faktoros étkezési kérdőív (TFEQ) alkalmazásával határoztuk meg, és a szerkezeti MRI-ket egy 1.5 T Siemens Avanto MRI rendszeren (Siemens, Erlangen, Németország) végeztük az agyszürke anyag mennyiségének meghatározására. A sovány és elhízott serdülők életkorát, iskolai végzettségét, nemét és társadalmi-gazdasági helyzetét illesztették egymáshoz. A sovány serdülőkhöz képest az elhízott résztvevők szignifikánsan magasabbak voltak a TFEQ megszakításának, alacsonyabb a kognitív tesztek teljesítménye és alacsonyabb volt az orbitofrontalis kéreg térfogata. A gátlás szignifikánsan korrelált a testtömeg-index, a Stroop Color-Word pontszám és az orbitofrontalis kéreg térfogata között. Ez az első jelentés a serdülőknél bekövetkező társulásokról, és rámutat arra, hogy fontos a jobb megértés az idegrendszeri hiány és az elhízás között.

Kulcsszavak: elhízás, serdülők, fertőtlenítés, MRI, elülső lebeny, megismerés, Orbitofrontalis kéreg

Bevezetés

A gyermekek és serdülők elhízásának gyakorisága az Egyesült Államokban az 1970 óta több mint háromszorosa. Noha a legfrissebb bizonyítékok arra utalnak, hogy a gyermekkori elhízás kiegyenlítődhet, a jelenlegi magas arányok közeledő közegészségügyi problémát jósolnak, beleértve a szív- és érrendszeri és endokrin betegségeket (1).

Az étkezési magatartás gátlása, amelyet részben az a képesség jellemez, hogy opportunista módon enni a környezeti jelekre reagálva, már régóta társult az elhízással mind fiatalok, mind felnőttek körében (2). A kalóriabevitelhez kapcsolódó ellenőrzési kudarc, amely esetleges elhízáshoz vezethet, az agy több szintjén is előfordulhat, beleértve a hipotalamust (3) és egy újabb munka szerint az agykéregben (4). A sovány és elhízott egyének funkcionális neuroimaging vizsgálatainak sorozata éhes és táplált állapotokban számos kortikális régiót mutatott, beleértve az elülső cingulatet, a mediális prefrontalit (5), szigetelő, hátsó cingulátum, időbeli és orbitofrontalis kéreg (6) a telítettség és a BMI függvényében differenciálva kell aktiválódni, ami jelzi részvételüket a kalóriabevitel szabályozásában. Az OFC mint a viselkedés gátlásának kulcsterületének megértése Phineas Gage, a szerencsétlen 19 esetére nyúlik vissza.^th századi vasúti munkás, aki túlélte az orbitofrontalis kéregét károsító balesetet, amely személyiségváltozáshoz és fokozott impulzivitáshoz vezetett (7).

Az idegrendszeri leletek korreláltak a testtömeg-mutatóval (BMI) is. Egy 55 éves és annál idősebb nőkkel végzett, kisérletben, amely voxel-alapú morfometriát (VBM) alkalmazott, a BMI-t negatívan korrelálták a szürkeanyag-mennyiséggel több frontális területen, beleértve a bal orbitofrontalisot, a jobb alsóbb frontális és a jobb precentralis girit. más régiókba, ideértve a jobb kisagyt, valamint egy nagy jobb hátsó régiót, amely magában foglalja a parahippocampust, a fusiformot és a lingual gyri-t (8). Az 1,428 felnőttekkel végzett nagyobb tanulmány negatív korrelációt derített fel a férfiak között a BMI és az általános szürke anyag között, valamint olyan specifikus agyi régiók között, mint a bilaterális mediális temporális lebenyek, okklitális lebenyek, elülső lebenyek, precuneus, középső agy és a kisagy elülső lebenése (9). Egy másik VBM-tanulmány kimutatta, hogy az elhízott felnőtteknél alacsonyabb a szürkeanyag-sűrűség olyan területeken, mint például a frontális operculum, a frontális gyrus, a post-central gyrus, valamint a putamen (10). Csoportunk leírta az idegrendszeri rendellenességeket 2 típusú diabetes mellitusban szenvedő elhízott serdülők (T2DM) (26), de tudomásunk szerint ilyen elhízást nem írtak le az elhízott fiatalok körében, T2DM nélkül.

A strukturális eredmények mellett a kognitív értékelések kimutatták, hogy mind a felnőtt, mind a serdülőkorú elhízott egyének esetében a végrehajtás működése és a válaszgátlás veszélyeztethető. Az egyik tanulmány pozitron emissziós tomográfiát (PET) és kognitív teszteket alkalmazva megállapította, hogy az elhízott felnőtteknél csökkent a kiindulási prefrontalis glükóz metabolizmus, és csökkent a Stroop feladat teljesítménye, szelektív figyelem és végrehajtó funkció teszte (11). A felnőtteknél a végrehajtó funkció és a válaszgátlás egyéb tanulmányai kimutatták e változók negatív asszociációját a BMI-vel (12-14). Ezenkívül a rendkívül elhízott serdülők a normál adatokhoz képest csökkent végrehajtási képességeket mutatnak a végrehajtó feladatok során (15).

Feltételeztük, hogy a három faktor étkezési kérdőív (TFEQ) alkalmazásával korábban tett megállapításoknak megfelelően az elhízott serdülők magasabb besorolást kapnak az étkezési magatartásban bejelentett önhibájukról. Feltételeztük továbbá, hogy az elhízott serdülők alacsonyabb pontszámot kapnak a végrehajtó funkció értékelésében és csökkent integritást mutatnak az elülső lebeny neurostrukturális méréseinél (MRI-alapú szürkeanyag-mennyiségek, valamint regionális agyi térfogatok). Ezen felül azt állítottuk, hogy a TFEQ megsemmisítését negatívan összekapcsolják a releváns területeken alkalmazott kognitív pontszámokkal, valamint a válaszgátlásban és a végrehajtó kontrollban részt vevő agyterületek MRI-alapú méréseivel.

Mód

Résztvevők és eljárások

Kilencvenegy fiatal (14–21 éves / év), 37 sovány (BMI <25 kg / m² vagy a derék és magasság aránya <0.5) és 54 elhízott (BMI ≥30 kg / m² vagy> 95 százalékos a BMI esetében az életkor és a nem esetében) részt vettek a vizsgálatban. Ezek közül 36 (45 sovány, 50 elhízott) MRI-t kapott. Tíz kamasz nem kapott MRI-t a következő okok miatt: kettő nem tartotta be kinevezését, egy terhes volt, és úgy döntöttünk, hogy a biztonság mellett tévedünk, egy ember nem tudta tolerálni az MRI-t (klausztrofóbia), hatnak pedig a BMI-je> XNUMX volt kg / m² és meghaladta a szkenner befogadására képes testméretet.

A sovány résztvevők átlagéletkora 17.3 ± 1.6 év és elhízott 17.5 év ± 1.6 év. A két csoportot szintén egyeztették az iskolai végzettség, a nemek és a társadalmi-gazdasági helyzet alapján, és mind a kognitív szempontból normális tartományban voltak. A neurológiai, orvosi (a diszlipidémiától, a T2DM-nél kevesebb inzulinrezisztenciától, a policisztás petefészekbetegségtől vagy a magas vérnyomástól) vagy a pszichiátriai (ideértve a depressziót és az alkohol- vagy egyéb kábítószer-visszaélést) betegségek bizonyítékok kizárták az egyéneket a vizsgálatban való részvételből. A T2DM az egyéneket szintén kizárta a részvételből. A résztvevők és szüleik írásbeli tájékozott beleegyezést adtak, és nekik kompenzációt kaptak idejük és kellemetlenségeikért. A vizsgálati protokollt a New York-i Egyetemi Orvostudományi Egyetem intézményi felülvizsgálati testülete hagyta jóvá.

Az összes vizsgálatban részt vevő vérmintát egy 10-óra elteltével, egy éjszakán át tartó gyorsfogyasztással vették a glükóz, inzulin, lipid és gyulladásos marker (magas érzékenységű C-reaktív fehérje; hs-CRP) szintjének meghatározására. A glükózt glükóz-oxidáz módszerrel (VITROS 950 AT, Amersham, Anglia), inzulint kemilumineszcenciával (Advia Centaur, Bayer Corporation) mértük, és a CRP-t plazmában mértük enzimatikus immunoassay (Vitros CRP dia, Ortho Clinical Diagnostics) alkalmazásával. Az inzulinérzékenységet az inzulinrezisztencia homeosztázis modelljének felmérése (HOMA-IR) segítségével becsülték meg.

Vizsgálatok

Neuropszichológiai értékelés

Széles körű értékelést végeztünk a neurokognitív funkciókról, ideértve az intellektuális teljesítményt, a közelmúlt emlékeit, a munkamemóriát, a figyelmet és a végrehajtó funkciót. Feltételeztük, hogy a sovány és elhízott serdülők között eltérések mutatkoznak a frontális lebeny funkcióiban, ezért elemzéseinket csak a frontális lebeny integritását és intakt végrehajtó funkcióit tükröző neurokognitív tesztekre korlátoztuk, nevezetesen a Controlled Oral Word Association Test (COWAT), a Trail Making Test A részei & B, Stroop Task, figyelem / koncentráció index a tanulás és memória széles körű értékeléséhez (WRAML) és a WRAML munkamemória-indexe. A WRAML és a Stroop kivételével, amelyek az életkorral korrigált standard pontszámokat adják, nyers pontszámokat jelentenek. Minden alkalmazott teszt standard neuropszichológiai eszköz, amelyet másutt részletesen leírnak (16).

Három faktoros étkezési kérdőív (TFEQ)

Az étkezési viselkedés jellemzőit a TFEQ segítségével értékelték ki. A TFEQ egy 51 elem, amely három alskálából áll, amelyek mérik a visszatartást (azaz az étkezési magatartás kognitív irányítását; 21 tételeket), a gátlást (azaz az evés érzékenységi tényezőkre és érzékszervi jelekre reagáló érzékenységét; 16 tételeket), és éhség (vagyis az étkezés érzékenysége az éhségérzetre reagálva; 14 tételek). A TFEQ-t kb. Egy órával az alanyok ebédje után adták be.

MR felvétel és képanalízis

Az összes alanyot ugyanazon az 1.5 T Siemens Avanto MRI rendszeren tanulmányozták, amelynek 65 hüvelyk átmérőjű furata van, és egy táblája legfeljebb 400 font font lehet. T1-súlyozott mágnesezéssel készített gyors felvétel gradiens visszhang képeket kaptunk (MPRAGE; TR 1300 ms; TE 4.38 ms; TI 800 ms; FOV 250 × 250; szelet vastagsága 1.2 mm; NEX 1; bukási szög 15 °; mátrixméret 256 × 256; 192 koronális szeletek).

WM / GM térfogatanalízis

Az MPRAGE képek térbeli normalizálása és szegmentálása automatikus eljárásokat hajtottak végre, a (17) a statisztikai paraméteres leképező szoftver (SPM5). Az MPRAGE képeket először a szignál nem egyenletességeihez korrigáltuk, és térben normalizáltuk a standard T1 Montreal Neurological Institute sablonnal. Az SPM5 szövet osztályozási algoritmusával szétbontottuk a normalizált MPRAGE képeket szürkeanyag (GM), fehér anyag (WM) és agyi gerincvelő folyadék (CSF) partíciókba, amelyek térképeket mutatnak az egyes voxelok osztályozásának valószínűségét illetően. GM, WM vagy CSF. Ezeket a szegmentált partíciókat később normalizáltuk a megfelelő sablonokhoz. A teljes agy értékelésének elvégzése mellett, és mivel a serdülőkorban a frontális lebeny mielinizálása továbbra is zajlik, két különféle sablont használtunk az érdeklődésre számot tartó régiók (ROI) meghatározására a frontális lebenyben. Ezek voltak az SPM automatikus anatómiai címkézés (AAL) (18) sablon és a közzétett megbízható frontális lebeny parcelációs módszerünk (19). Az AAL templátot használtuk a teljes frontális lebeny, az elülső cingulate régió és az orbitofrontal régió meghatározására. A saját parcellációs módszerünket egy prefrontalis régió (frontalis lebeny és a kiegészítő motoros régió levonása) kiszámításához használtuk. Kiszámoltuk a WM, GM, CSF mennyiségének arányát az egész agyban és a frontális régiókban az esettanulmányok szintjén: először feltérképeztük a régiókat az egyes szegmentált partíciókra, majd átlagoltuk az értékeket az alanyok között mindkét csoportra.

Statisztikai elemzések

Kétfarkú, független mintákból álló t-teszteket végeztünk, amelyek a demográfiai adatok, az endokrin adatok, a kognitív adatok és az agy térfogatának különbségeit, valamint a TFEQ diszinhibíciós pontszám és a BMI, a Stroop színes szó pontszám és az orbitofrontális kéreg szürkeállomány térfogatának különbségeit vizsgálták. Kizártuk azokat az adatokat, amelyek 2 szórásnál nagyobbak voltak az adott változó csoport átlagától. Tekintettel arra, hogy a regionális agymennyiségek egyéni változékonysággal rendelkeznek az általános fejmérethez kapcsolódóan, megmértük az egyes emberek intra-cranialis boltozat (ICV) méretét, és az ICV értékeket használtuk a regionális agymennyiségek kiigazítására. Ezért a más vizsgálatokkal való összehasonlíthatóság lehetővé tétele érdekében, és az olvasó számára a vizsgált agyi régiók méretének érzékeltetése érdekében a regionális agyi térfogatokat leíró táblázat a nyers (nem maradványos) térfogatokat mutatja. A statisztikai összehasonlítás, valamint az összes bemutatott képalkotás szignifikanciája és hatásmérete felhasználta a korrigált (maradék) agyi térfogatokat.

Eredmények

Demográfia és endokrin adatok

A tantárgycsoportokat kor, nemek, iskolai végzettség és Hollingshead társadalmi-gazdasági státus (SES) alapján egyeztettük. Az elhízott résztvevők definíció szerint magasabbak voltak a BMI-ben, és a várakozásoknak megfelelően magasabb volt a szisztolés és diasztolés vérnyomás, az éhomi inzulin- és glükózszint (de mindegyik a normoglikémiás tartományban volt), valamint az inzulinrezisztencia homeosztatikus modelljének értékelése (HOMA-IR ), trigliceridek, alacsony sűrűségű lipoprotein (LDL) koleszterin és nagy érzékenységű C-reaktív protein (CRP). Az elhízott alanyok szintjén szignifikánsan alacsonyabb volt a magas sűrűségű lipoprotein (HDL) szintje. Kérjük, olvassa el Táblázat 1.

Három faktor étkezési kérdőív

Az elhízott serdülők szignifikánsan magasabb pontszámot értek el a karcsú résztvevőknél a három faktoros étkezési kérdőív diszinhibíciós faktorán (6.85 ± 3.55 vs. 3.91 ± 1.96, p <0.000, kohén d (d) = 1.07), valamint az éhségfaktoron (6.60 ± 3.37 vs. 4.68 ± 2.84, p = 0.008, d = 0.81) és a kognitív visszatartó tényező (9.19 ± 4.30 vs. 6.78 ± 4.11, p = 0.012, d = 0.57). Felhívjuk figyelmét, hogy ezeket az elemzéseket megismételtük MRI-vel rendelkező 81 résztvevő részhalmazán, és az eredmények lényegében változatlanok voltak (az adatokat nem mutatjuk be).

Kognitív intézkedések

A karcsú serdülőkhöz képest az elhízott serdülők minden frontális lebeny feladatnál rosszabb kognitív teljesítményt mutattak, leginkább a Stroop-ra (a gátlás mértéke) és a WRAML munkamemória-mutatójára, még akkor is, ha a becsült IQ-t ellenőriztük. Kérjük, olvassa el Táblázat 2.

Mivel az 10 alanyai nem kaptak MRI értékelést (a részleteket lásd a fenti résztvevők és az eljárások szakaszában), megismételtük az MN-es 81 serdülők alcsoportjára vonatkozó elemzéseinket, és a kognitív eredmények iránya és jelentősége változatlan maradt (adatok nem látható).

Agyi képalkotás

Az elülső lebeny szürkeállományának térfogata (köbcentiméterben) kisebb, bár statisztikailag nem szignifikáns mértékben csökken az elhízott serdülők körében (265.3 ± 29.5 vs. 269.6 ± 26.7; maradékolt 0.00369 ± 0.018312 vs. –0.00609 ± 0.014076, p = 0.139, d = 0.35). Felhívjuk figyelmét, hogy noha az abszolút különbségek e mennyiségek között kicsik voltak, az elemzéseket az ICV-re való visszamaradás után végeztük, és a szignifikancia-értékek és a hatásméretek tükrözik ezeket az elemzéseket. Ezenkívül annak érdekében, hogy ellenőrizzük a kor előrehaladtának frontalis és agyi volumenre gyakorolt ​​lehetséges fejlődési hatásait, újra elvégeztük az elemzéseket az életkor függvényében. Az elhízott fiatalság szignifikánsan alacsonyabb szürkeanyag-tartalmát találtuk az orbitofrontalis kéregben (32.3 ± 3.68 vs. 33.3 ± 3.99; reziduált 0.00781 ± 0.024944 vs. –0.01227 ± 0.018947, p = 0.005, d = 0.66). Az OFC térfogat-különbségei szisztolés vérnyomás vagy HOMA-IR ellenőrzése után nem változtak. A többi vizsgált agyrégió, beleértve a prefrontalis cortex és a cingulate cortularis elülső kérget, nem volt szignifikáns különbség az elhízott és a sovány résztvevők között. Az életkor változása nem változtatta meg ezeket a kapcsolatokat.

Egyesületek

Jelentős összefüggéseket találtunk a TFEQ és a kognitív, BMI és MRI volumenmérők között. Konkrétan, a TFEQ-n a diszinhibíciós faktor pontszám szignifikáns korrelációt mutatott a BMI-vel (r (81) = 0.406, p <0.001), a Stroop Color-Word pontszámmal (r (77) = −0.272, p = 0.017) és az OFC szürke színnel. anyag térfogata (r (71) = −0.273, p = 0.021). Az OFC térfogata és a dezinhibíció kapcsolatának további megértése érdekében külön tanulmányoztuk az asszociációt a két csoport esetében. Megállapítottuk, hogy elhízott egyéneknél nincs összefüggés a diszinhibíció és az OFC térfogata között (r (40) = −0.028, p = 0.864), míg a sovány csoport esetében szoros összefüggés áll fenn (r (31) = −0.460, p = 0.009). A dezinhibíciós faktor pontszám, valamint a BMI és a Stroop közötti összefüggések továbbra is szignifikánsak maradtak az MRI-t szenvedő alcsoportok számára (az adatokat nem közöljük).

Megbeszélés

Ahogy az várható volt, az elhízott serdülők szignifikánsan magasabbak voltak a gátlás, az éhezés és a kognitív korlátozás szempontjából a TFEQ-nál. Noha az elhízott serdülők magasabb szintű kognitív visszatartása az első vizsgálat során ellentmondásosnak tűnhet, ez megfelel a „merev visszatartás” leírt modelljének, amelyben a tiltott étkezési és kognitív korlátozásokkal küzdő egyének hajlamosak korlátozni az ételeket bizonyos helyzetekben, másokban viszont túlságosan túlzanak. (20).

Az elhízott serdülők körében elért új idegrendszeri eredményeink összhangban állnak a felnőtt irodalom eredményeivel (8, 9) a szürkeanyag mennyiségének csökkentését demonstrálja. Serdülőkori mintánkban ezek a csökkenések a legszembetűnőbbek az orbitofrontalis kéregben, amely egy impulzusszabályozás szempontjából fontos agyi régió, de gyenge tendenciát mutattak a teljes frontális lebeny esetében is. Arra gondolunk, hogy az elhízott serdülők körében az egyéb agyi régiókban tapasztalható finomabb térfogatcsökkentések valóban statisztikai jelentőséggel bírnak egy kiterjesztett mintában.

A jelentés szempontjából fontos, hogy azt tapasztaltuk, hogy a túlsúlyos csoportnak nemcsak magasabb a gátlási pontszáma a TFEQ-nál, hanem alacsonyabb a kognitív tesztek teljesítménye is, amely tükrözi az agyi funkciókat, amelyek a viselkedésgátlás központi elemét képezik, még akkor is, ha az IQ-t ellenőrzik. A vizsgált frontális lebeny régiók és funkciók közül különösen érdekelt volt a TFEQ és az OFC dezinhibáló tényezőjének kapcsolatának megállapítása, amely egy agyi régió, amely nagyon fontos a viselkedésgátláshoz (impulzusvezérlés). Azért választottuk a Stroop-t, mert az egyetlen frontális lebeny feladatunk (beleértve azokat, amelyek végrehajtó funkciókat is érintnek) kifejezetten teszteli az automatikus válaszgátlás képességét. Ez a viselkedési (a TFEQ gátló tényezője) és az agyi régió (OFC) közvetlen kognitív párhuzama, amely szintén részt vesz az automatikus válaszgátlásban. Érdeklődésünk az volt, hogy megállapítsuk eredményeink funkcionális (Stroop vs. egyéb frontális feladatok, amelyek nem mérik a válaszgátlást) és anatómiai (OFC) sajátosságát, valamint ezek összefüggését a TFEQ dezinhibáló tényezőjével.

Szintén szignifikáns összefüggéseket találtunk a dezinhibációs faktor pontszámai, valamint a BMI és az OFC térfogata között. Amikor a disinhibíció és az OFC-mennyiség közötti összefüggést külön-külön megvizsgáltuk a sovány és elhízott résztvevőkben, csak a sovány csoportnál tapasztaltunk erős negatív asszociációt. Lehetséges, hogy az elhízott egyének már megtapasztalták a kritikus szintű gátlást (amit - amint azt kimutattuk, hogy a BMI-vel társítják) -, amely szerint a további gátlás nem tükröződik egyértelműen az OFC további változásaiban, de talán a különböző agyi régiókban vagy hálózatokban e tanulmány részeként. A két súlycsoportra vonatkozó eltérő megállapítások másik lehetősége az, hogy mivel az elhízott csoportok magasabb szintű tétel-jóváhagyással rendelkeznek, valószínűleg érzékenyebbek a társadalmi kívánatos kérdésekre, és ezért kevésbé valószínű, hogy teljes mértékben jelentsék a étkezési viselkedésük gátlásuk, elfojtva az e csoport társulását. Végül az is lehetséges, hogy a tartomány korlátozása, nevezetesen a korrelációk jelenségei, amelyek csökkennek, ha a variancia csökken, amint akkor fordul elő, amikor a mintát ketté osztjuk, befolyásolhatja eredményeinket.

Míg tanulmányunk megállapítja, hogy a táplálkozási viselkedés megakadályozása a végrehajtó funkciók csökkentésével és az elülső szürkeanyag mennyiségének csökkenésével jár, tervezésünk keresztmetszeti jellege nem teszi lehetővé az irányultság vagy az okozati összefüggések kérdésének kezelését. Mindezek mellett számos valószínű elmélet létezik ezen társulások irányáról.

Az egyik lehetőség az, hogy az elsődleges strukturális vagy funkcionális agyi hiányok akadályozzák az étkezést és csökkentik az idegkognitív funkciókat. Ezt az érvelést részben támasztja alá az a munka, amely megmutatja, hogy az étkezési viselkedés nem akadályozza meg a megnövekedett kalóriabevitelt (21) és az elhízás (22). Összhangban van a funkcionális képalkotó munkával is, amely azt mutatja, hogy az egyének, akik az ízletes ételek vizualizált bevitelére reagálva az agyi jutalmazási körök gyengébb aktiválódását mutatják, fokozottan vannak kitéve a jövőbeni súlygyarapodás kockázatának (23); talán nagyobb ösztönzésre van szükség (több étel) ahhoz, hogy ugyanazt a jutalomválaszt érjék el.

További lehetséges magyarázat az, hogy az agyi szerkezeti hiányok, mint amilyeneket ebben a tanulmányban bemutatunk, az elhízásból és az ahhoz kapcsolódó inzulinrezisztenciából származnak. Ezt a lehetőséget egy 24 éves longitudinális tanulmány támasztja alá, amely megmutatja, hogy a középkorban megnövekedett BMI korrelál a későbbi életkori csökkentett temporális lebeny volumentel (24). A hatásmechanizmus támogatása a felnőtteknél végzett saját munkánk, ahol azt találtuk, hogy a hippokampusz térfogatai a glükóztolerancia romlásához kapcsolódtak (25), valamint a T2DM-es serdülőknél, ahol kognitív zavarokat és csökkentéseket találunk az elülső lebeny térfogatában és a fehér anyag mikroszerkezeti integritásában (26). Úgy gondoljuk, hogy az elhízással összefüggő inzulinrezisztencia, amelyet a túlsúlyos serdülők csoportja mutat, hozzájárulhat a végrehajtó funkció csökkentéséhez és a strukturális hiányokhoz. Leírtuk ezeknek a hatásoknak a lehetséges modelljét (27), amelyben feltételezzük, hogy az inzulinrezisztencia az endothel disfunkcióval összefüggő csökkent agyi érrendszeri reakcióképességgel kapcsolatos. Tudjuk, hogy az agyi aktiválás során, például egy kognitív feladat elvégzésekor, megnő a szinaptikus aktivitás az érintett agyi régióban. A normál agyban ez regionális vazodilatációt és ezzel a régió glükóz-elérhetőségének növekedését eredményezi a megnövekedett kognitív igény támogatása érdekében (28). Ezért az érrendszeri reakcióképesség, amely szerves részét képezi a jól szabályozott agyi véráramlásnak, kulcsfontosságú az optimális idegkörnyezet fenntartásában az agyi aktiválás során (29). Az elhízott gyermekek endothel diszfunkcióját bemutató kutatások, még a cukorbetegség kialakulása előtt (30) tovább támogatja ezt a feltevést. Ezen túlmenően az elhízott serdülőknél a gyulladásos marker C-reaktív protein (CRP) szintje megemelkedett. A felnőttek nagy csoportjait vizsgáló vizsgálatokban a vizsgálók megnövekedett gyulladásos citokinek szintjét találták mint metabolikus szindrómás egyének körében a kognitív hanyatlás feltételezett közvetítőit (31-34). Az ilyen kognitív hatások lehetséges mechanizmusát az állatok adatai biztosítják, amelyek azt mutatják, hogy a felesleges gyulladásos citokinek csökkenthetik a hosszú távú potencírozást (LTP), ezt a folyamatot alapvető fontosságúnak tekintik a hippokampusz memóriájának konszolidációjában. A gyulladásos citokinek szintén károsíthatják a neurogenezist és a neuroplaszticitást, az emlékek kialakulásához és a szerkezeti idegi integritás fenntartásához nélkülözhetetlen folyamatokat.

A harmadik lehetőség az, hogy ezek a hatások kétirányúak, amikor a viselkedés megsértése hajlamos az elhízásra, ami negatívan befolyásolhatja a végrehajtó funkciókért és a kalóriabevitel gátlásáért felelős agy területeket, és ezáltal a működési zavarok ördögi körét okozhatja. Ez a harmadik lehetőség megmagyarázhatja, miért olyan nehéz az egyéneknek, hogy lefogynak, miután leszerezték.

Ösztönöz minket az a tény, hogy azon néhány agyrégió közül, amelyeket kiértékeltek, az OFC - egy olyan agyrégió, melynek bebizonyosodott, hogy a viselkedés gátlásában mind állati, mind humán vizsgálatokban - az elhízott serdülők körében a legjelentősebb volumencsökkenést mutatta. Megállapításaink, ideértve az intakt OFC-t feltételező kognitív tesztek alacsonyabb teljesítményét, ezen a területen a viselkedés meggátlásához kapcsolódó térfogatcsökkentéssel párosulva rámutatnak annak valószínű fontosságára a súlygyarapodásban.

Ennek a tanulmánynak vannak bizonyos korlátai. Először is, ez egy keresztmetszeti nézet, amely nem teszi lehetővé számunkra, hogy kommentáljuk a világos oksági összefüggéseket. Másodszor, tekintettel a viszonylag szerény mintaméretre, méréseinket olyan agyi régiókra korlátoztuk, amelyekről a korábbi vizsgálatok során kiderült, hogy összefüggenek az elhízással vagy a dezinhibícióval, vagy azokra, amelyekre elméleti okok alapján feltételezhetjük, hogy ezek érintettek lehetnek. Ezért lehetséges, hogy vannak más agyi területek is, amelyeket nem értékeltünk, és amelyek szintén érintettek lehetnek. Vizsgálatunk harmadik korlátja, hogy csak a résztvevők jelenlegi súlya van, és nem tudunk nyilatkozni az elhízás időtartamáról; az általunk vizsgált minta valószínűleg jelentősen változik az elhízás időtartamában és a hozzá kapcsolódó inzulinrezisztenciában. Ennek ellenére tanulmányunknak jelentős erősségei vannak, beleértve a csoportok közötti gondos egyeztetést, az elvégzett többdimenziós értékeléseket és az MRI-adatok elemzésében alkalmazott elfogulatlan MRI-módszereket.

Az itt ismertetett kérdések jobb megértése érdekében a jövőbeni munkának hosszabb távon kell értékelnie az alanyokat, követve az elhízás fejlődését az idők során, miközben egyidejűleg meg kell mérnie a kognitív, viselkedési és idegrendszeri változásokat. Alternatív megoldásként megértésünket javíthatnánk egy olyan tanulmánnyal is, amelynek célja a sikeres elhízás kezelésének (pl. Bariátriai műtét) következményeinek megvizsgálása, és így annak megállapítása, hogy ezen hiányok némelyike ​​visszafordítható-e. Ezenkívül a jövőbeni munkának ki kell értékelnie más lehetséges kapcsolódó tényezőket, például a gyulladásgátló és gyulladásgátló citokineket, valamint érzékenyebb MRI technikákat, például diffúziós tensor képalkotást (DTI) kell alkalmaznia.

Köszönetnyilvánítás

A tanulmányt a Nemzeti Egészségügyi Intézetek (R21 DK070985 és RO1 DK083537) támogatásával támogatták, részben pedig a grant1UL1RR029893 támogatja a Nemzeti Kutatási Erőforrások Központjától. A szerzők elismerni akarják a kutatásban részt vevő gyermekeket és családokat, valamint Po Lai Yau-t és Valentin Polyakov-ot az adatok gyűjtésében és feldolgozásában, valamint Allison Larr segítségét a kézirat előkészítésében.

Lábjegyzetek

Pénzügyi közzétételek:

A többi szerző egyikének sem áll pénzügyi vagy ellentmondásos érdeke

Referenciák

1. Ogden CL, MD Carroll, Flegal KM. Magas testtömeg-index az amerikai gyermekek és serdülők körében, 2003-2006. JAMA. 2008; 299: 2401-5. [PubMed]

2. Stunkard AJ, Messick S. A három faktoros étkezési kérdőív az étrend-visszahúzódás, a fertőtlenítés és az éhség mérésére. J Psychosom Res. 1985; 29: 71-83. [PubMed]

3. Schwartz MW, Woods SC, Porte D, Jr., Seeley RJ, Baskin DG. A táplálékfelvétel központi idegrendszeri ellenőrzése. Természet. 2000; 404: 661-71. [PubMed]

4. Korner J, Leibel RL. Enni vagy nem enni - hogyan beszél a bél az agyval. N Engl J Med. 2003; 349: 926–8. [PubMed]

5. Martin LE, Holsen LM, Chambers RJ, et al. Az étkezési motivációval kapcsolatos idegi mechanizmusok elhízott és egészséges testtömegű felnőtteknél. Elhízás (ezüst tavasz) 2010; 18: 254 – 60. [PubMed]

6. Del Parigi A, Gautier JF, Chen K és mtsai. Neuroimaging és elhízás: az emberek éhségére és szaturációjára adott válaszok térképezése pozitron emissziós tomográfia segítségével. Ann NY Acad Sci. 2002; 967: 389-97. [PubMed]

7. Damasio H, Grabowski T, Frank R, Galaburda AM, Damasio AR. Phineas Gage visszatérése: egy híres beteg koponyájából az agyra utal. Tudomány. 1994; 264: 1102-5. [PubMed]

8. Walther K, Birdsill AC, Glisky EL, Ryan L. Az agyi szerkezeti különbségek és a kognitív működés az idősebb nők testtömeg-indexéhez kapcsolódóan. Hum Brain Mapp. 2010; 31: 1052-64. [PubMed]

9. Taki Y, Kinomura S., Sato K, et al. A testtömeg-index és a szürkeanyag-mennyiség közötti kapcsolat az 1,428 egészséges egyénekben. Elhízás (ezüst tavasz) 2008; 16: 119 – 24. [PubMed]

10. Pannacciulli N, Del Parigi A, Chen K, Le DS, Reiman EM, Tataranni PA. Agyi rendellenességek az emberi elhízásban: voxel-alapú morfometriai vizsgálat. Neuroimage. 2006; 31: 1419-25. [PubMed]

11. Volkow ND, Wang GJ, Telang F és mtsai. A BMI és a prefrontalis metabolikus aktivitás közötti fordított kapcsolat egészséges felnőttekben. Elhízás (ezüst tavasz) 2009; 17: 60 – 5. [PMC ingyenes cikk][PubMed]

12. Elias MF, Elias PK, Sullivan LM, Wolf PA, D'Agostino RB. Alacsony kognitív funkció elhízás és magas vérnyomás jelenlétében: a Framingham szívvizsgálat. Int J Obes Relat Metab Disord. 2003; 27: 260–8.PubMed]

13. Gunstad J, Paul RH, Cohen RA, Tate DF, Spitznagel MB, Gordon E. A megemelkedett testtömeg-indexet egyébként egészséges felnőtteknél a végrehajtó rendellenességgel járják. Compr Pszichiátria. 2007; 48: 57-61. [PubMed]

14. Waldstein SR, Katzel LI. A központi és az elhízás, valamint a vérnyomás interaktív kapcsolatai a kognitív funkciókkal. Int J Obes (Lond) 2006; 30: 201 – 7.PubMed]

15. Lokken KL, Boeka AG, Austin HM, Gunstad J, Harmon CM. A végrehajtó rendellenesség bizonyítéka rendkívül elhízott serdülőknél: kísérleti tanulmány. Surg Obes Relat Dis. 2009; 5: 547-52. [PubMed]

16. MD Lezak, Howleson DB, Loring DW, Hannay HJ, Fischer JS. Neuropszichológiai értékelés. Oxford University Press; New York: 2004.

17. Jó CD, Scahill RI, Fox NC, et al. Az emberi agy anatómiai mintáinak automatikus differenciálása: validálás degeneratív demenciák tanulmányozásával. Neuroimage. 2002; 17: 29-46. [PubMed]

18. Tzourio-Mazoyer N, Landeau B, Papathanassiou D, et al. Az aktivációk automatizált anatómiai jelölése az SPM-ben az MNI MRI egyedüli agyának makroszkopikus anatómiai parcellálása segítségével. Neuroimage. 2002; 15: 273-89. [PubMed]

19. Convit A, Wolf OT, de Leon MJ, et al. A prefrontális régiók térfogati elemzése: az öregedés és a skizofrénia eredményei. Psychiatry Res. 2001; 107: 61-73. [PubMed]

20. Westenhoefer J, Broeckmann P, Munch AK, Pudel V. Az étkezési viselkedés kognitív irányítása és a pusztító hatás. Étvágy. 1994; 23: 27-41. [PubMed]

21. Yeomans MR, Leitch M, Mobini S. Az impulzivitás összekapcsolódik a három tényezési táplálkozási kérdõívben leírt, de nem visszatartó tényezõvel. Étvágy. 2008; 50: 469-76. [PubMed]

22. Hays NP, Bathalon GP, ​​McCrory MA, Roubenoff R., Lipman R., Roberts SB. Az étkezési viselkedés korrelál a felnőtt testtömeg-növekedésével és az elhízással egészséges 55-65 éves nőkben. Am J Clin Nutr. 2002; 75: 476-83. [PubMed]

23. Stice E, Yokum S, Bohon C, Marti N, Smolen A. A jutalomáramköröknek az ételekkel szembeni reakcióképessége a testtömeg jövőbeli növekedését jelzi: a DRD2 és a DRD4 mérséklődő hatása. Neuroimage. 2010; 50: 1618-25. [PubMed]

24. Gustafson D, Lissner L, Bengtsson C, Bjorkelund C, Skoog I. A testtömeg-index és az agyi atrófia 24 éves nyomon követése. Ideggyógyászat. 2004; 63: 1876-81. [PubMed]

25. Convit A, Wolf OT, Tarshish C, de Leon MJ. A csökkent glükóztolerancia a rossz memóriateljesítményhez és a hippokampusz atrófiához kapcsolódik a normál idős emberek körében. Proc Natl Acad Sci, USA A. 2003; 100: 2019 – 22. [PMC ingyenes cikk][PubMed]

26. Yau PL, Javier DC, Ryan CM és mtsai. Előzetes bizonyítékok az agyi szövődményekről 2 típusú diabetes mellitusban szenvedő elhízott serdülőknél. Diabetologia. 2010

27. Convit A. Az inzulinrezisztencia kognitív károsodása közötti kapcsolatok: magyarázó modell. Neurobiol öregedés. 2005; 26 (Supply 1): 31 – 5. [PubMed]

28. Benton D, Parker PY, Donohoe RT. Az agy glükózellátása és kognitív működése. J Biosoc Sci. 1996; 28: 463-79. [PubMed]

29. Drake CT, Iadecola C. A neuronális jelátvitel szerepe az agyi véráramlás szabályozásában. Brain Lang. 2007; 102: 141-52. [PubMed]

30. Karpoff L, Vinet A, Schuster I. és mtsai. Kóros érrendszeri reakcióképesség nyugalmi és testmozgásban elhízott fiúk esetén. Eur J Clin Invest. 2009; 39: 94-102. [PubMed]

31. Dik MG, Jonker C, Comijs HC és munkatársai. A metabolikus szindróma összetevőinek hozzájárulása az idősebb egyének kogníciójához. Cukorbetegség-gondozás. 2007; 30: 2655-60. [PubMed]

32. Roberts RO, Geda YE, Knopman DS és mtsai. Metabolikus szindróma, gyulladás és nem közönséges enyhe kognitív zavar idős személyeknél: Népesség-alapú tanulmány. Alzheimer Dis Assoc Disord. 2009

33. Sweat V, Starr V, Bruehl H, et al. A C-reaktív protein kötődik a túlsúlyos és elhízott nők alacsonyabb kognitív teljesítményéhez. Gyulladás. 2008; 31: 198-207. [PMC ingyenes cikk][PubMed]

34. Yaffe K, Kanaya A, Lindquist K, et al. A metabolikus szindróma, gyulladás és a kognitív hanyatlás kockázata. JAMA. 2004; 292: 2237-42. [PubMed]