La disinibita alimentazione negli adolescenti obesi è associata a riduzioni del volume orbitofrontale e disfunzione esecutiva (2011)

L Maayan,^2,4 C Hoogendoorn,^1* V sudore,¹ e A. Convit^1,3,4

COLLEGAMENTO A STUDIO COMPLETO

Obesità (Silver Spring). 2011 luglio; 19 (7): 1382-1387.

¹ Dipartimento di Psichiatria, Scuola di Medicina dell'Università di New York, 550 First Avenue, New York, NY 10016, USA.

² Dipartimento di Psichiatria Infantile, Scuola di Medicina dell'Università di New York, 550 First Avenue, New York, NY 10016, USA.

³ Dipartimento di Medicina, Scuola di Medicina dell'Università di New York, 550 First Avenue, New York, NY 10016, USA.

⁴ Nathan Kline Institute for Psychiatric Research, 140 Old Orangeburg Rd. Orangeburg NY 10962, USA

Negli adulti, l'obesità è stata associata a un'alimentazione disciolta, a una riduzione del volume della materia grigia corticale e ad una riduzione delle prestazioni nelle valutazioni cognitive. Molto meno si sa di queste relazioni nell'adolescenza e non ci sono studi che valutino le misure comportamentali, cognitive e neurostrutturali nello stesso gruppo di partecipanti allo studio. Questo studio ha esaminato la relazione tra obesità, funzione esecutiva, disinibizione e volumi cerebrali in giovani relativamente sani. I partecipanti hanno incluso adolescenti 54 obesi e 37 magra. I partecipanti hanno ricevuto una batteria cognitiva, questionari sui comportamenti alimentari e risonanza magnetica (MRI). Le valutazioni neuropsicologiche includevano attività mirate alla funzione del lobo frontale. I comportamenti alimentari sono stati determinati utilizzando il questionario sui tre fattori alimentari (TFEQ) e le risonanze magnetiche strutturali sono state eseguite su un sistema 1.5 T Siemens Avanto MRI (Siemens, Erlangen, Germania) per determinare i volumi di materia grigia del cervello. Gli adolescenti magra e obesi sono stati abbinati per età, anni di istruzione, sesso e status socioeconomico. Rispetto agli adolescenti magri, i partecipanti obesi avevano punteggi significativamente più elevati di disinibizione sul TFEQ, prestazioni inferiori nei test cognitivi e un volume inferiore della corteccia orbitofrontale. La disinibizione si correlava in modo significativo con l'indice di massa corporea, il punteggio di Color-Word di Stroop e il volume della corteccia orbitofrontale. Questo è il primo rapporto di queste associazioni negli adolescenti e sottolinea l'importanza di comprendere meglio le associazioni tra deficit neurostrutturali e obesità.

Keywords: Obesità, adolescenti, disinibizione, risonanza magnetica, lobo frontale, cognizione, corteccia orbitofrontale

Introduzione

La prevalenza dell'obesità infantile e adolescenziale negli Stati Uniti è più che triplicata da 1970. Sebbene recenti evidenze suggeriscano che l'obesità infantile possa essersi stabilizzata, gli attuali alti tassi predicono un imminente problema di salute pubblica che coinvolge malattie cardiovascolari ed endocrine (1).

La disinibizione nei comportamenti alimentari, che in parte è caratterizzata dalla propensione a mangiare opportunisticamente in risposta a stimoli ambientali, è stata a lungo associata all'obesità sia nei giovani che negli adulti (2). Il relativo fallimento di controllo nell'assunzione calorica che porta all'eventuale obesità può verificarsi a diversi livelli nel cervello, incluso l'ipotalamo (3) e, secondo un lavoro più recente, nella corteccia cerebrale (4). Una serie di studi di neuroimaging funzionale su individui magri e obesi in entrambi gli stati affamati e nutriti ha mostrato diverse regioni corticali tra cui il cingolato anteriore, prefrontale mediale (5), insula, cingoli posteriori, corticali orbitofrontali (6) per essere attivato in modo differenziale a seconda del livello di sazietà e di BMI, suggerendo il loro coinvolgimento nella regolazione dell'apporto calorico. La comprensione di OFC come area chiave nell'inibizione del comportamento risale al caso di Phineas Gage, lo sfortunato 19^th un ferroviere del secolo scorso sopravvissuto a un incidente che probabilmente danneggiava la sua corteccia orbitofrontale, che ha provocato cambiamenti di personalità e aumento dell'impulsività (7).

I risultati neurostrutturali sono stati anche correlati con l'indice di massa corporea (BMI). In un piccolo studio su donne 55 di anni e oltre, che utilizzava la morfometria basata su voxel (VBM), il BMI era negativamente correlato con i volumi di materia grigia in diverse aree frontali tra cui il giro orbitofrontale sinistro, il frontale inferiore destro e il giro precentrale destro in aggiunta ad altre regioni tra cui il cervelletto destro e un'ampia regione posteriore destra che comprende il parano parahippocampale, fusiforme e linguale (8). Uno studio più ampio sugli adulti 1,428 ha trovato una correlazione negativa tra maschi tra BMI e materia grigia complessiva, nonché regioni cerebrali specifiche come lobi temporali mediali bilaterali, lobi occipitali, lobi frontali, precuno, mesencefalo e lobo anteriore del cervelletto (9). Un altro studio VBM ha mostrato che gli adulti obesi hanno una densità di materia grigia inferiore in aree quali l'opercolo frontale, il giro frontale centrale, il giro post-centrale, così come il putamen (10). Il nostro gruppo ha descritto anomalie neurostrutturali tra gli adolescenti obesi con diabete mellito tipo 2 (T2DM) (26), ma per quanto ne sappiamo nessuno di questi deficit è stato descritto tra i giovani obesi senza T2DM.

Oltre ai risultati strutturali, le valutazioni cognitive hanno dimostrato che il funzionamento esecutivo e l'inibizione della risposta possono essere compromessi sia negli adulti che negli adolescenti. Uno studio che utilizzava la tomografia a emissione di positroni (PET) e test cognitivi ha rilevato che gli adulti obesi hanno un metabolismo del glucosio prefrontale al basale diminuito nonché una prestazione ridotta nell'attività di Stroop, un test di attenzione selettiva e funzione esecutiva (11). Altri studi sulla funzione esecutiva e l'inibizione della risposta negli adulti hanno mostrato un'associazione negativa di queste variabili con l'IMC (12-14). Inoltre, gli adolescenti estremamente obesi mostrano un diminuito funzionamento dei compiti esecutivi rispetto ai dati normativi (15).

Abbiamo ipotizzato che, coerentemente con le precedenti scoperte che utilizzano il questionario sui tre fattori alimentari (TFEQ), gli adolescenti obesi avrebbero voti più alti di disinibizione auto-riferita nei comportamenti alimentari. Abbiamo inoltre ipotizzato che gli adolescenti obesi avrebbero punteggi inferiori nelle valutazioni della funzione esecutiva e ridotta integrità nelle misure neurostrutturali del lobo frontale (volumi di materia grigia basati sulla risonanza magnetica e volumi cerebrali regionali). Inoltre, abbiamo ipotizzato che la disinibizione sul TFEQ sia associata negativamente a punteggi cognitivi su domini rilevanti e con misurazioni basate sulla risonanza magnetica di aree cerebrali coinvolte nell'inibizione della risposta e nel controllo esecutivo.

Metodi

Partecipanti e procedure

Novantuno giovani (14-21 anni), 37 magri (BMI <25 kg / m² o rapporto vita / altezza <0.5) e 54 obesi (BMI≥30 kg / m² o> 95 percentile per BMI per età e sesso) hanno partecipato allo studio. Ottantuno di questi (36 magri, 45 obesi) hanno ricevuto una risonanza magnetica. Dieci adolescenti non hanno ricevuto una risonanza magnetica per i seguenti motivi: due non hanno rispettato gli appuntamenti, una era incinta e abbiamo scelto di sbagliare sul lato della sicurezza, uno non poteva tollerare la risonanza magnetica (claustrofobia) e sei avevano un BMI> 50 kg / m² e ha superato le dimensioni del corpo che potevano essere adattate dallo scanner.

I partecipanti magra avevano un'età media di 17.3 ± 1.6 anni e anni 17.5 obesi ± 1.6 anni. I due gruppi sono stati abbinati anche a anni di istruzione, genere e status socio-economico e sono stati tutti nella gamma cognitivamente normale. Prove di malattia neurologica, medica (diversa dalla dislipidemia, insulino-resistenza a breve termine di T2DM, malattia dell'ovaio policistico o ipertensione), o malattia psichiatrica (compresa depressione e alcol o altre sostanze stupefacenti) hanno escluso gli individui dalla partecipazione allo studio. T2DM ha anche escluso le persone dalla partecipazione. I partecipanti e i loro genitori hanno dato il consenso informato scritto e sono stati risarciti per il loro tempo e disagio. Il protocollo di studio è stato approvato dal Consiglio di Revisione Istituzionale della Scuola di Medicina dell'Università di New York.

Tutti i partecipanti allo studio hanno prelevato un campione di sangue dopo una notte di 10-hour per la valutazione dei livelli di glucosio, insulina, lipidi e marker infiammatori (alta sensibilità C-Reactive Protein; hs-CRP). Il glucosio è stato misurato utilizzando un metodo di glucosio ossidasi (VITROS 950 AT, Amersham, Inghilterra), insulina per chemiluminescenza (Advia Centaur, Bayer Corporation) e la CRP è stata misurata nel plasma utilizzando un saggio immunologico enzimatico (vetrino CRitronitrico, Ortho Clinical Diagnostics). La sensibilità all'insulina è stata stimata utilizzando la valutazione del modello di omeostasi della resistenza all'insulina (HOMA-IR).

Valutazioni

La valutazione neuropsicologica

Abbiamo condotto un'ampia valutazione delle funzioni neurocognitive, inclusi i risultati intellettuali, la memoria recente, la memoria di lavoro, l'attenzione e la funzione esecutiva. Abbiamo ipotizzato che ci sarebbero state differenze nelle funzioni del lobo frontale tra adolescenti magri e obesi e quindi abbiamo limitato le nostre analisi ai test neurocognitivi che riflettono l'integrità del lobo frontale e le funzioni esecutive intatte, vale a dire il Controlled Oral Word Association Test (COWAT), Trail Making Test parts A & B, Stroop Task, Attention / Concentration Index of the Wide Range Assessment of Learning and Memory (WRAML) e Working Memory Index of the WRAML. Ad eccezione del WRAML e dello Stroop, che forniscono punteggi standard corretti per età, vengono riportati i punteggi grezzi. Tutti i test somministrati sono strumenti neuropsicologici standard descritti in dettaglio altrove (16).

Three Factor Eating Questionnaire (TFEQ)

Le caratteristiche del comportamento alimentare sono state valutate utilizzando il TFEQ. Il TFEQ è uno strumento 51-item, composto da tre sottoscale che misurano il contenimento (cioè controllo cognitivo del comportamento alimentare, articoli 21), disinibizione (cioè la suscettibilità di mangiare in risposta a fattori emotivi e segnali sensoriali; articoli 16), e fame (cioè, la suscettibilità di mangiare in risposta ai sentimenti di fame; articoli 14). Il TFEQ è stato somministrato circa un'ora dopo che i soggetti avevano pranzato.

Acquisizione di MRI e analisi di immagini

Tutti i soggetti sono stati studiati sullo stesso sistema 1.5 T Siemens Avanto MRI, che ha un diametro di 65 in pollici e un tavolo adatto per un individuo di 400 sterlina. Abbiamo acquisito immagini di gradiente di acquisizione rapida con magnetizzazione ponderata T1 (MPRAGE; TR 1300 ms; TE 4.38 ms; TI 800 ms; FOV 250 × 250; spessore sezione 1.2 mm; NEX 1; Angolo di inclinazione 15 °; dimensione matrice 256 × 256; fette coronali 192).

Analisi volumetrica WM / GM

La normalizzazione spaziale e la segmentazione delle immagini MPRAGE hanno utilizzato procedure automatizzate come descritto in (17) il software di mappatura parametrica statistica (SPM5). Le immagini MPRAGE sono state inizialmente corrette per non uniformità del segnale e normalizzate spazialmente rispetto al modello standard del neurologo di Montreal T1. Usando l'algoritmo di classificazione dei tessuti in SPM5, abbiamo segmentato le immagini MPRAGE normalizzate nelle loro divisioni materia grigia (GM), sostanza bianca (WM) e cerebro-spinale (CSF), che sono mappe che rappresentano la probabilità per ciascun voxel di essere classificato come GM, WM o CSF. Queste partizioni segmentate sono state successivamente normalizzate ai rispettivi modelli standard. Oltre a eseguire l'intera valutazione del cervello, e dato che durante l'adolescenza la mielinizzazione del lobo frontale è ancora in corso, abbiamo utilizzato due diversi modelli per ricavare le regioni di interesse (ROI) nel lobo frontale. Queste erano le SPM Automatic Anatomic Labeling (AAL) (18) e il nostro metodo di parcellizzazione del lobo frontale affidabile pubblicato (19). Il modello AAL è stato utilizzato per ricavare un lobo frontale totale, una regione cingolata anteriore e una regione orbitofrontale. Il nostro metodo di parcellizzazione è stato utilizzato per ricavare una regione prefrontale (lobo frontale meno la regione motoria supplementare). Abbiamo quantificato le proporzioni dei volumi WM, GM, CSF nell'intero cervello e le regioni frontali a livello del caso, prima mappando le regioni in ogni partizione segmentata e poi facendo una media dei valori tra i soggetti per ciascuno dei due gruppi.

Analisi statistiche

Abbiamo condotto test t di campioni indipendenti a due code esaminando le differenze di gruppo in termini di dati demografici, dati endocrini, dati cognitivi e volumi cerebrali, nonché le correlazioni di Pearson tra il punteggio di disinibizione TFEQ e BMI, punteggio parola di colore di Stroop e volume della materia grigia della corteccia orbitofrontale. I dati che erano più di 2 deviazioni standard dalla media del gruppo per quella variabile sono stati esclusi. Dato che esiste una variabilità individuale nei volumi cerebrali regionali in relazione alle dimensioni complessive della testa, abbiamo misurato la dimensione della volta intra-cranica (ICV) di ogni individuo e utilizzato i valori ICV per regolare i volumi cerebrali regionali. Pertanto, per consentire la comparabilità con altri studi e dare al lettore un'idea delle dimensioni delle regioni cerebrali studiate, la tabella che descrive i volumi cerebrali regionali mostra i volumi grezzi (non residualizzati). Tuttavia, il confronto statistico e la significatività e la dimensione dell'effetto per tutte le immagini presentate hanno utilizzato i volumi cerebrali regolati (residualizzati).

Risultati

Dati demografici e endocrini

I gruppi di soggetti sono stati abbinati per età, sesso, grado di scuola e stato socioeconomico di Hollingshead (SES). I partecipanti obesi erano, per definizione, più alti nell'IMC e, come previsto, avevano anche una pressione arteriosa sistolica e diastolica superiore, livelli di insulina e glucosio a digiuno (ma tutti nella gamma normoglicemica) e la valutazione del modello omeostatico di resistenza all'insulina (HOMA-IR ), trigliceridi, colesterolo a bassa densità di lipoproteine ​​(LDL) e proteina C-reattiva ad alta sensibilità (CRP). I soggetti obesi presentavano anche livelli significativamente più bassi di lipoproteine ​​ad alta densità (HDL). Per favore riferisci a Tabella 1.

Questionario alimentare a tre fattori

Gli adolescenti obesi hanno ottenuto punteggi significativamente più alti rispetto ai partecipanti magri sul fattore di disinibizione del Questionario sull'alimentazione a tre fattori (6.85 ± 3.55 contro 3.91 ± 1.96, p <0.000, d (d) di Cohen = 1.07), così come il fattore della fame (6.60 ± 3.37 contro 4.68 ± 2.84, p = 0.008, d = 0.81) e il fattore di limitazione cognitiva (9.19 ± 4.30 contro 6.78 ± 4.11, p = 0.012, d = 0.57). Si noti che abbiamo ripetuto queste analisi per il sottogruppo di 81 partecipanti con una risonanza magnetica e i risultati sono rimasti sostanzialmente invariati (dati non mostrati).

Misure cognitive

Rispetto agli adolescenti magri, gli adolescenti obesi hanno avuto una performance cognitiva peggiore in ogni compito del lobo frontale, più pronunciato per lo Stroop (una misura di inibizione) e l'indice di memoria di lavoro del WRAML, anche quando abbiamo controllato per il QI stimato. Per favore riferisci a Tabella 2.

Poiché i soggetti 10 non hanno ricevuto una valutazione RM (per i dettagli, fare riferimento alle sezioni sui partecipanti e sulle procedure precedenti), abbiamo ripetuto le nostre analisi per il sottogruppo di adolescenti 81 che avevano una risonanza magnetica e la direzione e il significato dei risultati cognitivi sono rimasti invariati (dati non mostrato).

brain imaging

Il volume della materia grigia del lobo frontale (in centimetri cubici) è risultato più piccolo, sebbene non ad un livello statisticamente significativo, tra gli adolescenti obesi (265.3 ± 29.5 vs 269.6 ± 26.7; 0.00369 ± 0.018312 residualizzato vs. -0.00609 ± 0.014076, p = 0.139, d = 0.35). Si noti che, sebbene le differenze assolute tra questi volumi fossero piccole, le analisi sono state condotte dopo la residualizzazione all'ICV ei valori di significatività e le dimensioni dell'effetto riflettono queste analisi. Inoltre, al fine di controllare i possibili effetti dello sviluppo dell'età sui volumi frontale e cerebrale, abbiamo riesaminato le nostre analisi co-variando per età. Abbiamo trovato volumi di materia grigia significativamente più bassi per i giovani obesi nella corteccia orbitofrontale (32.3 ± 3.68 vs 33.3 ± 3.99; 0.00781 residuo ± 0.024944 vs -0.01227 ± 0.018947, p = 0.005, d = 0.66). Le differenze del gruppo di volume OFC erano invariate dopo il controllo della pressione arteriosa sistolica o HOMA-IR. Altre regioni cerebrali valutate, tra cui la corteccia prefrontale e la corteccia cingolata anteriore, non erano significativamente differenti tra i partecipanti obesi e magra. Co-variando per età non ha cambiato nessuna di queste relazioni.

Associazioni

Abbiamo trovato associazioni significative tra il TFEQ e le misure di volume cognitivo, BMI e MRI. In particolare, il punteggio del fattore di disinibizione sul TFEQ ha mostrato una correlazione significativa con BMI (r (81) = 0.406, p <0.001), punteggio Stroop Color-Word (r (77) = −0.272, p = 0.017) e OFC grigio volume della materia (r (71) = −0.273, p = 0.021). Per comprendere ulteriormente la relazione tra volume OFC e disinibizione, abbiamo esplorato l'associazione separatamente per i due gruppi. Abbiamo scoperto che non c'era alcuna associazione tra disinibizione e volume OFC per gli individui obesi (r (40) = −0.028, p = 0.864), mentre c'era una forte associazione per il gruppo magro (r (31) = −0.460, p = 0.009). Le associazioni tra il punteggio del fattore di disinibizione e il BMI e Stroop sono rimaste significative per il sottogruppo di individui con MRI (dati non mostrati).

Discussione

Come previsto, gli adolescenti obesi hanno avuto punteggi significativamente più alti di disinibizione, fame e contenimento cognitivo sul TFEQ. Sebbene i livelli più elevati di contenimento cognitivo tra gli adolescenti obesi, a prima vista, sembrino controintuitivi, si conformano al modello descritto di "restrizione rigida" in cui un individuo con cibo e restrizioni cognitive può tendere a limitare il cibo in alcune situazioni, ma in modo eccessivo in altri (20).

I nostri nuovi risultati neurostrutturali tra gli adolescenti obesi sono coerenti con i risultati nella letteratura per adulti (8, 9) dimostrando riduzioni di volume della materia grigia. Nel nostro campione di adolescenti queste diminuzioni erano più marcate per la corteccia orbitofrontale, una regione del cervello importante nel controllo degli impulsi, ma mostrava anche una tendenza debole per tutto il lobo frontale. Noi ipotizziamo che le riduzioni di volume più sottili che esistono in altre regioni del cervello tra gli adolescenti obesi possono effettivamente raggiungere un significato statistico in un campione espanso.

È importante sottolineare che per questo rapporto, abbiamo trovato il gruppo con eccesso di peso non solo avere punteggi di disinibizione più elevati sul TFEQ, ma prestazioni inferiori su test cognitivi che riflettono le funzioni cerebrali ritenute centrali nell'inibizione comportamentale, anche nel controllo del QI. Fuori dalle regioni e dalle funzioni del lobo frontale che abbiamo misurato, eravamo particolarmente interessati ad accertare la relazione tra il fattore di disinibizione del TFEQ e l'OFC, una regione del cervello che è molto importante per l'inibizione comportamentale (controllo degli impulsi). Abbiamo selezionato lo Stroop perché è l'unico dei nostri compiti del lobo frontale (compresi quelli che toccano le funzioni esecutive) che verifica specificamente la capacità di inibire le risposte automatizzate. Questo è il parallelo cognitivo diretto del comportamento (fattore di disinibizione del TFEQ) e della regione del cervello (OFC) coinvolti anche nell'inibizione delle risposte automatiche. Il nostro interesse era quello di accertare la specificità funzionale (Stroop vs. altri compiti frontali che non misurano l'inibizione della risposta) e anatomica (OFC) dei nostri risultati e la loro associazione al fattore di disinibizione del TFEQ.

Abbiamo anche trovato associazioni significative tra i punteggi dei fattori di disinibizione e il volume di BMI e OFC. Quando la relazione tra disinibizione e volume OFC è stata esaminata separatamente in partecipanti magri e obesi, abbiamo trovato una forte associazione negativa solo per il gruppo magra. È possibile che gli individui obesi abbiano già sperimentato un livello critico di disinibizione- (che come abbiamo dimostrato è associato all'IMC), per cui l'ulteriore disinibizione non si riflette così chiaramente in ulteriori cambiamenti in OFC, ma forse in diverse regioni del cervello o reti non valutate come parte di questo studio. Un'altra possibilità per questi diversi risultati per ciascuno dei due gruppi di peso è che, dato che i gruppi obesi hanno un maggior grado di approvazione dell'articolo, possono essere più suscettibili a problemi di desiderabilità sociale e quindi potrebbero essere meno inclini a riportare integralmente l'estensione di la loro disinibizione comportamentale nel mangiare, smorzando l'associazione in questo gruppo. Infine, è anche possibile che la restrizione dell'intervallo, vale a dire il fenomeno delle correlazioni che diminuiscono quando la varianza diminuisce come accade quando dividiamo il nostro campione in due, potrebbe influenzare i nostri risultati.

Mentre il nostro studio rileva che la disinibizione nel comportamento alimentare è associata a riduzioni del funzionamento esecutivo e dei volumi di materia grigia frontale, la natura trasversale del nostro disegno non ci consente di affrontare il problema della direzionalità o della causalità. Detto questo, ci sono diverse teorie plausibili sulla direzione di queste associazioni.

Una possibilità è che i deficit primari strutturali o funzionali del cervello portano a mangiare e ridurre le funzioni neurocognitive. Questa linea di ragionamento è parzialmente supportata dal lavoro che mostra la disinibizione nel comportamento alimentare per presagire un maggiore apporto calorico (21) e obesità (22). È anche coerente con il lavoro di imaging funzionale che dimostra che gli individui, che in risposta all'apporto visualizzato di alimenti appetibili mostrano una più debole attivazione dei circuiti di ricompensa del cervello, sono a rischio elevato per un futuro aumento di peso (23); forse hanno bisogno di uno stimolo più grande (più cibo) per ricavare la stessa risposta di ricompensa.

Un'altra possibile spiegazione è che i deficit strutturali del cervello come quelli dimostrati in questo studio derivano dall'obesità e dalla sua insulino-resistenza associata. Questa possibilità è supportata da uno studio longitudinale di 24-anno che mostra un aumento del BMI a partire dalla mezza età correlato con una diminuzione del volume del lobo temporale in età avanzata (24). Anche il sostegno a questo ordine di effetti è il nostro lavoro negli adulti in cui troviamo che i volumi dell'ippocampo erano associati a menomazioni nella tolleranza al glucosio (25) così come negli adolescenti con T2DM, dove troviamo deficit cognitivi e riduzioni dei volumi dei lobi frontali e dell'integrità microstrutturale della materia bianca (26). Riteniamo che l'insulino-resistenza associata all'obesità mostrata dal nostro gruppo di adolescenti con eccesso di peso possa contribuire alla diminuzione della funzione esecutiva e dei deficit strutturali. Abbiamo descritto un possibile modello per questi effetti (27) in cui ipotizziamo che la resistenza all'insulina sia associata a una diminuita reattività vascolare cerebrale correlata alla disfunzione endoteliale. Sappiamo che durante l'attivazione del cervello, come accade quando si esegue un compito cognitivo, c'è un aumento dell'attività sinaptica nella regione del cervello coinvolta. Nel cervello normale ciò provoca vasodilatazione regionale e quindi un aumento della disponibilità di glucosio in quella regione per supportare l'aumento della domanda cognitiva (28). Pertanto, la reattività vascolare, che è parte integrante del flusso ematico cerebrale ben regolato, è la chiave per il mantenimento di un ambiente neuronale ottimale durante l'attivazione cerebrale (29). Ricerca che mostra la disfunzione endoteliale nei bambini obesi, anche prima dello sviluppo del diabete (30), sostiene ulteriormente questa premessa. Inoltre, il marcatore infiammatorio proteina C-reattiva (CRP) era elevato nei nostri adolescenti obesi. Negli studi che hanno esaminato ampie coorti di adulti, i ricercatori hanno riscontrato un aumento dei livelli di citochine infiammatorie come presunti mediatori del declino cognitivo tra individui con sindrome metabolica (31-34). Un possibile meccanismo per questi effetti cognitivi è fornito da dati sugli animali che dimostrano che le citochine infiammatorie in eccesso possono ridurre il potenziamento a lungo termine (LTP), un processo inteso come essenziale nel consolidamento della memoria nell'ippocampo. Le citochine infiammatorie possono anche causare compromissione della neurogenesi e della neuroplasticità, processi vitali per la formazione di ricordi e il mantenimento dell'integrità neuronale strutturale.

Una terza possibilità è che questi effetti siano bidirezionali per cui la disinibizione comportamentale predispone all'obesità, che può avere un impatto negativo sulle aree del cervello responsabili della funzione esecutiva e dell'inibizione dell'apporto calorico, causando così un circolo vizioso di disfunzione. Questa terza possibilità potrebbe aiutare a spiegare perché è così difficile per le persone perdere peso una volta che è stata acquisita.

Siamo incoraggiati dal fatto che tra le poche regioni cerebrali che abbiamo valutato, l'OFC, una regione del cervello che è stata dimostrata importante nell'inibizione comportamentale in studi sia animali che umani, ha avuto la riduzione di volume più significativa tra gli adolescenti obesi. I nostri risultati, tra cui prestazioni inferiori su test cognitivi che hanno ritenuto di richiedere l'OFC intatto, insieme a riduzioni di volume in quest'area associate al punto di disinibizione comportamentale alla sua probabile importanza nell'aumento di peso.

Questo studio presenta alcuni chiari limiti. In primo luogo, è una vista in sezione trasversale che non ci consente di commentare una chiara causalità. In secondo luogo, data la nostra dimensione del campione relativamente modesta, abbiamo limitato le nostre misurazioni alle regioni del cervello che in studi precedenti erano state associate all'obesità o alla disinibizione, o quelle che avevamo buone ragioni teoriche per ritenere potessero essere coinvolte. Pertanto, è possibile che vi siano altre aree del cervello, che non abbiamo valutato, che potrebbero essere coinvolte. Una terza limitazione del nostro studio è che abbiamo solo il peso attuale dei partecipanti e non possiamo commentare la durata dell'obesità; è probabile che il campione che abbiamo studiato abbia una considerevole variabilità nella durata dell'obesità e nella relativa resistenza all'insulina. Tuttavia, il nostro studio ha punti di forza significativi, tra cui l'attento abbinamento tra i gruppi, le valutazioni multidimensionali condotte e i metodi di MRI imparziali utilizzati nelle analisi dei dati di MRI.

Per comprendere meglio i problemi qui descritti, il lavoro futuro dovrebbe valutare i soggetti longitudinalmente, monitorando lo sviluppo dell'obesità nel tempo e misurando contemporaneamente i cambiamenti cognitivi, comportamentali e neurostrutturali. In alternativa, la nostra comprensione potrebbe anche essere migliorata attraverso uno studio progettato per esaminare le conseguenze di un trattamento dell'obesità di successo (es. Chirurgia bariatrica), e quindi accertare se alcuni di questi deficit sono reversibili. Inoltre, il lavoro futuro dovrebbe valutare altri possibili fattori associati come le citochine pro- e antinfiammatorie, nonché utilizzare tecniche di risonanza magnetica più sensibili come l'imaging del tensore di diffusione (DTI).

Ringraziamenti

Lo studio è stato supportato da sovvenzioni dal National Institutes of Health R21 DK070985 e RO1 DK083537 e, supportato in parte da grant1UL1RR029893 dal Centro nazionale per le risorse di ricerca. Gli autori desiderano riconoscere i bambini e le famiglie che hanno partecipato a questa ricerca, nonché Po Lai Yau e Valentin Polyakov nella raccolta e nell'elaborazione dei dati e l'assistenza di Allison Larr nella preparazione di questo manoscritto.

Le note

Informativa finanziaria:

Nessuno degli altri autori ha interessi finanziari / conflittuali da rivelare

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