L Maayan,2,4 * C Hoogendoorn,1* V peluh,1 dan A. Convit1,3,4
Obesiti (Silver Spring). 2011 Julai; 19 (7): 1382-1387.
1 Jabatan Psikiatri, Sekolah Perubatan Universiti New York, 550 First Avenue, New York, NY 10016, Amerika Syarikat.
2 Jabatan Psikiatri Kanak-Kanak, Sekolah Perubatan Universiti New York, 550 First Avenue, New York, NY 10016, Amerika Syarikat.
3 Jabatan Perubatan, Sekolah Perubatan Universiti New York, 550 First Avenue, New York, NY 10016, Amerika Syarikat.
4 Institut Penyelidikan Psikiatrik Nathan Kline, 140 Old Orangeburg Rd. Orangeburg NY 10962, Amerika Syarikat
Pada orang dewasa, obesiti telah dikaitkan dengan makan yang disinhibited, menurunkan jumlah bahan kelabu kortikal, dan prestasi yang lebih rendah mengenai penilaian kognitif. Lebih kurang diketahui tentang hubungan ini semasa remaja dan tidak ada kajian yang menilai langkah-langkah tingkah laku, kognitif, dan neurostruktur dalam kumpulan peserta kajian yang sama. Kajian ini mengkaji hubungan antara obesiti, fungsi eksekutif, disinhibition, dan jumlah otak dalam belia yang relatif sihat. Peserta termasuk 54 obese dan 37 remaja yang lemah. Peserta menerima bateri kognitif, soal selidik perilaku makan, dan pengimejan resonans magnetik (MRI). Penilaian neuropsikologi termasuk tugas-tugas yang mensasarkan fungsi lobus frontal. Tingkah laku makan telah ditentukan menggunakan Questionnaire Eating Factor (TFEQ), dan MRI struktur dilakukan pada Sistem MRI 1.5 T Siemens Avanto (Siemens, Erlangen, Jerman) untuk menentukan volum perkara kelabu otak. Remaja yang tidak bersalah dan gemuk dipadankan dengan usia, tahun pendidikan, jantina, dan status sosioekonomi. Berkenaan dengan remaja yang tidak bersandar, peserta gemuk mempunyai penilaian yang lebih tinggi mengenai penolakan pada TFEQ, prestasi yang lebih rendah pada ujian kognitif, dan jumlah korteks orbitofrontal yang lebih rendah. Penolakan berkait rapat dengan Indeks Massa Tubuh, Skor Warna-Kata Stroop, dan jumlah korteks orbitofrontal. Ini adalah laporan pertama mengenai persatuan-persatuan ini pada remaja dan menunjukkan pentingnya memahami persatuan-persatuan antara defisit neurostruktur dan obesiti.
Kata kunci: Obesiti, Remaja, Disinhibition, MRI, Lob Frontal, Kognisi, Cortex Orbitofrontal
Pengenalan
Penyebaran obesiti kanak-kanak dan remaja di Amerika Syarikat telah lebih tiga kali ganda sejak 1970. Walaupun bukti baru-baru ini menunjukkan bahawa obesiti kanak-kanak mungkin telah merosot, kadar tinggi sekarang meramalkan masalah kesihatan awam yang akan berlaku yang melibatkan penyakit kardiovaskular dan endokrin (1).
Penolakan dalam tingkah laku makan, yang dicirikan sebahagiannya sebagai kecenderungan untuk makan secara oportunistik sebagai tindak balas kepada isyarat alam sekitar, telah lama dikaitkan dengan obesitas baik pada belia dan dewasa (2). Kegagalan kawalan yang berkaitan dengan pengambilan kalori yang membawa kepada obesiti akhirnya boleh berlaku di beberapa peringkat di otak termasuk hypothalamus (3) dan, menurut kerja yang lebih terkini, dalam korteks serebrum (4). Satu siri kajian neuroimaging yang berfungsi untuk individu-individu yang bersandar dan obes pada kedua-dua negara yang lapar dan diberi makan menunjukkan beberapa kawasan kortikal termasuk cingulate anterior, medial prefrontal (5), insula, cingulate posterior, temporal, dan orbitofrontal korteks (6) secara berbeza diaktifkan bergantung pada tahap kenyang dan BMI, mencadangkan penglibatan mereka dalam pengaturan pengambilan kalori. Pemahaman OFC sebagai kawasan utama dalam perencatan tingkah laku membentang kembali kepada kes Phineas Gage, yang kurang bernasib 19th pekerja keretapi abad yang selamat dari kemalangan yang mungkin merosakkan korteks orbitofrontalnya, yang mengakibatkan perubahan personaliti dan peningkatan impulsif (7).
Penemuan neurostruktur juga dikaitkan dengan Indeks Massa Tubuh (BMI). Dalam kajian kecil wanita berusia 55 yang berumur morfometri berasaskan voxel (VBM), BMI berkorelasi negatif dengan jumlah bahan kelabu di beberapa kawasan frontal termasuk kiri orbitofrontal, frontal inferior kanan dan kanan gyri di samping ke kawasan lain termasuk cerebellum yang betul serta kawasan posterior kanan yang besar yang merangkumi gyri parahippocampal, fusiform, dan lingual (8). Satu kajian yang lebih besar mengenai orang dewasa 1,428 mendapati korelasi negatif di kalangan lelaki antara BMI dan bahan kelabu keseluruhan serta kawasan otak tertentu seperti lobus temporal medial bilateral, cuping cuping, lobus frontal, precuneus, midbrain dan lobus anterior dari cerebellum9). Satu lagi kajian VBM menunjukkan bahawa orang dewasa obes mempunyai ketumpatan bahan kelabu yang lebih rendah di kawasan seperti operasi frontal, gyrus frontal tengah, gyrus pasca pusat, serta putamen (10). Kumpulan kami telah menerangkan keabnormalan neurostructural di kalangan remaja gemuk dengan jenis diabetes mellitus 2 (T2DM) (26), tetapi untuk pengetahuan kita tiada defisit seperti itu telah diterangkan di kalangan golongan muda gemuk tanpa T2DM.
Sebagai tambahan kepada penemuan struktur, penilaian kognitif telah menunjukkan bahawa fungsi eksekutif dan penghambaan tindak balas dapat dikompromikan dalam individu dewasa dan remaja yang gemuk. Satu kajian yang menggunakan tomography emission positron (PET) dan ujian kognitif mendapati orang dewasa obes telah menurunkan metabolisme glukosa prefrontal baseline serta prestasi berkurangan pada tugas Stroop, ujian perhatian terpilih dan fungsi eksekutif (11). Kajian lain mengenai fungsi eksekutif dan perencatan tindak balas pada orang dewasa telah menunjukkan persatuan negatif bagi pembolehubah tersebut dengan BMI (12-14). Tambahan pula, remaja yang sangat obes menunjukkan penurunan berfungsi pada tugas eksekutif berbanding data normatif (15).
Kami hipotesis yang konsisten dengan penemuan sebelum menggunakan Questionnaire Eating Factor (TFEQ), remaja gemuk akan mempunyai penilaian yang lebih tinggi mengenai kelemahan diri dalam perilaku makan. Kami seterusnya menegaskan bahawa remaja gemuk akan mempunyai skor yang lebih rendah pada penilaian fungsi eksekutif dan mengurangkan integriti dalam ukuran neurostructural lobus frontal (volum perkara kelabu berasaskan MRI serta volum otak serantau). Di samping itu, kami mengemukakan bahawa disinhibition pada TFEQ akan dikaitkan secara negatif dengan skor kognitif pada domain yang relevan serta dengan pengukuran MRI berasaskan kawasan otak yang terlibat dalam penghambatan tindak balas dan kawalan eksekutif.
Kaedah
Peserta dan Prosedur
Sembilan puluh satu pemuda (14-21y / o), 37 kurus (BMI <25 kg / m2 atau Nisbah Pinggang ke Tinggi <0.5) dan 54 gemuk (BMI≥30 kg / m2 atau> 95 peratus untuk BMI untuk umur dan jantina) mengambil bahagian dalam kajian ini. Lapan puluh satu daripada mereka (36 kurus, 45 gemuk) menerima MRI. Sepuluh remaja tidak mendapat MRI kerana alasan berikut: dua tidak memenuhi janji mereka, satu mengandung dan kami memilih untuk melakukan kesalahan di sisi keselamatan, seseorang tidak boleh bertolak ansur dengan MRI (claustrophobia), dan enam mempunyai BMI> 50 kg / m2 dan melebihi saiz badan yang boleh ditampung oleh pengimbas.
Peserta yang kurang mempunyai usia minima 17.3 ± 1.6 tahun dan tahun 17.5 obesiti ± 1.6 tahun. Kedua-dua kumpulan ini juga dipadankan pada tahun-tahun pendidikan, jantina, dan status sosio-ekonomi dan semuanya berada dalam lingkungan kognitif yang normal. Bukti neurologi, perubatan (selain daripada dislipidemia, ketahanan insulin yang pendek daripada T2DM, penyakit ovari polikistik, atau tekanan darah tinggi), atau penyakit psikiatrik (termasuk kemurungan dan alkohol atau penyalahgunaan bahan lain) tidak termasuk individu daripada penyertaan dalam kajian. T2DM juga mengecualikan individu daripada penyertaan. Para peserta dan ibu bapa mereka memberikan persetujuan bertulis secara bertulis dan diberi pampasan untuk masa dan kesulitan mereka. Protokol kajian telah diluluskan oleh Lembaga Kajian Institusi Perubatan Sekolah New York University.
Semua peserta kajian mempunyai sampel darah yang diambil selepas puasa semalaman 10-jam untuk penilaian kadar glukosa, insulin, lipid dan penanda keradangan (sensitiviti tinggi C-Reactive Protein; hs-CRP). Glukosa diukur menggunakan kaedah glukosa oksidase (VITROS 950 AT, Amersham, England), insulin oleh chemiluminescence (Advia Centaur, Bayer Corporation), dan CRP diukur dalam plasma menggunakan immunoassay enzim (Vitros CRP slaid, Ortho Clinical Diagnostics). Kepekaan insulin dianggarkan menggunakan Penilaian Model Homeostasis Penentangan Insulin (HOMA-IR).
Penilaian
Penilaian neuropsikologi
Kami melakukan penilaian luas mengenai fungsi neurokognitif, termasuk pencapaian intelektual, memori terkini, memori kerja, perhatian, dan fungsi eksekutif. Kami membuat hipotesis bahawa akan ada perbezaan dalam fungsi lobus frontal antara remaja kurus dan gemuk dan oleh itu membatasi analisis kami kepada ujian neurokognitif yang mencerminkan integriti lobus frontal dan fungsi eksekutif yang utuh, iaitu Ujian Gabungan Kata Lisan Terkawal (COWAT), Ujian Jejak Membuat Bahagian A & B, Stroop Task, Perhatian / Indeks Konsentrasi Penilaian Pelbagai dan Memori (WRAML) dan Indeks Memori Kerja WRAML. Dengan pengecualian WRAML dan Stroop, yang memberikan skor standard yang diperbaiki usia, skor mentah dilaporkan. Semua ujian yang dijalankan adalah instrumen neuropsikologi standard yang dijelaskan secara terperinci di tempat lain (16).
Kuasa Pemakanan Tiga Faktor (TFEQ)
Ciri-ciri tingkah laku telah dinilai dengan menggunakan TFEQ. TFEQ adalah instrumen item 51, yang terdiri daripada tiga subscales yang mengukur kekangan (iaitu, kawalan kognitif terhadap tingkah laku makan; item 21), disinhibition (iaitu, kerentanan makan sebagai tindak balas kepada faktor emosi dan isyarat deria; item 16), dan kelaparan (iaitu, kerentanan makan sebagai tindak balas terhadap perasaan lapar; perkara 14). TFEQ ditadbir kira-kira sejam selepas subjek makan siang.
Pengambilalihan MRI dan Analisis Imej
Semua mata pelajaran telah dikaji pada Sistem MRI 1.5 T Siemens Avanto yang sama, yang mempunyai lubang diameter 65 inci dan jadual yang sesuai untuk individu pound 400. Kami memperolehi magnetisasi berwajaran T1 yang menyediakan imej echo kecerunan pantas (MPRAGE; TR 1300 ms; TE 4.38 ms; TI 800 ms; FOV 250 × 250; ketebalan kepingan 1.2 mm; NEX 1; Sudut flip 15 °; saiz matriks 256 × 256; keping coronal 192).
Analisis Volumetrik WM / GM
Nisbah spatial dan segmentasi imej MPRAGE menggunakan prosedur automatik seperti yang diterangkan dalam (17) perisian pemetaan parametrik statistik (SPM5). Imej MPRAGE pertama kali dibetulkan untuk isyarat tidak keseragaman dan secara normal dinormalkan kepada template Institut Neurologi Montreal T1 standard. Menggunakan algoritma klasifikasi tisu dalam SPM5, kami membahagikan imej MPRAGE yang normal kepada bahan kelabu (GM), bahan putih (WM), dan cakera cerebro-spinal (CSF), yang merupakan peta yang mewakili kebarangkalian bagi setiap voxel yang dikelaskan sebagai GM, WM atau CSF. Pembahagian ini dibahagikan kepada templat piawai masing-masing. Di samping melakukan penilaian otak secara keseluruhan, dan memandangkan semasa mielinasi lobus frontal masih berlangsung, kami menggunakan dua templat yang berbeza untuk mendapatkan daerah minat (ROI) di lobus frontal. Ini adalah Pelabelan Anatomi Automatik SPM (AAL) (18) templat dan kaedah parcelation lepi frontal yang boleh dipercayai19). Templat AAL digunakan untuk memperoleh lobus frontal, rantau cingulate anterior, dan rantau orbitofrontal. Kaedah parselasi kita sendiri telah digunakan untuk memperoleh rantau prefrontal (lobus frontal mengurangkan rantau motor tambahan). Kami mengukur perkadaran WM, GM, jumlah CSF di seluruh kawasan otak dan frontal di peringkat kes dengan memetakan kawasan pertama kepada setiap partition bersegmen dan kemudian meratakan nilai-nilai merentasi subjek untuk setiap dua kumpulan.
Analisis statistik
Kami menjalankan ujian-t sampel dua ekor bebas yang memeriksa perbezaan kumpulan dalam demografi, data endokrin, data kognitif, dan volume otak serta korelasi Pearson antara skor disfungsi TFEQ dan BMI, skor kata warna Stroop, dan isipadu abu-abu korteks orbitofrontal. Data yang melebihi 2 sisihan piawai dari min kumpulan untuk pemboleh ubah tersebut dikecualikan. Memandangkan terdapat kebolehubahan individu dalam volume otak wilayah yang berkaitan dengan ukuran kepala keseluruhan, kami mengukur ukuran peti besi intra-kranial (ICV) setiap individu dan menggunakan nilai-nilai ICV untuk menyesuaikan volume otak wilayah. Oleh itu, untuk membolehkan perbandingan dengan kajian lain dan memberi gambaran kepada pembaca tentang ukuran kawasan otak yang dikaji, jadual yang menerangkan jumlah otak daerah menunjukkan jumlah mentah (bukan residual). Walau bagaimanapun, perbandingan statistik dan ukuran kepentingan dan kesan untuk semua pengimejan yang digunakan menggunakan jumlah otak yang disesuaikan (residual).
Hasil
Demografi dan Data Endokrin
Kumpulan subjek dipadankan untuk umur, jantina, gred sekolah, dan status sosioekonomi Hollingshead (SES). Pesakit yang gemuk itu, menurut definisi, lebih tinggi dalam BMI, dan seperti yang dijangkakan juga mempunyai tekanan darah sistolik dan diastolik yang lebih tinggi, tahap puasa insulin dan glukosa (tetapi semua dalam julat normoglikemik) serta penilaian model homeostatic terhadap rintangan insulin (HOMA-IR ), trigliserida, kolesterol lipoprotein ketumpatan rendah (LDL), dan kepekaan tinggi protein C-reaktif (CRP). Subjek obes juga mempunyai paras lipoprotein ketumpatan tinggi (HDL) yang jauh lebih rendah. Sila rujuk Jadual 1.
| Jadual 1 Ciri-ciri Demografi dan Endokrin Kumpulan Remaja Lean dan Obes |
Soal Selidik Pemakanan Tiga Faktor
Remaja gemuk mendapat markah yang jauh lebih tinggi daripada peserta kurus pada faktor penghentian Soal Selidik Tiga Faktor (6.85 ± 3.55 berbanding 3.91 ± 1.96, p <0.000, cohen's d (d) = 1.07), serta faktor kelaparan (6.60 ± 3.37 berbanding 4.68 ± 2.84, p = 0.008, d = 0.81) dan faktor pengekangan kognitif (9.19 ± 4.30 berbanding 6.78 ± 4.11, p = 0.012, d = 0.57). Harap maklum bahawa kami mengulangi analisis ini untuk subset 81 peserta dengan MRI dan hasilnya pada dasarnya tidak berubah (data tidak ditunjukkan).
Langkah Kognitif
Berbanding dengan remaja yang kurus, remaja yang gemuk mempunyai prestasi kognitif yang lebih teruk dalam setiap tugas lobe frontal, yang paling ketara untuk Stroop (ukuran perencatan), dan Indeks Memori Kerja WRAML, walaupun kita dikawal untuk anggaran IQ. Sila rujuk Jadual 2.
| Jadual 2 Perbezaan Kognitif antara Kumpulan Remaja Lean dan Obes |
Oleh kerana subjek 10 tidak menerima penilaian MRI (untuk butiran sila rujuk kepada peserta dan prosedur bahagian di atas), kami mengulangi analisis kami untuk subkumpulan remaja 81 yang mempunyai MRI dan arah dan kepentingan keputusan kognitif kekal tidak berubah (data tidak ditunjukkan).
Pengimejan otak
Kelantangan bahan kelabu lobang depan (dalam sentimeter padu) lebih kecil, walaupun tidak pada tahap penting statistik, di kalangan remaja gemuk (265.3 ± 29.5 vs 269.6 ± 26.7; bersisa 0.00369 ± 0.018312 vs -0.00609 ± 0.014076, p = 0.139, d = 0.35). Sila ambil perhatian bahawa walaupun perbezaan mutlak antara jumlah ini adalah kecil, analisis dilakukan setelah residualizing kepada ICV dan nilai-nilai penting dan kesan kesan mencerminkan analisis ini. Di samping itu untuk mengawal kesan perkembangan usia yang mungkin pada volum frontal dan cerebral yang kami laksanakan semula analisis kami bervariasi untuk umur. Kami mendapati jumlah bahan kelabu yang jauh lebih rendah untuk belia gemuk dalam korteks orbitofrontal (32.3 ± 3.68 vs 33.3 ± 3.99; residualized 0.00781 ± 0.024944 vs -0.01227 ± 0.018947, p = 0.005, d = 0.66). Perbezaan kumpulan isipadu OFC tidak berubah selepas mengawal tekanan darah sistolik atau HOMA-IR. Kawasan otak lain yang dinilai, termasuk korteks prefrontal dan korteks cingulate anterior tidak jauh berbeza dengan peserta obes dan kurus. Bervariasi untuk umur tidak mengubah apa-apa hubungan ini.
Persatuan
Kami mendapati hubungan yang signifikan antara TFEQ dan ukuran kognitif, BMI, dan MRI. Secara khusus, skor faktor disinhibition pada TFEQ menunjukkan korelasi yang signifikan dengan BMI (r (81) = 0.406, p <0.001), skor Stroop Color-Word (r (77) = −0.272, p = 0.017), dan OFC kelabu isi padu jirim (r (71) = −0.273, p = 0.021). Untuk lebih memahami hubungan antara jumlah OFC dan disinhibition, kami meneroka hubungan secara berasingan untuk kedua-dua kumpulan. Kami mendapati bahawa tidak ada hubungan antara disinhibition dan volume OFC untuk individu yang gemuk (r (40) = −0.028, p = 0.864), sedangkan terdapat hubungan yang kuat untuk kumpulan tanpa lemak (r (31) = −0.460, p = 0.009). Hubungan antara skor faktor disinhibisi dan BMI dan Stroop tetap signifikan bagi subset individu dengan MRI (data tidak ditunjukkan).
Perbincangan
Seperti yang dijangkakan, remaja yang gemuk mempunyai penarafan yang lebih tinggi daripada kelemahan, kelaparan, dan pengekangan kognitif pada TFEQ. Walaupun tahap pengekangan kognitif yang lebih tinggi di kalangan remaja gemuk akan pemeriksaan pertama kelihatan kontradiktif, ia mematuhi model yang dijelaskan "penahan tegar" di mana seseorang yang makan dan penyendaan kognitif yang disinhibited mungkin cenderung untuk menyekat makanan dalam beberapa situasi tetapi terlalu makan terlalu banyak pada orang lain (20).
Hasil neurostruktur novel kami di kalangan remaja gemuk konsisten dengan penemuan dalam kesusasteraan dewasa (8, 9) menunjukkan penurunan jumlah bahan kelabu. Dalam sampel remaja kita penurunan ini paling ketara untuk korteks orbitofrontal, rantau otak yang penting dalam kawalan impuls, tetapi juga menunjukkan trend yang lemah untuk lobus frontal. Kami membuat spekulasi bahawa pengurangan jumlah yang lebih halus yang wujud di kawasan otak lain di kalangan remaja gemuk sebenarnya boleh mencapai kepentingan statistik dalam sampel yang diperluaskan.
Yang penting untuk laporan ini, kami mendapati kumpulan yang mempunyai berat badan yang berlebihan bukan sahaja mempunyai skor penghilangan yang lebih tinggi di TFEQ, tetapi prestasi yang lebih rendah terhadap ujian kognitif mencerminkan fungsi otak yang dianggap sebagai pusat perencatan perilaku, walaupun ketika mengawal IQ. Di luar kawasan dan fungsi lobus depan, kami sangat berminat untuk menentukan hubungan antara faktor kelemahan TFEQ dan OFC, kawasan otak yang sangat penting untuk perencatan tingkah laku (kawalan impuls). Kami memilih Stroop kerana ia adalah satu-satunya tugas lobus frontal kami (termasuk mereka yang mengetuk fungsi eksekutif) yang secara khusus menguji keupayaan untuk menghalang tindak balas automatik. Ini adalah selari kognitif langsung dari tingkah laku (faktor penghinaan TFEQ) dan rantau otak (OFC) juga terlibat dalam penghambalan tindak balas automatik. Kepentingan kami adalah untuk menentukan fungsi (Stroop vs tugas-tugas frontal lain yang tidak mengukur penghambalan tindak balas) dan keseragaman anatomi (OFC) penemuan kami dan persatuan mereka terhadap faktor kelemahan TFEQ.
Kami juga mendapati persatuan yang signifikan antara skor faktor penghinaan dan kedua-dua BMI dan isipadu OFC. Apabila hubungan antara kelemahan dan jumlah OFC diperiksa secara berasingan dalam peserta yang kurus dan obes, kami mendapati persatuan negatif yang kuat hanya untuk kumpulan yang kurus. Adalah mungkin bahawa individu obes telah mengalami tahap penolakan yang kritikal - (yang mana kita telah ditunjukkan dikaitkan dengan BMI), di mana penyimpangan tambahan tidak semestinya ditunjukkan dalam perubahan selanjutnya dalam OFC, tetapi mungkin di kawasan otak yang berbeza atau rangkaian tidak dinilai sebagai sebahagian daripada kajian ini. Satu lagi kemungkinan bagi penemuan yang berbeza untuk setiap kumpulan berat adalah kerana kumpulan obes mempunyai tahap sokongan yang lebih tinggi, mereka mungkin lebih mudah terdedah kepada isu-isu kebolehgunaan sosial dan oleh itu mereka mungkin kurang melaporkan sepenuhnya sejauh mana kelakuan tingkah laku mereka dalam makan, melembapkan persatuan dalam kumpulan ini. Akhir sekali, juga kemungkinan bahawa sekatan rentang, iaitu fenomena korelasi berkurangan apabila varians berkurangan seperti yang berlaku apabila kita membahagikan sampel kami dalam dua boleh menjejaskan keputusan kami.
Walaupun kajian kami mendapati bahawa kelemahan dalam tingkah laku makan dikaitkan dengan pengurangan dalam fungsi eksekutif dan volum perkara kelabu depan, sifat rentas keratan reka bentuk kami tidak membenarkan kami menangani isu arah atau penyebab. Dengan itu dikatakan, terdapat beberapa teori munasabah mengenai hala tuju persatuan ini.
Satu kemungkinan ialah defisit otak struktur atau fungsional yang utama membawa kepada makan dan pengurangan yang disinhibited dalam fungsi neurokognitif. Garis penalaran ini sebahagiannya disokong oleh kerja yang menunjukkan ketidakhadiran dalam tingkah laku makan untuk mengatasi peningkatan pengambilan kalori (21) dan obesiti (22). Ia juga konsisten dengan kerja pencitraan fungsional yang membuktikan bahawa individu, yang bertindak balas terhadap pengambilan makanan yang enak dilihat menunjukkan pengaktifan litar ganjaran otak yang lemah, berada pada risiko tinggi untuk kenaikan berat badan masa depan (23); mungkin mereka memerlukan rangsangan yang lebih besar (lebih banyak makanan) untuk mendapatkan tindak balas ganjaran yang sama.
Satu lagi penjelasan yang mungkin adalah bahawa defisit struktur otak seperti yang ditunjukkan dalam hasil kajian ini daripada obesiti dan rintangan insulin yang berkaitan. Kemungkinan ini disokong oleh kajian membujur 24 tahun yang menunjukkan peningkatan BMI bermula pada usia pertengahan berkorelasi dengan penurunan jumlah lobus temporal dalam kehidupan kemudian (24). Juga menyokong perintah kesan ini adalah kerja kita sendiri pada orang dewasa di mana kita mendapati bahawa volume hippocampal dikaitkan dengan masalah dalam toleransi glukosa (25) dan juga pada remaja dengan T2DM, di mana kita menemui masalah kognitif dan pengurangan dalam jumlah lobus frontal dan integriti mikrostruktur perkara putih (26). Kami yakin bahawa rintangan insulin berkaitan obesiti yang dipamerkan oleh kumpulan remaja kami dengan berat berlebihan boleh menyumbang kepada penurunan fungsi eksekutif dan defisit struktur. Kami telah menerangkan model yang mungkin untuk kesan ini (27) di mana kita membuat hipotesis bahawa rintangan insulin dikaitkan dengan reaktiviti vaskular otak menurun berkaitan dengan disfungsi endothelial. Kami tahu bahawa semasa pengaktifan otak, seperti berlaku ketika melaksanakan tugas kognitif, terdapat peningkatan aktivitas sinaptik di wilayah otak yang terlibat. Dalam otak biasa ini mengakibatkan vasodilation serantau dan dengan demikian peningkatan ketersediaan glukosa ke rantau itu untuk menyokong peningkatan permintaan kognitif (28). Oleh itu, kereaktifan vaskular, yang penting untuk aliran darah serebrum yang dikawal dengan baik, adalah kunci untuk mengekalkan persekitaran neuron yang optimum semasa pengaktifan otak (29). Penyelidikan yang menunjukkan disfungsi endothelial pada kanak-kanak gemuk, walaupun sebelum perkembangan diabetes (30), menyokong lagi premis ini. Di samping itu, protein C-reactive (CRP) penanda radang telah meningkat di kalangan remaja gemuk. Dalam kajian yang mengkaji kohort besar orang dewasa, penyiasat telah mendapati peningkatan paras sitokin radang sebagai mediator putative penurunan kognitif di kalangan individu dengan sindrom metabolik (31-34). Mekanisme yang mungkin untuk kesan kognitif ini diberikan oleh data haiwan yang menunjukkan bahawa sitokin keradangan yang berlebihan boleh mengurangkan potentiation jangka panjang (LTP), proses yang difahami sebagai penting dalam penyatuan memori di hippocampus. Sitokin keradangan juga boleh menyebabkan kemerosotan dalam neurogenesis dan neuroplasticity, proses penting untuk pembentukan kenangan dan penyelenggaraan integriti saraf struktur.
Kemungkinan ketiga ialah kesan-kesan ini adalah bidirectional di mana penyimpangan tingkah laku menimbulkan obesiti, yang boleh memberi kesan negatif terhadap kawasan otak yang bertanggungjawab untuk fungsi eksekutif dan menghalang pengambilan kalori, sehingga menyebabkan kitaran ganas tidak berfungsi. Kemungkinan ketiga ini dapat membantu menjelaskan mengapa ia sangat sukar bagi individu untuk menurunkan berat badan sebaik sahaja ia telah diperoleh.
Kami digalakkan oleh hakikat bahawa di antara beberapa kawasan otak yang kami menilai, OFC, rantau otak yang telah ditunjukkan sebagai penting dalam perencatan tingkah laku dalam kajian haiwan dan manusia, mempunyai pengurangan jumlah yang paling ketara di kalangan remaja obes. Penemuan kami, termasuk prestasi yang lebih rendah pada ujian kognitif difikirkan memerlukan OFC utuh, ditambah pula dengan pengurangan jumlah dalam bidang ini yang berkaitan dengan titik penghilangan perilaku dengan kepentingannya yang penting dalam penambahan berat badan.
Kajian ini mempunyai beberapa batasan yang jelas. Pertama, ini adalah pandangan penampang yang tidak membenarkan kita mengulas sebab-sebab yang jelas. Kedua, memandangkan ukuran sampel kami yang relatif sederhana, kami membatasi pengukuran kami ke kawasan otak yang dalam kajian sebelumnya sama ada didapati berkaitan dengan kegemukan atau disinhibisi, atau mereka yang mempunyai alasan teori yang baik untuk dipercayai boleh terlibat. Oleh itu, ada kemungkinan terdapat kawasan otak lain, yang tidak kita kaji, yang mungkin juga terlibat. Batasan ketiga kajian kami adalah bahawa kita hanya mempunyai berat badan peserta sekarang dan kita tidak dapat mengulas mengenai tempoh kegemukan; sampel yang kami kaji berkemungkinan mempunyai kebolehubahan yang besar dalam tempoh kegemukan dan ketahanan insulin yang berkaitan. Walaupun begitu, kajian kami mempunyai kekuatan yang signifikan, termasuk pemadanan yang teliti antara kumpulan, penilaian multidimensi yang dilakukan, dan kaedah MRI yang tidak berat sebelah yang digunakan dalam analisis data MRI.
Untuk lebih memahami masalah yang diterangkan di sini, kerja masa depan perlu menilai subjek secara longitudinal, menjejaki perkembangan obesiti sepanjang masa sementara bersamaan mengukur perubahan kognitif, tingkah laku, dan neurostruktur. Selain itu, pemahaman kita juga dapat dipertingkatkan melalui kajian yang dirancang untuk mengkaji akibat dari rawatan obesiti yang berjaya (contohnya pembedahan bariatric), dan dengan itu memastikan sama ada beberapa defisit ini boleh diterbalikkan. Tambahan pula, kerja masa depan perlu menilai faktor-faktor lain yang mungkin berkaitan seperti sitokin pro dan anti-radang serta menggunakan teknik MRI yang lebih sensitif seperti pengimejan tensor imaging (DTI).
|
| Rajah 1 Persatuan di antara Indeks Massa Tubuh dan Penghapusan |
|
| Rajah 2 Persatuan antara OFC Gray Matter Volume dan Disinhibition in Teen (Lean and Obese) |
Penghargaan
Kajian ini disokong oleh geran dari Institut Kesihatan Nasional R21 DK070985 dan RO1 DK083537 dan disokong sebahagiannya oleh grant1UL1RR029893 dari Pusat Sumber Penyelidikan Kebangsaan. Penulis ingin mengiktiraf anak-anak dan keluarga yang mengambil bahagian dalam penyelidikan ini serta Po Lai Yau dan Valentin Polyakov dalam pengumpulan dan pemprosesan data dan bantuan Allison Larr dalam penyediaan manuskrip ini.
Nota kaki
Pendedahan Kewangan:
Tiada seorang pun daripada penulis lain yang mempunyai kepentingan kewangan / bercanggah untuk didedahkan
Rujukan
1. Ogden CL, Carroll MD, Flegal KM. Indeks jisim badan tinggi untuk umur di kalangan kanak-kanak dan remaja AS, 2003-2006. JAMA. 2008; 299: 2401-5. [PubMed]
2. Stunkard AJ, Messick S. Kuesioner makan tiga faktor untuk mengukur kekangan diet, penghilangan dan kelaparan. J Psychosom Res. 1985; 29: 71-83. [PubMed]
3. Schwartz MW, Woods SC, Porte D, Jr., Seeley RJ, Baskin DG. Kawalan sistem saraf pusat pengambilan makanan. Alam. 2000; 404: 661-71. [PubMed]
4. Korner J, Leibel RL. Untuk makan atau tidak untuk makan - bagaimana usus bercakap dengan otak. N Engl J Med. 2003; 349: 926–8. [PubMed]
5. Martin LE, Holsen LM, Chambers RJ, et al. Mekanisme neural yang berkaitan dengan motivasi makanan pada orang dewasa yang gemuk dan sihat. Obesiti (Silver Spring) 2010; 18: 254-60. [PubMed]
6. Del Parigi A, Gautier JF, Chen K, et al. Neuroimaging dan obesiti: memetakan tindak balas otak kepada kelaparan dan satiasi pada manusia menggunakan tomography emission positron. Ann NY Acad Sci. 2002; 967: 389-97. [PubMed]
7. Damasio H, Grabowski T, Frank R, Galaburda AM, Damasio AR. Kembalinya Phineas Gage: petunjuk mengenai otak dari tengkorak pesakit yang terkenal. Sains. 1994; 264: 1102-5. [PubMed]
8. Walther K, Birdsill AC, Glisky EL, Ryan L. Perbezaan struktur otak dan fungsi kognitif yang berkaitan dengan indeks jisim badan pada wanita yang lebih tua. Hum Mama Brain. 2010; 31: 1052-64. [PubMed]
9. Taki Y, Kinomura S, Sato K, et al. Hubungan antara indeks jisim badan dan jumlah bahan kelabu dalam individu yang sihat 1,428. Obesiti (Silver Spring) 2008; 16: 119-24. [PubMed]
10. Pannacciulli N, Del Parigi A, Chen K, Le DS, Reiman EM, Tataranni PA. Abnormaliti otak dalam obesiti manusia: kajian morphometric berasaskan voxel. Neuroimage. 2006; 31: 1419-25. [PubMed]
11. Volkow ND, Wang GJ, Telang F, et al. Hubungan songsang antara BMI dan aktiviti metabolik prefrontal pada orang dewasa yang sihat. Obesiti (Silver Spring) 2009; 17: 60-5. [Artikel percuma PMC][PubMed]
12. Elias MF, Elias PK, Sullivan LM, Wolf PA, D'Agostino RB. Fungsi kognitif yang lebih rendah sekiranya terdapat obesiti dan hipertensi: kajian jantung Framingham. Int J Obes Relat Metab Disord. 2003; 27: 260–8. [PubMed]
13. Gunstad J, Paul RH, Cohen RA, Tate DF, Spitznagel MB, Gordon E. Indeks massa tubuh yang tinggi dikaitkan dengan disfungsi eksekutif dalam orang dewasa yang sebaliknya. Compr Psychiatry. 2007; 48: 57-61. [PubMed]
14. Waldstein SR, Katzel LI. Hubungan interaktif pusat berbanding obesiti dan tekanan darah kepada fungsi kognitif. Int J Obes (Lond) 2006; 30: 201-7. [PubMed]
15. Lokken KL, Boeka AG, Austin HM, Gunstad J, Harmon CM. Bukti disfungsi eksekutif dalam remaja yang sangat obes: satu kajian perintis. Pembedahan Obes Relat Dis. 2009; 5: 547-52. [PubMed]
16. Lezak MD, Howleson DB, Loring DW, Hannay HJ, Fischer JS. Penilaian Neuropsikologi. Oxford University Press; New York: 2004.
17. CD yang baik, Scahill RI, Fox NC, et al. Pembezaan automatik pola anatomi di dalam otak manusia: pengesahan dengan kajian kecemasan degeneratif. Neuroimage. 2002; 17: 29-46. [PubMed]
18. Tzourio-Mazoyer N, Landeau B, Papathanassiou D, et al. Penyelarasan anatomi automatik pengaktifan dalam SPM menggunakan pembungkusan anatomi makroskopi otak subjek MRI MNI tunggal. Neuroimage. 2002; 15: 273-89. [PubMed]
19. Konvoi A, Wolf OT, de Leon MJ, et al. Analisis volumetrik bagi wilayah pra-hadapan: penemuan dalam penuaan dan skizofrenia. Psikiatri Res. 2001; 107: 61-73. [PubMed]
20. Westenhoefer J, Broeckmann P, Munch AK, Pudel V. Kawalan kognitif terhadap tingkah laku makan dan kesan disinhibition. Selera makan. 1994; 23: 27-41. [PubMed]
21. Yeomans MR, Leitch M, Mobini S. Impulsivity dikaitkan dengan desinum tetapi tidak faktor penahan dari Question Factor Tiga Faktor. Selera makan. 2008; 50: 469-76. [PubMed]
22. Hays NP, GP Bathalon, McCrory MA, Roubenoff R, Lipman R, Roberts SB. Makan perilaku berkorelasi berat badan dewasa dan obesiti pada wanita yang sihat berusia 55-65 y. Am J Clin Nutr. 2002; 75: 476-83. [PubMed]
23. Stice E, Yokum S, Bohon C, Marti N, Smolen A. Tanggungjawab litar kebimbangan kepada makanan meramalkan peningkatan masa depan dalam jisim badan: kesan sederhana DRD2 dan DRD4. Neuroimage. 2010; 50: 1618-25. [PubMed]
24. Gustafson D, Lissner L, Bengtsson C, Bjorkelund C, Skoog I. Susulan indeks jisim badan dan atrofi serebrum 24 tahun. Neurologi. 2004; 63: 1876-81. [PubMed]
25. Konvoi A, Wolf OT, Tarshish C, de Leon MJ. Toleransi glukosa berkurang dikaitkan dengan prestasi ingatan yang lemah dan atrofi hippocampal di kalangan warga tua yang normal. Proc Natl Acad Sci US A. 2003; 100: 2019-22. [Artikel percuma PMC][PubMed]
26. Yau PL, Javier DC, Ryan CM, et al. Bukti awal untuk komplikasi otak di kalangan remaja gemuk dengan diabetes mellitus 2 jenis. Diabetologia. 2010
27. Konvoi A. Pautan antara kerosakan kognitif dalam rintangan insulin: model penjelasan. Penuaan Neurobiol. 2005; 26 (Suppl 1): 31-5. [PubMed]
28. Benton D, Parker PY, Donohoe RT. Pembekalan glukosa ke otak dan fungsi kognitif. J Biosoc Sci. 1996; 28: 463-79. [PubMed]
29. Drake CT, Iadecola C. Peranan isyarat neuron dalam mengawal aliran darah serebrum. Brain Lang. 2007; 102: 141-52. [PubMed]
30. Karpoff L, Vinet A, Schuster I, et al. Kereaktifan vaskular yang tidak normal pada rehat dan senaman dalam kanak-kanak lelaki obes. Eur J Clin Invest. 2009; 39: 94-102. [PubMed]
31. Dik MG, Jonker C, Comijs HC, et al. Sumbangan komponen sindrom metabolik kepada kognisi pada individu yang lebih tua. Penjagaan Diabetes. 2007; 30: 2655-60. [PubMed]
32. Roberts RO, Geda YE, Knopman DS, et al. Sindrom Metabolik, Keradangan, dan Kekurangan Kognitif Kurang Lemah di Orang Lama: Kajian Berasaskan Populasi. Alzheimer Dis Assoc Disord. 2009
33. Peluh V, Starr V, Bruehl H, et al. Protein C-reaktif dikaitkan dengan prestasi kognitif yang lebih rendah dalam wanita berlebihan dan obes. Keradangan. 2008; 31: 198-207. [Artikel percuma PMC][PubMed]
34. Yaffe K, Kanaya A, Lindquist K, et al. Sindrom metabolik, keradangan, dan risiko penurunan kognitif. JAMA. 2004; 292: 2237-42. [PubMed]
;