Brain White Matter Expansie in menselijke obesitas en het herstellende effect van dieet (2007)

Opmerkingen: Voedselverslaving die leidt tot obesitas veroorzaakt verschillende hersenveranderingen die drugsverslaving nabootsen. Eén verandering betreft een toename in witte stof (myeline) in het striatum (een deel van het beloningscircuit). Op dieet zijn vermindert de witte massa, wat aangeeft dat deze verandering omkeerbaar is.

Online gepubliceerd voor druk op 29 mei 2007, doi: 10.1210 / jc.2006-2495 The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism 1 augustus 2007 vol. 92 nee. 8 3278-3284

Lauri T. Haltia, Antti Viljanen, Riitta Parkkola, Nina Kemppainen, Juha O. Rinne, Pirjo Nuutila en Valtteri Kaasinen

- Auteur Affiliations


  1. Afdelingen Neurologie (LTH, NK, VK), Interne geneeskunde (AV, PN) en Radiologie (RP), Universiteit van Turku, FIN-20521 Turku, Finland; en Turku PET Center (LTH, AV, NK, JOR, PN, VK), FIN-20521 Turku, Finland
  1. Beantwoord alle correspondentie en verzoeken om herdrukken aan: Dr. Lauri T. Haltia, Turku PET Center, University of Turku, Postbus 52, FIN-20521 Turku, Finland. E-mail: [e-mail beveiligd].

Abstract

Context en doelstelling: Obesitas wordt geassocieerd met verschillende metabole afwijkingen. Recente studies suggereren dat obesitas ook de hersenfunctie beïnvloedt en een risicofactor is voor sommige degeneratieve hersenziekten. Het doel van deze studie was om de effecten van gewichtstoename en gewichtsverlies op hersen grijze en witte stof structuur te onderzoeken. We veronderstelden dat mogelijke verschillen in de hersenen van zwaarlijvige personen zouden verdwijnen of verminderen na een intensieve dieetperiode.

Methoden: In deel I van de studie hebben we gescand met magnetische resonantie imaging 16 lean (gemiddelde body mass index, 22 kg / m2) en 30 obesitas (gemiddelde body mass index, 33 kg / m2) gezonde proefpersonen. In deel II gingen 16 zwaarlijvige proefpersonen verder met een zeer caloriearm dieet voor 6 wk, waarna ze opnieuw werden gescand. Regionale hersen-witte en grijze-stofvolumes werden berekend met behulp van op voxel gebaseerde morfometrie.

Resultaten: De volumes witte stof waren groter bij obese proefpersonen, in vergelijking met magere proefpersonen in verschillende basale hersenregio's, en obese personen lieten een positieve correlatie zien tussen het volume witte stof in basale hersenstructuren en de taille-heup ratio. De gedetecteerde uitbreiding van witte stof werd gedeeltelijk ongedaan gemaakt door een dieet. Regionale volumes van grijze stof verschilden niet significant in obese en magere patiënten en een dieet had geen invloed op grijze massa.

Conclusies: Het precieze mechanisme voor de ontdekte witte stofveranderingen blijft onduidelijk, maar de huidige studie toont aan dat obesitas en diëten gepaard gaan met tegengestelde veranderingen in de hersenstructuur. Het is niet uitgesloten dat uitbreiding van witte stof in obesitas een rol speelt in de neuropathogenese van degeneratieve hersenziekten.

ZWAARLIJVIGHEID WORDT VERGEZELD VAN veranderingen in de lichaamssamenstelling en toename van visceraal en sc-vet. De ophoping van lichaamsvet is verbonden aan meerdere metabole afwijkingen, die vatbaar kunnen zijn voor ziekten zoals type 2 diabetes, hypertensie, beroerte en kanker. Veranderingen in het centrale zenuwstelsel bij obesitas zijn minder bekend, hoewel epidemiologische studies een verband suggereren tussen bepaalde degeneratieve hersenziekten en obesitas. Verhoogd lichaamsgewicht is bekend als een risicofactor voor cognitieve achteruitgang (1, 2) en de ziekte van Alzheimer (3), en de associatie tussen obesitas en dementie is onafhankelijk van andere comorbide aandoeningen (4). Centrale obesitas kan ook geassocieerd zijn met een hoger risico op andere neurologische aandoeningen, zoals de ziekte van Parkinson (5). De pathofysiologische mechanismen die ten grondslag liggen aan deze complexe relaties zijn niet goed bekend, maar een mogelijk verband tussen obesitas en dementerende ziekten is de ontwikkeling van insulineresistentie en / of diabetes mellitus, die de cognitie beïnvloeden (1).

Vandaar dat studies over degeneratieve hersenziekten het idee ondersteunen dat obesitas een negatieve invloed heeft op de hersenfunctie, en er zijn studies bij mensen die functionele verschillen in de hersenen tussen gezonde, zwaarlijvige en magere individuen aantonen. Beeldvormende onderzoeken met positronemissietomografie (PET) en functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI) hebben aangetoond dat obesitas gepaard gaat met veranderingen in de bloedstroom en neurochemie van de hersenen. Een PET-onderzoek met [11C] raclopride heeft aangegeven dat de beschikbaarheid van hers dopamine D2-receptoren van zeer obese personen afneemt in verhouding tot hun body mass index (BMI) (6). Studies met PET en metingen van regionale cerebrale bloeddoorstroming hebben verschillende hersenreacties op verzadiging aangetoond bij obese en magere individuen (7, 8), en een fMRI-onderzoek toonde aan dat orale glucose-inname een remming van het fMRI-signaal in de delen van hypothalamus induceert en dat deze centrale remmende respons duidelijk wordt verzwakt bij obese personen (9). Een ander fMRI-onderzoek onthulde het grotere aantal hersenactivatiezones in de obese eetbuien (vergeleken met magere eetbuieneters en magere en obese niet-binge eters) als reactie op visuele en auditieve eetbuistrimpels (10). Bovendien toonde één eerder onderzoek met individuele fotonenemissietomografie aan dat visuele blootstelling aan voedsel geassocieerd is met verhogingen van de regionale cerebrale bloedstroom van juiste temporale en pariëtale cortex bij vrouwen met obesitas, maar niet bij vrouwen met een normaal gewicht (11). Een recente structurele studie met de magnetische resonantie beeldvorming (MRI) en voxel-gebaseerde morfometrie (VBM) gaf aan dat obese personen een significant lager hersenvolume hebben in de postcentrale gyrus, frontale operculum, putamen en midden frontaire gyrus, vergeleken met de groep van magere proefpersonen, en dat BMI bij obese (maar niet magere) proefpersonen negatief wordt geassocieerd met het grijze materievolume van de linker postcentrale gyrus (12). Ook werd een verschil in volume witte stof gedetecteerd in de buurt van het striatum, waarbij obese proefpersonen een groter volume hadden dan magere proefpersonen.

De meeste obesitasbeeldvormingsstudies zijn statische groepsvergelijkingen. Vaak zijn de groepen gescheiden volgens BMI en een gekozen variabele uit het centrale zenuwstelsel, bv regionale bloedstroom, dopaminereceptoren of volume van grijze massa, wordt op een transversale manier bestudeerd. Voor zover wij weten, zijn er geen longitudinale analyses van de hersenfunctie bij obesitas. In de huidige studie waren we geïnteresseerd in de effecten van gewichtstoename en -verlies op de grijze en witte stofstructuur van het menselijk brein. Fosfolipiden zijn belangrijke componenten van neuronale en gliale membranen en nemen deel aan membraanhermodellering en synthese en signaaltransductie (13). Het metabolisme van de hersenfosfolipiden is een dynamisch proces dat wordt beïnvloed door bijvoorbeeld de plasmaconcentratie van vrije vetzuren. Ongeveer 5% niet-veresterde vetzuren wordt uit het bloed gehaald als het door de hersenen van de rat gaat en de extractie is onafhankelijk van de bloedstroom in de hersenen (13). Obesitas gaat gepaard met de overmaat aan vrije vetzuren in het plasma, wat leidt tot vetophoping in adipocyten en in verschillende organen. Daarom veronderstelden we dat obese personen verschillen in het hersenvochtmetabolisme en verhoogde vetophopingen in de witte stof zouden kunnen hebben, en dit zou een weerspiegeling kunnen zijn van het witte stofvolume.

Het onderzoek was ontworpen om uit twee delen te bestaan: 1), een conventionele hersenvergelijking in dwarsdoorsnede van zwaarlijvige en magere individuen en correlatieanalyses, en 2) een longitudinale follow-up van individuele hersenen na een groot snel gewichtsverlies. In deel I onderzochten we verschillen in hersenregio's tussen grijze en witte stofvolumes tussen magere en obese personen. In deel II startte een subpopulatie van obese personen (n = 16) uit het eerste deel een gecontroleerd zeer caloriearm dieet (VLCD) voor 6 wk, en de tweede hersenscan volgde nadat ze met succes hun gewicht gemiddeld hadden verminderd met 12 %. Van diëten is bekend dat het een gunstig effect heeft op bijvoorbeeld insulinegevoeligheid en plasma lipiden bij obese personen (14), en gewichtsafname is ook geassocieerd met een verlaging van het plasma leptine-niveau (15). Hersenen, als een lipide-rijk weefsel, kunnen ook worden beïnvloed door gewichtsverlies. We hebben getest of gewichtsvermindering het hersenvolume bij zwaarlijvige personen zou kunnen verminderen, in overeenstemming met de vermindering van vet in het hele lichaam.

Onderwerpen en methoden

Onderwerpen en studieontwerp

Deel I.

De studie omvatte 30 zwaarlijvige (12 mannen en 18 vrouwen) en 16 slanke (acht mannen en acht vrouwen) onderwerpen. Lean individuen werden gedefinieerd als die met een BMI van minder dan 26 kg / m2 en zwaarlijvige personen met BMI groter dan 27 kg / m2. Patiënten met een eetstoornis, metabole ziekten, hart- en vaatziekten, eerdere of huidige abnormale lever- of nierfunctie, bloedarmoede of behandeling met orale corticosteroïden waren uitgesloten. De belangrijkste fysieke en metabole kenmerken van de onderwerpen worden weergegeven in tabel 1. Obese personen hadden significant hogere nuchter plasmaconcentraties van glucose, insuline, leptine en vrije vetzuren (Tabel 1). Schriftelijke geïnformeerde toestemming werd verkregen na uitleg over het doel en de potentiële risico's van de studie voor de proefpersonen. Het studieprotocol werd goedgekeurd door de ethische commissie van Southwest Finland Healthcare District en uitgevoerd volgens de principes van de verklaring van Helsinki.

TABLE 1.

Belangrijkste demografische kenmerken en laboratoriumwaarden (na vasten) van de bestudeerde onderwerpen

Deel II.

Zestien zwaarlijvige proefpersonen (vier mannen en 12-vrouwen) van deel I namen deel aan deel II, waarin ze een VLCD kregen voorgeschreven (tabel 2). Alle dagelijkse maaltijden werden vervangen door VLCD-producten gedurende een periode van 6 wk (Nutrifast; Leiras Finland, Helsinki, Finland) (2.3 MJ, 4.5 g vet, 59 g-eiwit en 72 g koolhydraat per dag). Toegevoegd aan Nutrifast dronken proefpersonen dagelijks minstens 2 liters water of suikervrije frisdranken. Er waren geen veranderingen in lichamelijke activiteit toegestaan. Het dieet werd regelmatig gecontroleerd door een studie verpleegkundige met nutritionele expertise. Na het dieet was er een 1-wk herstelperiode met normocalorisch dieet om katabolische toestand te voorkomen. MRI, antropometrische metingen en laboratoriumbeoordelingen werden na de herstelperiode herhaald. Vetweefselmassa's in het abdominale gebied werden beoordeeld op het niveau van L2 / L3 tussenwervelschijf vóór en na een dieet met behulp van een gestandaardiseerde MRI-methode (16).

Beeldvorming en data-analyse

MRI's werden verkregen met Philips Gyroscan Intera 1.5 T CV Nova Dual-scanner (Philips, Best, Nederland). Hele-brein T1-gewogen driedimensionale snelle veldsecho (FFE) dataset werd verkregen in transversaal vlak (tijdherhaling = 25 msec, tijdsecho = 5 msec, fliphoek = 30 °, aantal excitaties (NEX) = 1, en gezichtsveld = 256 × 256 mm2), waarbij minimaal 160 aaneengesloten plakken door het hoofd worden gehaald. Beelden werden overgebracht naar een personal computer en geconverteerd naar het Analyse-formaat met behulp van MRIconvert (http://lcni.uoregon.edu/∼jolinda/MRIConvert/) en geanalyseerd met behulp van SPM2 (Wellcome Department of Cognitive Neurology, London, UK; http // www.fil.ion.ucl.ac.uk / spm) en Matlab 6.5 (The MathWorks, Natick, MA). Het geoptimaliseerde VBM-protocol werd toegepast op de afbeeldingen (17). Voor VBM-analyse werd een klinische visuele evaluatie van de MR-beelden uitgevoerd door een ervaren neuroradiologist (RP). Eén bejaarde magere proefpersoon had een klein lacunair infarct nabij de linker insulaire cortex; er werden geen andere klinisch significante bevindingen waargenomen bij een van de proefpersonen.

Sjablonen

Aangepaste sjablonen werden gemaakt om optimale normalisatie en segmentatie van de MRI-scans van obese en magere patiënten mogelijk te maken. Het genereren van sjablonen werd uitgevoerd met behulp van een toolbox-uitbreiding naar het segmentatiealgoritme van SPM2 (Christian Gaser, University of Jena, Jena, Duitsland; http://dbm.neuro.uni-jena.de/vbm/). Sjablonen zijn geconstrueerd omdat het contrast van de huidige MRI-scans kan verschillen van de bestaande sjabloon, de demografie van de huidige populatie van het onderwerp kan verschillen van die voor het genereren van de bestaande sjabloon, en elke scanner introduceert specifieke niet-uniformiteiten en inhomogeniteiten. Sjablonen werden daarom geconstrueerd in een poging om de kans op vooringenomenheid naar één groep tijdens ruimtelijke normalisatie te verminderen (18).

Geoptimaliseerde VBM

Na het maken van studiespecifieke sjablonen, werd het geoptimaliseerde protocol toegepast op de originele gegevens (17). Het geoptimaliseerde VBM-protocol verbetert de ruimtelijke normalisatie door het gebruik van grijsstofafbeeldingen en een grijsstofsjabloon in plaats van anatomische T1-afbeeldingen. Geoptimaliseerd protocol omvat ook het opschonen van partities door morfologische operaties toe te passen en de optionele modulatie van partities om de totale hoeveelheid signaal te behouden. Omdat we vooral geïnteresseerd waren in de volumetrische verschillen in obesitas in plaats van verschillen in concentraties, kozen we ervoor om extra modulatie te gebruiken in ons VBM-protocol. Cut-off van ruimtelijke normalisatie was 25 mm, medium niet-lineaire regularisatie werd gebruikt, en het protocol betrof 16 niet-lineaire iteraties. De gemoduleerde afbeeldingen werden afgevlakt met een 12-mm volledige breedte bij half maximum (FWHM) isotrope Gausse kernel. In eerdere studies werd geoptimaliseerde VBM correct gevalideerd en de weefselclassificatietechniek die in VBM werd gebruikt, leverde zeer reproduceerbare resultaten op (17).

Biochemische analyses

Plasmaglucoseconcentratie werd in duplo bepaald door de glucoseoxidase-werkwijze (Analox GM9-analysator; Analox Instruments, London, UK). Geglycosyleerd hemoglobine werd gemeten met snelle eiwitvloeistofchromatografie (MonoS; Pharmacia, Uppsala, Zweden). Plasma-insulineconcentratie werd gemeten met fluoroimmunoassays met dubbel antilichaam (Autodelfia, Wallac, Turku, Finland). Serum totaal cholesterol en hoge-dichtheid lipoproteïne cholesterol werden gemeten met behulp van standaard enzymatische werkwijzen (Roche Molecular Biochemicals, Mannheim, Duitsland) met een volledig geautomatiseerde analysator (Hitachi 704; Hitachi, Tokio, Japan). Serum lipoproteïne-cholesterol met lage dichtheid werd berekend volgens de Friedewald-vergelijking (19). Serumvrije vetzuren werden bepaald met behulp van een enzymatische methode (acyl-CoA synthase-acyl-CoA oxidase peroxidase-methode; Wako Chemicals, Neuss, Duitsland). Plasma leptine werd geanalyseerd met RIA (Linco, St. Charles, MO). In deel I waren gegevens van bloedonderzoek, middelomtrek en taille tot heup-verhouding niet beschikbaar bij vier magere proefpersonen en leptine-gegevens ontbraken bij één zwaarlijvig persoon.

statistische analyse

De afgevlakte, gemoduleerde gegevens werden geanalyseerd met behulp van statistische parametrische toewijzing (SPM2) met behulp van het algemene lineaire model. Volumetrische veranderingen werden getest door analyse van de gemoduleerde gegevens. Omdat we tijdens modulatie de correctie voor volumeverandering geïnduceerd door ruimtelijke normalisatie hebben opgenomen, was het passend om het totale intracraniële volume (TIV) als een covariabele op te nemen om variantie als gevolg van verschillen in kopgrootte te verwijderen. TIV werd berekend met behulp van de functie get_globals van SPM2. Het aantal voxels in elk van de weefselcompartimenten werd berekend en opgeteld.

Voor de statistische analyse werden voxels met een waarde voor grijs of wit van minder dan 0.1 uitgesloten om mogelijke randeffecten rond de grens tussen grijze en witte stof te voorkomen. De verschillen tussen obese en magere proefpersonen werden getest met analyse van covariantie met behulp van seks en TIV als confounding covariaten. Correlatieanalyses tussen fysieke / metabole metingen en hersenwit / grijze stofvolumes werden uitgevoerd met meervoudige regressieanalyse met behulp van seks en TIV als confounding covariaten. De effecten van een dieet op witte en grijze stof werden getest met een paar t tests binnen SPM2. Correlatieanalyses voor deel II werden uitgevoerd met eenvoudige regressie door delta-beelden te berekenen (scan 1 - scan 2) en delta-waarden voor fysieke en metabolische metingen. Hoogtedrempel in SPM-analyses vastgesteld P = 0.01 en mate drempel 50 voxels. Het MNI-ruimtevaartuig (Sergey Pakhomov, Russian Academy of Sciences, St. Petersburg, Rusland) werd uitgebreid met SPM om SPM's te interpreteren en geschikte anatomische labels te bepalen. Het niveau van statistische significantie werd op voxel-niveau gecorrigeerd P <0.01 [gecorrigeerd voor meervoudige vergelijkingen met gebruik van false discovery rate (FDR)]. Gegevens worden gepresenteerd als middelen (sd), tenzij anders aangegeven.

Resultaten

Regionale hersenvolumes in magere en obese personen (deel I)

Bij obese personen werden grotere relatieve volumes van de witte stof in de hersenen waargenomen, in vergelijking met magere proefpersonen, in verschillende regio's: superieur, midden en inferieur tijdelijk gyri; fusiform gyrus; parahippocampal gyrus; hersenstam; en cerebellum (alle bevindingen bilateraal) (Fig. 1A en B). In de SPM-hersenkaart worden de aangrenzende voxels met een significant groepsverschil in het relatieve witdefect gesmolten en vormen ze twee clusters [35,901-voxels, piekvoxel (bij 6 mm, -23 mm, -29 mm), FDR gecorrigeerd P = 0.006; 16,228-voxels, piekvoxel (bij -52 mm, -18 mm, -28 mm), FDR gecorrigeerd P = 0.006] (tabel 3). Magere proefpersonen hadden geen grotere witte stofvolumes, vergeleken met obese personen, in welk hersengebied dan ook. De betekenis (sd) het globale witte stofvolume was 0.486 liter (0.063) bij obese personen en 0.458 liters (0.044) bij magere proefpersonen (TIV gecorrigeerd) P = 0.14).

Fig. 1.

A, Regio's waarin obese proefpersonen grotere volumes witte materie vertoonden, vergeleken met magere onderwerpen. Statistische parametrische kaarten worden gemiddeld T1 MRI uitgezet van de volledige studiemonster (n = 46). Kleuren balk geeft T statistische waarden aan. Let op de symmetrische verdeling van de clusters in de temporale lobben en hersenstam. Aanzienlijke bevindingen worden gepresenteerd, FDR gecorrigeerd P = 0.006. B, Witte stofvolumes van mannelijk (pleinen) en vrouw (cirkels) proefpersonen in een cluster die delen van de linker temporale en limbische lobben (16,228-voxels) bezetten, weergegeven als een functie van de taille- tot heupomtrekverhouding. Let op de lagere volumes van witte stof bij de onderwerpen met een lagere taille / heupratio.

TABLE 3.

Locaties met significante regionale verschillen in het volume witte stof in deel I en deel II van het onderzoek

Er werd een positieve correlatie gezien tussen het volume witte stof en de verhouding tussen taille en heup in de groep met obesitas in temporale lobben, hersenstam en cerebellum (zoals hierboven). Bovendien werd dezelfde correlatie waargenomen in delen van de limbische en occipitale lobben (lentiforme kern en middelste occipitale gyrus). Deze gebieden vormden twee clusters met een significante correlatie [59,340 voxels, piekvoxel (bij -33 mm, -53 mm, -47 mm), FDR gecorrigeerd P = 0.008; 7,269 voxels, piek voxel (bij 43 mm, -48 mm, -21 mm), FDR gecorrigeerd P = 0.008]. Leeftijd correleerde niet significant met taille tot heup ratio (r = 0.21, P = 0.28). Een andere positieve associatie bij zwaarlijvige personen werd gedetecteerd tussen het volume van de witte stof en de serumvrije vetzuurconcentratie. Dit was significant in het cluster dat delen van de linker temporale en occipitale lobben in beslag nam (10,682 voxels, piekvoxel (bij -43 mm, -49 mm, -18 mm), FDR gecorrigeerd P = 0.004]. Er werden geen significante correlaties waargenomen tussen het witte stofvolume en de BMI. In de magere groep werden geen significante correlaties waargenomen tussen fysieke of metabolische maatregelen en regionale volumes.

Er waren geen statistisch significante verschillen in volumes van grijze stoffen tussen obese en magere patiënten, hoewel magere proefpersonen hogere grijze stofvolumes op trendniveau hadden in bepaalde hersenregio's zoals de cingulate gyri, superieure en mediale frontale gyri, hersenstam en de kleine hersenen ( FDR gecorrigeerd P = 0.025). De betekenis (sd) het globale grijze stofvolume was 0.752 liter (0.070) bij obese personen en 0.734 liter (0.074) bij magere proefpersonen (TIV gecorrigeerd) P = 0.79).

Effect van dieet (deel II)

Zes weken VLC-dieet zorgden voor een zeer significante gewichtsvermindering bij alle obese personen [11 (3.4) kg, bereik 6.6-19 kg] en een afname van sc en viscerale vetmassa's in het abdominale gebied (Tabel 2). Het gewichtsverlies was geassocieerd met verlagingen van de bloeddruk, cholesterol, leptine en geglycosyleerd hemoglobine (tabel 2), maar er werden geen significante veranderingen gezien in nuchtere plasmaglucose en insulineconcentraties.

TABLE 2.

Effect van diëten op fysieke metingen en laboratoriumwaarden (na vasten)

Op dieet zijn verminderde het gehalte aan witte stof in de wereld: 0.498 liter (0.051) voor en 0.488 liter (0.048) na een dieet (P = 0.002). Regionale witte stofvolumes daalden in de linker temporale kwab (fusiform gyrus; parahippocampal gyrus; en inferieure, mediale en superieure temporale gyri) [12,026 aaneengesloten voxels, piekvoxel (bij -46, -6 en -31 mm), FDR gecorrigeerd P = 0.009] (Fig. 2, A en B, en tabel 3). Bovendien bereikte de vermindering van de witte stof op het niveau van het trendniveau in verschillende andere clusters (FDR gecorrigeerd P waarde tussen 0.03 en 0.07). Geen van de hersenstructuren vertoonde toenamen in het witte stofvolume na een dieet. Veranderingen in de mondiale of regionale grijze massa waren niet significant (P > 0.28).

Fig. 2.

A, Hersenregio waarin obese proefpersonen na 6 wk van een dieet significante afnames in witte stofvolumes vertoonden. Statistische parametrische kaarten zijn geplot op gemiddeld T1 MRI van het diëten-subsample (n = 16). Kleuren balk geeft T statistische waarden aan, FDR gecorrigeerd P = 0.009. B, Het effect van een dieet op individuele volumes witte stof in het cluster weergegeven in A. Squares, Mannelijke onderwerpen; cirkelsvrouwelijke onderwerpen.

Discussie

Deze studie toont aan dat obese personen grotere volumes witte stof hebben in verschillende basale hersengebieden, vergeleken met magere onderwerpen. Wanneer zwaarlijvige personen werden behandeld met VLCD voor 6 wk, werd een afname van het mondiale witte stofvolume en het regionale witte stofvolume in de linker temporale kwab gevonden. Globale en regionale grijze stofvolumes waren vergelijkbaar tussen de groepen en niet veranderd door een dieet.

Verhoogd volume witte stof is onlangs gedetecteerd in de buurt van striatum van ernstig obese personen (BMI 39.4) (12). In die studie was het grijze stofvolume lager bij obese proefpersonen in verschillende hersenregio's en een inverse associatie tussen BMI en grijze stof in de linker postcentrale gyrus bij zwaarlijvige maar niet magere proefpersonen. We hebben geen significante verschillen gevonden in grijze materie tussen magere en obese personen, hoewel er verschillende hersengebieden waren waarin obese proefpersonen lagere grijswaardenvolumes vertoonden dan grijze personen (P = 0.025). Omdat proefpersonen in de huidige studie minder zwaarlijvig waren, vergeleken met die in de eerdere studie (12), is het mogelijk dat meer ernstige chronische obesitas grijze materie samen met witte stof beïnvloedt.

In de huidige studie werden grotere volumes witte stof in de groep met obesitas gezien in basale bilaterale regio's en de uitbreiding van witte stof werd geassocieerd met een hogere taille-heupverhouding (geslachtscorrectie) maar geen BMI. Talrijke studies hebben aangetoond dat de verdeling, in plaats van de hoeveelheid, van lichaamsvet gerelateerd is aan metabole veranderingen (20, 21, 22). De verhouding tussen taille en heup lijkt beter te zijn dan de BMI bij het beoordelen van het risico op cardiovasculaire aandoeningen en metabole afwijkingen bij pre- en postmenopauzale vrouwen (23). Daarnaast is er bewijs van een recente grote studie (n = 27,007), dat de heup-tot-heup ratio prognostische informatie toevoegt over het cardiovasculaire risico bij vrouwen op alle niveaus van BMI en mannen met een normaal gewicht (24). In de huidige studie zagen we een sterke geslachtsgecorrigeerde positieve correlatie tussen de taille-heupverhouding en het witte-stofvolume. Dit suggereert dat cerebrale witte stof meer gerelateerd kan zijn aan de opeenhoping van buikvet in plaats van lichaamsvet werkt. In de hersenen suggereert de grote totale omvang van de clusters echter dat de relatie algemener en minder regiospecifiek zou kunnen zijn. Eén interpretatie zou kunnen zijn dat de toename van visceraal vet samenhangt met de ophoping van vet in centrale myeline in de hersenen.

De huidige studie toonde ook een positieve associatie aan tussen serumvrije vetzuurconcentratie en hersenstofvolume in de linker temporale en occipitale lobben bij obese personen, en obese personen vertoonden significant hogere concentraties serumvrije vetzuren. Daarom kan een verklaring voor de verschillen in witte stof bij obesitas een abnormaal lipidemetabolisme en accumulatie in de hersenen zijn. Eerdere studies met knaagdieren hebben aangetoond dat het metabolisme van vetzuren door de hypothalamus het voedingsgedrag kan wijzigen en dat de hypothalame niveaus van langketenig vetzuuracyltransferase-co-enzym A kunnen worden verhoogd door verbeterde verestering van circulerende of centrale lipiden en / of door de lokale remming van lipidenoxidatie (25). De bevindingen van de huidige studie samen met de resultaten van dierstudies suggereren dat vetzuuroverschotten bij obesitas kunnen leiden tot pathologisch lipidemetabolisme in de hersenen, en dit zou een invloed kunnen hebben op zowel het volume van de witte stof in de hersenen als op de hersenfunctie bij de regulering van voedsel. inname. Aan de andere kant, hoewel de gedetecteerde volumeverschillen in overeenstemming zijn met de onderzoekshypothese, bewijzen ze niet direct dat obesitas gepaard gaat met vetophoping in de hersenen. Om de hypothese te bevestigen, moeten toekomstige studies meer bewijs opleveren dat het vetzuurmetabolisme bij mensen verandert bij obesitas.

Opgemerkt moet worden dat hoewel VBM regionale volumeveranderingen nauwkeurig kan detecteren, het geen aanwijzingen geeft over de veroorzaker. De toename van het volume van de witte stof bij obesitas is daarom niet noodzakelijk gerelateerd aan vetweefsel of myeline. In theorie zou de individuele hydratiestatus het witte stofvolume kunnen beïnvloeden, omdat van het gebrek aan vochtinname voor 16 h is gemeld dat het het hersenvolume verlaagt met 0.55% (26). Lean en obese personen volgden echter dezelfde instructies voor vasten voorafgaand aan de MRI-scan en hadden normale (en vergelijkbare) bloedhematocrietwaarden (gemiddeld 41% in de magere groep, 42% in de groep met obesitas). Ten tweede waren de bevindingen regionaal selectief en voornamelijk gelokaliseerd in basale hersengebieden. In het interventiegedeelte ondergingen obese personen een 1-wk-normocalorisch dieet vóór de tweede MRI-scan, die vermoedelijk het vloeistofevenwicht normaliseerde. Ze hadden ook normale bloedhematocrietwaarden voor en na een dieet (39 vs 37%, respectievelijk), wat suggereert dat er geen significante veranderingen in hydratiestatus waren.

Van een dieet is bekend dat het de insulinegevoeligheid en het lipidenprofiel van het plasma verbetert (14), waardoor comorbiditeiten in verband met obesitas worden voorkomen. Effecten van een dieet op de hersenstructuur zijn niet eerder bestudeerd. De afname van witte stof veroorzaakt door een dieet in deel II van het huidige onderzoek in combinatie met de resultaten van deel I suggereert dat zowel chronische gewichtstoename als snel gewichtsverlies gekoppeld zijn aan witte stof in de hersenen. Het was buiten het bestek van deze studie om de klinische betekenis van volumeveranderingen van witte stof bij obesitas te onderzoeken. We kunnen niet beantwoorden of de gerapporteerde hersenstructurele veranderingen primair of secundair zijn. Op basis van de lokalisatie van de bevindingen in de myeline-rijke witte stof (met behoud van grijze stof), speculeren we echter dat de aangetoonde veranderingen secundair zijn, als gevolg van vetophoping. We slaagden er niet in witte stofveranderingen in een dieet te correleren met veranderingen in fysieke of metabolische maatregelen, hoewel een trend-niveau relatie tussen vermindering van witte stof en abdominaal visceraal vetverlies (in relatie tot sc-vet) werd gezien. De resultaten suggereren echter niet dat centrale witte stof verandering een geïsoleerde gebeurtenis is in gewichtstoename en gewichtsverlies, maar dat de bestudeerde subpopulaties van 30 zwaarlijvige personen (deel I) en 16 zwaarlijvige personen (deel II) mogelijk te klein waren voor correlatieanalyses met de grote variatie. Ten slotte is het, vanwege mogelijke registratiefouten en afvlakking, denkbaar dat hoewel de grote meerderheid van de waargenomen verschillen witte stofveranderingen weerspiegelen, het niet kan worden uitgesloten dat enig grijs materiesignaal wordt omvat in het totale signaal.

Om af te sluiten hebben we gegevens gepresenteerd die aangeven dat obesitas wordt geassocieerd met volume-expansie van de witte stof in de hersenen. De meest significante relatie werd gezien tussen de heup-heupverhouding en de witte stof. In de longitudinale analyse toonden de resultaten dat de witte stof in de hersenen krimpt na een dieet op de korte termijn. Hoewel epidemiologische studies hebben aangetoond dat het risico op degeneratieve hersenziekten bij obese personen toeneemt, blijft de klinische betekenis van de hier gepresenteerde veranderingen in de witte stof bij obesitas en diëten onduidelijk. Toekomstige studies zouden kunnen worden ontworpen om de rol van centrale vetophoping en witte stofafwijkingen in de neuropathogenese van degeneratie te onderzoeken.

 

Dankwoord

Wij danken Dr. Paul Maguire (Rijksuniversiteit Groningen, Groningen, Nederland) voor onschatbare hulp bij beeldanalyse. We danken ook het personeel van het Turku PET-centrum voor hun vakkundige assistentie bij de examens.

voetnoten

  • Dit werk werd ondersteund door de Academie van Finland (Besluit 104334), het Turku University Central Hospital en de Turku University Foundation.

  • Openbaarmakingsinformatie: LTH, AV, RP, NK, JOR, PN en VK hebben niets te verklaren.

  • Eerste publicatie online mei 29, 2007

  • Afkortingen: BMI, Body mass index; FDR, percentage valse ontdekkingen; fMRI, functionele MRI; MRI, magnetische resonantie beeldvorming; PET, positron emissie tomografie; TIV, totaal intracraniaal volume; VBM, op ​​voxel gebaseerde morfometrie; VLCD, zeer caloriearm dieet.

  • Ontvangen November 13, 2006.
  • Aanvaard Mei 23, 2007.

Referenties

Artikelen die dit artikel citeren