Ontremmend eten bij obese adolescenten wordt geassocieerd met vermindering van het orbitofrontaalvolume en uitvoerende disfunctie (2011)

L Maayan,^{2,4 *} C Hoogendoorn,^1* V-zweet,¹ en A. Convit^1,3,4

LINK NAAR VOLLEDIGE STUDIE

Obesitas (Silver Spring). 2011 juli; 19 (7): 1382-1387.

¹ Afdeling Psychiatrie, New York University School of Medicine, 550 First Avenue, New York, NY 10016, VS.

² Afdeling Kinderpsychiatrie, New York University School of Medicine, 550 First Avenue, New York, NY 10016, VS.

³ Afdeling Geneeskunde, New York University School of Medicine, 550 First Avenue, New York, NY 10016, VS.

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

Bij volwassenen is obesitas geassocieerd met ongeremd eten, afgenomen volume corticale grijze massa en lagere prestaties bij cognitieve beoordelingen. Er is veel minder bekend over deze relaties in de adolescentie en er zijn geen studies die gedrags-, cognitieve en neurostructurale maatregelen beoordelen in dezelfde groep studiedeelnemers. Deze studie onderzocht de relatie tussen obesitas, executieve functies, ontremming en hersenvolumes bij relatief gezonde jongeren. Deelnemers waren 54 zwaarlijvige en 37 slanke adolescenten. Deelnemers ontvingen een cognitieve batterij, vragenlijsten over eetgedrag en magnetische resonantie beeldvorming (MRI). Neuropsychologische beoordelingen omvatten taken gericht op de functie van de frontaalkwab. Eetgedrag werd bepaald met behulp van de Three Factor Eating Questionnaire (TFEQ), en structurele MRI's werden uitgevoerd op een 1.5 T Siemens Avanto MRI-systeem (Siemens, Erlangen, Duitsland) om de grijze volumes van hersenen vast te stellen. Lean en obese adolescenten werden vergeleken op leeftijd, jaren van opleiding, geslacht en sociaal-economische status. Ten opzichte van magere adolescenten, hadden obese deelnemers significant hogere scores van disinhibition op de TFEQ, lagere prestaties op de cognitieve tests en lager orbitofrontal cortexvolume. Disinhibitie significant gecorreleerd met Body Mass Index, Stroop Color-Word score en orbitofrontal cortex volume. Dit is het eerste rapport van deze verenigingen bij adolescenten en wijzen op het belang van een beter begrip van de associaties tussen neurostructurele tekorten en obesitas.

Trefwoorden: Obesitas, adolescenten, disinhibitie, MRI, frontale kwab, cognitie, orbitofrontale cortex

Introductie

De prevalentie van obesitas bij kinderen en adolescenten in de VS is meer dan verdrievoudigd sinds 1970. Hoewel recent bewijs suggereert dat obesitas bij kinderen kan zijn geëlimineerd, voorspellen de huidige hoge percentages een dreigend volksgezondheidsprobleem met betrekking tot cardiovasculaire en endocriene ziekten (1).

Ontremming van het eetgedrag, dat deels wordt gekenmerkt door de neiging om opportunistisch te eten in reactie op ecologische signalen, is al lang geassocieerd met obesitas bij zowel jongeren als volwassenen (2). Het gerelateerde falen van de controle bij calorische inname dat leidt tot uiteindelijke obesitas kan zich voordoen op verschillende niveaus in de hersenen, waaronder de hypothalamus (3) en, volgens meer recent werk, in de hersenschors (4). Een reeks functionele neuroimaging-onderzoeken van magere en zwaarlijvige personen in zowel hongerige als gevoede toestand hebben verschillende corticale gebieden getoond, waaronder het anterieure cingulaat, mediale prefrontale (5), insula, posterior cingulate, temporale en orbitofrontale cortex (6) om differentieel geactiveerd te worden, afhankelijk van het niveau van verzadiging en BMI, wat suggereert dat ze betrokken zijn bij de regulatie van de calorie-inname. Het begrip van OFC als een sleutelgebied in remming van gedrag strekt zich uit tot het geval van Phineas Gage, de ongelukkige 19^th spoorwegreiziger uit de eeuw die een ongeluk overleefde dat waarschijnlijk zijn orbitofrontale cortex beschadigde, wat resulteerde in persoonlijkheidsveranderingen en verhoogde impulsiviteit (7).

Neurostructurele bevindingen zijn ook gecorreleerd met de Body Mass Index (BMI). In een kleine studie van vrouwen van 55 van een jaar en ouder, die gebruik maakte van voxel-gebaseerde morfometrie (VBM), was BMI negatief gecorreleerd met grijze-stofvolumes in verschillende frontale gebieden, waaronder de linker orbitofrontale, rechterferieure frontale en rechter precentrale gyri naast naar andere regio's, waaronder de rechter cerebellum en een grote rechter achterste regio die de parahippocampus, fusiform en lingual gyri omvat (8). Een grotere studie van 1,428-volwassenen vond een negatieve correlatie tussen mannen en vrouwen tussen BMI en algehele grijze massa, evenals specifieke hersenregio's zoals bilaterale mediale temporale lobben, achterhoofdskwabben, frontaalkwabben, precuneus, middenhersenen en voorkwab van de kleine hersenen (9). Een ander VBM-onderzoek toonde aan dat zwaarlijvige volwassenen een lagere grijze materiedichtheid hebben in gebieden zoals frontale operculum, midden-frontale gyrus, post-centrale gyrus en putamen (10). Onze groep heeft neurostructurele abnormaliteiten beschreven bij obese adolescenten met type 2 diabetes mellitus (T2DM) (26), maar voorzover wij weten zijn dergelijke obesitas onder de obese jongeren zonder T2DM niet beschreven.

Naast structurele bevindingen, hebben cognitieve beoordelingen aangetoond dat executief functioneren en responsremming gecompromitteerd kunnen worden bij zowel volwassen als adolescenten met obesitas. Een studie waarin positron emissie tomografie (PET) en cognitieve tests werden gebruikt, toonde aan dat obese volwassenen een verlaagd uitgangs-prefrontaal glucosemetabolisme hadden, evenals verminderde prestaties op de Stroop-taak, een test van selectieve aandacht en uitvoerende functie (11). Andere studies naar de executieve functie en responsremming bij volwassenen hebben een negatieve associatie van die variabelen met BMI aangetoond (12-14). Bovendien vertonen extreem obese adolescenten een verminderde werking op uitvoerende taken vergeleken met normatieve gegevens (15).

We hypothetiseerden dat obese adolescenten, in overeenstemming met eerdere bevindingen met behulp van de Three Factor Eating Questionnaire (TFEQ), hogere scores zouden hebben van zelfgerapporteerde ontremming in eetgedrag. We stelden verder de hypothese dat obese adolescenten lagere scores zouden hebben op beoordelingen van executieve functies en verminderde integriteit in neurostructurele metingen van de frontale kwab (op MRI gebaseerde volumes van grijze materie en regionale hersenvolumes). Daarnaast hebben we geponeerd dat disinhibition op de TFEQ negatief geassocieerd zal zijn met cognitieve scores op relevante domeinen evenals met MRI-gebaseerde metingen van hersengebieden die betrokken zijn bij responsremming en executieve controle.

Methoden

Deelnemers en procedures

Eenennegentig jeugd (14-21j / o), 37 mager (BMI <25 kg / m² of taille-lengteverhouding <0.5) en 54 zwaarlijvig (BMI ≥ 30 kg / m² of> 95 percentiel voor BMI voor leeftijd en geslacht) namen deel aan het onderzoek. Eenentachtig van hen (36 mager, 45 zwaarlijvig) kregen een MRI. Tien adolescenten kregen geen MRI om de volgende redenen: twee hielden zich niet aan hun afspraken, één was zwanger en we kozen ervoor om ons aan de kant van de veiligheid te vergissen, één kon de MRI niet verdragen (claustrofobie) en zes hadden een BMI> 50 kg / m² en de lichaamslengte overschreden die zou kunnen worden aangepast door de scanner.

Lean deelnemers hadden een gemiddelde leeftijd van 17.3 ± 1.6 jaar en zwaarlijvige 17.5 jaar ± 1.6 jaar. De twee groepen waren ook gekoppeld aan jaren van opleiding, geslacht en socio-economische status en bevonden zich allemaal in het cognitief normale bereik. Bewijs van neurologische, medische (anders dan dyslipidemie, insulineresistentie kort voor T2DM, polycystische ovariumziekte of hypertensie), of psychiatrische (waaronder depressie en alcohol of andere middelenmisbruik) ziekte verbood individuen van deelname aan het onderzoek. T2DM heeft ook personen uitgesloten van deelname. Deelnemers en hun ouders gaven schriftelijke geïnformeerde toestemming en werden gecompenseerd voor hun tijd en ongemak. Het onderzoeksprotocol werd goedgekeurd door de Institutional Review Board van de New York University School of Medicine.

Alle deelnemers aan de studie hadden een bloedmonster genomen na een nacht 10-uur snel voor de beoordeling van glucose, insuline, lipide en inflammatoire marker (hoge gevoeligheid C-reactieve proteïne; hs-CRP) niveaus. Glucose werd gemeten met behulp van een glucose oxidase methode (VITROS 950 AT, Amersham, Engeland), insuline door chemiluminescentie (Advia Centaur, Bayer Corporation), en CRP werd gemeten in plasma met behulp van een enzymatische immunoassay (Vitros CRP slide, Ortho Clinical Diagnostics). Insulinegevoeligheid werd geschat met behulp van de Homeostasis-modelbeoordeling van insulineresistentie (HOMA-IR).

Assessments

Neuropsychologisch onderzoek

We hebben een brede evaluatie uitgevoerd van neurocognitieve functies, waaronder intellectuele prestaties, recent geheugen, werkgeheugen, aandacht en uitvoerende functie. Onze hypothese was dat er verschillen zouden zijn in frontale kwabfuncties tussen magere en zwaarlijvige adolescenten en daarom beperkten we onze analyses tot neurocognitieve tests die de integriteit van de frontale kwab en intacte uitvoerende functies weerspiegelen, namelijk de Controlled Oral Word Association Test (COWAT), Trail Making Test deel A & B, Stroop-taak, aandacht / concentratie-index van de brede beoordeling van leren en geheugen (WRAML) en werkgeheugenindex van de WRAML. Met uitzondering van de WRAML en de Stroop, die voor leeftijd gecorrigeerde standaardscores bieden, worden ruwe scores gerapporteerd. Alle afgenomen tests zijn standaard neuropsychologische instrumenten die elders in detail worden beschreven (16).

Vragenlijst over drie factoren (TFEQ)

Kenmerken van eetgedrag werden beoordeeld met behulp van de TFEQ. De TFEQ is een 51-item instrument, samengesteld uit drie subschalen die de beperking meten (dwz cognitieve controle van eetgedrag, 21 items), ontremming (dwz de gevoeligheid van eten als reactie op emotionele factoren en sensorische signalen; 16 items), en honger (dwz de gevoeligheid van eten als reactie op hongergevoelens; 14 items). De TFEQ werd toegediend ongeveer een uur nadat de proefpersonen lunchten.

MRI-acquisitie en beeldanalyses

Alle onderwerpen werden bestudeerd op hetzelfde 1.5 T Siemens Avanto MRI-systeem, dat een diameter heeft van 65 in diameter en een tafel die geschikt is voor een individuele 400-pond. We kochten T1-gewogen magnetisatie-voorbereide snelle acquisitie gradiënt echo's (MPRAGE; TR 1300 ms; TE 4.38 ms; TI 800 ms; FOV 250 × 250; plakdikte 1.2 mm; NEX 1; Flip hoek 15 °; matrixgrootte 256 × 256; 192-coronale plakjes).

WM / GM-volumetrische analyse

Ruimtelijke normalisatie en segmentatie van MPRAGE-afbeeldingen maakten gebruik van geautomatiseerde procedures zoals beschreven in (17) de statistische parametrische toewijzingssoftware (SPM5). MPRAGE-afbeeldingen werden eerst gecorrigeerd voor signaalonregelmatigheden en ruimtelijk genormaliseerd naar de standaard T1 Montreal Neurological Institute-template. Met behulp van het weefselclassificatiealgoritme in SPM5 hebben we de genormaliseerde MPRAGE-afbeeldingen gesegmenteerd in hun grijze materie (GM), witte stof (WM) en cerebrospinale vloeistof (CSF) -partities, die kaarten zijn die de waarschijnlijkheid vertegenwoordigen voor elke voxel die als GM, WM of CSF. Deze gesegmenteerde partities werden vervolgens genormaliseerd naar hun respectieve standaardsjablonen. Naast het uitvoeren van een volledige beoordeling van de hersenen, en aangezien tijdens de adolescentie de frontale kwabmyelinatie nog steeds aan de gang is, hebben we twee verschillende sjablonen gebruikt om de interessegebieden (ROI) in de frontale kwab af te leiden. Dit waren de SPM Automatic Anatomic Labelling (AAL) (18) sjabloon en onze gepubliceerde betrouwbare frontale kwabverpakkingsmethode (19). De AAL-matrijs werd gebruikt voor het afleiden van een totale frontale kwab, een voorste cingulate-regio en een orbitofrontale regio. Onze eigen pakketmethode werd gebruikt om een ​​prefrontaal gebied af te leiden (frontale kwab verminderd met het aanvullende motorgebied). We kwantificeerden de verhoudingen van WM-, GM-, CSF-volumes in de gehele hersen- en frontale regio's op casusniveau door eerst de regio's in te delen op elke gesegmenteerde partitie en vervolgens de waarden te middelen over onderwerpen voor elk van de twee groepen.

Statistische analyse

We hebben tweezijdige onafhankelijke steekproeven-t-tests uitgevoerd om groepsverschillen in demografie, endocriene gegevens, cognitieve gegevens en hersenvolumes te onderzoeken, evenals Pearson-correlaties tussen de TFEQ-ontremmingsscore en BMI, Stroop-kleurwoordscore en het volume van de grijze stof in de orbitofrontale cortex. Gegevens die meer dan 2 standaarddeviaties waren van het gemiddelde van de groep voor die variabele, werden uitgesloten. Aangezien er individuele variabiliteit is in regionale hersenvolumes gerelateerd aan de totale hoofdgrootte, hebben we de grootte van de intra-craniale kluis (ICV) van elk individu gemeten en de ICV-waarden gebruikt om de regionale hersenvolumes aan te passen. Om vergelijkbaarheid met andere studies mogelijk te maken en de lezer een idee te geven van de grootte van de bestudeerde hersenregio's, toont de tabel die regionale hersenvolumes beschrijft de ruwe (niet-geresidualiseerde) volumes. Statistische vergelijking en de significantie en effectgrootte voor alle gepresenteerde beeldvorming maakten echter gebruik van de volumes aangepaste (residualiseerde) hersenvolumes.

Resultaten

Demografie en endocriene gegevens

Onderwerpgroepen werden vergeleken voor leeftijd, geslacht, schoolniveau en Hollingshead socio-economische status (SES). Zwaarlijvige deelnemers waren per definitie hoger in BMI en hadden zoals verwacht ook een hogere systolische en diastolische bloeddruk, nuchtere insuline- en glucosewaarden (maar allemaal in het normoglycemische bereik) en de homeostatische modelbeoordeling van insulineresistentie (HOMA-IR ), triglyceriden, low-density lipoproteïne (LDL) cholesterol en hooggevoelig C-reactief proteïne (CRP). Obese proefpersonen hadden ook significant lagere niveaus van hoge dichtheid lipoproteïne (HDL). Raadpleeg alstublieft Tabel 1.

Vragenlijst over drie factoren eten

Obese adolescenten scoorden significant hoger dan magere deelnemers op de ontremmingsfactor van de Three Factor Eating Questionnaire (6.85 ± 3.55 vs. 3.91 ± 1.96, p <0.000, cohen's d (d) = 1.07), evenals op de hongerfactor (6.60 ± 3.37 vs. 4.68 ± 2.84, p = 0.008, d = 0.81) en de cognitieve beperkingsfactor (9.19 ± 4.30 vs. 6.78 ± 4.11, p = 0.012, d = 0.57). Houd er rekening mee dat we deze analyses hebben herhaald voor de subgroep van 81 deelnemers met een MRI en dat de resultaten in wezen ongewijzigd waren (gegevens niet getoond).

Cognitieve maatregelen

Ten opzichte van slanke adolescenten hadden zwaarlijvige adolescenten een slechtere cognitieve prestatie bij elke frontale kwabtaak, het meest uitgesproken voor de Stroop (een mate van inhibitie) en de werkgeheugenindex van de WRAML, zelfs als we controleerden voor geschatte IQ. Raadpleeg alstublieft Tabel 2.

Omdat 10-proefpersonen geen MRI-evaluatie hebben ontvangen (voor details verwijzen we naar de deelnemers- en proceduresrubrieken hierboven), herhaalden we onze analyses voor de subgroep van 81-adolescenten die een MRI hadden en de richting en het belang van de cognitieve resultaten ongewijzigd bleven (gegevens niet laten zien).

Brain imaging

Het volume grijze massa van de frontale kwab (in kubieke centimeter) trended kleiner, hoewel niet op een niveau van statistische significantie, bij obese adolescenten (265.3 ± 29.5 versus 269.6 ± 26.7; resterend 0.00369 ± 0.018312 versus -0.00609 ± 0.014076, p = 0.139, d = 0.35). Houd er rekening mee dat hoewel de absolute verschillen tussen deze volumes klein waren, de analyses werden uitgevoerd na residuen naar de ICV en significantie- en effectgroottes weerspiegelen deze analyses. Verder hebben we, om te controleren op de mogelijke ontwikkelingseffecten van leeftijd op frontale en cerebrale volumes, onze analyses, variërend voor de leeftijd, opnieuw uitgevoerd. We vonden significant lagere volumes van grijze materie voor obese jongeren in de orbitofrontale cortex (32.3 ± 3.68 versus 33.3 ± 3.99; resterende 0.00781 ± 0.024944 versus -0.01227 ± 0.018947, p = 0.005, d = 0.66). De OFC-volumegroepverschillen waren onveranderd na controle voor systolische bloeddruk of HOMA-IR. Andere beoordeelde hersenregio's, waaronder prefrontale cortex en anterieure cingulate cortex, waren niet significant verschillend tussen obese en magere deelnemers. Door te variëren in leeftijd veranderde geen van deze relaties.

verenigingen

We vonden significante associaties tussen de TFEQ en cognitieve, BMI- en MRI-volumemetingen. Specifiek vertoonde de ontremmingfactorscore op de TFEQ een significante correlatie met BMI (r (81) = 0.406, p <0.001), Stroop Color-Word-score (r (77) = -0.272, p = 0.017) en OFC-grijs materievolume (r (71) = -0.273, p = 0.021). Om de relatie tussen OFC-volume en ontremming verder te begrijpen, hebben we de associatie afzonderlijk voor de twee groepen onderzocht. We ontdekten dat er geen verband was tussen ontremming en OFC-volume voor obese personen (r (40) = -0.028, p = 0.864), terwijl er een sterke associatie was voor de magere groep (r (31) = -0.460, p = 0.009). De associaties tussen de ontremmingsfactorscore en de BMI en Stroop bleven significant voor de subgroep van personen met MRI (gegevens niet getoond).

Discussie

Zoals verwacht hadden obese adolescenten significant hogere scores van ontremming, honger en cognitieve beperking op de TFEQ. Hoewel hogere niveaus van cognitieve beperking bij obese adolescenten bij de eerste inspectie contra-intuïtief lijken, voldoet deze aan het beschreven model van "starre terughoudendheid" waarbij een individu met ongeremde eetlust en cognitieve beperking in sommige situaties de neiging kan hebben om voedsel te beperken, maar op andere manieren te veel eet (20).

Onze nieuwe neurostructurele resultaten bij obese adolescenten komen overeen met bevindingen in de literatuur voor volwassenen (8, 9) die de volumevermindering van grijze stoffen laat zien. In onze adolescente steekproef waren deze afnames het meest uitgesproken voor de orbitofrontale cortex, een hersengebied dat belangrijk is bij impulscontrole, maar ook een zwakke trend vertoonde voor de gehele frontale kwab. We speculeren dat de meer subtiele volumeverminderingen die bestaan ​​in andere hersenregio's bij obese adolescenten, in een uitgebreidere steekproef zelfs statistische significantie kunnen bereiken.

Belangrijk voor dit rapport vonden we dat de groep met overgewicht niet alleen hogere ontremmingsscores op de TFEQ had, maar ook lagere prestaties op cognitieve tests die hersenfuncties reflecteerden waarvan gedacht werd dat ze centraal stonden bij gedragsinhibitie, zelfs bij controle voor IQ. Uit de frontale lobgebieden en functies die we hebben gemeten, waren we vooral geïnteresseerd in het vaststellen van de relatie tussen de desinhibitiefactor van de TFEQ en de OFC, een hersengebied dat erg belangrijk is voor gedragsremming (impulscontrole). We hebben de Stroop geselecteerd omdat deze de enige is van onze frontale kwabtaken (inclusief taken die op uitvoerende functies tikken) die specifiek het vermogen testen om geautomatiseerde antwoorden te remmen. Dit is de directe cognitieve parallel van het gedrag (de desinhibitiefactor van de TFEQ) en het hersengebied (OFC), die ook betrokken zijn bij het remmen van automatische reacties. Onze interesse was om de functionele (Stroop versus andere frontale taken die geen responsremming meten) en de anatomische (OFC) specificiteit van onze bevindingen en hun associatie met de desinhibitiefactor van de TFEQ vast te stellen.

We vonden ook significante associaties tussen factoren van de desinhibitiefactor en zowel BMI- als OFC-volume. Toen de relatie tussen disinhibition en OFC-volume afzonderlijk werd onderzocht bij magere en zwaarlijvige deelnemers, vonden we alleen een sterke negatieve associatie voor de magere groep. Het is mogelijk dat obese personen al een kritisch niveau van disinhibitie hebben ervaren (wat, zoals we hebben aangetoond, is geassocieerd met BMI), waarbij extra ontremming niet zo duidelijk tot uiting komt in verdere veranderingen in OFC, maar misschien in verschillende hersenregio's of netwerken die niet zijn beoordeeld als onderdeel van deze studie. Een andere mogelijkheid voor deze verschillende bevindingen voor elk van de twee gewichtsgroepen is dat, aangezien de zwaarlijvige groepen een hogere mate van itemondersteuning hebben, ze mogelijk gevoeliger zijn voor kwesties van sociale wenselijkheid en daarom kunnen ze minder snel de mate van itemrecord melden. hun gedragsmatige ontremming bij het eten, demping van de associatie in deze groep. Ten slotte is het ook mogelijk dat bereikbeperking, namelijk de verschijnselen van correlaties die afnemen wanneer de variantie wordt verlaagd, zoals gebeurt wanneer we ons monster in twee delen delen, onze resultaten zouden kunnen beïnvloeden.

Hoewel onze studie vaststelt dat ontremming van het voedingsgedrag samenhangt met vermindering van het uitvoerende en grijze volume van de frontale materie, biedt de cross-sectionele aard van ons ontwerp niet de mogelijkheid om de kwestie van directionaliteit of causaliteit aan te pakken. Met dat gezegd zijnde, zijn er verschillende plausibele theorieën over de richting van deze associaties.

Een mogelijkheid is dat primaire structurele of functionele hersentekorten leiden tot ongeremd eten en verminderde neurocognitieve functie. Deze redenering wordt gedeeltelijk gestaafd door werk dat disinhibtion in eetgedrag vertoont om een ​​hogere calorie-inname voor te stellen (21) en obesitas (22). Het is ook consistent met functioneel beeldvormingswerk dat aantoont dat individuen, die in reactie op de gevisualiseerde inname van smakelijk voedsel een zwakkere activering van hersenbeloningscircuits vertonen, een verhoogd risico lopen op toekomstige gewichtstoename (23); misschien hebben ze een grotere stimulus (meer voedsel) nodig om dezelfde beloningsreactie af te leiden.

Een andere mogelijke verklaring is dat structurele stoornissen van de hersenen, zoals die in dit onderzoek zijn aangetoond, het gevolg zijn van obesitas en de bijbehorende insulineresistentie. Deze mogelijkheid wordt ondersteund door een 24-jaars longitudinaal onderzoek dat toont dat een verhoogde BMI begint op middelbare leeftijd gecorreleerd met een verminderd temporaal lobvolume op latere leeftijd (24). Het ondersteunen van deze effectvolgorde is ook ons ​​eigen werk bij volwassenen, waarbij we vaststellen dat hippocampusvolumes geassocieerd waren met stoornissen in glucosetolerantie (25) en ook bij adolescenten met T2DM, waar we cognitieve stoornissen en reducties in de volumes van de frontale lob en in de microstructuur van de witte stof aantreffen (26). Wij stellen dat de obesitas-geassocieerde insulineresistentie die wordt vertoond door onze groep adolescenten met overgewicht kan bijdragen aan verminderde executieve functies en structurele tekorten. We hebben een mogelijk model voor deze effecten beschreven (27) waarin we veronderstellen dat insulineresistentie geassocieerd is met verminderde hersenvaatreactiviteit gerelateerd aan endotheeldisfunctie. We weten dat tijdens hersenactivering, zoals bij het uitvoeren van een cognitieve taak, er sprake is van een toename van synaptische activiteit in het betrokken hersengebied. In de normale hersenen resulteert dit in regionale vasodilatatie en dus een toename van de beschikbaarheid van glucose in die regio om de toegenomen cognitieve vraag te ondersteunen (28). Daarom is vasculaire reactiviteit, die een integraal onderdeel is van een goed gereguleerde cerebrale bloedstroom, van groot belang voor het in stand houden van een optimale neurale omgeving tijdens hersenactivering (29). Onderzoek naar endotheliale disfunctie bij obese kinderen, zelfs vóór de ontwikkeling van diabetes (30), ondersteunt dit uitgangspunt verder. Bovendien was het ontstekingsmerker C-reactief proteïne (CRP) verhoogd bij onze obese adolescenten. In studies die grote cohorten volwassenen onderzoeken, hebben onderzoekers verhoogde niveaus van inflammatoire cytokines aangetroffen als vermoedelijke mediatoren van cognitieve achteruitgang bij personen met metabool syndroom (31-34). Een mogelijk mechanisme voor deze cognitieve effecten wordt geleverd door diergegevens die aantonen dat overmatige ontstekingscytokinen de langetermijnpotentiatie (LTP) kunnen verminderen, een proces dat als essentieel wordt beschouwd voor de consolidatie van het geheugen in de hippocampus. Ontstekingscytokinen kunnen ook een stoornis veroorzaken in neurogenese en neuroplasticiteit, processen die essentieel zijn voor de vorming van herinneringen en het behoud van structurele neurale integriteit.

Een derde mogelijkheid is dat deze effecten bidirectioneel zijn, waardoor gedragsontnachtering predisponeert voor obesitas, die een negatief effect kan hebben op hersengebieden die verantwoordelijk zijn voor de uitvoerende functie en remming van de calorie-inname, waardoor een vicieuze cirkel van disfunctie wordt veroorzaakt. Deze derde mogelijkheid kan helpen verklaren waarom het zo moeilijk is voor individuen om gewicht te verliezen als het eenmaal is opgedaan.

We worden aangemoedigd door het feit dat van de weinige hersenregio's die we hebben geëvalueerd, de OFC, een hersenregio waarvan is aangetoond dat deze belangrijk is bij gedragsremming in zowel dierlijke als menselijke studies, de meest significante volumevermindering had bij obese adolescenten. Onze bevindingen, inclusief lagere prestaties op cognitieve tests waarvan wordt aangenomen dat ze intact OFC vereisen, in combinatie met volumeverminderingen op dit gebied die samenhangen met gedragsinhibitie, wijzen op het waarschijnlijke belang ervan bij gewichtstoename.

Deze studie heeft een aantal duidelijke beperkingen. Ten eerste is het een dwarsdoorsnede-aanzicht dat ons niet toestaat commentaar te leveren op duidelijke causaliteit. Ten tweede hebben we, gezien onze relatief bescheiden steekproefomvang, onze metingen beperkt tot hersengebieden waarvan in eerdere onderzoeken was vastgesteld dat ze in verband waren gebracht met obesitas of ontremming, of die waarvan we goede theoretische redenen hadden om aan te nemen dat ze erbij betrokken waren. Daarom is het mogelijk dat er andere hersengebieden zijn, die we niet hebben geëvalueerd, die ook betrokken kunnen zijn. Een derde beperking van ons onderzoek is dat we alleen het huidige gewicht van de deelnemers hebben en we kunnen geen uitspraken doen over de duur van obesitas; de steekproef die we hebben bestudeerd, vertoont waarschijnlijk een aanzienlijke variabiliteit in de duur van obesitas en de bijbehorende insulineresistentie. Desalniettemin heeft ons onderzoek aanzienlijke sterke punten, waaronder de zorgvuldige afstemming tussen groepen, de multidimensionale evaluaties die zijn uitgevoerd en de onbevooroordeelde MRI-methoden die worden gebruikt bij de analyses van de MRI-gegevens.

Om de hier beschreven problemen beter te kunnen begrijpen, moeten toekomstige werkzaamheden longitudinaal worden beoordeeld, waarbij de ontwikkeling van obesitas in de tijd wordt gevolgd, terwijl tegelijkertijd cognitieve, gedrags- en neurostructurele veranderingen worden gemeten. Als alternatief zou ons begrip ook kunnen worden verbeterd door middel van een onderzoek dat is opgezet om de gevolgen van een succesvolle behandeling van obesitas (bijv. Bariatrische chirurgie) te onderzoeken en zo na te gaan of sommige van deze tekorten omkeerbaar zijn. Verder moeten toekomstige werkzaamheden andere mogelijke geassocieerde factoren, zoals pro- en anti-inflammatoire cytokines, evalueren en gebruik maken van meer gevoelige MRI-technieken zoals diffusie tensor imaging (DTI).

Danksagung

De studie werd ondersteund door subsidies van de National Institutes of Health R21 DK070985 en RO1 DK083537 en, gedeeltelijk ondersteund door grant1UL1RR029893 van het National Center for Research Resources. De auteurs willen de kinderen en families die aan dit onderzoek hebben deelgenomen, evenals Po Lai Yau en Valentin Polyakov, in de verzameling en verwerking van de gegevens en de hulp van Allison Larr bij de voorbereiding van dit manuscript erkennen.

voetnoten

Financiële informatieverschaffing:

Geen van de andere auteurs heeft financiële / tegenstrijdige belangen te onthullen

Referenties

1. Ogden CL, Carroll MD, Flegal KM. Hoge body mass index voor leeftijd bij Amerikaanse kinderen en adolescenten, 2003-2006. JAMA. 2008, 299: 2401-5 [.PubMed]

2. Stunkard AJ, Messick S. De drie-factor-vragenlijst voor het meten van voedingsbeperkingen, ontremming en honger. J Psychosom Res. 1985, 29: 71-83 [.PubMed]

3. Schwartz MW, Woods SC, Porte D, Jr., Seeley RJ, Baskin DG. Beheersing van voedselinname door het centrale zenuwstelsel. Natuur. 2000, 404: 661-71 [.PubMed]

4. Korner J, Leibel RL. Eten of niet eten - hoe de darmen met de hersenen praten. N Engl J Med. 2003; 349: 926-8. [PubMed]

5. Martin LE, Holsen LM, Chambers RJ, et al. Neurale mechanismen geassocieerd met voedselmotivatie bij volwassenen met overgewicht en gezond gewicht. Obesitas (Silver Spring) 2010; 18: 254-60. [PubMed]

6. Del Parigi A, Gautier JF, Chen K, et al. Neuroimaging en obesitas: het in kaart brengen van de hersenreacties op honger en verzadiging bij mensen met positronemissietomografie. Ann NY Acad Sci. 2002, 967: 389-97 [.PubMed]

7. Damasio H, Grabowski T, Frank R, Galaburda AM, Damasio AR. De terugkeer van Phineas Gage: aanwijzingen over de hersenen van de schedel van een beroemde patiënt. Wetenschap. 1994, 264: 1102-5 [.PubMed]

8. Walther K, Birdsill AC, Glisky EL, Ryan L. Structurele hersenverschillen en cognitief functioneren gerelateerd aan body mass index bij oudere vrouwen. Hum Brain Mapp. 2010, 31: 1052-64 [.PubMed]

9. Taki Y, Kinomura S, Sato K, et al. Relatie tussen de body mass index en het grijze massa-volume bij gezonde 1,428-personen. Obesitas (Silver Spring) 2008; 16: 119-24. [PubMed]

10. Pannacciulli N, Del Parigi A, Chen K, Le DS, Reiman EM, Tataranni PA. Hersenafwijkingen bij humaan obesitas: een voxel-gebaseerde morfometrische studie. NeuroImage. 2006, 31: 1419-25 [.PubMed]

11. Volkow ND, Wang GJ, Telang F, et al. Inverse associatie tussen BMI en prefrontale metabole activiteit bij gezonde volwassenen. Obesitas (Silver Spring) 2009; 17: 60-5. [PMC gratis artikel][PubMed]

12. Elias MF, Elias PK, Sullivan LM, Wolf PA, D'Agostino RB. Lagere cognitieve functie in aanwezigheid van obesitas en hypertensie: de Framingham-hartstudie. Int J Obes Relat Metab Disord. 2003; 27: 260-8. [PubMed]

13. Gunstad J, Paul RH, Cohen RA, Tate DF, Spitznagel MB, Gordon E. Verhoogde body mass index is geassocieerd met executieve disfunctie bij verder gezonde volwassenen. Compr Psychiatry. 2007, 48: 57-61 [.PubMed]

14. Waldstein SR, Katzel LI. Interactieve relaties van centrale versus totale obesitas en bloeddruk tot cognitieve functie. Int J Obes (Lond) 2006; 30: 201-7. [PubMed]

15. Lokken KL, Boeka AG, Austin HM, Gunstad J, Harmon CM. Bewijs van executieve disfunctie bij extreem obese adolescenten: een pilootstudie. Surg Obes Relat Dis. 2009, 5: 547-52 [.PubMed]

16. Lezak MD, Howleson DB, Loring DW, Hannay HJ, Fischer JS. Neuropsychologische beoordeling. Oxford Universiteit krant; New York: 2004.

17. Goede CD, Scahill RI, Fox NC, et al. Automatische differentiatie van anatomische patronen in het menselijk brein: validatie met studies van degeneratieve dementies. NeuroImage. 2002, 17: 29-46 [.PubMed]

18. Tzourio-Mazoyer N, Landeau B, Papathanassiou D, et al. Geautomatiseerde anatomische labeling van activeringen in SPM met behulp van een macroscopische anatomische verkaveling van de MNI MRI single-subject hersenen. NeuroImage. 2002, 15: 273-89 [.PubMed]

19. Convit A, Wolf OT, de Leon MJ, et al. Volumetrische analyse van de pre-frontale regio's: bevindingen in veroudering en schizofrenie. Psychiatry Res. 2001, 107: 61-73 [.PubMed]

20. Westenhoefer J, Broeckmann P, Munch AK, Pudel V. Cognitieve controle van eetgedrag en het desinhibitie-effect. Eetlust. 1994, 23: 27-41 [.PubMed]

21. Yeomans MR, Leitch M, Mobini S. Impulsiviteit is geassocieerd met de disinhibition maar niet de beperkende factor van de Three Factor Eating Questionnaire. Eetlust. 2008, 50: 469-76 [.PubMed]

22. Hays NP, Bathalon GP, ​​McCrory MA, Roubenoff R, Lipman R, Roberts SB. Eetgedrag correleert met volwassen gewichtstoename en obesitas bij gezonde vrouwen van 55-65 jaar. Am J Clin Nutr. 2002, 75: 476-83 [.PubMed]

23. Stice E, Yokum S, Bohon C, Marti N, Smolen A. Beloningscircuitrespons op voedsel voorspelt toekomstige toename van de lichaamsmassa: modererende effecten van DRD2 en DRD4. NeuroImage. 2010, 50: 1618-25 [.PubMed]

24. Gustafson D, Lissner L, Bengtsson C, Bjorkelund C, Skoog I. Een 24-jaar follow-up van de body mass index en cerebrale atrofie. Neurologie. 2004, 63: 1876-81 [.PubMed]

25. Convit A, Wolf OT, Tarshish C, de Leon MJ. Verminderde glucosetolerantie is geassocieerd met slechte geheugenprestaties en hippocampale atrofie bij normale ouderen. Proc Natl Acad Sci US A. 2003; 100: 2019-22. [PMC gratis artikel][PubMed]

26. Yau PL, Javier DC, Ryan CM, et al. Voorlopig bewijs voor hersencomplicaties bij obese adolescenten met type 2 diabetes mellitus. Diabetologia. 2010

27. Convit A. Verbanden tussen cognitieve stoornissen in insulineresistentie: een verklarend model. Neurobiol Aging. 2005; 26 (Suppl 1): 31-5. [PubMed]

28. Benton D, Parker PY, Donohoe RT. De toevoer van glucose naar de hersenen en cognitief functioneren. J Biosoc Sci. 1996, 28: 463-79 [.PubMed]

29. Drake CT, Iadecola C. De rol van neuronale signalering bij het beheersen van de cerebrale doorbloeding. Brain Lang. 2007, 102: 141-52 [.PubMed]

30. Karpoff L, Vinet A, Schuster I, et al. Abnormale vasculaire reactiviteit in rust en oefeningen bij jongens met overgewicht. Eur J Clin Invest. 2009, 39: 94-102 [.PubMed]

31. Dik MG, Jonker C, Comijs HC, et al. Bijdrage van metabole syndroomcomponenten aan cognitie bij oudere personen. Diabetes Zorg. 2007, 30: 2655-60 [.PubMed]

32. Roberts RO, Geda YE, Knopman DS, et al. Metabool syndroom, ontsteking en nonamnestisch Milde cognitieve stoornissen bij oudere personen: een populatie-gebaseerde studie. Alzheimer Dis Assoc Disord. 2009

33. Zweet V, Starr V, Bruehl H, et al. C-reactief eiwit is gekoppeld aan lagere cognitieve prestaties bij vrouwen met overgewicht en obesitas. Ontsteking. 2008, 31: 198-207. [PMC gratis artikel][PubMed]

34. Yaffe K, Kanaya A, Lindquist K, et al. Het metabool syndroom, ontsteking en het risico op cognitieve achteruitgang. JAMA. 2004, 292: 2237-42 [.PubMed]