J Clin Endocrinol Metab. 2007 Aug;92(8):3278-84.
Haltia LT, Viljanen A, Parkkola R, Kemppainen N, Rinne JO, Nuutila P, Kaasinen V.
Źródło
Wydział Neurologii, Uniwersytet w Turku, PO Box 52, FIN-20521 Turku, Finlandia. [email chroniony]
Abstrakcyjny
Abstrakcyjny
Kontekst i cel:
Otyłość wiąże się z kilkoma nieprawidłowościami metabolicznymi. Ostatnie badania sugerują, że otyłość wpływa również na czynność mózgu i jest czynnikiem ryzyka niektórych zwyrodnieniowych chorób mózgu. Celem tego badania było zbadanie wpływu przyrostu masy ciała i utraty wagi na strukturę szarości i istoty białej mózgu. Postawiliśmy hipotezę, że możliwe różnice w mózgach osób otyłych znikną lub zmniejszą się po intensywnym okresie diety.
metody:
W części I badania zeskanowaliśmy metodą rezonansu magnetycznego 16 lean (średni wskaźnik masy ciała, 22 kg / m2) i otyłość 30 (średni wskaźnik masy ciała, 33 kg / m2) zdrowe osoby. W części II, osoby otyłe 16 kontynuowały dietę bardzo niskokaloryczną w celu wklejenia 6, po czym były ponownie skanowane. Objętość regionalną mózgu i istoty szarej mózgu obliczono stosując morfometrię opartą na wokselu.
Wyniki:
Objętości istoty białej były większe u osób otyłych w porównaniu z osobami szczupłymi w kilku podstawowych obszarach mózgu, a osoby otyłe wykazywały dodatnią korelację między objętością istoty białej w podstawowych strukturach mózgu a stosunkiem talii do bioder. Wykryta ekspansja istoty białej została częściowo odwrócona przez dietę. Objętości regionalnej istoty szarej nie różniły się istotnie u osób otyłych i szczupłych, a dieta nie wpływała na istotę szarą.
Wnioski:
Dokładny mechanizm odkrytych zmian istoty białej pozostaje niejasny, ale niniejsze badanie pokazuje, że otyłość i odchudzanie są związane z przeciwnymi zmianami w strukturze mózgu. Nie jest wykluczone, że ekspansja istoty białej w otyłości odgrywa rolę w neuropatogenezie zwyrodnieniowych chorób mózgu.
OTYŁOŚĆ TOWARZYSZY SIĘ zmianami składu ciała i wzrostem trzewnej i podskórnej tkanki tłuszczowej. Nagromadzenie tkanki tłuszczowej wiąże się z wieloma zaburzeniami metabolicznymi, które mogą predysponować do chorób takich jak cukrzyca typu 2, nadciśnienie, udar i rak. Zmiany w centralnym układzie nerwowym w otyłości są mniej znane, chociaż badania epidemiologiczne sugerują związek między niektórymi zwyrodnieniowymi chorobami mózgu a otyłością. Wiadomo, że zwiększona masa ciała jest czynnikiem ryzyka pogorszenia funkcji poznawczych (1, 2) i choroba Alzheimera (3), a związek między otyłością a demencją jest niezależny od innych chorób współistniejących (4). Otyłość centralna może być również związana z większym ryzykiem innych zaburzeń neurologicznych, takich jak choroba Parkinsona (5). Mechanizmy patofizjologiczne leżące u podstaw tych złożonych związków nie są dobrze poznane, ale jednym z możliwych związków między otyłością a chorobami otępiennymi jest rozwój insulinooporności i / lub cukrzycy, wpływających na funkcje poznawcze (1).
W związku z tym badania dotyczące chorób zwyrodnieniowych mózgu potwierdzają pogląd, że otyłość ma negatywny wpływ na funkcjonowanie mózgu i istnieją badania na ludziach wskazujące na różnice funkcjonalne w mózgu między zdrowymi otyłymi i chudymi osobnikami. Badania obrazowe z zastosowaniem pozytronowej tomografii emisyjnej (PET) i funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) wykazały, że otyłość jest związana ze zmianami w przepływie krwi w mózgu i neurochemii. Badanie PET z [11C] Raclopopride wskazał, że dostępność receptorów dopaminy D2 w mózgu bardzo otyłych osób jest zmniejszona proporcjonalnie do ich wskaźnika masy ciała (BMI) (6). Badania z wykorzystaniem PET i pomiary regionalnego mózgowego przepływu krwi wykazały zróżnicowane reakcje mózgu na nasycenie u osób otyłych i szczupłych (7, 8), a badanie fMRI wykazało, że doustne przyjmowanie glukozy indukuje hamowanie sygnału fMRI w częściach podwzgórza i że ta centralna odpowiedź hamująca jest znacznie osłabiona u osób otyłych (9). Inne badanie fMRI ujawniło większą liczbę obszarów aktywacji mózgu u otyłych zjadaczy obżarstwa (w porównaniu z chudymi zjadaczami obżarstwa i szczupłymi i otyłymi zjadaczami naskórka) w odpowiedzi na bodźce wzrokowe i słuchowe na bodźce pokarmowe (10). Ponadto jedno z wcześniejszych badań z zastosowaniem tomografii emisyjnej pojedynczego fotonu wykazało, że wizualna ekspozycja na jedzenie wiąże się ze wzrostem regionalnego mózgowego przepływu krwi w prawych skroniach skroniowych i ciemieniowych u otyłych kobiet, ale nie u kobiet o prawidłowej wadze (11). Niedawne badanie strukturalne z zastosowaniem rezonansu magnetycznego (MRI) i morfometrii opartej na wokselach (VBM) wykazało, że osoby otyłe mają znacznie niższą objętość istoty szarej mózgu w zakręcie pośrodkowym, czołowym, operacyjnym, zakrzepowym i środkowym zakręcie czołowym w porównaniu z grupą osób szczupłych i że BMI u osób otyłych (ale nie szczupłych) jest negatywnie związany z objętością istoty szarej lewego zakrętu pośrodkowego (12). Ponadto wykryto różnicę w objętości istoty białej w pobliżu prążkowia, w której osoby otyłe miały większą objętość niż chude osoby.
Większość badań obrazowania mózgu otyłości to statyczne porównania grupowe. Często grupy zostały rozdzielone według BMI, a wybrana zmienna centralnego układu nerwowego, na przykład regionalny przepływ krwi, receptory dopaminy lub objętość substancji szarej, bada się w sposób przekrojowy. Według naszej wiedzy, nie ma długotrwałych analiz funkcji mózgu w otyłości. W niniejszym badaniu interesowaliśmy się wpływem przyrostu masy ciała i utraty masy na strukturę istoty białej i szarej mózgu człowieka. Fosfolipidy są głównymi składnikami błon neuronalnych i glejowych, biorą udział w przebudowie i syntezie błony oraz transdukcji sygnału (13). Metabolizm fosfolipidów mózgowych jest procesem dynamicznym, na który wpływa, na przykład, stężenie wolnych kwasów tłuszczowych w osoczu. O 5% nieestryfikowanych kwasów tłuszczowych ekstrahuje się z krwi, gdy przechodzi przez mózg szczura, a ekstrakcja jest niezależna od mózgowego przepływu krwi (13). Otyłości towarzyszy nadmiar wolnych kwasów tłuszczowych w osoczu, które ulegają akumulacji tłuszczu w adipocytach, a także w kilku narządach. Dlatego postawiliśmy hipotezę, że osoby otyłe mogą mieć różnice w metabolizmie tłuszczu w mózgu i zwiększonej akumulacji tłuszczu w istocie białej, co może mieć wpływ na objętość istoty białej.
Badanie miało składać się z dwóch części: 1) konwencjonalnego przekrojowego porównania mózgu osób otyłych i chudych oraz analiz korelacji, a 2) obserwacji podłużnej poszczególnych mózgów po dużej szybkiej utracie masy ciała. W części I badaliśmy różnice w regionalnych szarościach i objętościach istoty białej między osobnikami szczupłymi i otyłymi. W części II, subpopulacja osób otyłych (n = 16) z pierwszej części rozpoczęła kontrolowaną dietę bardzo niskokaloryczną (VLCD) dla 6 wk, a drugie badanie mózgu nastąpiło po pomyślnym zmniejszeniu ich masy przez 12 %. Wiadomo, że dieta ma korzystny wpływ na, na przykład, wrażliwość na insulinę i lipidy w osoczu u osób otyłych (14), a zmniejszenie masy ciała wiąże się również ze zmniejszeniem poziomu leptyny w osoczu (15). Mózg, jako tkanka bogata w lipidy, również może być dotknięty utratą masy ciała. Zbadaliśmy, czy zmniejszenie masy ciała może zmniejszyć objętość mózgu u osób otyłych, zgodnie z redukcją tkanki tłuszczowej w całym organizmie.
Tematy i metody
Przedmioty i projekt studiów
Część I.
Badanie obejmowało osoby otyłe 30 (kobiety 12 i kobiety 18) i chude 16 (osiem mężczyzn i osiem kobiet). Osoby Lean zostały zdefiniowane jako osoby z BMI poniżej 26 kg / m2 i osoby otyłe, które mają BMI większe niż 27 kg / m2. Pacjenci z zaburzeniami odżywiania, chorobami metabolicznymi, chorobami układu krążenia, wcześniejszą lub obecną nieprawidłową czynnością wątroby lub nerek, niedokrwistością lub doustnym leczeniem kortykosteroidami zostali wykluczeni. Główne cechy fizyczne i metaboliczne badanych przedstawiono w tabeli 1⇓. U osób otyłych stężenie glukozy, insuliny, leptyny i wolnych kwasów tłuszczowych na czczo było znacznie wyższe (Tabela 1⇓). Pisemną świadomą zgodę uzyskano po wyjaśnieniu podmiotom celu i potencjalnych zagrożeń związanych z badaniem. Protokół badania został zatwierdzony przez komisję etyczną Southwest Finland Healthcare District i przeprowadzony zgodnie z zasadami deklaracji helsińskiej.
Główne cechy demograficzne i wartości laboratoryjne (po czczo) badanych osób
Część druga.
Szesnaście osób otyłych (czterech mężczyzn i kobiet 12) z części I wzięło udział w części II, podczas której przepisano im VLCD (tabela 2⇓). Wszystkie codzienne posiłki zastępowano produktami VLCD przez okres 6 wk (Nutrifast; Leiras Finland, Helsinki, Finlandia) (2.3 MJ, 4.5 g tłuszcz, 59 g białko i 72 g węglowodan dziennie). Dodany do Nutrifast, pacjenci codziennie pili co najmniej 2 litrów wody lub bezalkoholowych napojów bezalkoholowych. Nie dopuszczono żadnych zmian w aktywności fizycznej. Dieta była regularnie kontrolowana przez pielęgniarkę badawczą z wiedzą żywieniową. Po diecie nastąpił okres regeneracji 1-wk z dietą normokaloryczną, aby uniknąć stanu katabolicznego. MRI, pomiary antropometryczne i oceny laboratoryjne powtórzono po okresie rekonwalescencji. Masy tkanki tłuszczowej w okolicy brzucha oceniano na poziomie krążka międzykręgowego L2 / L3 przed i po diecie przy użyciu znormalizowanej metody MRI (16).
Obrazowanie i analiza danych
MRI uzyskano za pomocą podwójnego skanera Philips Gyroscan Intera 1.5 T CV Nova (Philips, Best, Holandia). Trójwymiarowy zestaw szybkich ech echa pola (FFE) całego mózgu z T1 uzyskano w płaszczyźnie poprzecznej (powtarzanie czasu = 25 msec, echo czasowe = 5 msec, kąt odchylenia = 30 °, liczba wzbudzeń (NEX) = 1, i pole widzenia = 256 × 256 mm2), dając co najmniej przylegające plasterki 160 przez głowę. Obrazy zostały przesłane do komputera osobistego i przekonwertowane do formatu analizy za pomocą MRIconvert (http://lcni.uoregon.edu/∼jolinda/MRIConvert/) i analizowane przy użyciu SPM2 (Wellcome Department of Cognitive Neurology, Londyn, Wielka Brytania; http // www.fil.ion.ucl.ac.uk / spm) i Matlab 6.5 (The MathWorks, Natick, MA). Zoptymalizowany protokół VBM został zastosowany do obrazów (17). Przed analizą VBM doświadczona neuroradiolog (RP) przeprowadził kliniczną ocenę obrazów MR. Jeden chudy pacjent w podeszłym wieku miał mały zawał w okolicy lewej części kory; nie zaobserwowano żadnych innych istotnych klinicznie wyników u żadnego z badanych.
Szablony
Stworzono dostosowane szablony, aby ułatwić optymalną normalizację i segmentację skanów MRI osób otyłych i szczupłych. Generowanie szablonów przeprowadzono przy użyciu rozszerzenia zestawu narzędzi do algorytmu segmentacji SPM2 (Christian Gaser, University of Jena, Jena, Germany; http://dbm.neuro.uni-jena.de/vbm/). Szablony zostały skonstruowane, ponieważ kontrast obecnych skanów MRI może różnić się od istniejącego szablonu, demografia obecnej populacji może różnić się od tych wykorzystywanych do wygenerowania istniejącego szablonu, a każdy skaner wprowadza określone niejednorodności i niejednorodności. Dlatego szablony zostały skonstruowane w celu zmniejszenia możliwości stronniczości w kierunku jednej grupy podczas normalizacji przestrzennej (18).
Zoptymalizowany VBM
Po utworzeniu szablonów specyficznych dla badania zastosowano zoptymalizowany protokół do oryginalnych danych (17). Zoptymalizowany protokół VBM poprawia normalizację przestrzenną dzięki zastosowaniu obrazów istoty szarej i szablonu istoty szarej, a nie anatomicznym obrazom T1. Zoptymalizowany protokół obejmuje również oczyszczanie partycji poprzez zastosowanie operacji morfologicznych i opcjonalnej modulacji partycji, aby zachować całkowitą ilość sygnału. Ponieważ interesowały nas głównie różnice objętościowe w otyłości, a nie różnice w stężeniach, zdecydowaliśmy się zastosować dodatkową modulację w naszym protokole VBM. Odcięcie normalizacji przestrzennej wyniosło 25 mm, zastosowano średnią nieliniową regularyzację, a protokół obejmował iteracje nieliniowe 16. Zmodulowane obrazy wygładzono izotropowym jądrem Gaussa o pełnej szerokości i połowie maksimum (FWHM). W poprzednich badaniach zoptymalizowany VBM został właściwie zwalidowany, a technika klasyfikacji tkanek stosowana w VBM dała wysoce powtarzalne wyniki (17).
Analizy biochemiczne
Stężenie glukozy w osoczu oznaczano w dwóch powtórzeniach metodą oksydazy glukozowej (analizator Analox GM9; Analox Instruments, Londyn, Wielka Brytania). Glikozylowaną hemoglobinę mierzono za pomocą szybkiej chromatografii cieczowej białek (MonoS; Pharmacia, Uppsala, Szwecja). Stężenie insuliny w osoczu mierzono za pomocą testów fluoroimmunologicznych z podwójnym przeciwciałem (Autodelfia; Wallac, Turku, Finlandia). Całkowity cholesterol w surowicy i cholesterol lipoprotein o wysokiej gęstości mierzono stosując standardowe metody enzymatyczne (Roche Molecular Biochemicals, Mannheim, Niemcy) za pomocą w pełni zautomatyzowanego analizatora (Hitachi 704; Hitachi, Tokio, Japonia). Cholesterol lipoprotein o niskiej gęstości obliczono zgodnie z równaniem Friedewalda (19). Wolne kwasy tłuszczowe w surowicy oznaczono metodą enzymatyczną (metoda peroksydazy acylo-CoA syntazy-acylo-CoA; Wako Chemicals, Neuss, Niemcy). Leptyna w osoczu była analizowana za pomocą RIA (Linco, St. Charles, MO). W części I dane z badań krwi, obwodu talii i stosunku talii do bioder nie były dostępne u czterech szczupłych osób, a danych dotyczących leptyny brakowało u jednego otyłego pacjenta.
Analiza statystyczna
Wygładzone, modulowane dane analizowano za pomocą statystycznego mapowania parametrycznego (SPM2) przy użyciu ogólnego modelu liniowego. Zmiany objętości zostały przetestowane przez analizę modulowanych danych. Ponieważ podczas modulacji uwzględniliśmy korektę zmiany objętości indukowanej przez normalizację przestrzenną, właściwe było uwzględnienie całkowitej objętości wewnątrzczaszkowej (TIV) jako współzmiennej w celu usunięcia wszelkich wariancji z powodu różnic w wielkości głowy. TIV obliczono za pomocą funkcji get_globals SPM2. Liczbę wokseli w każdym przedziale tkanki obliczono i zsumowano.
Do analizy statystycznej wykluczono woksele o wartości szarości lub istoty białej mniejszej niż 0.1, aby uniknąć możliwych efektów krawędziowych na granicy między istotą szarą a białą. Różnice między osobami otyłymi i chudymi badano za pomocą analizy kowariancji przy użyciu płci i TIV jako zmiennych towarzyszących. Analizy korelacji między miarami fizycznymi / metabolicznymi a objętościami mózgu / istoty szarej wykonano za pomocą analizy regresji wielokrotnej z wykorzystaniem płci i TIV jako zmiennych towarzyszących. Skutki odchudzania na substancje białą i szarą badano za pomocą sparowania t testy w SPM2. Analizy korelacji dla części II przeprowadzono za pomocą prostej regresji przez obliczenie obrazów delta (skanowanie 1 - skanowanie 2) i wartości delta dla pomiarów fizycznych i metabolicznych. Próg wysokości w analizach SPM został ustawiony na P = 0.01 i wartości progowe wokseli 50. Do interpretacji SPM i określenia odpowiednich etykiet anatomicznych wykorzystano narzędzie przestrzeni kosmicznej MNI (Sergey Pakhomov, Rosyjska Akademia Nauk, St. Petersburg, Rosja). Poziom istotności statystycznej ustalono na skorygowanym poziomie woksela P <0.01 [poprawione dla porównań wielokrotnych przy użyciu współczynnika fałszywych odkryć (FDR)]. Dane przedstawiono jako średnie (sd), chyba że wskazano inaczej.
Efekt
Objętość mózgu regionalnego u osób szczupłych i otyłych (część I)
Większe względne objętości istoty białej mózgu obserwowano u osób otyłych, w porównaniu z szczupłymi osobnikami, w kilku regionach: górne, środkowe i dolne zakręty skroniowe; wrzecionowaty zakręt; zakręt okrężnicy; Pień mózgu; i móżdżek (wszystkie ustalenia dwustronnie) (ryc. 1⇓, A i B). W mapach mózgowych SPM przyległe woksele ze znaczną różnicą grupową w względnej objętości istoty białej połączonej tworząc dwie gromady [woksele 35,901, szczytowy woksel (przy 6 mm, −23 mm, −29 mm), skorygowane FDR P = 0.006; Woksele 16,228, szczytowy woksel (przy −52 mm, −18 mm, −28 mm), poprawiono FDR P = 0.006] (Tabela 3⇓). Osoby z Lean nie miały większej objętości istoty białej w porównaniu z osobami otyłymi w żadnym obszarze mózgu. Średnia (sd) globalna objętość istoty białej wynosiła 0.486 litrów (0.063) u osób otyłych i 0.458 litrów (0.044) u osób szczupłych (skorygowano TIV P =
O, Regiony, w których osoby otyłe wykazały większą objętość istoty białej, w porównaniu z osobami szczupłymi. Statystyczne mapy parametryczne są wykreślane przeciętnie za pomocą MRI T1 całej próbki badawczej (n = 46). Pasek kolorów oznacza T wartości statystyczne. Zwróć uwagę na symetryczny rozkład skupisk w płatach skroniowych i pniu mózgu. Przedstawiono istotne ustalenia, poprawiono FDR P = 0.006. B, Objętości substancji białej mężczyzny (kwadraty) i kobieta (koła) osobników w klastrze, który zajmował części lewego płata skroniowego i limbicznego (woksele 16,228), reprezentowany jako funkcja stosunku obwodu talii do biodra. Zwróć uwagę na mniejszą objętość istoty białej u osób o niższym stosunku talii do bioder.
Lokalizacje istotnych różnic regionalnych w objętości istoty białej w części I i części II badania
Zaobserwowano dodatnią korelację między objętością istoty białej a stosunkiem talii do biodra w grupie otyłej w płatach skroniowych, pniu mózgu i móżdżku (jak powyżej). Ponadto taką samą korelację zaobserwowano w częściach płatów limbicznych i potylicznych (jądro soczewkowate i zakręt potyliczny środkowy). Obszary te utworzyły dwa skupiska o istotnej korelacji [woksele 59,340, szczytowy woksel (przy −33 mm, −53 mm, −47 mm), poprawiono FDR P = 0.008; Woksele 7,269, szczytowy woksel (przy 43 mm, −48 mm, −21 mm), poprawiono FDR P = 0.008]. Wiek nie korelował znacząco ze stosunkiem talii do bioder (r = 0.21, P = 0.28). Inny pozytywny związek u osób otyłych wykryto między objętością istoty białej a stężeniem wolnych kwasów tłuszczowych w surowicy. Było to istotne w klastrze, który zajmował części lewego płata skroniowego i potylicznego (woksele 10,682, szczytowy woksel (przy -43 mm, -49 mm, -18 mm), poprawiono FDR P = 0.004]. Nie zaobserwowano istotnych korelacji między objętością istoty białej a BMI. W grupie szczupłej nie zaobserwowano istotnych korelacji między miarami fizycznymi lub metabolicznymi a wielkościami regionalnymi.
Nie stwierdzono istotnych statystycznie różnic w objętości istoty szarej między osobami otyłymi i chudymi, chociaż szczupli pacjenci mieli tendencję do zwiększania objętości istoty szarej na poziomie trendu w pewnych obszarach mózgu, takich jak zakręt zakrętu obręczy, górny i środkowy zakręt czołowy, pień mózgu i móżdżek ( Poprawiono FDR P = 0.025). Średnia (sd) globalna objętość istoty szarej wynosiła 0.752 litrów (0.070) u osób otyłych i 0.734 litrów (0.074) u osób szczupłych (skorygowano TIV P =
Wpływ diety (część II)
Sześć tygodni diety VLC spowodowało bardzo znaczną redukcję masy ciała u wszystkich otyłych osób [11 (3.4) kg, zakres 6.6 – 19 kg] oraz zmniejszenie masy tkanki tłuszczowej i trzewnej w okolicy brzucha (Tabela 2⇓). Utrata masy ciała była związana ze spadkiem ciśnienia krwi, cholesterolu, leptyny i glikozylowanej hemoglobiny (tabela 2⇓), ale nie zaobserwowano istotnych zmian stężenia glukozy i insuliny na czczo.
Wpływ diety na pomiary fizyczne i wartości laboratoryjne (po głodzeniu)
Dieta zmniejszona globalna objętość istoty białej: 0.498 litry (0.051) przed i 0.488 litry (0.048) po diecie (P = 0.002). Objętość regionalna istoty białej zmniejszyła się w lewym płacie skroniowym (zakręcie wrzecionowate; zakręt okrężnicy; i zakręty skroniowe dolne, środkowe i nadrzędne) [przyległe woksele 12,026, szczytowy woksel (przy -46, -6 i -31 mm), poprawiono FDR P = 0.009] (Rys. 2⇓, A i B oraz tabela 3⇑). Ponadto redukcja istoty białej osiągnęła poziom trendu w kilku innych klastrach (poprawiono FDR P wartość między 0.03 a 0.07). Żadna ze struktur mózgu nie wykazała wzrostu objętości istoty białej po diecie. Zmiany globalnej lub regionalnej istoty szarej były nieistotne (P > 0.28).
A, region mózgu, w którym osoby otyłe wykazały znaczne zmniejszenie objętości istoty białej po wklejeniu 6 diety. Statystyczne mapy parametryczne są wykreślane przeciętnie metodą T1 MRI podpróbki diety (n = 16). Pasek kolorów oznacza T wartości statystycznych, poprawiono FDR P = 0.009. B, Wpływ diety na indywidualne objętości istoty białej w gromadzie pokazanej w A. Kwadraty, Męskie tematy; koła, tematy kobiece.
Dyskusja
Badanie to pokazuje, że osoby otyłe mają większą objętość istoty białej w kilku podstawowych obszarach mózgu, w porównaniu z osobami szczupłymi. Gdy otyłych pacjentów leczono VLCD w celu wklejenia 6, stwierdzono zmniejszenie globalnej objętości istoty białej i regionalnej objętości istoty białej w lewym płacie skroniowym. Globalne i regionalne objętości istoty szarej były podobne między grupami i nie uległy zmianie w wyniku diety.
Zwiększona objętość istoty białej została niedawno wykryta w pobliżu prążkowia osób z poważną otyłością (BMI 39.4) (12). W tym badaniu objętość istoty szarej była niższa u osób otyłych w kilku obszarach mózgu i obserwowano odwrotne powiązanie między BMI a objętością istoty szarej w lewym zakręcie pośrodkowym u osób otyłych, ale nie chudych. Nie wykryliśmy znaczących różnic w istocie szarej między osobami szczupłymi i otyłymi, chociaż było kilka obszarów mózgu, w których osoby otyłe wykazywały niższą objętość istoty szarej na poziomie trendów niż osoby szczupłe (P = 0.025). Ponieważ badani w niniejszym badaniu byli mniej otyli, w porównaniu z tymi we wcześniejszym badaniu (12) jest możliwe, że cięższa przewlekła otyłość wpływa na istotę szarą wraz z istotą białą.
W niniejszym badaniu większe objętości istoty białej w grupie otyłej obserwowano w podstawowych obszarach obustronnych, a ekspansja istoty białej była związana ze zwiększonym stosunkiem talii do bioder (skorygowanym o płeć), ale nie z BMI. Liczne badania wykazały, że rozkład, a nie ilość, tkanki tłuszczowej jest związany ze zmianami metabolicznymi (20, 21, 22). Stosunek talii do bioder wydaje się być lepszy niż BMI w ocenie ryzyka chorób sercowo-naczyniowych i zaburzeń metabolicznych u kobiet przed i po menopauzie (23). Ponadto istnieją dowody z niedawnego dużego badania (n = 27,007), że stosunek obwodu talii do bioder dodaje prognostyczne informacje na temat ryzyka sercowo-naczyniowego u kobiet na wszystkich poziomach BMI i mężczyzn o normalnej wadze (24). W obecnym badaniu zaobserwowaliśmy silną korektę płciową z pozytywną korelacją między stosunkiem talii do bioder a objętością istoty białej. Sugeruje to, że mózgowa istota biała może być bardziej związana z nagromadzeniem tłuszczu brzusznego niż tkanki tłuszczowej per se. Jednak w mózgu duża całkowita wielkość klastrów sugeruje, że związek może być bardziej ogólny i mniej specyficzny dla regionu. Jedną z interpretacji może być to, że wzrost trzewnej tkanki tłuszczowej jest związany z gromadzeniem się tłuszczu w centralnej mielinie w całym mózgu.
Obecne badanie wykazało również pozytywny związek między stężeniem wolnych kwasów tłuszczowych w surowicy a objętością istoty białej mózgu w lewych płatach skroniowych i potylicznych u osób otyłych, a osoby otyłe wykazały znacząco wyższe stężenia wolnych kwasów tłuszczowych w surowicy. Dlatego wyjaśnieniem różnic istoty białej w otyłości może być nieprawidłowy metabolizm lipidów i akumulacja w mózgu. Wcześniejsze badania na gryzoniach wykazały, że metabolizm podwzgórzowy kwasów tłuszczowych może modyfikować zachowanie żywieniowe i że poziomy podwzgórza tłuszczowego acylotransferazy długołańcuchowej-koenzymu A mogą być zwiększone przez zwiększoną estryfikację krążących lub centralnych lipidów i / lub przez lokalne hamowanie utlenianie lipidów (25). Wyniki niniejszego badania wraz z wynikami badań na zwierzętach sugerują, że nadmiar kwasów tłuszczowych w otyłości może prowadzić do patologicznego metabolizmu lipidów w mózgu, co może mieć wpływ zarówno na objętość istoty białej mózgu, jak i na funkcję mózgu w regulacji żywności wlot. Z drugiej strony, chociaż wykryte różnice w objętości są zgodne z hipotezą badania, nie dowodzą bezpośrednio, że otyłości towarzyszy gromadzenie się tłuszczu w mózgu. Aby potwierdzić tę hipotezę, przyszłe badania powinny dostarczyć więcej dowodów na to, że metabolizm kwasów tłuszczowych w mózgu zmienia się w otyłości u ludzi.
Należy zauważyć, że chociaż VBM może dokładnie wykrywać regionalne zmiany objętości, nie dostarcza żadnych wskazówek dotyczących czynnika sprawczego. Zwiększenie objętości istoty białej w otyłości nie jest zatem koniecznie związane z tkanką tłuszczową lub mieliną. Teoretycznie, indywidualny stan nawodnienia może wpływać na objętość istoty białej, ponieważ odnotowano, że brak przyjmowania płynów przez 16 h zmniejsza objętość mózgu o 0.55% (26). Jednak osoby szczupłe i otyłe stosowały identyczne instrukcje na czczo przed badaniem MRI i miały normalne (i podobne) wartości hematokrytu we krwi (średnia 41% w grupie chudej, 42% w grupie otyłej). Po drugie, wyniki były selektywne regionalnie i zlokalizowane głównie w podstawowych obszarach mózgu. W części interwencyjnej osoby otyłe przeszły normokaloryczną dietę 1-wk przed drugim skanem MRI, który prawdopodobnie znormalizował równowagę płynów. Miały także normalne wartości hematokrytu we krwi przed i po diecie (39 vs 37%, odpowiednio), sugerując, że nie było istotnych zmian w stanie nawodnienia.
Wiadomo, że dieta poprawia wrażliwość na insulinę i profil lipidów w osoczu (14), a zatem zapobieganie chorobom towarzyszącym związanym z otyłością. Wpływ diety na strukturę mózgu nie był wcześniej badany. Zmniejszenie istoty białej wywołane dietą w części II niniejszego badania w połączeniu z wynikami części sugeruje, że zarówno przewlekły przyrost masy ciała, jak i szybka utrata masy ciała są powiązane z istotą białą w mózgu. Badanie było poza zakresem tego badania, aby zbadać znaczenie kliniczne zmian objętości istoty białej w otyłości. Nie możemy odpowiedzieć, czy zgłaszane zmiany strukturalne mózgu są pierwotne, czy wtórne. Jednak na podstawie lokalizacji odkryć w istocie białej bogatej w mielinę (z zachowaniem istoty szarej) spekulujemy, że wykazane zmiany są wtórne, odzwierciedlając akumulację tłuszczu. Nie udało się skorelować zmian istoty białej w diecie ze zmianami w pomiarach fizycznych lub metabolicznych, chociaż zaobserwowano zależność trendu między redukcją istoty białej a utratą tłuszczu trzewnego w jamie brzusznej (w stosunku do tłuszczu sc). Wyniki nie sugerują jednak, że centralna zmiana istoty białej jest odosobnionym przypadkiem przyrostu masy ciała i utraty masy ciała, ale raczej, że badane subpopulacje osób otyłych 30 (część I) i osób otyłych 16 (część II) mogły być zbyt małe do analiz korelacji z dużą zmiennością. Wreszcie, ze względu na możliwe błędy rejestracji i wygładzanie, nie można wykluczyć, że chociaż znaczna większość obserwowanych różnic odzwierciedla zmiany istoty białej, nie można wykluczyć, że jakiś sygnał istoty szarej jest zawarty w całkowitym sygnale.
Podsumowując, przedstawiliśmy dane, które wskazują, że otyłość jest związana z ekspansją objętości istoty białej mózgu. Najbardziej znaczący związek zaobserwowano między stosunkiem talii do bioder a istotą białą. W analizie podłużnej wyniki wykazały kurczenie się istoty białej mózgu po krótkotrwałej diecie. Chociaż badania epidemiologiczne wykazały, że ryzyko chorób zwyrodnieniowych mózgu jest zwiększone u osób otyłych, znaczenie kliniczne przedstawionych tutaj zmian istoty białej w otyłości i diecie pozostaje niejasne. Przyszłe badania mogłyby zostać zaprojektowane w celu zbadania roli centralnej akumulacji tłuszczu i nieprawidłowości istoty białej w neuropatogenezie degeneracji.
Podziękowanie
Dziękujemy dr Paulowi Maguire (Uniwersytet w Groningen, Groningen, Holandia) za nieocenioną pomoc w analizie obrazu. Dziękujemy również pracownikom Centrum PET w Turku za ich wykwalifikowaną pomoc w egzaminach.
Przypisy
Prace te były wspierane przez Akademię Fińską (Decyzja 104334), Szpital Centralny Uniwersytetu w Turku i Fundację Uniwersytetu w Turku.
Informacje o ujawnieniu: LTH, AV, RP, NK, JOR, PN i VK nie mają nic do zadeklarowania.
Pierwsze opublikowane online maja 29, 2007
Skróty: BMI, wskaźnik masy ciała; FDR, wskaźnik fałszywych odkryć; fMRI, funkcjonalny MRI; MRI, rezonans magnetyczny; PET, pozytronowa tomografia emisyjna; TIV, całkowita objętość wewnątrzczaszkowa; VBM, morfometria oparta na wokseli; VLCD, dieta bardzo niskokaloryczna.
- Odebrane Listopad 13, 2006.
- Zaakceptowane May 23, 2007.
Referencje
artykuły cytujące ten artykuł
;
