Mâncarea dezinhibată la adolescenți obezi este asociată cu reducerea volumului orbitofrontal și a disfuncției executive (2011)

L Maayan,^{2,4 *} C Hoogendoorn,^1* V transpirație,¹ şi A. Convit^1,3,4

LEGĂTURA CU STUDIUL FULL

Obezitatea (Primăvara de argint). 2011 iulie; 19(7): 1382–1387.

¹ Departamentul de Psihiatrie, Școala de Medicină a Universității din New York, 550 First Avenue, New York, NY 10016, SUA.

² Departamentul de Psihiatrie a Copilului, Școala de Medicină a Universității din New York, 550 First Avenue, New York, NY 10016, SUA.

³ Departamentul de Medicină, Școala de Medicină a Universității din New York, 550 First Avenue, New York, NY 10016, SUA.

⁴ Institutul Nathan Kline pentru Cercetare Psihiatrică, 140 Old Orangeburg Rd. Orangeburg NY 10962, SUA

La adulți, obezitatea a fost asociată cu alimentația dezinhibată, scăderea volumului de substanță cenușie corticală și performanță mai scăzută la evaluările cognitive. Se cunosc mult mai puține despre aceste relații în adolescență și nu există studii care să evalueze măsuri comportamentale, cognitive și neurostructurale în același grup de participanți la studiu. Acest studiu a examinat relația dintre obezitate, funcția executivă, dezinhibiție și volumele creierului la tinerii relativ sănătoși. Participanții au inclus 54 de adolescenți obezi și 37 de adolescenți slabi. Participanții au primit o baterie cognitivă, chestionare despre comportamentele alimentare și imagistica prin rezonanță magnetică (IRM). Evaluările neuropsihologice au inclus sarcini care vizează funcția lobului frontal. Comportamentele alimentare au fost determinate folosind chestionarul de alimentație în trei factori (TFEQ), iar RMN-urile structurale au fost efectuate pe un sistem RMN Siemens Avanto de 1.5 T (Siemens, Erlangen, Germania) pentru a determina volumele de materie cenușie a creierului. Adolescenții slabi și obezi au fost comparați în funcție de vârstă, ani de educație, sex și statut socioeconomic. În comparație cu adolescenții slabi, participanții obezi au avut evaluări semnificativ mai mari de dezinhibire pe TFEQ, performanță mai scăzută la testele cognitive și volum mai scăzut al cortexului orbitofrontal. Dezinhibația s-a corelat semnificativ cu indicele de masă corporală, scorul Stroop Color-Word și volumul cortexului orbitofrontal. Acesta este primul raport al acestor asocieri la adolescenți și subliniază importanța unei mai bune înțelegeri a asociațiilor dintre deficitele neurostructurale și obezitate.

Cuvinte cheie: obezitate, adolescenți, dezinhibiție, RMN, lobul frontal, cogniție, cortex orbitofrontal

Introducere

Prevalența obezității la copii și adolescenți în SUA s-a mai mult decât triplat din 1970. Deși dovezile recente sugerează că obezitatea infantilă s-ar putea să se fi stabilizat, ratele ridicate actuale prezic o problemă iminente de sănătate publică care implică boli cardiovasculare și endocrine (1).

Dezinhibarea comportamentului alimentar, care este caracterizată parțial ca tendința de a mânca oportunist ca răspuns la indicii de mediu, a fost mult timp asociată cu obezitatea atât la tineri, cât și la adulți (2). Eșecul de control asociat al aportului caloric care duce la obezitate eventuală poate apărea la mai multe niveluri ale creierului, inclusiv hipotalamus (3) și, conform unor lucrări mai recente, în cortexul cerebral (4). O serie de studii de neuroimagistică funcțională la indivizi slabi și obezi, atât în ​​stare de foame, cât și de hrăniți, au arătat mai multe regiuni corticale, inclusiv cingulatul anterior, prefrontal medial (5), insula, cortexele cingulate posterioare, temporale și orbitofrontale (6) să fie activate diferențial în funcție de nivelul de sațietate și IMC, sugerând implicarea lor în reglarea aportului caloric. Înțelegerea OFC ca un domeniu cheie în inhibarea comportamentului se întinde până la cazul lui Phineas Gage, nefericitul 19^th muncitor feroviar din secolul care a supraviețuit unui accident care probabil i-a deteriorat cortexul orbitofrontal, ceea ce a dus la schimbări de personalitate și impulsivitate crescută (7).

Descoperirile neurostructurale au fost, de asemenea, corelate cu indicele de masă corporală (IMC). Într-un mic studiu efectuat pe femei cu vârsta de 55 de ani și peste, care a folosit morfometrie pe bază de voxel (VBM), IMC a fost corelat negativ cu volumele de substanță cenușie în mai multe zone frontale, inclusiv orbitofrontal stâng, frontal inferior drept și girul precentral drept. către alte regiuni, inclusiv cerebelul drept, precum și o regiune posterioară dreaptă mare, care cuprinde giri parahipocampal, fusiform și lingual (8). Un studiu mai amplu pe 1,428 de adulți a găsit o corelație negativă între bărbați între IMC și materia cenușie în general, precum și regiuni specifice ale creierului, cum ar fi lobii temporali mediali bilaterali, lobii occipitali, lobii frontali, precuneusul, mezencefalul și lobul anterior al cerebelului (9). Un alt studiu VBM a arătat că adulții obezi au o densitate mai scăzută a materiei cenușii în zone precum opercul frontal, gyrus frontal mediu, gyrus post-central, precum și putamen (10). Grupul nostru a descris anomalii neurostructurale în rândul adolescenților obezi cu diabet zaharat de tip 2 (T2DM) (26), dar din cunoștințele noastre nu au fost descrise astfel de deficite în rândul tinerilor obezi fără T2DM.

În plus față de constatările structurale, evaluările cognitive au demonstrat că funcționarea executivă și inhibarea răspunsului pot fi compromise atât la persoanele obeze adulți, cât și la adolescenți. Un studiu care a folosit tomografia cu emisie de pozitroni (PET) și teste cognitive a constatat că adulții obezi au scăzut metabolismul prefrontal al glucozei, precum și performanță scăzută la sarcina Stroop, un test de atenție selectivă și funcție executivă (11). Alte studii despre funcția executivă și inhibiția răspunsului la adulți au arătat o asociere negativă a acestor variabile cu IMC (12-14). În plus, adolescenții extrem de obezi prezintă o funcționare scăzută la sarcinile executive în comparație cu datele normative (15).

Am emis ipoteza că, în concordanță cu constatările anterioare utilizând Chestionarul de alimentație în trei factori (TFEQ), adolescenții obezi ar avea evaluări mai mari de dezinhibare auto-raportată în comportamentele alimentare. Am emis în continuare ipoteza că adolescenții obezi ar avea scoruri mai mici la evaluările funcției executive și o integritate redusă în măsurile neurostructurale ale lobului frontal (volumele de materie cenușie bazate pe RMN, precum și volumele regionale ale creierului). În plus, am postulat că dezinhibarea TFEQ va fi asociată negativ cu scorurile cognitive pe domeniile relevante, precum și cu măsurătorile bazate pe RMN ale zonelor creierului implicate în inhibarea răspunsului și controlul executiv.

Metode

Participanți și proceduri

Nouăzeci și unu de tineri (14-21 ani/o), 37 slabi (IMC<25 kg/m² sau raportul talie-înălțime <0.5) și 54 obezi (IMC≥30 kg/m² sau >95 percentila pentru IMC pentru vârstă și sex) au participat la studiu. Optzeci și unu dintre aceștia (36 slabi, 45 obezi) au primit un RMN. Zece adolescente nu au primit RMN din următoarele motive: două nu și-au ținut programările, una era însărcinată și am ales să greșim din partea siguranței, una nu a putut tolera RMN-ul (claustrofobie), iar șase aveau un IMC > 50 kg/m² și a depășit dimensiunea corpului care ar putea fi găzduită de scaner.

Participanții slabi au avut o vârstă medie de 17.3 ± 1.6 ani și obezi 17.5 ani ± 1.6 ani. Cele două grupuri au fost, de asemenea, potrivite în funcție de ani de educație, sex și statut socio-economic și au fost toate în intervalul normal din punct de vedere cognitiv. Dovezile bolilor neurologice, medicale (altele decât dislipidemia, rezistența la insulină mai puțin de T2DM, boala ovarelor polichistice sau hipertensiunea arterială) sau psihiatrice (inclusiv depresia și abuzul de alcool sau alte substanțe) au exclus persoanele de la participarea la studiu. T2DM a exclus și persoanele de la participare. Participanții și părinții lor și-au dat consimțământul informat în scris și au fost compensați pentru timpul și neplăcerile lor. Protocolul de studiu a fost aprobat de Consiliul de revizuire instituțional al Școlii de Medicină a Universității din New York.

Tuturor participanților la studiu li sa prelevat o probă de sânge după un post de 10 ore peste noapte pentru evaluarea nivelurilor de glucoză, insulină, lipide și marker inflamator (proteina C-reactivă de înaltă sensibilitate; hs-CRP). Glucoza a fost măsurată utilizând o metodă de glucoză oxidază (VITROS 950 AT, Amersham, Anglia), insulina prin chemiluminiscență (Advia Centaur, Bayer Corporation), iar CRP a fost măsurată în plasmă folosind un imunotest enzimatic (lamă Vitros CRP, Ortho Clinical Diagnostics). Sensibilitatea la insulină a fost estimată utilizând modelul homeostaziei de evaluare a rezistenței la insulină (HOMA-IR).

Evaluări

Evaluare neuropsihologică

Am efectuat o evaluare amplă a funcțiilor neurocognitive, inclusiv realizările intelectuale, memoria recentă, memoria de lucru, atenția și funcția executivă. Am emis ipoteza că ar exista diferențe în funcțiile lobului frontal între adolescenții slabi și obezi și, prin urmare, ne-am limitat analizele la teste neurocognitive care reflectă integritatea lobului frontal și funcțiile executive intacte, și anume Testul Controlled Oral Word Association (COWAT), Trail Making Test parts A. & B, Sarcina Stroop, Indicele de atenție/concentrare al Evaluării pe gamă largă a învățării și memoriei (WRAML) și Indexul memoriei de lucru al WRAML. Cu excepția WRAML și Stroop, care oferă scoruri standard corectate în funcție de vârstă, sunt raportate scorurile brute. Toate testele administrate sunt instrumente neuropsihologice standard descrise în detaliu în altă parte (16).

Chestionarul de alimentație în trei factori (TFEQ)

Caracteristicile comportamentului alimentar au fost evaluate prin utilizarea TFEQ. TFEQ este un instrument de 51 de itemi, compus din trei subscale care măsoară reținerea (adică, controlul cognitiv al comportamentului alimentar; 21 de itemi), dezinhibarea (adică, susceptibilitatea de a mânca ca răspuns la factorii emoționali și indiciile senzoriale; 16 itemi) și foame (adică, susceptibilitatea de a mânca ca răspuns la sentimentele de foame; 14 itemi). TFEQ a fost administrat la aproximativ o oră după ce subiecții au luat prânzul.

Achiziție RMN și analize de imagini

Toți subiecții au fost studiati pe același sistem RMN Siemens Avanto de 1.5 T, care are un diametru de 65 de inchi și o masă potrivită pentru o persoană de până la 400 de lire sterline. Am achiziționat imagini de eco gradient de achiziție rapidă pregătite cu magnetizare ponderate T1 (MPRAGE; TR 1300 ms; TE 4.38 ms; TI 800 ms; FOV 250 × 250; grosimea feliei 1.2 mm; NEX 1; Unghi de răsturnare 15°; dimensiunea matricei 256 × 256; 192 felii coronale).

Analiza volumetrică WM/GM

Normalizarea spațială și segmentarea imaginilor MPRAGE a folosit proceduri automate așa cum este descris în (17) software-ul de cartografiere statistică parametrică (SPM5). Imaginile MPRAGE au fost mai întâi corectate pentru neuniformitățile semnalului și normalizate spațial la șablonul standard T1 Montreal Neurological Institute. Folosind algoritmul de clasificare a țesuturilor din SPM5, am segmentat imaginile MPRAGE normalizate în partițiile lor de materie cenușie (GM), substanță albă (WM) și lichid cefalorahidian (CSF), care sunt hărți care reprezintă probabilitatea ca fiecare voxel să fie clasificat ca GM, WM sau CSF. Aceste partiții segmentate au fost ulterior normalizate la șabloanele standard respective. Pe lângă efectuarea evaluării întregului creier și având în vedere că în timpul adolescenței, mielinizarea lobului frontal este încă în desfășurare, am folosit două șabloane diferite pentru a deriva regiunile de interes (ROI) din lobul frontal. Acestea au fost SPM Automatic Anatomic Labeling (AAL) (18) și metoda noastră fiabilă de parcelare a lobului frontal publicată (19). Șablonul AAL a fost utilizat pentru a obține un lob frontal total, o regiune cingulată anterioară și o regiune orbitofrontală. Metoda noastră de parcelare a fost utilizată pentru a deriva o regiune prefrontală (lobul frontal minus regiunea motorie suplimentară). Am cuantificat proporțiile volumelor WM, GM, CSF în întregul creier și regiunile frontale la nivelul cazului, mapand mai întâi regiunile la fiecare partiție segmentată și apoi făcând o medie a valorilor între subiecți pentru fiecare dintre cele două grupuri.

Analize statistice

Am efectuat teste t cu eșantioane independente cu două cozi care examinează diferențele de grup în ceea ce privește datele demografice, datele endocrine, datele cognitive și volumele creierului, precum și corelațiile Pearson între scorul de dezinhibiție TFEQ și IMC, scorul cuvintelor de culoare Stroop și volumul materiei cenușii a cortexului orbitofrontal. Au fost excluse datele care au fost mai mari de 2 abateri standard de la media grupului pentru acea variabilă. Având în vedere că există o variabilitate individuală a volumelor regionale ale creierului în funcție de dimensiunea totală a capului, am măsurat dimensiunea bolții intra-craniene (ICV) a fiecărui individ și am utilizat valorile ICV pentru a ajusta volumele regionale ale creierului. Prin urmare, pentru a permite comparabilitatea cu alte studii și pentru a oferi cititorului o idee despre dimensiunea regiunilor cerebrale studiate, tabelul care descrie volumele regionale ale creierului arată volumele brute (nerezidualizate). Cu toate acestea, comparația statistică și semnificația și dimensiunea efectului pentru toate imaginile prezentate au folosit volumele ajustate (rezidualizate) ale creierului.

REZULTATE

Date demografice și endocrine

Grupurile de subiecte au fost potrivite pentru vârstă, sex, clasa școlară și statutul socio-economic (SES) Hollingshead. Participanții obezi au fost, prin definiție, mai mari în IMC și, așa cum era de așteptat, au avut și tensiune arterială sistolică și diastolică mai mare, niveluri de insulină și glucoză a jeun (dar toate în intervalul normoglicemic), precum și modelul homeostatic de evaluare a rezistenței la insulină (HOMA-IR). ), trigliceride, colesterol cu ​​lipoproteine ​​cu densitate joasă (LDL) și proteină C reactivă (CRP) cu sensibilitate ridicată. Subiecții obezi au avut, de asemenea, niveluri semnificativ mai scăzute de lipoproteine ​​de înaltă densitate (HDL). Va rog, referiti-va la Tabelul 1.

Chestionarul de alimentație în trei factori

Adolescenții obezi au obținut scoruri semnificativ mai mari decât participanții slabi la factorul de dezinhibare al chestionarului de alimentație cu trei factori (6.85 ± 3.55 vs. 3.91 ± 1.96, p<0.000, d (d) = 1.07 al lui Cohen), precum și factorul foamete (6.60 ± 3.37). 4.68 vs. 2.84 ± 0.008, p = 0.81, d = 9.19) și factorul de reținere cognitivă (4.30 ± 6.78 vs. 4.11 ± 0.012, p = 0.57, d = 81). Vă rugăm să rețineți că am repetat aceste analize pentru subgrupul de XNUMX de participanți cu un RMN și rezultatele au fost în esență neschimbate (datele nu sunt afișate).

Măsuri cognitive

În comparație cu adolescenții slabi, adolescenții obezi au avut performanțe cognitive mai proaste în fiecare sarcină a lobului frontal, cel mai pronunțat pentru Stroop (o măsură a inhibiției) și Indexul memoriei de lucru al WRAML, chiar și atunci când am controlat IQ-ul estimat. Va rog, referiti-va la Tabelul 2.

Deoarece 10 subiecți nu au primit o evaluare RMN (pentru detalii vă rugăm să consultați secțiunile privind participanții și procedurile de mai sus), am repetat analizele noastre pentru subgrupul de 81 de adolescenți care au avut un RMN și direcția și semnificația rezultatelor cognitive au rămas neschimbate (date nereprezentat).

Creierul imagistic

Volumul de substanță cenușie a lobului frontal (în centimetri cubi) a fost mai mic, deși nu la un nivel de semnificație statistică, în rândul adolescenților obezi (265.3 ± 29.5 vs. 269.6 ± 26.7; rezidualizat 0.00369 ± 0.018312 vs. 0.00609 vs. 0.014076 vs. 0.139 vs. d = 0.35). Vă rugăm să rețineți că, deși diferențele absolute dintre aceste volume au fost mici, analizele au fost efectuate după rezidualizarea la ICV, iar valorile de semnificație și mărimea efectului reflectă aceste analize. Mai mult, pentru a controla posibilele efecte de dezvoltare ale vârstei asupra volumelor frontale și cerebrale, ne-am reluat analizele covariabile în funcție de vârstă. Am găsit volume de substanță cenușie semnificativ mai mici pentru tinerii obezi în cortexul orbitofrontal (32.3 ± 3.68 vs. 33.3 ± 3.99; rezidualizat 0.00781 ± 0.024944 vs. Diferențele de grup de volum OFC au fost neschimbate după controlul tensiunii arteriale sistolice sau HOMA-IR. Alte regiuni ale creierului evaluate, inclusiv cortexul prefrontal și cortexul cingulat anterior, nu au fost semnificativ diferite între participanții obezi și cei slabi. Covariarea în funcție de vârstă nu a schimbat niciuna dintre aceste relații.

Asociaţii

Am găsit asocieri semnificative între TFEQ și măsurile de volum cognitive, IMC și RMN. Mai exact, scorul factorului de dezinhibare pe TFEQ a arătat o corelație semnificativă cu IMC (r(81) = 0.406, p < 0.001), scorul Stroop Color-Word (r(77) = -0.272, p = 0.017) și gri OFC volumul materiei (r(71) = −0.273, p = 0.021). Pentru a înțelege în continuare relația dintre volumul OFC și dezinhibare, am explorat asocierea separat pentru cele două grupuri. Am constatat că nu a existat o asociere între dezinhibarea și volumul OFC pentru persoanele obeze (r(40) = -0.028, p = 0.864), în timp ce a existat o asociere puternică pentru grupul slab (r(31) = -0.460, p = 0.009). Asociațiile dintre scorul factorului de dezinhibiție și IMC și Stroop au rămas semnificative pentru subgrupul de indivizi cu RMN (datele nu sunt prezentate).

Discuție

După cum era de așteptat, adolescenții obezi au avut evaluări semnificativ mai mari de dezinhibire, foame și reținere cognitivă pe TFEQ. Deși niveluri mai ridicate de reținere cognitivă în rândul adolescenților obezi ar părea contraintuitiv la prima inspecție, aceasta este conformă cu modelul descris de „reținere rigidă” în care o persoană cu o alimentație dezinhibată și reținere cognitivă poate avea tendința de a restricționa hrana în unele situații, dar să mănânce exagerat în altele. (20).

Rezultatele noastre neurostructurale noi în rândul adolescenților obezi sunt în concordanță cu constatările din literatura pentru adulți (8, 9) demonstrând reduceri de volum de substanță cenușie. În eșantionul nostru de adolescenți, aceste scăderi au fost cele mai marcate pentru cortexul orbitofrontal, o regiune a creierului importantă în controlul impulsurilor, dar au arătat și o tendință slabă pentru întregul lob frontal. Noi speculăm că reducerile mai subtile ale volumului care există în alte regiuni ale creierului în rândul adolescenților obezi pot atinge de fapt o semnificație statistică într-un eșantion extins.

Important pentru acest raport, am constatat că grupul cu exces de greutate nu numai că are scoruri mai mari de dezinhibire la TFEQ, dar performanțe mai scăzute la testele cognitive care reflectă funcțiile creierului considerate a fi esențiale pentru inhibarea comportamentală, chiar și atunci când controlează IQ-ul. Dintre regiunile și funcțiile lobului frontal pe care le-am măsurat, ne-a interesat în mod deosebit să stabilim relația dintre factorul de dezinhibiție al TFEQ și OFC, o regiune a creierului care este foarte importantă pentru inhibarea comportamentală (controlul impulsurilor). Am selectat Stroop pentru că este singura dintre sarcinile noastre frontale (inclusiv cele care ating funcțiile executive) care testează în mod specific capacitatea de a inhiba răspunsurile automate. Aceasta este paralela cognitivă directă a regiunii comportamentale (factorul de dezinhibire al TFEQ) și a creierului (OFC) implicate, de asemenea, în inhibarea răspunsurilor automate. Interesul nostru a fost să constatăm specificitatea funcțională (Stroop vs. alte sarcini frontale care nu măsoară inhibarea răspunsului) și anatomică (OFC) a constatărilor noastre și asocierea lor cu factorul de dezinhibiție al TFEQ.

De asemenea, am găsit asocieri semnificative între scorurile factorului de dezinhibiție și atât IMC cât și volumul OFC. Când relația dintre dezinhibarea și volumul OFC a fost examinată separat la participanții slabi și obezi, am găsit o asociere negativă puternică doar pentru grupul slab. Este posibil ca persoanele obeze să fi experimentat deja un nivel critic de dezinhibire (care, după cum am demonstrat, este asociat cu IMC), prin care dezinhibarea suplimentară nu se reflectă la fel de clar în modificări ulterioare ale OFC, dar poate în diferite regiuni ale creierului sau rețele neevaluate. ca parte a acestui studiu. O altă posibilitate pentru aceste constatări diferite pentru fiecare dintre cele două grupuri de greutate este aceea că, având în vedere că grupurile obeze au un grad mai mare de aprobare a articolelor, acestea pot fi mai susceptibile la probleme de dezirabilitate socială și, prin urmare, pot fi mai puțin probabil să raporteze pe deplin amploarea dezinhibarea lor comportamentală în alimentație, atenuând asocierea în acest grup. În cele din urmă, este, de asemenea, posibil ca restricția de interval, și anume fenomenele de corelații care descresc atunci când varianța este scăzută, așa cum se întâmplă atunci când împărțim eșantionul în două, să ne afecteze rezultatele.

În timp ce studiul nostru constată că dezinhibarea comportamentului de hrănire este asociată cu reduceri ale funcționalității executive și ale volumelor de materie cenușie frontală, natura transversală a designului nostru nu ne permite să abordăm problema direcționalității sau cauzalității. Acestea fiind spuse, există mai multe teorii plauzibile cu privire la direcția acestor asociații.

O posibilitate este ca deficitele primare structurale sau funcționale ale creierului să conducă la dezinhibarea alimentației și la reduceri ale funcției neurocognitive. Această linie de raționament este parțial susținută de lucrări care arată dezinhibarea comportamentului alimentar pentru a prevesti un aport caloric crescut (21) și obezitatea (22). Este, de asemenea, în concordanță cu munca de imagistică funcțională care demonstrează că persoanele care, ca răspuns la aportul vizualizat de alimente gustoase, prezintă o activare mai slabă a circuitelor de recompensă ale creierului, prezintă un risc crescut de creștere în greutate în viitor (23); poate că au nevoie de un stimul mai mare (mai multă hrană) pentru a obține același răspuns de recompensă.

O altă posibilă explicație este că deficitele structurale ale creierului, precum cele demonstrate în acest studiu, rezultă din obezitate și rezistența la insulină asociată acesteia. Această posibilitate este susținută de un studiu longitudinal de 24 de ani care arată un IMC crescut începând de la vârsta mijlocie, corelat cu scăderea volumului lobului temporal mai târziu în viață (24). De asemenea, susține această ordine de efect este propria noastră activitate la adulți, unde constatăm că volumele hipocampului au fost asociate cu deficiențe ale toleranței la glucoză (25), precum și la adolescenții cu DZT2, unde întâlnim deficiențe cognitive și reduceri ale volumelor lobului frontal și ale integrității microstructurale a substanței albe (26). Presupunem că rezistența la insulină asociată obezității manifestată de grupul nostru de adolescenți cu exces de greutate poate contribui la scăderea funcției executive și la deficitele structurale. Am descris un posibil model pentru aceste efecte (27) în care emitem ipoteza că rezistența la insulină este asociată cu scăderea reactivității vasculare cerebrale legate de disfuncția endotelială. Știm că în timpul activării creierului, cum se întâmplă atunci când se efectuează o sarcină cognitivă, există o creștere a activității sinaptice în regiunea creierului implicată. În creierul normal, acest lucru are ca rezultat vasodilatație regională și, prin urmare, o creștere a disponibilității glucozei în acea regiune pentru a susține cererea cognitivă crescută (28). Prin urmare, reactivitatea vasculară, care este parte integrantă a fluxului sanguin cerebral bine reglat, este cheia pentru menținerea unui mediu neuronal optim în timpul activării creierului (29). Cercetări care arată disfuncția endotelială la copiii obezi, chiar înainte de dezvoltarea diabetului (30), susține în continuare această premisă. În plus, markerul inflamator al proteinei C reactive (CRP) a fost crescut la adolescenții noștri obezi. În studiile care examinează cohorte mari de adulți, cercetătorii au descoperit niveluri crescute de citokine inflamatorii ca mediatori presupusi ai declinului cognitiv în rândul persoanelor cu sindrom metabolic (31-34). Un posibil mecanism pentru aceste efecte cognitive este oferit de datele animale care demonstrează că excesul de citokine inflamatorii poate scădea potențarea pe termen lung (LTP), un proces înțeles ca esențial în consolidarea memoriei în hipocamp. Citokinele inflamatorii pot provoca, de asemenea, afectarea neurogenezei și neuroplasticității, procese vitale pentru formarea amintirilor și menținerea integrității neuronale structurale.

O a treia posibilitate este că aceste efecte sunt bidirecționale, prin care dezinhibarea comportamentală predispune la obezitate, care poate avea un impact negativ asupra zonelor creierului responsabile de funcția executivă și inhibarea aportului caloric, provocând astfel un cerc vicios de disfuncție. Această a treia posibilitate ar putea explica de ce este atât de dificil pentru indivizi să piardă în greutate odată ce aceasta a fost câștigată.

Suntem încurajați de faptul că dintre puținele regiuni ale creierului pe care le-am evaluat, OFC, o regiune a creierului care s-a demonstrat ca fiind importantă în inhibarea comportamentală atât în ​​studiile pe animale, cât și pe oameni, a avut cea mai semnificativă reducere a volumului în rândul adolescenților obezi. Descoperirile noastre, inclusiv performanța mai scăzută la testele cognitive despre care se crede că necesită OFC intactă, împreună cu reducerile de volum în această zonă asociate cu dezinhibarea comportamentală indică importanța probabilă a acesteia în creșterea în greutate.

Acest studiu are câteva limitări clare. În primul rând, este o vedere în secțiune transversală care nu ne permite să comentăm cauzalitatea clară. În al doilea rând, având în vedere dimensiunea relativ modestă a eșantionului, ne-am limitat măsurătorile la regiunile creierului care, în studiile anterioare, fie s-au dovedit a fi asociate cu obezitatea sau dezinhibiția, fie acelea despre care aveam motive teoretice întemeiate să credem că ar putea fi implicate. Prin urmare, este posibil ca și alte zone ale creierului, pe care nu le-am evaluat, să fie implicate. O a treia limitare a studiului nostru este că avem doar greutatea curentă a participanților și nu putem comenta durata obezității; eșantionul pe care l-am studiat este probabil să aibă o variabilitate considerabilă în ceea ce privește durata obezității și rezistența la insulină asociată acesteia. Cu toate acestea, studiul nostru are puncte forte semnificative, inclusiv potrivirea atentă între grupuri, evaluările multidimensionale efectuate și metodele RMN imparțial utilizate în analizele datelor RMN.

Pentru a înțelege mai bine problemele descrise aici, lucrările viitoare ar trebui să evalueze subiecții longitudinal, urmărind dezvoltarea obezității în timp, măsurând concomitent modificările cognitive, comportamentale și neurostructurale. Alternativ, înțelegerea noastră ar putea fi îmbunătățită și printr-un studiu conceput pentru a examina consecințele unui tratament de succes al obezității (de exemplu, chirurgia bariatrică) și, astfel, să verifice dacă unele dintre aceste deficite sunt reversibile. În plus, lucrările viitoare ar trebui să evalueze alți posibili factori asociați, cum ar fi citokinele pro și antiinflamatorii, precum și să utilizeze tehnici RMN mai sensibile, cum ar fi imagistica tensorului de difuzie (DTI).

Mulţumiri

Studiul a fost susținut de subvenții de la National Institutes of Health R21 DK070985 și RO1 DK083537 și, susținut parțial de grant1UL1RR029893 de la Centrul Național pentru Resurse de Cercetare. Autorii doresc să mulțumească copiilor și familiilor care au participat la această cercetare, precum și lui Po Lai Yau și Valentin Polyakov în colectarea și prelucrarea datelor și asistența lui Allison Larr în pregătirea acestui manuscris.

Note de subsol

Dezvaluirea financiara:

Niciunul dintre ceilalți autori nu are interese financiare/conflictuale de dezvăluit

Referinte

1. Ogden CL, Carroll MD, Flegal KM. Indicele de masă corporală ridicat pentru vârstă în rândul copiilor și adolescenților din SUA, 2003-2006. JAMA. 2008;299:2401–5.[PubMed]

2. Stunkard AJ, Messick S. Chestionarul de alimentație cu trei factori pentru a măsura reținerea alimentară, dezinhibarea și foamea. J Psychosom Res. 1985;29:71–83.[PubMed]

3. Schwartz MW, Woods SC, Porte D, Jr., Seeley RJ, Baskin DG. Controlul sistemului nervos central al aportului alimentar. Natură. 2000;404:661–71.[PubMed]

4. Korner J, Leibel RL. Să mănânci sau să nu mănânci – modul în care intestinul vorbește cu creierul. N Engl J Med. 2003;349:926–8.[PubMed]

5. Martin LE, Holsen LM, Chambers RJ, et al. Mecanisme neuronale asociate cu motivația alimentară la adulții obezi și sănătoși. Obezitate (Primăvara Argint) 2010;18:254–60.[PubMed]

6. Del Parigi A, Gautier JF, Chen K, et al. Neuroimagini și obezitate: cartografierea răspunsurilor creierului la foame și sațietate la oameni folosind tomografia cu emisie de pozitroni. Ann NY Acad Sci. 2002;967:389–97.[PubMed]

7. Damasio H, Grabowski T, Frank R, Galaburda AM, Damasio AR. Întoarcerea lui Phineas Gage: indicii despre creierul din craniul unui pacient celebru. Ştiinţă. 1994;264:1102–5.[PubMed]

8. Walther K, Birdsill AC, Glisky EL, Ryan L. Diferențele structurale ale creierului și funcționarea cognitivă legate de indicele de masă corporală la femeile în vârstă. Harta creierului Hum. 2010;31:1052–64.[PubMed]

9. Taki Y, Kinomura S, Sato K, et al. Relația dintre indicele de masă corporală și volumul materiei cenușii la 1,428 de indivizi sănătoși. Obezitate (Primăvara de argint) 2008;16:119–24.[PubMed]

10. Pannacciulli N, Del Parigi A, Chen K, Le DS, Reiman EM, Tataranni PA. Anomalii ale creierului în obezitatea umană: un studiu morfometric bazat pe voxel. Neuroimagine. 2006;31:1419–25.[PubMed]

11. Volkow ND, Wang GJ, Telang F și colab. Asocierea inversă între IMC și activitatea metabolică prefrontală la adulții sănătoși. Obezitate (Primăvara Argint) 2009;17:60–5. [Articol gratuit PMC][PubMed]

12. Elias MF, Elias PK, Sullivan LM, Wolf PA, D'Agostino RB. Funcția cognitivă scăzută în prezența obezității și a hipertensiunii arteriale: studiul Framingham inimii. Int J Obes Relat Metab Disord. 2003;27:260–8.[PubMed]

13. Gunstad J, Paul RH, Cohen RA, Tate DF, Spitznagel MB, Gordon E. Indicele de masă corporală crescut este asociat cu disfuncția executivă la adulții altfel sănătoși. Compr Psihiatrie. 2007;48:57–61.[PubMed]

14. Waldstein SR, Katzel LI. Relații interactive dintre obezitatea centrală și obezitatea totală și tensiunea arterială cu funcția cognitivă. Int J Obes (Londra) 2006;30:201–7.[PubMed]

15. Lokken KL, Boeka AG, Austin HM, Gunstad J, Harmon CM. Dovezi ale disfuncției executive la adolescenții extrem de obezi: un studiu pilot. Surg Obes Relat Dis. 2009;5:547–52.[PubMed]

16. Lezak MD, Howleson DB, Loring DW, Hannay HJ, Fischer JS. Evaluare neuropsihologică. Presa Universitatii Oxford; New York: 2004.

17. Good CD, Scahill RI, Fox NC, et al. Diferențierea automată a modelelor anatomice în creierul uman: validare cu studii de demențe degenerative. Neuroimagine. 2002;17:29–46.[PubMed]

18. Tzourio-Mazoyer N, Landeau B, Papathanassiou D, et al. Etichetarea anatomică automată a activărilor în SPM folosind o parcelare anatomică macroscopică a creierului cu un singur subiect MNI RMN. Neuroimagine. 2002;15:273–89.[PubMed]

19. Convit A, Wolf OT, de Leon MJ, et al. Analiza volumetrică a regiunilor pre-frontale: constatări în îmbătrânire și schizofrenie. Psihiatrie Res. 2001;107:61–73.[PubMed]

20. Westenhoefer J, Broeckmann P, Munch AK, Pudel V. Controlul cognitiv al comportamentului alimentar și efectul de dezinhibire. Apetit. 1994;23:27–41.[PubMed]

21. Yeomans MR, Leitch M, Mobini S. Impulsivitatea este asociată cu factorul de dezinhibare, dar nu de reținere, din Chestionarul de alimentație cu trei factori. Apetit. 2008;50:469–76.[PubMed]

22. Hays NP, Bathalon GP, ​​McCrory MA, Roubenoff R, Lipman R, Roberts SB. Comportamentul alimentar se corelează cu creșterea în greutate la adulți și obezitatea la femeile sănătoase de 55-65 de ani. Am J Clin Nutr. 2002;75:476–83.[PubMed]

23. Stice E, Yokum S, Bohon C, Marti N, Smolen A. Recompensa circuitelor de răspuns la alimente prezice viitoare creșteri ale masei corporale: efecte de moderare ale DRD2 și DRD4. Neuroimagine. 2010;50:1618–25.[PubMed]

24. Gustafson D, Lissner L, Bengtsson C, Bjorkelund C, Skoog I. O urmărire pe 24 de ani a indicelui de masă corporală și a atrofiei cerebrale. Neurologie. 2004;63:1876–81.[PubMed]

25. Convit A, Wolf OT, Tarshish C, de Leon MJ. Toleranța redusă la glucoză este asociată cu performanța slabă a memoriei și atrofia hipocampului în rândul vârstnicilor normali. Proc Natl Acad Sci US A. 2003;100:2019–22. [Articol gratuit PMC][PubMed]

26. Yau PL, Javier DC, Ryan CM, et al. Dovezi preliminare pentru complicațiile cerebrale la adolescenții obezi cu diabet zaharat de tip 2. Diabetologia. 2010

27. Convit A. Legături între deficiența cognitivă în rezistența la insulină: un model explicativ. Neurobiol Îmbătrânire. 2005;26(Suppl 1):31–5.[PubMed]

28. Benton D, Parker PY, Donohoe RT. Furnizarea de glucoză a creierului și funcționarea cognitivă. J Biosoc Sci. 1996;28:463–79.[PubMed]

29. Drake CT, Iadecola C. Rolul semnalizării neuronale în controlul fluxului sanguin cerebral. Langa creierului. 2007;102:141–52.[PubMed]

30. Karpoff L, Vinet A, Schuster I, et al. Reactivitate vasculară anormală în repaus și efort la băieții obezi. Eur J Clin Invest. 2009;39:94–102.[PubMed]

31. Dik MG, Jonker C, Comijs HC, et al. Contribuția componentelor sindromului metabolic la cogniție la persoanele în vârstă. Îngrijirea diabetului. 2007;30:2655–60.[PubMed]

32. Roberts RO, Geda YE, Knopman DS, et al. Sindromul metabolic, inflamația și deficiența cognitivă ușoară nonamnestică la persoanele în vârstă: un studiu bazat pe populație. Alzheimer Dis Assoc Disord. 2009

33. Sweat V, Starr V, Bruehl H, et al. Proteina C reactivă este legată de performanțe cognitive mai scăzute la femeile supraponderale și obeze. Inflamaţie. 2008;31:198–207. [Articol gratuit PMC][PubMed]

34. Yaffe K, Kanaya A, Lindquist K, et al. Sindromul metabolic, inflamația și riscul de declin cognitiv. JAMA. 2004;292:2237–42.[PubMed]