Exp Neurobiol. 2015 Mar; 24 (1): 90-4. doi: 10.5607 / en.2015.24.1.90. Epub 2015 Jan 21.
- 1Oddelenie nukleárnej medicíny, Seoul National University Bundang Hospital, Seoul National University College of Medicine, Seongnam 463-707, Kórea.
- 2Oddelenie nukleárnej medicíny, Seoul National University Bundang Hospital, Seoul National University College of Medicine, Seongnam 463-707, Kórea. ; Katedra transdisciplinárnych štúdií, Graduate School of Convergence Science and Technology, Národná univerzita v Soule, Soul 151-742, Kórea. ; Advanced Institutes of Convergence Technology, Suwon 443-270, Kórea.
abstraktné
Dopaminergný systém sa podieľa na regulácii príjmu potravy, ktorá je rozhodujúca pre udržanie telesnej hmotnosti. Skúmali sme vzťah medzi dostupnosťou striatálneho dopamínu (DA) D2 / 3 receptora a indexom telesnej hmotnosti (BMI) u neobéznych zdravých mužov.11C] racloprid a pozitrónovú emisnú tomografiu. Žiadny z [11Hodnoty väzbového potenciálu C] raclopridu (BP) (meranie dostupnosti receptora DA D2 / 3) v striatálnych subregiónoch (dorzálny kaudát, dorzálny putamen a ventrálne striatum) v ľavej a pravej hemisfére boli významne korelované s BMI. Medzi indexom pravostrannej asymetrie [11C] racloprid BP v dorzálnom putamene a BMI (r = 0.43, p <0.05), čo naznačuje, že vyšší BMI súvisí s vyššou dostupnosťou receptorov v pravom dorzálnom putamene v porovnaní s ľavým u neobéznych jedincov. Súčasné výsledky v kombinácii s predchádzajúcimi poznatkami môžu tiež naznačovať neurochemické mechanizmy, ktoré sú základom regulácie príjmu potravy u neobéznych jedincov.
ÚVOD
Príjem potravy je pevne spojený s individuálnym typom tela (tj chudý verzus obézny) a predpokladá sa, že bude regulovaný pocitom hladu, aby sa zachoval prirodzený stav homeostázy. Hypotalamus bol považovaný za základnú štruktúru mozgu na kontrolu spotreby potravy [1]. Ak je však k dispozícii dostatočné množstvo potravy, stravovacie správanie je vyvolané najmä hodnotou odmeňovania potravín, ako je chuť alebo kvalita [2] a zdá sa, že abnormálne stravovacie návyky súvisia skôr so spoločnou cestou odmeňovania, ktorá je modulovaná dopamínom (DA) [3].
Získanie hmotnosti je jedným z dôsledkov deficitu v dopaminergnej modulácii, o čom svedčí asociácia depresívnych symptómov a index telesnej hmotnosti (BMI) [4] a zvýšenie telesnej hmotnosti po hlbokej stimulácii mozgu [5] a dopaminergné lieky [6] u pacientov s Parkinsonovou chorobou. U obéznych osôb sa preukázala znížená dostupnosť striatálneho DA D2 / 3 receptora, čo nepriamo korelovalo s BMI [7]. Tieto údaje naznačujú zapojenie dopaminergného deficitu do patologického stravovacieho správania a obezity.
Anatomické, funkčné a metabolické asymetrie medzi hemisférami v zdravom mozgu boli široko akceptované.8,9]. V poslednej dobe sa zvyšuje záujem o neurochemickú asymetriu a jej asociácie s neuropsychiatrickými stavmi, ako je stres [10] a pokles kognitívnych funkcií [11]. Hoci niektoré štúdie naznačujú súvislosť medzi dopaminergnou funkciou a BMI pri patologickom stravovacom správaní a obezite [12,13], ako je dopaminergný systém spojený s individuálnym rozdielom BMI u neobéznych subjektov je do značnej miery neznámy. Niekoľko štúdií sa okrem toho snažilo otestovať možné spojenie medzi dopaminergnou asymetriou a BMI.
Táto štúdia bola zameraná na stanovenie vzťahu dostupnosti DA D2 / 3 receptora v striatálnych subregiónoch a jeho asymetriu s BMI u neobéznych subjektov s použitím [11C] racloprid, rádioligand receptor DA D2 / 3 a pozitrónovú emisnú tomografiu (PET).
MATERIÁLY A METÓDY
Predmety
Neobézni zdraví muži boli prijatí do reklamy. Vylúčili sme jedincov s anamnézou neurologických alebo psychiatrických porúch, ako je epilepsia, poranenie hlavy a depresia. BMI, vypočítané ako hmotnosť (kg) / výška2 (m2), boli získané počas náborových postupov a obézni jedinci, definovaní ako BMI> 30 kg / m2, boli vylúčené. Dvadsaťpäť neobéznych zdravých mužov (priemer (± SD) veku 23.3 ± 2.9 y [18-29 y]; priemer BMI 22.0 ± 2.5 [17.6-28.0]; priemerná telesná hmotnosť 67.5 ± 8.5 kg [54.0-85.0 kg ]) sa zúčastnil na štúdii po písomnom informovanom súhlase (Tabuľka 1). Všetci pacienti mali pravú ruku. Päť subjektov boli fajčiari, ktorí boli požiadaní, aby pred skenovaním nezmenili svoje fajčiarske návyky.
PET scan
Skeny PET sa získali použitím skenera Siemens ECAT EXACT 47 PET (CTI / Siemens, Knoxville, TN, USA) u subjektov 15 alebo skenera GE Advance PET (GE Medical Systems, Waukesha, WI, USA) v subjektoch 10. Protokoly snímania obrazu boli rovnaké pre dva skenery a obrazy boli rekonštruované pomocou parametrov odporúčaných výrobcom každého skenera. Analyzovali sme obrazy všetkých subjektov ako jeden fond. Po skenovaní 10-min, [11C] racloprid bol podávaný v injekčnej striekačke 48-ml (priemerná aktivita 29.3 ± 16.8 mCi) a podávaný pomocou počítačom ovládanej pumpy s pevným časovým harmonogramom: v čase 0 bola podávaná bolusová dávka 21 ml počas 1 min a potom rýchlosť infúzie bola znížená na 0.20 ml / min a bola udržiavaná počas zostávajúceho času. Pomer bolus k infúzii (Kbol) bola 105 min. Tento protokol bol vybraný na základe optimalizačného postupu, ktorý vyvinul Watanabe a spolupracovníci, o ktorom je známe, že je optimálny pri stanovení rovnovážneho stavu v približne 30 min po začatí injekcie rádioligandu [14].
Údaje o emisii sa zbierali v trojdimenzionálnom režime pre 120 min ako 30 po sebe idúce obrazové rámce s rastúcim trvaním (3 × 20 s, 2 × 1 min, 2 × 2 min, 1 × 3 min. , PET obrazy získané pomocou skenera Siemens ECAT EXACT 22 PET boli rekonštruované pomocou filtra Shepp-Logan (hraničná frekvencia = 5 mm) a zobrazené v matici 47 × 0.35 (veľkosť pixelov = 128 × 128 mm s hrúbkou rezu 2.1 mm). Obrázky z PET Advance skenera GE Advance boli rekonštruované v matici 2.1 × 3.4 (veľkosť pixelov = 128 × 128 mm s hrúbkou rezu 1.95 mm) pomocou Hanningovho filtra (medzná frekvencia = 1.95 mm).
Analýza obrázkov
Stav pokojového stavu DA D2 / 3 receptorová dostupnosť bola hodnotená pomocou PET obrazov 30-50 min po [11C] injekciu raclopridu, počas ktorej viazanie rádioligandu dosiahlo rovnováhu. Štyri PET rámy počas tohto obdobia boli prepracované a sumarizované pre coregistráciu s jednotlivými MR obrazmi a transformáciou do štandardizovaného stereotaxického priestoru pomocou automatizovaného porovnávania funkcií do šablóny MNI. [11C] Väzbový potenciál raclopridu (BP) ako miera dostupnosti receptora DA D2 / 3 sa vypočítala voxel-múdovým spôsobom, aby sa generovali parametrické obrazy BP s použitím cerebellu ako referenčnej oblasti, ako (Cvoxel-Ccb) / Ccb [15], kde Cvoxel je aktivita v každom voxeli a Ccb je priemerná aktivita v mozočku. Oblasti záujmu (ROI) boli ručne nakreslené na koronálnych rezoch mozgového MR obrazu s vysokým rozlíšením (mozog Colin) na ľavej a pravej striatálnej subregióne (dorzálny putamen, dorzálny kaudát a ventrálne striatum). Hranice ROI boli vymedzené podľa predtým vyvinutej metódy [16]. Pomocou týchto ROI boli hodnoty hodnôt BP v striatálnych subregiónoch extrahované z jednotlivých obrazov BP (Obr. 1). Tiež index asymetrie BP (AI)BP) bola vypočítaná ako (pravá ľavá) / (pravá + ľavá) pre každú striatálnu subregión, takže kladná hodnota označuje vyššiu AIBP na pravej strane vľavo. Vzťahy [11C] racloprid BP a AIBP s BMI boli testované pomocou dvojitej Pearsonovej korelácie s SPSS 16.0 (Chicago, Illinois).
VÝSLEDKY
[11C] Racloprid BP v žiadnej zo šiestich striatálnych subregiónov nemal významnú koreláciu s BMI (r = -0.25, p = 0.23 v ľavom dorzálnom putamene; r = -0.14, p = 0.52 v pravom dorzálnom putamene; r = -0.22 , p = 0.30 v ľavej dorzálnej kaudate, r = -0.18, p = 0.40 v pravej dorzálnej kaudate, r = -0.18, p = 0.40 v ľavom ventrálnom striate, r = -0.19, p = 0.36 v pravej ventrálnej dutine striatum). Medzi AI však existovala výrazná pozitívna koreláciaBP v dorzálnom putamene a BMI (r = 0.43, p <0.05) (Obr. 2), čo naznačuje, že väčšie BMI je spojené s vyššou dostupnosťou receptora D2 / 3 v pravom dorzálnom putamene vzhľadom na ľavú stranu. AIBP v dorzálnom kaudáte a ventrálnom striatu nemala významnú koreláciu s BMI (r = 0.01, p = 0.98 v dorzálnej kaudáte; r = -0.13, p = 0.53 vo ventrálnom striate).
DISKUSIA
V tejto štúdii sme skúmali vzťah dostupnosti DA D2 / 3 receptora v striatálnych subregiónoch a jeho asymetriu s BMI u neobéznych zdravých mužov.11C] racloprid PET. Neexistoval žiadny priamy vzťah medzi dostupnosťou striatálneho D2 / 3 receptora a BMI u našich neobéznych subjektov. To je v súlade so správou Wang et al. [7] použitím [11C] racloprid PET. Hoci zistili inverznú koreláciu medzi dostupnosťou striatálneho receptora D2 a BMI u obéznych jedincov, žiadna takáto korelácia nebola pozorovaná u neobéznych kontrol. Zistili sme však asociáciu BMI s pravou ľavou asymetriou v dostupnosti D2 / 3 receptora v dorzálnom putamene u neobéznych subjektov.
Ako súčasť systému učenia sa a odmeňovania je striatum jadrom štruktúry dopaminergných neuronálnych obvodov, ktoré sprostredkovávajú posilňujúci účinok jedla a iných odmien, vrátane liekov zneužívaných ľuďmi. Boli hlásené funkčné rozdiely medzi dorzálnym a ventrálnym striatom v potravinovej motivácii. Pôsobenie dorzálneho striata bolo podstatnejšie pre samotné stravovacie správanie a jeho príjemnosť [13], zatiaľ čo ventrálna striatum bola citlivejšia na podnety z potravy a očakávanú úroveň danej potravinovej stimulácie [17]. Štúdie na myšiach [12], ako aj ľudí [18] navrhli diferenciálne úlohy DA v dorzálnom a ventrálnom striatu pri regulácii príjmu potravy. Pojem, že DA v dorzálnom striate je zapojený do udržiavania kalorických požiadaviek na prežitie, zatiaľ čo DA vo ventrálnom striate je zapojený do odmeňovania vlastností potravy. To môže byť spojené priamo alebo nepriamo so spojením medzi BMI a asymetriou dostupnosti D2 / 3 receptora v dorzálnom putamene u našich neobéznych subjektov, pretože príjem potravy u jedincov s normálnou hmotnosťou je pravdepodobne regulovaný kalorickými požiadavkami, nie posilňujúcou vlastnosťou potravín.
Mnohé dôkazy naznačujú, že ľudský mozog je anatomicky a funkčne lateralizovaný. Kým asymetrie v DA a iných neurotransmiteroch boli hlásené v postmortálnom ľudskom mozgu [19], molekulárne a funkčné zobrazovacie techniky odhalili dôkazy o neurochemických asymetriách v živom ľudskom mozgu, ktoré poskytujú viac príležitostí na priame preskúmanie vzťahu medzi laterálnosťou mozgu a ľudským správaním a funkciou. Štúdie PET a SPECT (jednofotónová emisná počítačová tomografia) u zdravých jedincov ukázali hemisférické asymetrie u dopaminergných markerov v striate, vrátane dostupnosti DA D2 / 3 receptora [20], Hustota transportéra DA [21] a schopnosť syntézy DA [22]. Aj keď tieto štúdie uvádzali, že populácia je orientovaná smerom k vyšším hodnotám viazania rádioligandov v pravici v porovnaní s ľavým striatom na základe skupinových priemerov, existujú značné individuálne rozdiely, a to nielen v rozsahu, ale aj v smere asymetrie. U zvierat sa preukázalo, že individuálne rozdiely v dopaminergnej asymetrii sú spolu s alebo predpovedajú individuálne rozdiely v priestorovom správaní a reaktivite stresu, ako aj citlivosť na stresovú patológiu a citlivosť na liek [23]. U ľudí boli hlásené asociácie medzi kognitívnymi funkciami a modelom asymetrie v dostupnosti DA D2 / 3 receptora [24]. Naše zistenia ukazujú významnú súvislosť medzi BMI a smerom a rozsahom asymetrie v striatálnej dostupnosti D2 / 3 receptora u neobéznych subjektov.
U našich obéznych jedincov bol väčší BMI spojený s vyššou dostupnosťou receptora D2 / 3 v pravom dorzálnom putamene vzhľadom na ľavú stranu. To je v protiklade s predchádzajúcou štúdiou, ktorá ukazuje, že väčšia pozitívna motivačná motivácia bola spojená s vyššou dostupnosťou receptora D2 / 3 vľavo vzhľadom na pravý putamen. [24]. Opačný smer asymetrie môže naznačovať rôzne neurochemické mechanizmy, ktoré sú základom regulácie príjmu potravy medzi obéznymi a obéznymi jedincami.
Naša štúdia má niekoľko obmedzení. Po prvé, traja z našich jedincov mali BMI vyššie ako 25, ich BMI možno klasifikovať do skupín s nadváhou (23.0-24.9) alebo obezitou (≥25.0) podľa ázijských kritérií. Naša skupina je však zložená zo zdravých mladých dospelých a vzhľadom na to, že BMI súvisí nielen s beztučnou hmotou, ale v menšej miere aj s stavbou tela, sme tieto subjekty klasifikovali ako neobézne subjekty s nadváhou podľa stanoviska. Konzultácie expertov WHO [25], ktorá navrhla zachovať súčasné medzinárodné klasifikácie obezity (≥30.0). Aby sme vylúčili možný vplyv zahrnutia hraničných jedincov s nadváhou v našej súčasnej štúdii, znovu sme testovali našu štatistickú analýzu s pacientmi s 22 po vylúčení týchto troch subjektov. Výsledky ukázali vyššiu koreláciu ako analýza vykonaná s pacientmi s 25 a ukázala tiež zvýšenú hladinu významnosti (r = 0.55, p = 0.008). Po druhé, keďže [11Väzba C] raclopridu je citlivá na kompetíciu s endogénnou DA, je ťažké určiť, či asymetria dostupnosti DA D2 / 3 receptora reprezentuje hustotu receptora alebo úroveň endogénnej DA. Väzba DA D2 / 3 meraná pomocou [11C] racloprid je heterogénny v striatálnych oblastiach s vyššou väzbou v dorzálnom striate, ako v ventrálnom striatu [26]. Tak, [11C] racloprid PET nemusí mať dostatočnú citlivosť na detekciu jemných interindividuálnych a interregionálnych rozdielov v dostupnosti receptora D2 / 3 vo ventrálnom striate. Ďalšie štúdie sú potrebné na preskúmanie dopaminergného systému v limbických striatálnych a extrastriatálnych oblastiach pomocou rádioligandov, ktoré majú vyššiu afinitu a selektivitu pre receptory DA D3. Nakoniec, relatívne malá vzorka, ktorá pozostávala len zo samcov, obmedzovala zovšeobecniteľnosť našich zistení.
Na záver, tieto výsledky naznačujú asociáciu medzi BMI a modelom asymetrie v dostupnosti DA D2 / 3 receptora v dorzálnom putamene u neobéznych jedincov, takže väčšie BMI je spojené s vyššou dostupnosťou receptora v pravom dorzálnom putamene v porovnaní s ľavý. Informácie, ktoré súvisia s neurochemickou lateralizáciou DA nielenže naznačuje dôležitejšie predpovedanie klinického priebehu nástupu obezity alebo vývoja ochorenia súvisiaceho s príjmom potravy, ako je mentálna anorexia a bulímia, fungovalo by ako biomarker na predpovedanie prognózy liečby tohto ochorenia. Naše výsledky v kombinácii s predchádzajúcimi poznatkami môžu tiež naznačovať neurochemické mechanizmy, ktoré sú základom regulácie príjmu potravy u neobéznych jedincov. To môže mať dôležité dôsledky na pochopenie a predvídanie individuálnych rozdielov v reakcii na odmeny spojené s jedlom a na vývoj „obezity“ z „neobézneho stavu“.
Poďakovanie
Táto štúdia bola podporená z grantov Kórejskej národnej výskumnej nadácie (NRF-2009-0078370, NRF-2006-2005087) financovaných Ministerstvom vedy, IKT a plánovania budúcnosti Kórejskej republiky a z grantu Kórejského výskumu a vývoja v oblasti zdravotníckej technológie. Projekt, Ministerstvo zdravotníctva a sociálnych vecí, Kórejská republika (HI09C1444 / HI14C1072). Táto štúdia bola podporená aj grantom z výskumného fondu nemocníc Nemocnice Seoul National University Bundang (02-2012-047).
Referencie
;
