L Maayan,2,4 * C Hoogendoorn,1* V pot,1 a A. Convit1,3,4
Obezita (Silver Spring). 2011 júl; 19 (7): 1382 – 1387.
1 Katedra psychiatrie, New York University School of Medicine, 550 First Avenue, New York, NY 10016, USA.
2 Katedra detskej psychiatrie, New York University School of Medicine, 550 First Avenue, New York, NY 10016, USA.
3 Katedra medicíny, New York University School of Medicine, 550 First Avenue, New York, NY 10016, USA.
4 Nathan Kline Inštitút pre psychiatrický výskum, 140 Old Orangeburg Rd. Orangeburg NY 10962, USA
U dospelých bola obezita spojená s disinhibovaným jedlom, zníženým objemom kortikálnej šedej hmoty a nižším výkonom pri kognitívnom hodnotení. O týchto vzťahoch v adolescencii je známe oveľa menej a v tej istej skupine účastníkov štúdie sa neuskutočnili žiadne štúdie hodnotiace behaviorálne, kognitívne a neurostruktúrne opatrenia. Táto štúdia skúmala vzťah medzi obezitou, výkonnou funkciou, disinhibíciou a objemom mozgu v relatívne zdravej mladosti. Medzi účastníkmi boli 54 obézni a štíhly adolescenti 37. Účastníci dostali kognitívnu batériu, dotazníky o stravovacích návykoch a zobrazovanie magnetickou rezonanciou (MRI). Neuropsychologické hodnotenia zahŕňali úlohy zamerané na funkciu frontálneho laloku. Správanie pri konzumácii potravy sa určilo pomocou dotazníka Three Factor Eating Questionnaire (TFEQ) a štrukturálne MRI sa uskutočňovali na systéme 1.5 T Siemens Avanto MRI System (Siemens, Erlangen, Nemecko), aby sa určili objemy šedej hmoty v mozgu. Štíhly a obézni adolescenti boli porovnaní s vekom, rokmi vzdelávania, pohlavím a sociálno-ekonomickým postavením. V porovnaní s chudobnými adolescentmi mali obézni účastníci výrazne vyššie hodnotenie disinhibície na TFEQ, nižšiu výkonnosť pri kognitívnych testoch a nižšom objeme orbitofrontálneho kortexu. Disinhibícia významne korelovala s Body Mass Indexom, skóre Stroop Color-Word a objemom orbitofrontálneho kortexu. Toto je prvá správa o týchto asociáciách u adolescentov a poukazuje na dôležitosť lepšieho porozumenia asociácií medzi neurostrukturálnymi deficitmi a obezitou.
Kľúčové slová: obezita, adolescenti, disinhibícia, MRI, čelné laloky, poznanie, orbitofrontálny kortex
úvod
Prevalencia detskej a adolescentnej obezity v USA sa od 1970u viac ako strojnásobila. Hoci nedávne dôkazy naznačujú, že detská obezita sa mohla vyrovnať, súčasné vysoké miery predpovedajú hroziaci problém verejného zdravia zahŕňajúci kardiovaskulárne a endokrinné ochorenia (1).
Disinhibícia v stravovacích návykoch, ktorá je čiastočne charakterizovaná náchylnosťou k jedlu oportunisticky v reakcii na environmentálne podnety, je už dlho spojená s obezitou u mladých aj dospelých (2). Súvisiace zlyhanie kontroly v kalorickom príjme, ktoré vedie k prípadnej obezite, sa môže vyskytnúť v niekoľkých úrovniach v mozgu vrátane hypotalamu (3) a podľa novšej práce v mozgovej kôre (4). Séria funkčných neuroimagingových štúdií u chudobných a obéznych jedincov v hladových aj kŕmených stavoch ukázala niekoľko kortikálnych oblastí vrátane predného cingulátu, mediálneho prefrontálneho (5), insula, posterior cingulate, temporal a orbitofrontal cortices (6), aby boli diferencovane aktivované v závislosti od úrovne sýtosti a BMI, čo naznačuje ich zapojenie do regulácie kalorického príjmu. Pochopenie OFC ako kľúčovej oblasti v inhibícii správania sa siaha až k prípadu Phineas Gage, nešťastnej 19th storočia, ktorý prežil nehodu, ktorá pravdepodobne poškodila jeho orbitofrontálnu kôru, čo malo za následok zmeny osobnosti a zvýšenú impulzívnosť (7).
Neurostruktúrne nálezy boli tiež korelované s indexom telesnej hmotnosti (BMI). V malej štúdii u žien 55 rokov vo veku a starších, ktoré využívali morfometriu na báze voxelu (VBM), BMI negatívne korelovalo s objemom šedej hmoty v niekoľkých frontálnych oblastiach vrátane ľavého orbitofrontálneho, pravého spodného frontálneho a pravého predcentrálneho gyriu. do iných regiónov vrátane pravého mozočka, ako aj veľkej pravej zadnej oblasti zahŕňajúcej parahippokampálne, fusiformné a lingválne gyry (8). Väčšia štúdia dospelých pacientov s 1,428 zistila negatívnu koreláciu medzi mužmi medzi BMI a celkovou šedou hmotou, ako aj špecifickými oblasťami mozgu, ako sú bilaterálne mediálne temporálne laloky, okcipitálne laloky, frontálne laloky, prekuneus, stredný mozog a predný lalok cerebellu (9). Ďalšia štúdia VBM ukázala, že obézni dospelí majú nižšiu hustotu šedej hmoty v oblastiach ako frontálny operkulum, stredný frontálny gyrus, post-centrálny gyrus, ako aj putamen (10). Naša skupina opísala neurostrukturálne abnormality u obéznych adolescentov s typom 2 diabetes mellitus (T2DM) (26), ale podľa našich vedomostí neboli tieto nedostatky opísané u obéznych mladých ľudí bez T2DM.
Okrem štrukturálnych nálezov, kognitívne hodnotenia ukázali, že výkonné funkcie a inhibícia odpovede môžu byť ohrozené u dospelých aj dospievajúcich obéznych jedincov. Jedna štúdia využívajúca pozitrónovú emisnú tomografiu (PET) a kognitívne testy zistili, že obézni dospelí mali znížený základný metabolizmus prefrontálneho glukózy, ako aj znížený výkon pri úlohe Stroop, test selektívnej pozornosti a výkonnej funkcie (11). Iné štúdie výkonnej funkcie a inhibície odpovede u dospelých preukázali negatívnu asociáciu týchto premenných s BMI (12-14). Mimoriadne obézni adolescenti okrem toho vykazujú v porovnaní s normatívnymi údajmi znížené fungovanie výkonných úloh (15).
Predpokladali sme, že v súlade s predchádzajúcimi zisteniami pomocou dotazníka Three Factor Eating Questionnaire (TFEQ) by obézni adolescenti mali vyššie hodnotenie samohlásenej disinhibície v stravovacích návykoch. Ďalej sme predpokladali, že obézni adolescenti by mali nižšie skóre pri hodnotení výkonnej funkcie a zníženej integrite neurostrukturálnych meraní frontálneho laloku (objemy šedej hmoty na báze MRI, ako aj regionálne objemy mozgu). Okrem toho sme predpokladali, že disinhibícia na TFEQ bude negatívne asociovaná s kognitívnymi skóre na relevantných doménach, ako aj s meraniami mozgových oblastí založených na MRI zapojených do inhibície odpovede a výkonnej kontroly.
Metódy
Účastníci a postupy
Deväťdesiatjeden mladých ľudí (14 - 21 rokov / o), 37 chudých (BMI <25 kg / m2 alebo pomer pása k výške <0.5) a 54 obéznych (BMI ≥ 30 kg / m2 alebo> 95 percentilov pre BMI pre vek a pohlavie). Osemdesiatjeden z nich (36 štíhlych, 45 obéznych) podstúpilo MRI. Desať dospievajúcich nedostalo MRI z nasledujúcich dôvodov: dvaja nedodržali svoje termíny, jeden bol tehotný a my sme sa rozhodli urobiť chybu z dôvodu bezpečnosti, jeden neznášal MRI (klaustrofóbia) a šiesti mali BMI> 50 kg / m2 a prekročil veľkosť tela, ktorá by mohla byť skenerom umiestnená.
Štíhly účastníci mali priemerný vek 17.3 ± 1.6 rokov a obézni 17.5 rokov ± 1.6 rokov. Obidve skupiny boli tiež porovnané s rokmi vzdelávania, pohlavia a sociálno-ekonomického postavenia a všetky boli v kognitívne normálnom rozsahu. Dôkazy o neurologických, lekárskych (iných ako dyslipidémii, inzulínovej rezistencii kratšej ako T2DM, ochorení polycystických ovárií alebo hypertenzii) alebo psychiatrickej chorobe (vrátane depresie a alkoholu alebo iných návykových látok) vylúčili jednotlivcov z účasti na štúdii. T2DM tiež vylúčil jednotlivcov z účasti. Účastníci a ich rodičia poskytli písomný informovaný súhlas a boli odškodnení za svoj čas a nepríjemnosti. Študijný protokol bol schválený Inštitútom inštitucionálneho preskúmania Inštitútu lekárskej fakulty New York University School of Medicine.
Všetci účastníci štúdie mali odobranú vzorku krvi po rýchlom hodine 10-hodinu cez noc na stanovenie hladiny glukózy, inzulínu, lipidov a zápalových markerov (vysoká citlivosť C-reaktívneho proteínu; hs-CRP). Glukóza sa merala použitím glukózoxidázovej metódy (VITROS 950 AT, Amersham, Anglicko), inzulínu chemiluminiscenciou (Advia Centaur, Bayer Corporation) a CRP sa merala v plazme s použitím enzymatického imunotestu (Vitros CRP slide, Ortho Clinical Diagnostics). Citlivosť na inzulín sa stanovila pomocou hodnotenia homeostázového modelu inzulínovej rezistencie (HOMA-IR).
Hodnotenie
Neuropsychologické hodnotenie
Uskutočnili sme rozsiahle hodnotenie neurokognitívnych funkcií vrátane intelektuálnych výsledkov, nedávnej pamäte, pracovnej pamäte, pozornosti a výkonných funkcií. Predpokladali sme, že medzi štíhlymi a obéznymi adolescentmi budú existovať rozdiely vo funkciách predného laloku, a preto sme naše analýzy obmedzili na neurokognitívne testy, ktoré odrážajú integritu čelného laloku a nedotknuté výkonné funkcie, konkrétne Test združovania kontrolovaného ústneho slova (COWAT), Test tvorby chodníka časti A & B, Stroop Task, Attention / Concentration Index of the Wide Range Assessment of Learning and Memory (WRAML) and Working Memory Index of the WRAML. S výnimkou WRAML a Stroop, ktoré poskytujú vekovo korigované štandardné skóre, sa uvádzajú surové skóre. Všetky podávané testy sú štandardnými neuropsychologickými prístrojmi, ktoré sú podrobne opísané inde (16).
Dotazník na stravovanie troch faktorov (TFEQ)
Charakteristiky stravovacieho správania sa hodnotili pomocou TFEQ. TFEQ je nástroj 51, ktorý sa skladá z troch podkapitol merania obmedzenia (tj kognitívne riadenie jedla; 21 položky), disinhibition (tj citlivosť jedenia v reakcii na emocionálne faktory a zmyslové podnety; položky 16) a hlad (tj citlivosť jedenia v reakcii na pocity hladu; položky 14). TFEQ sa podával približne jednu hodinu po obede.
MRI akvizície a obrazové analýzy
Všetci jedinci boli študovaní na rovnakom MRI systéme 1.5 T Siemens Avanto, ktorý má priemer otvoru 65 palca a stôl vhodný pre jednotlivca 400 libra. Získali sme T1-vážené magnetizáciou pripravené magnetické snímky s rýchlym snímaním (MPRAGE; TR 1300 ms; TE 4.38 ms; TI 800 ms; FOV 250 × 250; hrúbka rezu 1.2 mm; NEX 1; uhol natočenia 15 °; veľkosť matice 256 × 256, 192 koronálne rezy).
Objemová analýza WM / GM
Priestorová normalizácia a segmentácia obrazov MPRAGE využívali automatizované postupy, ako je opísané v (17) softvér štatistického parametrického mapovania (SPM5). Obrázky MPRAGE boli najprv korigované na nerovnomernosť signálu a priestorovo normalizované na štandardnú šablónu T1 Montreal Neurological Institute. Pomocou algoritmu klasifikácie tkanív v SPM5 sme rozdelili normalizované obrazy MPRAGE do ich šedej hmoty (GM), bielej hmoty (WM) a mozgovo-spinálnej tekutiny (CSF), ktoré sú mapami reprezentujúcimi pravdepodobnosť klasifikácie každého voxelu. GM, WM alebo CSF. Tieto segmentované oddiely boli následne normalizované na ich príslušné štandardné šablóny. Okrem vykonania hodnotenia celého mozgu a vzhľadom na to, že počas adolescencie stále prebieha myelinizácia frontálneho laloku, využili sme dve rôzne šablóny na odvodenie oblastí záujmu (ROI) v prednom laloku. Išlo o SPM Automatic Anatomic Labelling (AAL) (18) a naša spoľahlivá metóda parcelácie frontálneho laloku (19). AAL templát sa použil na odvodenie celkového frontálneho laloku, prednej cingulárnej oblasti a orbitofrontálnej oblasti. Na odvodenie prefrontálnej oblasti sa použila naša vlastná parcelačná metóda (frontálny lalok mínus doplnková motorická oblasť). Kvantifikovali sme podiely WM, GM, CSF objemov v celom mozgu a frontálnych oblastiach na úrovni prípadov tak, že sme najprv mapovali regióny na každý segmentový segment a potom spriemerovali hodnoty medzi subjektmi pre každú z týchto dvoch skupín.
Štatistické analýzy
Vykonali sme dvojstranné nezávislé vzorky t-testov, ktoré skúmali skupinové rozdiely v demografických údajoch, endokrinných údajoch, kognitívnych údajoch a objemoch mozgu, ako aj Pearsonove korelácie medzi dezinhibičným skóre TFEQ a BMI, skóre farebných slov Stroop a objemom šedej hmoty orbitofrontálnej kôry. Údaje, ktoré boli viac ako 2 štandardné odchýlky od priemeru skupiny pre túto premennú, boli vylúčené. Vzhľadom na to, že v regionálnych objemoch mozgu existuje individuálna variabilita súvisiaca s celkovou veľkosťou hlavy, zmerali sme každému jednotlivcovi veľkosť intrakraniálnej klenby (ICV) a na úpravu regionálnych objemov mozgu sme použili hodnoty ICV. Preto, aby bola porovnateľnosť s inými štúdiami a aby čitateľ získal predstavu o veľkosti skúmaných oblastí mozgu, ukazuje tabuľka popisujúca regionálne objemy mozgu hrubé (nereziduálne) objemy. Avšak štatistické porovnanie a význam a veľkosť účinku pre všetky prezentované zobrazenia využívali objemy upravené (reziduálne) objemy mozgu.
výsledky
Demografia a endokrinné údaje
Skupiny pacientov boli porovnané pre vek, pohlavie, školský stupeň a sociálno-ekonomický status Hollingshead (SES). Obézni účastníci boli podľa definície vyšší v BMI a podľa očakávania mali vyšší systolický a diastolický krvný tlak, inzulín nalačno a hladiny glukózy (ale všetky v normoglykemickom rozsahu), ako aj hodnotenie homeostatického modelu inzulínovej rezistencie (HOMA-IR). ), triglyceridy, cholesterol s nízkou hustotou lipoproteínov (LDL) a vysoko citlivý C-reaktívny proteín (CRP). Obézni pacienti mali tiež významne nižšie hladiny lipoproteínov s vysokou hustotou (HDL). Pozrite si prosím Tabuľka 1.
| Tabuľka 1 Demografia a endokrinné charakteristiky chudobných a obéznych dospievajúcich skupín |
Dotazník pre stravovanie troch faktorov
Obézni adolescenti dosiahli významne vyššie skóre ako štíhli účastníci v súvislosti s faktorom dezinhibície v dotazníku na konzumáciu troch faktorov (6.85 ± 3.55 oproti 3.91 ± 1.96, p <0.000, kohenovým d (d) = 1.07), ako aj hladovým faktorom (6.60 ± 3.37 vs. 4.68 ± 2.84, p = 0.008, d = 0.81) a faktor kognitívnych obmedzení (9.19 ± 4.30 oproti 6.78 ± 4.11, p = 0.012, d = 0.57). Upozorňujeme, že sme tieto analýzy zopakovali pre podskupinu 81 účastníkov s MRI a výsledky sa v podstate nezmenili (údaje nie sú zobrazené).
Kognitívne opatrenia
Obézni adolescenti mali v porovnaní s chudobnými adolescentmi horší kognitívny výkon v každej úlohe frontálneho laloku, najvýraznejší pre Stroop (miera inhibície) a index pracovnej pamäte WRAML, aj keď sme kontrolovali odhadovaný IQ. Pozrite si prosím Tabuľka 2.
| Tabuľka 2 Kognitívne rozdiely medzi chudými a obéznymi dospievajúcimi skupinami |
Keďže subjekty 10 nedostali MRI vyhodnotenie (podrobnosti sú uvedené v časti vyššie uvedené v časti Účastník a postupy), opakovali sme naše analýzy pre podskupinu adolescentov 81, ktorí mali MRI a smer a význam kognitívnych výsledkov zostali nezmenené (údaje neukázané).
Zobrazovanie mozgu
Objem šedej hmoty v prednej časti laloku (v cm3) bol u obéznych adolescentov (265.3 ± 29.5 vs. 269.6 ± 26.7; zmenšený 0.00369 ± 0.018312 vs. −0.00609 ± 0.014076, p = 0.139, p = 0.35, p = 32.3, p = 3.68) menší, aj keď nie štatisticky významný. d = 33.3). Všimnite si prosím, že hoci absolútne rozdiely medzi týmito objemami boli malé, analýzy sa uskutočnili po vynechaní na základe ICV a hodnoty významnosti a veľkosti efektov odrážajú tieto analýzy. Aby sme mohli kontrolovať možné vývojové vplyvy veku na predné a mozgové objemy, znovu sme rozbehli naše analýzy v závislosti od veku. Zistili sme významne nižšie objemy šedej hmoty pre obéznu mládež v orbitofrontálnom kortexe (3.99 ± 0.00781 vs. 0.024944 ± 0.01227; reziduálny 0.018947 ± 0.005 vs. −0.66 ± XNUMX, p = XNUMX, d = XNUMX). Rozdiely v objemovej skupine OFC sa nezmenili po kontrole systolického krvného tlaku alebo HOMA-IR. Ďalšie hodnotené oblasti mozgu, vrátane prefrontálneho kortexu a predného cingulárneho kortexu, sa významne nelíšili medzi obéznymi a chudými účastníkmi. Vzájomné zmeny veku nezmenili žiadny z týchto vzťahov.
Asociácie
Našli sme významné asociácie medzi TFEQ a kognitívnymi, BMI a MRI objemovými mierami. Konkrétne skóre dezinhibičného faktora na TFEQ ukázalo významnú koreláciu s BMI (r (81) = 0.406, p <0.001), skóre Stroop Color-Word (r (77) = -0.272, p = 0.017) a sivým OFC objem hmoty (r (71) = -0.273, p = 0.021). Aby sme ďalej porozumeli vzťahu medzi objemom OFC a dezinhibíciou, skúmali sme asociáciu osobitne pre tieto dve skupiny. Zistili sme, že neexistovala žiadna súvislosť medzi dezinhibíciou a objemom OFC u obéznych jedincov (r (40) = −0.028, p = 0.864), zatiaľ čo tu bola silná asociácia pre štíhlu skupinu (r (31) = −0.460, p = 0.009). Asociácie medzi skóre dezinhibičného faktora a BMI a Stroopom zostali významné pre podskupinu jedincov s MRI (údaje nie sú uvedené).
Diskusia
Ako sa očakávalo, obézni dospievajúci mali na TFEQ výrazne vyššie hodnotenie dezinhibície, hladu a kognitívnych obmedzení. Hoci vyššie úrovne kognitívnych obmedzení u obéznych adolescentov by sa pri prvej inšpekcii javili ako kontraintuitívne, je v súlade s opísaným modelom „rigidného obmedzenia“, v ktorom jednotlivec s disinhibovaným jedlom a kognitívnym obmedzením môže mať tendenciu obmedzovať potraviny v niektorých situáciách, ale v iných prípadoch sa prehnane preháňa. (20).
Naše nové neurostruktúrne výsledky u obéznych adolescentov sú v súlade so zisteniami v literatúre pre dospelých (8, 9) preukazujúce zníženie objemu šedej hmoty. V našej adolescentnej vzorke boli tieto poklesy najvýraznejšie pre orbitofrontálnu kôru, oblasť mozgu dôležitú pri kontrole impulzov, ale tiež vykazovali slabý trend pre celý frontálny lalok. Sme špekulujú, že jemnejšie zníženie objemu, ktoré existujú v iných oblastiach mozgu u obéznych adolescentov, môže skutočne dosiahnuť štatistickú významnosť v rozšírenej vzorke.
Čo je dôležité pre túto správu, zistili sme, že skupina s nadmernou váhou má nielen vyššie skóre dezinhibície na TFEQ, ale nižší výkon pri kognitívnych testoch odrážajúcich mozgové funkcie sa považuje za ústredný faktor inhibície správania, dokonca aj pri kontrole IQ. Z oblastí predných lalokov a funkcií, ktoré sme merali, sme sa zaujímali najmä o zistenie vzťahu medzi faktorom inhibície TFEQ a OFC, mozgovej oblasti, ktorá je veľmi dôležitá pre inhibíciu správania (kontrola impulzov). Vybrali sme si Stroop, pretože je to jediný z našich úloh frontálneho laloku (vrátane tých, ktoré využívajú výkonné funkcie), ktoré konkrétne testujú schopnosť inhibovať automatizované reakcie. Toto je priama kognitívna paralelnosť behaviorálneho (disinhibičného faktora TFEQ) a mozgovej oblasti (OFC), ktorá sa tiež podieľa na inhibícii automatických odpovedí. Našim záujmom bolo zistiť funkčné (Stroop vs. iné frontálne úlohy, ktoré nemeria inhibíciu odozvy) a anatomickú (OFC) špecifickosť našich zistení a ich asociáciu s faktorom inhibície TFEQ.
Zistili sme tiež významné asociácie medzi hodnotami disinhibičného faktora a objemom BMI aj OFC. Keď sa vzťah medzi disinhibíciou a OFC objemom skúmal samostatne u chudých a obéznych účastníkov, zistili sme silnú negatívnu asociáciu len pre chudú skupinu. Je možné, že obézni jedinci už zažili kritickú úroveň disinhibition- (čo, ako sme ukázali, je spojený s BMI), pričom dodatočná disinhibition nie je tak jasne odráža v ďalších zmenách v OFC, ale možno v rôznych oblastiach mozgu alebo siete nie sú hodnotené tejto štúdie. Ďalšou možnosťou pre tieto rozdielne zistenia pre každú z dvoch váhových skupín je to, že vzhľadom na to, že obézne skupiny majú vyšší stupeň potvrdenia položiek, môžu byť náchylnejšie na problémy spoločenskej vhodnosti, a preto môžu byť menej pravdepodobné, že budú plne hlásiť rozsah ich dezinhibícia správania pri jedle, tlmenie asociácie v tejto skupine. Nakoniec je tiež možné, že obmedzenie rozsahu, konkrétne fenomény korelácií klesajú, keď sa rozptyl zníži, ako keď sa rozdelí naša vzorka na dve, čo by mohlo ovplyvniť naše výsledky.
Hoci naša štúdia zistila, že disinhibícia v správaní potravy je spojená so znížením výkonných funkcií a objemov frontálnych šedých hmôt, prierezová povaha nášho dizajnu nám neumožňuje zaoberať sa otázkou smerovosti alebo príčinných súvislostí. S tým sa hovorí, že existuje niekoľko možných teórií týkajúcich sa smerovania týchto združení.
Jednou z možností je, že primárne štrukturálne alebo funkčné deficity mozgu vedú k disinhibovanému jedlu a redukcii neurokognitívnych funkcií. Táto línia úvah je čiastočne podporovaná prácou, ktorá ukazuje disinhibíciu v stravovacom správaní na presadenie zvýšeného kalorického príjmu (21) a obezity (22). Je tiež v súlade s funkčnými zobrazovacími prácami, ktoré dokazujú, že jednotlivci, ktorí v reakcii na vizualizovaný príjem chutných potravín vykazujú slabšiu aktiváciu okruhov odmeňovania mozgov, sú vystavení zvýšenému riziku pre budúci nárast telesnej hmotnosti (23); Možno potrebujú väčší stimul (viac potravín) na odvodenie tej istej odozvy.
Ďalším možným vysvetlením je, že štrukturálne deficity mozgu ako tie, ktoré sa preukázali v tejto štúdii, vyplývajú z obezity as ňou súvisiacej inzulínovej rezistencie. Táto možnosť je podporená longitudinálnou štúdiou 24, ktorá ukázala zvýšenie BMI v strednom veku, čo súviselo so zníženým objemom temporálneho laloku v neskoršom veku (24). Podpora tohto efektu je aj naša práca u dospelých, kde zistíme, že hipokampálne objemy boli spojené s poruchami glukózovej tolerancie (25), ako aj u adolescentov s T2DM, kde nájdeme kognitívne poškodenia a zníženie objemu predných lalokov a mikroštrukturálnej integrity bielej hmoty (26). Predpokladáme, že inzulínová rezistencia spojená s obezitou, ktorú prejavuje naša skupina adolescentov s nadmernou váhou, môže prispieť k zníženiu výkonných funkcií a štrukturálnych deficitov. Popísali sme možný model týchto účinkov (27), v ktorých predpokladáme, že inzulínová rezistencia je spojená so zníženou reaktivitou mozgových ciev v súvislosti s endotelovou dysfunkciou. Vieme, že počas aktivácie mozgu, ako napríklad pri kognitívnej úlohe, dochádza k zvýšeniu synaptickej aktivity v mozgovej oblasti. V normálnom mozgu to vedie k regionálnej vazodilatácii, a tým k zvýšeniu dostupnosti glukózy v tomto regióne na podporu zvýšeného kognitívneho dopytu (28). Preto je vaskulárna reaktivita, ktorá je neoddeliteľnou súčasťou dobre regulovaného krvného prietoku mozgu, kľúčom k udržaniu optimálneho neurónového prostredia počas aktivácie mozgu (29). Výskum ukazujúci endotelovú dysfunkciu u obéznych detí, dokonca pred rozvojom diabetu (30), ďalej podporuje tento predpoklad. Okrem toho bol u našich obéznych adolescentov zvýšený zápalový marker C-reaktívny proteín (CRP). V štúdiách skúmajúcich veľké skupiny dospelých dospelí výskumníci zistili zvýšené hladiny zápalových cytokínov ako predpokladaných mediátorov kognitívneho poklesu u jedincov s metabolickým syndrómom (31-34). Možným mechanizmom pre tieto kognitívne účinky sú údaje o zvieratách, ktoré dokazujú, že nadbytok zápalových cytokínov môže znížiť dlhodobú potenciáciu (LTP), čo je proces, ktorý sa považuje za nevyhnutný pri konsolidácii pamäti v hipokampuse. Zápalové cytokíny môžu tiež spôsobiť zhoršenie neurogenézy a neuroplasticity, procesy nevyhnutné pre tvorbu spomienok a udržanie štruktúrnej nervovej integrity.
Tretia možnosť je, že tieto účinky sú obojsmerné, pričom behaviorálna disinhibícia predisponuje k obezite, čo môže negatívne ovplyvniť mozgové oblasti zodpovedné za výkonnú funkciu a inhibíciu kalorického príjmu, čo spôsobuje bludný cyklus dysfunkcie. Táto tretia možnosť by mohla pomôcť vysvetliť, prečo je pre jednotlivcov tak ťažké schudnúť, akonáhle sa získa.
Sme povzbudení skutočnosťou, že medzi niekoľkými mozgovými oblasťami, ktoré sme hodnotili, mala OFC, mozgová oblasť, ktorá bola preukázaná ako dôležitá pri inhibícii správania v štúdiách na zvieratách aj u ľudí, najvýraznejšiu redukciu objemu u obéznych adolescentov. Naše zistenia, vrátane nižšieho výkonu pri kognitívnych testoch, ktoré si myslia, že vyžadujú neporušenú OFC, spolu s redukciou objemu v tejto oblasti spojenej s disinhibíciou správania poukazujú na jeho pravdepodobný význam v prírastku hmotnosti.
Táto štúdia má niekoľko jasných obmedzení. Po prvé, ide o prierezový pohľad, ktorý nám neumožňuje komentovať jasnú príčinnú súvislosť. Po druhé, vzhľadom na našu relatívne skromnú veľkosť vzorky sme obmedzili naše merania na oblasti mozgu, pri ktorých sa v predchádzajúcich štúdiách zistilo, že sú spojené s obezitou alebo disinhibíciou, alebo na tie, ktoré by podľa našich teoretických dôvodov mohli byť súčasťou. Preto je možné, že môžu byť zapojené aj ďalšie oblasti mozgu, ktoré sme nehodnotili. Tretie obmedzenie našej štúdie je, že máme iba aktuálnu váhu účastníkov a nemôžeme komentovať trvanie obezity; vzorka, ktorú sme študovali, bude mať pravdepodobne značnú variabilitu v trvaní obezity a s ňou spojenej inzulínovej rezistencie. Napriek tomu má naša štúdia významné silné stránky, medzi ktoré patrí starostlivé porovnávanie medzi skupinami, multidimenzionálne hodnotenia vykonané a nezaujaté metódy MRI použité pri analýzach údajov MRI.
Aby sme lepšie porozumeli tu opísaným otázkam, budúca práca by mala hodnotiť subjekty pozdĺžne, sledovať vývoj obezity v čase a súčasne merať kognitívne, behaviorálne a neurostrukturálne zmeny. Alternatívne by sa naše chápanie mohlo zlepšiť aj prostredníctvom štúdie zameranej na skúmanie dôsledkov úspešnej liečby obezity (napr. Bariatrickej chirurgie), a tak zistiť, či niektoré z týchto deficitov sú reverzibilné. Okrem toho budúca práca by mala vyhodnotiť ďalšie možné súvisiace faktory, ako sú napríklad pro-protizápalové cytokíny, ako aj použitie citlivejších MRI techník, ako je difúzny tenzor (DTI).
|
| Obrázok 1 Asociácia medzi indexom telesnej hmotnosti a inhibíciou |
|
| Obrázok 2 Asociácia medzi objemom a inhibíciou šedej hmoty OFC u adolescentov (Lean a Obese) |
Poďakovanie
Štúdia bola podporená grantmi od National Institutes of Health R21 DK070985 a RO1 DK083537 a čiastočne podporovaná grantom1UL1RR029893 z Národného centra pre výskumné zdroje. Autori chcú oceniť deti a rodiny, ktoré sa zúčastnili na tomto výskume, ako aj Po Lai Yau a Valentin Polyakov pri zbere a spracovaní údajov a pomoci Allison Larr pri príprave tohto rukopisu.
poznámky pod čiarou
Finančné zverejnenia:
Žiadny z ostatných autorov nemá žiadne finančné / konfliktné záujmy na zverejnenie
Referencie
1. Ogden CL, Carroll MD, Flegal KM. Vysoký index telesnej hmotnosti pre vek u detí a dospievajúcich v USA, 2003-2006. JAMA. 2008; 299: 2401-5 [.PubMed]
2. Stunkard AJ, Messick S. Trojfaktorový stravovací dotazník na meranie diétneho obmedzenia, dezinhibície a hladu. J Psychosom Res. 1985; 29: 71-83 [.PubMed]
3. Schwartz MW, Woods SC, Porte D, Jr., Seeley RJ, Baskin DG. Riadenie príjmu centrálneho nervového systému. Nature. 2000; 404: 661-71 [.PubMed]
4. Korner J, Leibel RL. Jesť alebo nejesť - ako črevo hovorí s mozgom. N Engl J Med. 2003; 349: 926–8. [PubMed]
5. Martin LE, Holsen LM, Chambers RJ a kol. Neurálne mechanizmy spojené s potravinovou motiváciou u obéznych a zdravých dospelých dospelých. Obezita (Silver Spring) 2010; 18: 254 – 60.PubMed]
6. Del Parigi A, Gautier JF, Chen K a kol. Neuroimaging a obezita: mapovanie reakcií mozgu na hlad a nasýtenie u ľudí pomocou pozitrónovej emisnej tomografie. Ann NY Acad Sci. 2002; 967: 389-97 [.PubMed]
7. Damasio H, Grabowski T, Frank R, Galaburda AM, Damasio AR. Návrat Phineas Gage: stopy o mozgu z lebky slávneho pacienta. Science. 1994; 264: 1102-5 [.PubMed]
8. Walther K, Birdsill AC, Glisky EL, Ryan L. Štrukturálne rozdiely mozgu a kognitívne funkcie súvisiace s indexom telesnej hmotnosti u starších žien. Hum Brain Mapp. 2010; 31: 1052-64 [.PubMed]
9. Taki Y, Kinomura S, Sato K a kol. Vzťah medzi indexom telesnej hmotnosti a objemom šedej hmoty u zdravých jedincov 1,428. Obezita (Silver Spring) 2008; 16: 119 – 24.PubMed]
10. Pannacciulli N, Del Parigi A, Chen K, Le DS, Reiman EM, Tataranni PA. Abnormality mozgu v ľudskej obezite: morfometrická štúdia založená na voxeli. Neuroimage. 2006; 31: 1419-25 [.PubMed]
11. Volkow ND, Wang GJ, Telang F a kol. Inverzná súvislosť medzi BMI a prefrontálnou metabolickou aktivitou u zdravých dospelých jedincov. Obezita (Silver Spring) 2009: 17 – 60. [Článok bez PMC][PubMed]
12. Elias MF, Elias PK, Sullivan LM, Wolf PA, D'Agostino RB. Nižšia kognitívna funkcia za prítomnosti obezity a hypertenzie: štúdia Framingham srdca. Int J Obes Relat Metab Disord. 2003; 27: 260–8. [PubMed]
13. Gunstad J, Paul RH, Cohen RA, Tate DF, Spitznagel MB, Gordon E. Zvýšený index telesnej hmotnosti je spojený s výkonnou dysfunkciou u inak zdravých dospelých jedincov. Compr Psychiatria. 2007; 48: 57-61 [.PubMed]
14. Waldstein SR, Katzel LI. Interaktívne vzťahy centrálnej a celkovej obezity a krvného tlaku k kognitívnej funkcii. Int J Obes (Lond) 2006, 30: 201 – 7.PubMed]
15. Lokken KL, Boeka AG, Austin HM, Gunstad J, Harmon CM. Dôkazy o výkonnej dysfunkcii u extrémne obéznych adolescentov: pilotná štúdia. Surg Obes Relat Dis. 2009; 5: 547-52 [.PubMed]
16. Lezak MD, Howleson DB, Loring DW, Hannay HJ, Fischer JS. Neuropsychologické hodnotenie. Oxford University Press; New York: 2004.
17. Dobré CD, Scahill RI, Fox NC a kol. Automatická diferenciácia anatomických vzorcov v ľudskom mozgu: validácia so štúdiami degeneratívnych demencií. Neuroimage. 2002; 17: 29-46 [.PubMed]
18. Tzourio-Mazoyer N, Landeau B, Papathanassiou D a kol. Automatizované anatomické značenie aktivácií v SPM pomocou makroskopickej anatomickej parcelácie MNI MRI jediného subjektu. Neuroimage. 2002; 15: 273-89 [.PubMed]
19. Convit A, Wolf OT, de Leon MJ a kol. Volumetrická analýza pred frontálnych oblastí: nálezy v starnutí a schizofrénii. Psychiatry Res. 2001; 107: 61-73 [.PubMed]
20. Westenhoefer J, Broeckmann P, Munch AK, Pudel V. Kognitívna kontrola stravovacieho správania a disinhibičného účinku. Chuti do jedla. 1994; 23: 27-41 [.PubMed]
21. Yeomans MR, Leitch M, Mobini S. Impulzívnosť je spojená s disinhibition, ale nie obmedzujúci faktor z troch faktora stravovanie dotazník. Chuti do jedla. 2008; 50: 469-76 [.PubMed]
22. Hays NP, Bathalon GP, McCrory MA, Roubenoff R, Lipman R, Roberts SB. Stravovacie správanie koreluje prírastok hmotnosti dospelých a obezitu u zdravých žien vo veku 55-65 y. Am J Clin Nutr. 2002; 75: 476-83 [.PubMed]
23. Stice E, Yokum S, Bohon C, Marti N, Smolen A. Odpoveď na odmeňovanie obvodov na potraviny predpovedá budúce zvýšenie telesnej hmotnosti: zmierňujúce účinky DRD2 a DRD4. Neuroimage. 2010; 50: 1618-25 [.PubMed]
24. Gustafson D, Lissner L, Bengtsson C, Bjorkelund C, Skoog I. 24-ročné sledovanie indexu telesnej hmotnosti a atrofie mozgu. Neurológia. 2004; 63: 1876-81 [.PubMed]
25. Convit A, Wolf OT, Tarshish C, de Leon MJ. Znížená tolerancia glukózy je spojená so slabým pamäťovým výkonom a atrofiou hipokampu u normálnych starších pacientov. Proc Natl Acad Sci US A. 2003: 100: 2019 – 22. [Článok bez PMC][PubMed]
26. Yau PL, Javier DC, Ryan CM a kol. Predbežné dôkazy pre mozgové komplikácie u obéznych adolescentov s diabetes mellitus typu 2. Diabetológia. 2010
27. Konvit A. Spojenia medzi kognitívnym poškodením v inzulínovej rezistencii: vysvetľujúci model. Starnutie neurobiolu. 2005; 26 (Suppl 1): 31 – 5.PubMed]
28. Benton D, Parker PY, Donohoe RT. Dodávanie glukózy do mozgu a kognitívnych funkcií. J. Biosoc Sci. 1996; 28: 463-79 [.PubMed]
29. Drake CT, Iadecola C. Úloha neuronálnej signalizácie pri regulácii krvného obehu mozgu. Brain Lang. 2007; 102: 141-52 [.PubMed]
30. Karpoff L, Vinet A, Schuster I a kol. Abnormálna vaskulárna reaktivita pri odpočinku a cvičení u obéznych chlapcov. Eur J Clin Invest. 2009; 39: 94-102 [.PubMed]
31. Dik MG, Jonker C, Comijs HC a kol. Príspevok zložiek metabolického syndrómu k poznaniu u starších jedincov. Diabetes Care. 2007; 30: 2655-60 [.PubMed]
32. Roberts RO, Geda YE, Knopman DS a kol. Metabolický syndróm, zápal a nonamnestické mierne kognitívne poškodenie u starších osôb: Štúdia založená na populácii. Alzheimerova choroba Disso. 2009
33. Sweat V, Starr V, Bruehl H, et al. C-reaktívny proteín je spojený s nižším kognitívnym výkonom u žien s nadváhou a obezitou. Zápal. 2008, 31: 198-207. [Článok bez PMC][PubMed]
34. Yaffe K, Kanaya A, Lindquist K a kol. Metabolický syndróm, zápal a riziko poklesu kognitívnych funkcií. JAMA. 2004; 292: 2237-42 [.PubMed]
;