Disinhibirano prehranjevanje pri debelih mladostnikih je povezano z zmanjšanjem volumna orbitofronta in disfunkcijo izvajalcev (2011).

L Maayan,2,4 * C Hoogendoorn,1* V potenje,1 in A. Convit1,3,4

Povezava do popolne študije

Debelost (Srebrna pomlad). 2011 julij; 19 (7): 1382 – 1387.

1 Oddelek za psihiatrijo, Medicinska šola Univerze v New Yorku, 550 First Avenue, New York, NY 10016, ZDA.

2 Oddelek za otroško psihiatrijo, Medicinska šola Univerze v New Yorku, 550 First Avenue, New York, NY 10016, ZDA.

3 Ministrstvo za medicino, Medicinska šola Univerze v New Yorku, 550 First Avenue, New York, NY 10016, ZDA.

4 Nathan Kline inštitut za psihiatrične raziskave, 140 Old Orangeburg Rd. Orangeburg NY 10962, ZDA

Pri odraslih je bila debelost povezana z onemogočenim prehranjevanjem, zmanjšanjem obsega kortikalne sive snovi in ​​slabšo učinkovitostjo kognitivnih ocen. Precej manj je znanih o teh odnosih v mladostništvu in ni študije, ki bi ocenjevala vedenjske, kognitivne in nevrostrukturne ukrepe v isti skupini udeležencev študije. Ta študija je preučila razmerje med debelostjo, izvršilno funkcijo, razkuževanjem in količino možganov pri relativno zdravi mladini. Udeleženci so vključevali 54 debele in 37 vitke mladostnike. Udeleženci so prejeli kognitivno baterijo, vprašalnike o prehranjevalnem vedenju in slikanje z magnetno resonanco (MRI). Nevropsihološke ocene so vključevale naloge, usmerjene v funkcijo čelnega režnja. Prehranjevalno vedenje je bilo določeno z vprašalnikom o prehranjevanju s tremi faktorji (TFEQ), strukturni MRI pa smo izvedli na 1.5 T Siemens Avanto MRI sistemu (Siemens, Erlangen, Nemčija), da smo določili količino sive snovi v možganih. Vitki in debeli mladostniki so se ujemali glede na starost, leta izobraževanja, spol in socialno-ekonomski status. Debelo udeleženci so imeli v primerjavi z vitkimi mladostniki bistveno višjo oceno razkuženosti na TFEQ, nižjo učinkovitost kognitivnih testov in nižjo količino orbitofrontalne skorje. Dezinhibicija je bistveno korelirala z indeksom telesne mase, oceno Stroop Color-Word in volumnom orbitofrontalne skorje. To je prvo poročilo teh združenj pri mladostnikih in opozarja na pomen boljšega razumevanja povezav med nevrostrukturnimi primanjkljaji in debelostjo.

Ključne besede: debelost, mladostniki, razkuževanje, MRI, čelni reženj, kognicija, orbitofrontalna skorja

Predstavitev

Razširjenost debelosti pri otrocih in mladostnikih v ZDA se je od 1970 več kot potrojila. Čeprav nedavni dokazi kažejo, da se je debelost v otroštvu morda zmanjšala, sedanje visoke stopnje napovedujejo, da se bodo pojavile težave z javnim zdravjem, ki vključujejo srčno-žilne in endokrine bolezni (1).

Dezinhibicija v prehranjevalnem vedenju, ki je deloma označena kot nagnjenost k oportunističnemu uživanju reakcij na okolje, je že dolgo povezana z debelostjo tako pri mladih kot pri odraslih (2). Povezana odpoved nadzora nad vnosom kalorij, ki vodi do morebitne debelosti, se lahko pojavi na več ravneh v možganih, vključno s hipotalamusom (3) in po novejšem delu v možganski skorji (4). Niz funkcionalnih študij nevro-slikanja vitkih in debelih posameznikov v stanju, ki so lačni in nahranjeni, je pokazal več kortikalnih regij, vključno s sprednjim cingulatom, medialnim predfrontalnim (5), insula, posteriorni cingulat, časovna in orbitofrontalna kortiksa (6), ki se razlikujejo glede na stopnjo sitosti in ITM, kar kaže na njihovo sodelovanje pri uravnavanju kaloričnega vnosa. Razumevanje OFC kot ključnega področja inhibicije vedenja sega v primer Phineasa Gageja, nesrečne 19th stoletja železniški delavec, ki je preživel nesrečo, ki je verjetno poškodovala njegovo orbitofrontalno skorjo, kar je povzročilo spremembe osebnosti in povečano impulzivnost (7).

Nevrostrukturne ugotovitve so tudi povezane z indeksom telesne mase (BMI). V majhni študiji žensk, starih 55 let in več, ki so uporabljale morfometrijo na osnovi vokselov (VBM), je bil BMI negativno povezan s količino sive snovi na več čelnih območjih, vključno z levim orbitofrontalnim, desnim inferiornim frontalnim in desnim precentralnim girijem. v druge regije, vključno z desnim možganskim delom, pa tudi z velikim desnim zadnjim območjem, ki zajema parahippokampalno, fusiformno in jezično žirijo (8). Večja raziskava odraslih z 1,428 je odkrila negativno povezanost med samci med BMI in celotno sivo snovjo ter določenimi možganskimi regijami, kot so dvostranski medialni časovni reženji, okcipitalni reženji, čelni reženji, prekuneusi, srednji možgan in zadnji del možganov (9). Druga študija VBM je pokazala, da imajo debeli odrasli nižjo gostoto sive snovi na območjih, kot so čelni operkulum, srednji čelni gyrus, post-centralni gyrus, pa tudi možgani (10). Naša skupina je opisala nevrostrukturne nepravilnosti pri debelih mladostnikih z diabetesom mellitusom tipa 2 (T2DM) (26), toda kolikor vemo, med debelo mladino brez T2DM niso bili opisani takšni primanjkljaji.

Kognitivne ocene so poleg strukturnih ugotovitev pokazale, da je pri odraslih in mladostnikih, ki so debeli, lahko ogroženo delovanje inhibicije odziva. Ena študija, ki je uporabila pozitronsko emisijsko tomografijo (PET) in kognitivne teste, je ugotovila, da imajo pri debelih znižane izhodiščne prefrontalne presnove glukoze kot tudi zmanjšano uspešnost naloge Stroop, test selektivne pozornosti in izvršilne funkcije (11). Druge študije izvršilne funkcije in zaviranje odziva pri odraslih so pokazale negativno povezanost teh spremenljivk z BMI (12-14). Poleg tega izredno debeli mladostniki kažejo manjše delovanje izvršilnih nalog v primerjavi z normativnimi podatki (15).

Hipotetizirali smo, da bi v skladu s prejšnjimi ugotovitvami z vprašalnikom o prehranjevanju s tremi faktorji (TFEQ) debelejši mladostniki imeli višjo oceno samoprijave o prepovedi prehranjevanja. Nadalje smo domnevali, da bi imeli debeli mladostniki nižjo oceno pri oceni izvršilne funkcije in zmanjšani integriteti nevrostrukturnih ukrepov čelnega režnja (obseg sive snovi, ki temelji na MRI, in regionalni volumen možganov). Poleg tega smo trdili, da bo razkuževanje na TFEQ negativno povezano s kognitivnimi ocenami na ustreznih področjih, pa tudi z meritvami možganskih področij, ki temeljijo na MRI, pri zaviranju odziva in izvršnem nadzoru.

Metode

Udeleženci in postopki

Enaindevetdesetletna mladost (14–21 let / leto), 37 suhih (ITM <25 kg / m2 ali razmerje med pasom in višino <0.5) in 54 debelih (ITM≥30 kg / m2 ali> 95 percentila za ITM za starost in spol), ki je sodeloval v študiji. Enainosemdeset (36 vitkih, 45 debelih) je prejelo magnetno resonanco. Deset mladostnikov ni dobilo magnetne resonance iz naslednjih razlogov: dva nista izpolnila sestankov, eden je bil noseč in smo se odločili, da se zmotimo na strani varnosti, en magnetne resonance ni mogel prenašati (klavstrofobija), šest pa je imelo ITM> 50 kg / m2 in presegla velikost telesa, ki bi ga lahko opremil optični bralnik.

Vitki udeleženci so imeli povprečno starost 17.3 ± 1.6 let in debeli 17.5 leta ± 1.6 let. Obe skupini sta se ujemali tudi glede na izobrazbo, spol in socialno-ekonomski status ter sta bili v kognitivno normalnem razponu. Dokazi o nevroloških, medicinskih (razen dislipidemiji, inzulinski odpornosti, kratki za T2DM, policistični bolezni jajčnikov ali hipertenziji) ali psihiatričnih (vključno z depresijo in zlorabo alkohola ali drugih snovi) posameznike niso izključili iz študije. T2DM je udeležence izključil tudi iz udeležbe. Udeleženci in njihovi starši so dali pisno informirano privolitev in jim je bil povrnjen čas in nevšečnosti. Protokol študije je odobril institucionalni revizijski odbor New York University School of Medicine.

Vsem udeležencem študije so odvzeli vzorec krvi po hitri noči 10 za oceno ravni glukoze, inzulina, lipidov in vnetnih markerjev (visoka občutljivost C-reaktivnega proteina; hs-CRP). Glukozo so izmerili z uporabo glukozoksidazne metode (VITROS 950 AT, Amersham, Anglija), inzulin s hemiluminiscenco (Advia Centaur, Bayer Corporation), CRP pa so izmerili v plazmi z encimskim imunološkim testom (Vitros CRP diapozitiv, Ortho Clinical Diagnostics). Občutljivost za inzulin je bila ocenjena z uporabo modela homeostaze za oceno insulinske odpornosti (HOMA-IR).

Ocene

Nevropsihološka ocena

Izvedli smo široko oceno nevrokognitivnih funkcij, vključno z intelektualnimi dosežki, nedavnim spominom, delovnim spominom, pozornostjo in izvršilno funkcijo. Domnevali smo, da bodo razlike med funkcijami čelnega režnja med vitkimi in debelimi mladostniki, zato smo naše analize omejili na nevrokognitivne teste, ki odražajo celovitost čelnega režnja in nedotaknjene izvršilne funkcije, in sicer Test nadzorovanega povezovanja ustnih besed (COWAT), deli preizkusa izdelave sledi A & B, Stroop Task, indeks pozornosti / koncentracije širokega obsega ocenjevanja učenja in spomina (WRAML) in indeks delovnega spomina WRAML. Z izjemo WRAML in Stroop, ki zagotavljata starostno popravljene standardne ocene, se poročajo o surovih ocenah. Vsi opravljeni testi so standardni nevropsihološki instrumenti, ki so podrobno opisani drugje (16).

Tri faktorjev prehranjevalni vprašalnik (TFEQ)

Karakteristike prehranjevalnega vedenja so bile ocenjene z uporabo TFEQ. TFEQ je instrument s postavkami 51, sestavljen iz treh podrazredov, ki merijo zadrževanje (tj. Kognitivni nadzor prehranjevalnega vedenja; predmeti 21), razkuževanje (tj. Dovzetnost prehranjevanja kot odziv na čustvene dejavnike in čutne znake; predmeti 16) in lakota (tj. dovzetnost prehranjevanja kot odziv na občutke lakote; predmeti 14). TFEQ so dajali približno eno uro po kosilu oseb.

Nakup MRI in slike

Vsi preiskovanci so bili preučeni na istem sistemu 1.5 T Siemens Avanto MRI, ki ima izvrtino premera 65 in mizo, primerno za posameznika do kilograma 400. Nabavili smo T1 tehtano magnetno odtenek, ki ga pripravijo hitre odsevne slike gradienta (MPRAGE; TR 1300 ms; TE 4.38 ms; TI 800 ms; FOV 250 × 250; debelina rezine 1.2 mm; NEX 1; Flip angle 15 °; matrica velikost 256 × 256; koronalne rezine 192).

Volumetrična analiza WM / GM

Prostorska normalizacija in segmentacija MPRAGE slik je uporabila avtomatizirane postopke, kot je opisano v (17) programska oprema za statistično parametrično preslikavo (SPM5). Slike MPRAGE so bile najprej popravljene zaradi neenakomernosti signala in prostorsko normalizirane v standardno predlogo T1 Montreal Neurological Institute. Z algoritmom za razvrščanje tkiv v SPM5 smo normalizirali slike MPRAGE na segmentirane sive snovi (GM), belo snov (WM) in možgansko-hrbtenično tekočino (CSF), ki so zemljevidi, ki predstavljajo verjetnost, da bo vsak voxel razvrščen kot GM, WM ali CSF. Te segmentirane particije so bile pozneje normalizirane v ustrezne predloge. Poleg izvajanja ocene celotnih možganov in glede na to, da mielinacija čelnega režnja še vedno poteka, smo uporabili dve različni predlogi, da smo v čelnem reženju izluščili zanimiva področja (ROI). To so bila avtomatska anatomska oznaka SPM (AAL) (18) predloge in naše objavljene zanesljive metode parcelacije čelnega režnja (19). Predloga AAL je bila uporabljena za pridobivanje celotnega čelnega režnja, prednjega cingulatskega območja in orbitofrontalne regije. Svojo lastno metodo parcelacije smo uporabili za izločanje prefrontalne regije (čelni reženj minus dodatno motorično območje). Količinsko smo količinsko opredelili deleže WM, GM, CSF v celotnih možganih in čelnih regijah na ravni primera, tako da smo najprej preslikali regije na vsako segmentirano particijo in nato povprečili vrednosti med osebami za vsako od obeh skupin.

Statistične analize

Izvedli smo dvostranske neodvisne vzorčne t-teste, ki so preučevali skupinske razlike v demografskih podatkih, endokrinih podatkih, kognitivnih podatkih in možganskih količinah ter Pearsonove korelacije med oceno razgradnje TFEQ in ITM, oceno barvne besede Stroop in količino sive snovi v orbitofrontalni skorji. Izključeni so bili podatki, ki so bili za to spremenljivko večji od 2 standardnih odstopanj od povprečja skupine. Glede na to, da obstaja individualna variabilnost regionalnih možganskih volumnov, povezanih s splošno velikostjo glave, smo vsakemu posamezniku izmerili velikost lobanjskega trezorja (ICV) in uporabili vrednosti ICV za prilagoditev regionalnih možganskih volumnov. V tabeli, ki opisuje regionalne možganske volumne, so zato primerljivosti z drugimi študijami in bralcu lažji vpogled v velikost preučevanih možganskih regij, ki prikazuje surove (nerezidualizirane) količine. Vendar pa so statistične primerjave ter pomembnost in velikost učinka za vse predstavljene slike uporabile prostornine, prilagojene (rezidualizirane) možganske prostornine.

Rezultati

Demografski in endokrini podatki

Predmetne skupine so se ujemale glede na starost, spol, šolski razred in socialno-ekonomski status Hollingshead (SES). Udeleženci debelih so bili po definiciji višji BMI, po pričakovanjih pa so imeli tudi višji sistolični in diastolični krvni tlak, raven inzulina in glukoze na tešče (vendar vse v normoglikemičnem območju), pa tudi homeostatsko modelno oceno insulinske odpornosti (HOMA-IR ), trigliceridi, holesterol lipoproteinov nizke gostote (LDL) in C-reaktivni protein z visoko občutljivostjo (CRP). Debeli preiskovanci so imeli tudi znatno nižje ravni lipoproteina visoke gostote (HDL). Prosimo, glejte Tabela 1.

 Tabela 1    

Demografske in endokrine značilnosti vitkih in debelih mladostniških skupin

Tri vprašalnik o prehranjevanju

Debeli mladostniki so dosegli bistveno višje rezultate kot vitki udeleženci glede faktorja razbremenitve v vprašalniku s tremi faktorji prehranjevanja (6.85 ± 3.55 proti 3.91 ± 1.96, p <0.000, kohenov d (d) = 1.07), pa tudi faktorja lakote (6.60 3.37 v primerjavi s 4.68 ± 2.84, p = 0.008, d = 0.81) in faktor kognitivne omejitve (9.19 ± 4.30 v primerjavi s 6.78 ± 4.11, p = 0.012, d = 0.57). Upoštevajte, da smo te analize ponovili za podskupino 81 udeležencev z magnetno resonanco in rezultati so bili v bistvu nespremenjeni (podatki niso prikazani).

Kognitivni ukrepi

Debelostni mladostniki so bili v primerjavi z vitkimi mladostniki slabše kognitivne zmogljivosti pri vsaki nalogi čelnega režnja, najbolj izrazit za Stroop (ukrep inhibicije) in indeks delovnega spomina WRAML, tudi ko smo nadzirali ocenjeni IQ. Prosimo, glejte Tabela 2.

 Tabela 2    

Kognitivne razlike med vitkimi in pretiranimi mladostnimi skupinami

Ker preiskovanci 10 niso prejeli ocene MRI (za podrobnosti glejte razdelke o udeležencih in postopkih zgoraj), smo ponovili analize za podskupino mladostnikov 81, ki so imeli MRI, smer in pomen kognitivnih rezultatov pa sta ostala nespremenjena (podatki ni prikazano).

Slikanje možganov

Obseg sprednjega režnja sive snovi (v kubičnih centimetrih) je imel med debelimi mladostniki manjši, čeprav ne na ravni statistične pomembnosti (265.3 ± 29.5 v primerjavi z 269.6 ± 26.7; rezualizirano 0.00369 ± 0.018312 v primerjavi z −0.00609 ± 0.014076, p = 0.139, d = 0.35). Čeprav so bile absolutne razlike med temi količinami majhne, ​​so bile analize opravljene po rezualizaciji na ICV, vrednosti teh značilnosti in velikosti učinka pa odražajo te analize. Poleg tega smo z namenom nadzorovanja možnih razvojnih vplivov starosti na frontalni in možganski volumen ponovno analizirali analize, ki so bile različne glede na starost. Ugotovili smo znatno manjše količine sive snovi za debelo mladost v orbitofrontalni skorji (32.3 ± 3.68 v primerjavi z 33.3 ± 3.99; rezualizirano 0.00781 ± 0.024944 v primerjavi z −0.01227 ± 0.018947, p = 0.005, d = 0.66). Razlike v volumski skupini OFC so bile nespremenjene po nadzorovanju sistolnega krvnega tlaka ali HOMA-IR. Druge ocenjene možganske regije, vključno s predfrontalno skorjo in sprednjo cingulatno skorjo, se med debelimi in vitkimi udeleženci niso bistveno razlikovale. Sorazmerno starost ni spremenila nobenega od teh odnosov.

Združenja

Ugotovili smo pomembne povezave med TFEQ in kognitivnimi, ITM in meritvami volumna MRI. Natančneje, ocena faktorja dezinhibicije na TFEQ je pokazala pomembno korelacijo z ITM (r (81) = 0.406, p <0.001), Stroopov rezultat Color-Word (r (77) = -0.272, p = 0.017) in OFC siva prostornina snovi (r (71) = -0.273, p = 0.021). Da bi še bolje razumeli razmerje med količino OFC in razgradnjo, smo ločeno raziskali povezavo za obe skupini. Ugotovili smo, da med dezinhibicijo in količino OFC pri debelih posameznikih ni povezave (r (40) = -0.028, p = 0.864), medtem ko obstaja močna povezava med vitko skupino (r (31) = -0.460, p = 0.009). Povezave med oceno faktorja dezinhibicije in ITM in stroopom so ostale pomembne za podskupino posameznikov z MRI (podatki niso prikazani).

Razprava

Kot je bilo pričakovati, so imeli debeli mladostniki bistveno višje ocene razkritja, lakote in kognitivne omejitve na TFEQ. Čeprav bi se višja stopnja kognitivne zadržanosti pri debelih mladostnikih na prvi pregled zdela kontratuktivna, je v skladu z opisanim modelom "toge omejitve", v katerem lahko posameznik z omejeno prehrano in kognitivno zadržanostjo v nekaterih situacijah hrano omeji, v drugih pa močno pretirava. (20).

Naši novi nevrostrukturni rezultati pri debelih mladostnikih so skladni z ugotovitvami v literaturi za odrasle (8, 9) prikaz zmanjšanja količine sive snovi V našem vzorcu za mladostnike so bili ti upadi najbolj izraziti za orbitofrontalno skorjo, možgansko regijo, pomembno pri nadzoru impulzov, vendar so pokazali tudi šibek trend celotnega čelnega režnja. Špekuliramo, da lahko bolj razširjena volumna zmanjšanja volumna, ki obstajajo v drugih možganskih regijah pri debelih mladostnikih, dejansko dosežejo statistični pomen v razširjenem vzorcu.

Pomembno pri tem poročilu smo ugotovili, da skupina s prekomerno težo ne bo imela samo višjih rezultatov razkuževanja na TFEQ, temveč tudi nižjo uspešnost na kognitivnih testih, ki odražajo možganske funkcije, ki so osrednjega pomena za vedenjsko zaviranje, tudi pri nadzorovanju IQ. Izven čelnih reženj in funkcij, ki smo jih izmerili, nas je še posebej zanimalo preverjanje razmerja med dezinhibicijskim faktorjem TFEQ in OFC, možgansko regijo, ki je zelo pomembna za inhibicijo vedenja (nadzor impulza). Stroop smo izbrali, ker je edina naša naloga prednjega režnja (vključno s tistimi, ki izvajajo izvršilne funkcije), ki posebej preizkuša sposobnost zaviranja samodejnih odzivov. To je neposredna kognitivna vzporednica vedenjskega (faktor razkroja TFEQ) in možganske regije (OFC), ki sodeluje tudi pri zaviranju avtomatskih odzivov. Naš interes je bil ugotoviti funkcionalnost (Stroop v primerjavi z drugimi čelnimi nalogami, ki ne merijo zaviranja odziva) in anatomsko (OFC) specifičnost naših ugotovitev ter njihovo povezanost z dejavnikom razkroja TFEQ.

Ugotovili smo tudi, da obstaja veliko povezavo med ocenami faktorjev razkuževanja ter količino BMI in OFC. Ko smo razmerje med razkužitvijo in količino OFC pregledali ločeno pri vitkih in debelih udeležencih, smo ugotovili močno negativno povezanost le za vitko skupino. Možno je, da so debeli posamezniki že doživeli kritično raven razkuženosti (kar je, kot smo pokazali, povezano z BMI), pri čemer se dodatna dezinhibicija ne odraža tako jasno v nadaljnjih spremembah OFC, ampak morda v različnih možganskih regijah ali omrežjih, ki niso ocenjena kot del te študije. Druga možnost teh različnih ugotovitev za vsako od dveh skupin teže je, da so glede na debele skupine večje stopnje odobritve izdelkov, morda bolj dovzetne za vprašanja družbene zaželenosti, zato je manj verjetno, da bodo v celoti poročale o obsegu njihovo vedenjsko razkrajanje pri prehranjevanju, kar je oslabilo povezanost v tej skupini. Nazadnje je možno tudi, da bi lahko na naše rezultate vplivale omejitve obsega, in sicer pojavi korelacij, ki se zmanjšujejo, ko se odstopanje zmanjšuje, kot je to, ko delimo vzorec na dva dela.

Medtem ko naša raziskava ugotavlja, da je razkrivanje vedenja pri krmljenju povezano z zmanjšanjem izvršilne funkcije in količino sprednje sive snovi, nam prečni prerez ne omogoča obravnave vprašanja usmerjenosti ali vzročne zveze. Glede na to je več verjetnih teorij o usmerjanju teh združenj.

Ena od možnosti je, da primarni strukturni ali funkcionalni primanjkljaj možganov privede do onemogočenega prehranjevanja in zmanjšanja nevrokognitivnih funkcij. To razlago je delno podprto z delom, ki kaže na zaviranje prehranjevalnega vedenja, da prepreči povečan vnos kalorij (21) in debelost (22). Skladno je tudi s funkcionalnim slikarskim delom, ki dokazuje, da posamezniki, ki kot odziv na vizualiziran vnos okusne hrane kažejo šibkejšo aktivacijo možganskih nagradnih vezi, povečajo tveganje za prihodnje povečanje telesne mase (23); morda potrebujejo večje spodbude (več hrane), da dobijo enak odziv nagrad.

Druga možna razlaga je, da strukturni primanjkljaji možganov, kot so bili pokazani v tej študiji, izvirajo iz debelosti in z njo povezane odpornosti na inzulin. To možnost podpira dolgoletna študija 24, ki kaže povečan indeks telesne mase, ki se začne v srednji starosti in je povezan z zmanjšanim volumnom temporalnega režnja v poznejši dobi (24). Podpiranje tega učinka je tudi naše delo pri odraslih, kjer ugotovimo, da so bile količine hipokampov povezane z oslabitvijo glukozne tolerance (25) kot tudi pri mladostnikih s T2DM, kjer najdemo kognitivne okvare in zmanjšanja obsega prednjega režnja in mikrostrukturne celovitosti bele snovi (26). Trdimo, da lahko z debelostjo odpornost na inzulin, ki jo je pokazala naša skupina mladostnikov s prekomerno težo, prispeva k zmanjšanju izvršilne funkcije in strukturnim primanjkljajem. Opisali smo možen model teh učinkov (27), v katerem domnevamo, da je odpornost na inzulin povezana z zmanjšano možgansko žilno reaktivnostjo, povezano z endotelno disfunkcijo. Vemo, da se med aktivacijo možganov, kot je to pri izvajanju kognitivne naloge, v možganskem predelu povečuje sinaptična aktivnost. V normalnih možganih to povzroči regionalno vazodilatacijo in s tem povečanje razpoložljivosti glukoze v to regijo, da bi podprli povečano kognitivno povpraševanje (28). Zato je žilna reaktivnost, ki je sestavni del dobro urejenega možganskega krvnega pretoka, ključna za ohranjanje optimalnega nevronskega okolja med možgansko aktivacijo (29). Raziskave, ki kažejo endotelno disfunkcijo pri debelih otrocih, še preden se razvije sladkorna bolezen (30), nadalje podpira to predpostavko. Poleg tega je bil pri naših debelih mladostnikih povišan vnetni marker C-reaktivni protein (CRP). V študijah, ki so preučevale velike kohorte odraslih, so raziskovalci ugotovili povečano raven vnetnih citokinov kot domnevnih mediatorjev kognitivnega upada med posamezniki s presnovnim sindromom (31-34). Možni mehanizem za te kognitivne učinke zagotavljajo podatki na živalih, ki dokazujejo, da presežni vnetni citokini lahko zmanjšajo dolgotrajno potenciranje (LTP), postopek, ki je pomemben pri konsolidaciji spomina v hipokampusu. Vnetni citokini lahko povzročijo tudi okvaro nevrogeneze in nevroplastičnosti, procese, ki so ključnega pomena za oblikovanje spominov in ohranjanje strukturne nevronske celovitosti.

Tretja možnost je, da so ti učinki dvosmerni, pri čemer vedenjska dezinhibicija predpostavlja debelost, kar lahko negativno vpliva na področja možganov, ki so odgovorna za izvršilno funkcijo in zaviranje vnosa kalorij, kar povzroči začaran krog motenj. Ta tretja možnost bi lahko pomagala razložiti, zakaj je posameznikom tako težko shujšati, ko so jih pridobili.

Spodbuja nas dejstvo, da je med redkimi možganskimi regijami, ki smo jih ocenili, OFC, možgansko območje, ki se je pokazalo kot pomembno pri zaviranju vedenja v študijah na živalih in ljudeh, imelo najpomembnejše zmanjšanje obsega med debelimi mladostniki. Naše ugotovitve, vključno z nižjo učinkovitostjo kognitivnih testov, za katere velja, da zahtevajo nepoškodovani OFC, skupaj z zmanjšanjem obsega na tem področju, povezanim z vedenjsko razgradnjo, kažejo na njegov pomemben pomen pri povečanju telesne mase.

Ta študija ima nekaj jasnih omejitev. Prvič, pogled na presek nam ne omogoča, da komentiramo jasno vzročnost. Drugič, glede na razmeroma skromno velikost vzorca smo meritve omejili na možganske predele, za katere je bilo v prejšnjih študijah ugotovljeno, da so bili povezani z debelostjo ali dezinhibicijo, ali tiste, za katere smo imeli dobre teoretične razloge, da bi lahko bili vključeni. Zato je možno, da obstajajo tudi druga možganska področja, ki jih nismo ocenili, ki bi lahko bila tudi vključena. Tretja omejitev naše študije je, da imamo samo trenutno težo udeležencev in ne moremo komentirati trajanja debelosti; vzorec, ki smo ga preučevali, ima verjetno precej različno trajanje debelosti in s tem povezano odpornost proti insulinu. Kljub temu ima naša študija pomembne prednosti, vključno s skrbnim ujemanjem med skupinami, izvedenimi večdimenzionalnimi ocenami in nepristranskimi metodami magnetne resonance, uporabljenimi pri analizah podatkov magnetne resonance.

Da bi bolje razumeli tukaj opisana vprašanja, bi moralo prihodnje delo preiskovati subjekte vzdolžno in spremljati razvoj debelosti skozi čas, hkrati pa meriti kognitivne, vedenjske in nevrostrukturne spremembe. Lahko bi tudi naše razumevanje izboljšali s študijo, namenjeno preučitvi posledic uspešnega zdravljenja debelosti (npr. Bariatrična operacija) in s tem ugotovili, ali so nekateri od teh primanjkljajev reverzibilni. Poleg tega bi moralo prihodnje delo ovrednotiti druge možne dejavnike, kot so pro- in protivnetni citokini, ter uporabiti občutljivejše MRI tehnike, kot je difuzijsko slikanje tenzorjev (DTI).

     

 

 

Slika 1    

Povezava med indeksom telesne mase in razkritjem

     

 

 

Slika 2    

Povezava med OFC količino sive materije in razkrojem pri mladostnikih (pusto in debelo)

Priznanja

Študijo so podprli štipendije Nacionalnih inštitutov za zdravje R21 DK070985 in RO1 DK083537, deloma pa jih je podprla donacija1UL1RR029893 iz Nacionalnega centra za raziskovalne vire. Avtorji želijo priznati otrokom in družinam, ki so sodelovali v tej raziskavi, ter Po Lai Yau in Valentinu Polyakovu pri zbiranju in obdelavi podatkov ter pomoči Allison Larr pri pripravi tega rokopisa.

Opombe

Finančna razkritja:

Nobeden od drugih avtorjev nima nobenega finančnega / nasprotujočega si interesa

Reference

1. Ogden CL, Carroll MD, Flegal KM. Visok indeks telesne mase za starost med ameriškimi otroki in mladostniki, 2003-2006. JAMA. 2008; 299: 2401 – 5. [PubMed]

2. Stunkard AJ, Messick S. Trifaktorski vprašalnik o prehrani za merjenje prehranske omejitve, razkuževanja in lakote. J Psihosom Res. 1985; 29: 71 – 83. [PubMed]

3. Schwartz MW, Woods SC, Porte D, Jr., Seeley RJ, Baskin DG. Nadzor nad vnosom hrane v centralni živčni sistem. Narava. 2000; 404: 661 – 71. [PubMed]

4. Korner J, Leibel RL. Jesti ali ne jesti - kako se črevesje pogovarja z možgani. N Engl J Med. 2003; 349: 926–8. [PubMed]

5. Martin LE, Holsen LM, Chambers RJ in sod. Nevronski mehanizmi, povezani z motivacijo hrane pri odraslih z debelo in zdravo telesno težo. Debelost (srebrna pomlad) 2010; 18: 254 – 60. [PubMed]

6. Del Parigi A, Gautier JF, Chen K in sod. Neuroimaging in debelost: preslikava možganskih odzivov na lakoto in nasičenost pri ljudeh z uporabo pozitronsko-emisijske tomografije. Ann NY Acad Sci. 2002; 967: 389 – 97. [PubMed]

7. Damasio H, Grabowski T, Frank R, Galaburda AM, Damasio AR. Vrnitev Phineas Gagea: namige o možganih iz lobanje znanega pacienta. Znanost. 1994; 264: 1102 – 5. [PubMed]

8. Walther K, Birdsill AC, Glisky EL, Ryan L. Strukturne razlike v možganih in kognitivno delovanje, povezano z indeksom telesne mase pri starejših ženskah. Zemljevid možganov Hum. 2010; 31: 1052 – 64. [PubMed]

9. Taki Y, Kinomura S, Sato K in sod. Razmerje med indeksom telesne mase in količino sive snovi pri zdravih posameznikih 1,428 Debelost (srebrna pomlad) 2008; 16: 119 – 24. [PubMed]

10. Pangeonulli N, Del Parigi A, Chen K, Le DS, Reiman EM, Tataranni PA. Motnje v možganih pri človeški debelosti: morfometrična študija na osnovi vokselov. Neuroimage. 2006; 31: 1419 – 25. [PubMed]

11. Volkow ND, Wang GJ, Telang F in sod. Obratna povezava med BMI in prefrontalno presnovno aktivnostjo pri zdravih odraslih. Debelost (srebrna pomlad) 2009; 17: 60 – 5. [PMC brez članka][PubMed]

12. Elias MF, Elias PK, Sullivan LM, Wolf PA, D'Agostino RB. Nižja kognitivna funkcija ob prisotnosti debelosti in hipertenzije: študija srca Framingham. Int J Obes Relat Metab Disord. 2003; 27: 260–8. [PubMed]

13. Gunstad J, Paul RH, Cohen RA, Tate DF, Spitznagel MB, Gordon E. Povišan indeks telesne mase je povezan z izvršeno disfunkcijo pri sicer zdravih odraslih. Compr Psihiatrija. 2007; 48: 57 – 61. [PubMed]

14. Waldstein SR, Katzel LI. Interaktivni odnosi osrednje debelosti in krvnega tlaka do kognitivnih funkcij Int J Obes (Lond) 2006; 30: 201 – 7. [PubMed]

15. Lokken KL, Boeka AG, Austin HM, Gunstad J, Harmon CM. Dokazi o izvršilni funkciji pri zelo debelih mladostnikih: pilotna študija. Surg Obes Relat Dis. 2009; 5: 547 – 52. [PubMed]

16. Lezak MD, Howleson DB, Loring DW, Hannay HJ, Fischer JS. Nevropsihološka ocena. Oxford University Press; New York: 2004.

17. Dober CD, Scahill RI, Fox NC in drugi. Samodejno razlikovanje anatomskih vzorcev v človeških možganih: potrjevanje s študijami degenerativnih demenc. Neuroimage. 2002; 17: 29 – 46. [PubMed]

18. Tzourio-Mazoyer N, Landeau B, Papathanassiou D, et al. Avtomatsko anatomsko označevanje aktivacij v SPM z uporabo makroskopske anatomske parcelacije možganov MNI MRI z enim subjektom. Neuroimage. 2002; 15: 273 – 89. [PubMed]

19. Convit A, Wolf OT, de Leon MJ in sod. Volumetrična analiza predfrontalnih regij: ugotovitve staranja in shizofrenije. Psihiatrija Res. 2001; 107: 61 – 73. [PubMed]

20. Westenhoefer J, Broeckmann P, Munch AK, Pudel V. Kognitivni nadzor prehranjevalnega vedenja in učinek razkuževanja. Apetit. 1994; 23: 27 – 41. [PubMed]

21. Yeomans MR, Leitch M, Mobini S. Impulsivnost je povezana z vprašalnikom o jedenju treh faktorjev, vendar ne zadrževalnim faktorjem. Apetit. 2008; 50: 469 – 76. [PubMed]

22. Hays NP, Bathalon GP, ​​McCrory MA, Roubenoff R, Lipman R, Roberts SB. Prehransko vedenje je povezano s povečanjem telesne teže in debelostjo pri zdravih ženskah, starih 55-65 y. Am J Clin Nutr. 2002; 75: 476 – 83. [PubMed]

23. Stice E, Yokum S, Bohon C, Marti N, Smolen A. Odzivnost nagradnih vezij na hrano napoveduje prihodnje povečanje telesne mase: umirjanje učinkov DRD2 in DRD4. Neuroimage. 2010; 50: 1618 – 25. [PubMed]

24. Gustafson D, Lissner L, Bengtsson C, Bjorkelund C, Skoog I. Spremljanje indeksa telesne mase in možganske atrofije v 24-letu. Nevrologija. 2004; 63: 1876 – 81. [PubMed]

25. Convit A, Wolf OT, Taršiš C, de Leon MJ. Zmanjšana toleranca za glukozo je povezana s slabšim delovanjem spomina in atrofijo hipokampa pri normalnih starejših. Proc Natl Acad Sci US A. 2003; 100: 2019 – 22. [PMC brez članka][PubMed]

26. Yau PL, Javier DC, Ryan CM in sod. Predhodni dokazi za možganske zaplete pri debelih mladostnikih z diabetesom mellitusom tipa 2. Diabetologia. 2010

27. Convit A. Povezava med oslabitvijo kognitiv v insulinski odpornosti: razlagalni model. Staranje nevrobiola. 2005; 26 (Suppl 1): 31 – 5. [PubMed]

28. Benton D, Parker PY, Donohoe RT. Dobava glukoze v možganih in kognitivno delovanje. J Biosoc Sci. 1996; 28: 463 – 79. [PubMed]

29. Drake CT, Iadecola C. Vloga nevronske signalizacije pri nadzoru možganskega krvnega pretoka. Možgani Lang. 2007; 102: 141 – 52. [PubMed]

30. Karpoff L, Vinet A, Schuster I in sod. Nenormalna reaktivnost žil v mirovanju in vadba pri debelih dečkih. Eur J Clin Invest. 2009; 39: 94 – 102. [PubMed]

31. Dik MG, Jonker C, Comijs HC in sod. Prispevek komponent presnovnega sindroma k spoznanju pri starejših posameznikih. Nega sladkorne bolezni. 2007; 30: 2655 – 60. [PubMed]

32. Roberts RO, Geda YE, Knopman DS, et al. Metabolični sindrom, vnetje in blage kognitivne okvare pri starejših osebah: raziskava, ki temelji na populaciji. Alzheimer Dis Assoc Disord. 2009

33. Sweat V, Starr V, Bruehl H in sod. C-reaktivni protein je povezan z nižjo kognitivno zmogljivostjo pri ženskah s prekomerno telesno težo in pri debelih. Vnetje. 2008; 31: 198 – 207. [PMC brez članka][PubMed]

34. Yaffe K, Kanaya A, Lindquist K et al. Presnovni sindrom, vnetje in tveganje za upad kognitiv. JAMA. 2004; 292: 2237 – 42. [PubMed]