Brain White Matter Expansion i Mänsklig fetma och den återhämtade effekten av dieting (2007)

Kommentarer: Matberoende som leder till fetma orsakar flera förändringar i hjärnan som efterliknar narkotikamissbruk. En förändring innebär en ökning av vitämnen (myelin) i striatumen (en del av belöningskretsarna). Dieting minskar den vita substansen, vilket indikerar att denna förändring är reversibel.

Publicerad online före tryck 29 maj 2007, doi: 10.1210 / jc.2006-2495 The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism 1 augusti 2007 vol. 92 nr. 8 3278-3284

Lauri T. Haltia, Antti Viljanen, Riitta Parkkola, Nina Kemppainen, Juha O. Rinne, Pirjo Nuutila och Valtteri Kaasinen

- Författaranslutningar


  1. Avdelningar för neurologi (LTH, NK, VK), Internmedicin (AV, PN) och Radiologi (RP), Åbo Universitet, FIN-20521 Åbo, Finland; och Åbo PET-centrum (LTH, AV, NK, JOR, PN, VK), FIN-20521 Åbo, Finland
  1. Adress till all korrespondens och förfrågningar om reprints till: Dr Lauri T. Haltia, Åbo PET-centrum, Åbo universitet, Postboks 52, FIN-20521 Åbo, Finland. E-post: [e-postskyddad].

Abstrakt

Innehåll och mål: Fetma är förknippad med flera metaboliska abnormiteter. Nya studier tyder på att fetma också påverkar hjärnans funktion och är en riskfaktor för vissa degenerativa hjärnsjukdomar. Syftet med denna studie var att undersöka effekterna av viktökning och viktminskning på hjärngrå och vit materiestruktur. Vi antydde att möjliga skillnader i hjärnorna hos överviktiga ämnen skulle försvinna eller minska efter en intensiv dietingperiod.

Metoder: I del I av studien scannades vi med magnetisk resonansavbildning 16 lean (genomsnittlig kroppsmassindex, 22 kg / m2) och 30 obese (genomsnittlig kroppsmassindex, 33 kg / m2) friska individer. I del II fortsatte 16 överviktiga ämnen med en mycket lågt kalori diet för 6 wk, varefter de skannades igen. Regionala hjärnvitt och gråämnesvolymer beräknades med användning av voxelbaserad morfometri.

Resultat: Vitämnesvolymen var större hos överviktiga personer jämfört med magera ämnen i flera basala hjärnregioner, och obese individer uppvisade en positiv korrelation mellan den vita mängden volymen i basala hjärnstrukturer och midje-höft-förhållandet. Den detekterade utvidgningen av vita ämnena reverserades delvis genom dieting. Regionala gråämnesvolymer skilde sig inte signifikant i överviktiga och magra ämnen, och dieting påverkade inte grått material.

Slutsatser: Den exakta mekanismen för de upptäckta vita substansförändringarna är fortfarande oklart, men den föreliggande studien visar att fetma och dieting är förknippade med motsatta förändringar i hjärnstrukturen. Det är inte uteslutet att expansion av vit materia i fetma har en roll i neuropatogenesen av degenerativa hjärnsjukdomar.

OBESITET ÄR FÖRSEDDET av förändringar i kroppssammansättning och ökning av visceral och sc-fett. Uppkomsten av kroppsfett är kopplad till multipla metaboliska abnormiteter, som kan predisponera för sjukdomar som typ 2 diabetes, hypertoni, stroke och cancer. Centrala nervsystemet förändringar i fetma är mindre kända, även om epidemiologiska studier tyder på en koppling mellan vissa degenerativa hjärnans sjukdomar och fetma. Ökad kroppsvikt är känd för att vara en riskfaktor för kognitiv nedgång (1, 2) och Alzheimers sjukdom (3), och föreningen mellan fetma och demens är oberoende av andra comorbida tillstånd (4). Central fetma kan också vara förknippad med en högre risk för andra neurologiska störningar, såsom Parkinsons sjukdom (5). De patofysiologiska mekanismerna som ligger till grund för dessa komplexa relationer är inte väl förstådda, men en möjlig länk mellan fetma och dementa sjukdomar är utvecklingen av insulinresistens och / eller diabetes mellitus, som påverkar kognition (1).

Studier om degenerativa hjärnsjukdomar stöder därför tanken att fetma har en negativ inverkan på hjärnans funktion, och det finns mänskliga studier som indikerar funktionella skillnader i hjärnan mellan friska, obese och magra individer. Imaging studier med positron emission tomografi (PET) och funktionell magnetisk resonans imaging (fMRI) har funnit att fetma är förknippad med förändringar i hjärnblodflöde och neurokemi. En PET-studie med [11C] racloprid har visat att tillgängligheten av hjärndoskop D2-receptorer hos mycket överviktiga individer minskar i proportion till deras kroppsmassindex (BMI) (6). Studier som använder PET och åtgärder av regionalt cerebral blodflöde har visat olika hjärnansvar på mättnad hos överviktiga och magala individer (7, 8) och en fMRI-studie visade att oral glukosintag inducerar en inhibering av fMRI-signalen i delarna av hypotalamus och att detta centrala inhiberande svar är märkbart dämpat hos överviktiga personer (9). En annan fMRI-studie avslöjade det ökade antalet hjärnaktiveringsområden i de obese binge-ätarna (jämfört med mager binge-ätare och magra och obese nonbinge-ätare) som svar på visuella och auditiva binge-matstimuli (10). Dessutom visade en tidigare studie med single-foton-utsläppstomografi att visuell exponering för mat är associerad med ökningar i det regionala cerebrala blodflödet av rätt temporala och parietala cortices hos överviktiga kvinnor men inte normalviktiga kvinnor (11). En nyligen genomförd strukturstudie med magnetisk resonansavbildning (MRI) och voxelbaserad morfometri (VBM) indikerade att överviktiga individer har signifikant lägre hjärngrå materievolym i postcentral gyrus, frontal operculum, putamen och mellansidan gyrus jämfört med gruppen av magenta ämnen, och att BMI i överviktiga (men inte luta) individer är negativt associerat med gråmängden av vänster postcentral gyrus (12). Också detekterades en skillnad i vitt ämnesvolym i närheten av striatumet, där obese ämnen hade större volym än luta ämnen.

De flesta obesitas hjärnbildningsstudier är statiska gruppsammanställningar. Grupperna har ofta separerats enligt BMI, och en vald centralvariabelvariabel, t.ex regionalt blodflöde, dopaminreceptorer eller gråmaterialvolymen studeras på ett tvärsnitts sätt. Vi vet att det inte finns några longitudinella analyser av hjärnans funktion i fetma. I den aktuella studien var vi intresserade av effekterna av viktökning och förlust på mänsklig hjärn grå och vit materia struktur. Fosfolipider är viktiga komponenter i neuron- och glialmembran och deltar i membranreformering och syntes- och signaltransduktion (13). Metabolismen av hjärnfosfolipider är en dynamisk process som påverkas av exempelvis plasmakoncentrationen av fria fettsyror. Om 5% av icke-esterifierade fettsyror extraheras från blod när det passerar genom råtthjärna och extraktion är oberoende av cerebralt blodflöde (13). Övervikt åtföljs av överskottet av fria fettsyror i plasman som ger upphov till fettackumulering i adipocyter såväl som i flera organ. Därför antog vi att överviktiga individer kan ha skillnader i hjärnfettmetabolismen och ökad fettuppbyggnad i den vita substansen, och detta skulle kunna återspegla den vita substansvolymen.

Studien var avsedd att bestå av två delar: 1) en konventionell tvärsnittshjälnsjämförelse mellan fetma och mager individer och korrelationsanalyser och 2) en longitudinell uppföljning av individuella hjärnor efter en stor snabb kroppsviktförlust. I del I undersökte vi skillnader i hjärnområdets grå och vita substansvolymer mellan magra och obese individer. I del II startade en subpopulation av överviktiga individer (n = 16) från den första delen en kontrollerad mycket lågkaloridiet (VLCD) för 6 wk och den andra hjärnskanningen följdes efter att de framgångsrikt hade minskat sin vikt i genomsnitt av 12 %. Dieting är känt för att ha en fördelaktig effekt på exempelvis insulinkänslighet och plasma lipider hos överviktiga individer (14), och viktminskning är också associerad med en minskning av plasma-leptinnivån (15). Hjärna, som en lipidrik vävnad, kan också påverkas av viktminskning. Vi testade om viktminskning kunde minska hjärnvolymen hos överviktiga ämnen i linje med minskningen av fett i hela kroppen.

Ämnen och metoder

Ämnen och studiedesign

Del I.

Studien omfattade 30 obese (12 män och 18 kvinnor) och 16 lean (åtta män och åtta kvinnor). Lean individer definierades som de med BMI mindre än 26 kg / m2 och överviktiga personer med BMI större än 27 kg / m2. Patienter med ätstörning, metaboliska sjukdomar, kardiovaskulär sjukdom, tidigare eller nuvarande onormal lever- eller njurfunktion, anemi eller oral kortikosteroidbehandling var uteslutna. De huvudsakliga fysikaliska och metaboliska egenskaperna hos proverna presenteras i tabell 1. Överviktiga individer hade signifikant högre fastande plasmakoncentrationer av glukos, insulin, leptin och fria fettsyror (tabell 1). Skriftligt informerat samtycke erhölls efter att ha förklarat syftet med och eventuella risker med studien till ämnena. Studieprotokollet godkändes av den etiska kommittén för Sydvästra Finlands hälsovårdsdistrikt och genomfördes enligt principerna i Helsingfors deklaration.

TABELL 1.

Huvuddemografiska egenskaper och laboratorievärden (efter fasta) av de studerade ämnena

Del II.

Sexton överviktiga ämnen (fyra män och 12-kvinnor) från del I deltog i del II, där de förskrivades en VLCD (tabell 2). Alla dagliga måltider ersattes av VLCD-produkter under en period av 6 wk (Nutrifast, Leiras Finland, Helsingfors, Finland) (2.3 MJ, 4.5 g fett, 59 g protein och 72 g kolhydrat per dag). Tillagd till Nutrifast, individer drack dagligen minst 2 liter vatten eller sockerfria läskedrycker. Inga förändringar i fysisk aktivitet var tillåtna. Dieten kontrollerades regelbundet av en sjuksköterska med näringsexpertise. Efter kosten var det en 1-wk återhämtningsperiod med normokalorisk diet för att undvika katabolisk tillstånd. MR, antropometriska mätningar och laboratoriebedömningar upprepades efter återhämtningsperioden. Fettmassa i bukområdet bedömdes i nivå med L2 / L3 intervertebralskiva före och efter dieting med användning av en standardiserad MRI-baserad metod (16).

Bildbehandling och dataanalys

MR-er erhölls med Philips Gyroscan Intera 1.5 T CV Nova Dual-scanner (Philips, Best, Nederländerna). Hela hjärnans T1-viktad tredimensionell snabbfält ekos (FFE) dataset förvärvades i tvärplanet (tidsrepetition = 25 msek, tideko = 5 msec, vinkelfunktion = 30 °, antal excitationer (NEX) = 1, och synfältet = 256 × 256 mm2), vilket ger åtminstone 160 sammanhängande skivor genom huvudet. Bilder överfördes till en persondator och konverterades till Analysera format med hjälp av MRIconvert (http://lcni.uoregon.edu/∼jolinda/MRIConvert/) och analyserades med användning av SPM2 (Wellcome Department of Cognitive Neurology, London, Storbritannien; http // www.fil.ion.ucl.ac.uk / spm) och Matlab 6.5 (The MathWorks, Natick, MA). Det optimerade VBM-protokollet applicerades på bilderna (17). Före VBM-analys utfördes en klinisk visuell utvärdering av MR-bilderna av en erfaren neuroradiolog (RP). Ett äldre lutat ämne hade en liten lacunarinfarkt nära vänster kärulcortex; Inga andra kliniskt signifikanta resultat observerades hos någon av patienterna.

Mallar

Anpassade mallar skapades för att underlätta optimal normalisering och segmentering av MR-skanningar av överviktiga och lutna ämnen. Mallgenerering utfördes med hjälp av en verktygslåddsförlängning till segmenteringsalgoritmen för SPM2 (Christian Gaser, University of Jena, Jena, Germany; http://dbm.neuro.uni-jena.de/vbm/). Mallar konstruerades eftersom kontrast av nuvarande MR-skanningar kan skilja sig från den befintliga mallen, demografin för föreliggande ämnesbefolkning kan skilja sig från de som används för att generera den befintliga mallen och varje skanner introducerar specifika icke-enhetliga och inhomogeniteter. Mallar konstruerades därför i ett försök att minska potentialen för bias mot en grupp under rumslig normalisering (18).

Optimerad VBM

Efter skapandet av studiespecifika mallar applicerades det optimerade protokollet till de ursprungliga data (17). Det optimerade VBM-protokollet förbättrar rumslig normalisering med hjälp av gråmaterialbilder och en gråmäldsmall snarare än anatomiska T1-bilder. Optimerat protokoll innefattar också att rensa upp partitioner genom att använda morfologiska operationer och den frivilliga moduleringen av partitioner för att bevara den totala mängden signal. Eftersom vi huvudsakligen var intresserade av de volymetriska skillnaderna i fetma snarare än skillnader i koncentrationer valde vi att använda ytterligare modulering i vårt VBM-protokoll. Avskärning av rumslig normalisering var 25 mm, medium icke-linjär regularisering användes och protokollet involverade icke-linjära iterationer av 16. De modulerade bilderna slätades med en 12-mm full bredd vid halvmaximal (FWHM) isotrop Gaussisk kärna. I tidigare studier har optimerad VBM validerats korrekt och vävnadsklassificeringstekniken som användes i VBM har resulterat i mycket reproducerbara resultat (17).

Biokemiska analyser

Plasmaglukoskoncentrationen bestämdes i duplikat genom glukosoxidasmetoden (Analox GM9 analysator, Analox Instruments, London, UK). Glykosylerat hemoglobin mättes genom snabb proteinvätskekromatografi (MonoS, Pharmacia, Uppsala, Sverige). Plasmaskininkoncentrationen mättes med dubbel-antikroppsfluoroimmunoanalyser (Autodelfia, Wallac, Turku, Finland). Serum totalt kolesterol och lipoproteinkolesterol med hög densitet uppmättes med användning av standard enzymatiska metoder (Roche Molecular Biochemicals, Mannheim, Tyskland) med en helautomatiserad analysator (Hitachi 704, Hitachi, Tokyo, Japan). Serum med låg densitet lipoproteinkolesterol beräknades enligt Friedewald ekvation (19). Serumfria fettsyror bestämdes genom en enzymatisk metod (acyl-CoA-syntas-acyl-CoA-oxidasperoxidasmetoden; Wako Chemicals, Neuss, Germany). Plasmapleptin analyserades med RIA (Linco, St. Charles, MO). I del I var data från blodprov, midjeomkrets och midje till höftkvot inte tillgängliga från fyra magenta ämnen och leptindata saknades från ett obese ämne.

Statistisk analys

De släta, modulerade data analyserades med användning av statistisk parametrisk mappning (SPM2) med användning av den allmänna linjära modellen. Volymetriska förändringar testades genom analys av modulerade data. Eftersom moduleringen införde korrigeringen för volymförändring inducerad av rumslig normalisering, var det lämpligt att inkludera total intrakraniell volym (TIV) som en kovariat för att avlägsna eventuell variation på grund av skillnader i huvudstorlek. TIV beräknades med hjälp av get_globals-funktionen av SPM2. Antalet voxeller i vart och ett av vävnadsfacken beräknades och summerades.

För den statistiska analysen utgjordes voxels med ett grått eller vitmaterial värde mindre än 0.1 för att undvika möjliga kant effekter runt gränsen mellan grå och vit materia. Skillnaderna mellan överviktiga och magra individer testades med analys av kovarians med användning av kön och TIV som förvirrande kovariater. Korrelationsanalyser mellan fysikaliska / metaboliska åtgärder och volymer i hjärnvitt / grått ämne utfördes med multipel regressionsanalys med användning av kön och TIV som confounding covariates. Effekterna av dieting på vitt och grått material testades med parning t tester inom SPM2. Korrelationsanalyser för del II utfördes med enkel regression genom att beräkna deltabilder (scan 1 - scan 2) och deltavärden för fysiska och metaboliska åtgärder. Höjdgränsen i SPM-analyser sattes till P = 0.01 och sträckgräns 50 voxels. MNI-rymdverktyget (Sergey Pakhomov, Ryska akademin för vetenskap, St Petersburg, Ryssland) förlängning av SPM användes för att tolka SPM och bestämma lämpliga anatomiska etiketter. Nivån på statistisk signifikans sattes till voxelnivå-korrigerad P <0.01 [korrigerad för flera jämförelser med användning av falsk upptäckt (FDR)]. Data presenteras som medel (sd), om inte annat anges.

Resultat

Regionala hjärnvolymer i magra och fetma ämnen (del I)

Större relativa hjärnvittämnesvolymer observerades hos överviktiga personer jämfört med luta ämnen i flera regioner: överlägsen, mellersta och underlägsen temporal gyri; fusiform gyrus; parahippocampal gyrus; hjärnbalk; och cerebellum (alla fynd bilateralt) (Fig. 1, A och B). I SPM-hjärnans karta korrigeras de sammanhängande voxlarna med signifikant gruppskillnad i den relativa vita materievolymen som bildas två kluster [35,901 voxels, peak voxel (vid 6 mm, -23 mm, -29 mm), FDR korrigerade P = 0.006; 16,228 voxels, peak voxel (vid -52 mm, -18 mm, -28 mm), FDR-korrigerad P = 0.006] (Tabell 3). Lean-ämnen hade inte större vitsmängder jämfört med fetma personer i någon hjärnregion. Den elaka (sd) Den globala vita substansvolymen var 0.486 liter (0.063) hos överviktiga ämnen och 0.458 liter (0.044) i magenta ämnen (TIV korrigerade P =

Fig. 1.

A, Regioner där obese ämnen visade större vita substansvolymer jämfört med magenta ämnen. Statistiska parametriska kartor kartläggs i genomsnitt T1 MRI av hela studieprovet (n = 46). Färgstång betecknar T statistiska värden. Notera den symmetriska fördelningen av klustren i de temporala lobesna och hjärnstammen. Betydande resultat presenteras, korrigeras FDR P = 0.006. B, Vitämnesvolymer av manlig (kvadrater) och kvinnlig (cirklar) ämnen i ett kluster som upptog delar av vänster temporal och limbic lobes (16,228 voxels), representerade som en funktion av midja till höftomkretsförhållande. Observera de lägre vita substansvolymerna i ämnena med lägre midje och höftkvot.

TABELL 3.

Ställen av betydande regionala skillnader i den vita substansvolymen i del I och del II i studien

En positiv korrelation observerades mellan vitt materievolym och midjepoj till höftkvot i den obese gruppen i temporal lobes, hjärnstammen och cerebellum (som ovan). Dessutom sågs samma korrelation i delar av de limbiska och occipitala lobesna (lentiformkärnan och mitten occipital gyrus). Dessa områden bildade två kluster med signifikant korrelation [59,340 voxels, peak voxel (vid -33 mm, -53 mm, -47 mm), FDR korrigerade P = 0.008; 7,269 voxels, peak voxel (vid 43 mm, -48 mm, -21 mm), FDR korrigerade P = 0.008]. Åldern var inte signifikant korrelerad med midje till höftkvot (r = 0.21, P = 0.28). En annan positiv association i överviktiga ämnen upptäcktes mellan vitt substansvolym och serumfri fettsyrakoncentration. Detta var signifikant i klustret som upptog delar av vänstra tidsmässiga och occipitala lobes (10,682 voxels, peak voxel (vid -43 mm, -49 mm, -18 mm), FDR korrigerade P = 0.004]. Inga signifikanta korrelationer observerades mellan vitt materiavolym och BMI. I den magra gruppen observerades inga signifikanta korrelationer mellan fysiska eller metaboliska åtgärder och regionala volymer.

Det fanns inga statistiskt signifikanta skillnader i volymer i gråmassa mellan överviktiga och magra individer, även om magera ämnen hade högre grad av gråmängder i trendiga nivåer i vissa hjärnregioner som cingulate gyri, överlägsen och medial frontal gyri, hjärnstam och hjärnbenen ( FDR korrigerad P = 0.025). Den elaka (sd) Den globala gråämnesvolymen var 0.752 liter (0.070) hos obese ämnen och 0.734 liter (0.074) i magenta ämnen (TIV korrigerade P =

Effekt av dieting (del II)

Sex veckors VLC-dieting inducerade en mycket signifikant viktminskning i alla överviktiga ämnen [11 (3.4) kg, intervall 6.6-19 kg] och en minskning av sc och viscerala fettmassor i bukområdet (Tabell 2). Viktminskningen var förknippad med minskningar i blodtryck, kolesterol, leptin och glykosylerat hemoglobin (tabell 2), men inga signifikanta förändringar sågs vid fasta plasmaglukos och insulinkoncentrationer.

TABELL 2.

Effekt av dieting på fysiska åtgärder och laboratorievärden (efter fasta)

Dieting minskad global vit materievolym: 0.498 liter (0.051) före och 0.488 liter (0.048) efter dieting (P = 0.002). De regionala vita substansvolymerna minskade i den vänstra temporala loben (fusiform gyrus, parhippocampal gyrus och inferior, medial och överlägsen temporal gyri) [12,026 sammanhängande voxel, toppvoxel (vid -46, -6 och -31 mm), FDR korrigerade P = 0.009] (Fig. 2, A och B och Tabell 3). Dessutom nådde den vita substansreduktionen nivån på trendnivå i flera andra kluster (FDR korrigerad P värde mellan 0.03 och 0.07). Ingen av hjärnstrukturerna visade ökningar i de vita substansvolymerna efter dieting. Förändringar i globala eller regionala gråämnen var obetydliga (P > 0.28).

Fig. 2.

A, hjärnområde där obese ämnen visade signifikanta minskningar av vita substansvolymer efter 6 wk av dieting. Statistiska parametriska kartor kartläggs i genomsnitt T1 MRI av dieting-undersökningen (n = 16). Färgstång betecknar T statistiska värden, FDR korrigerade P = 0.009. B, Effekten av dieting på individuella vita substansvolymer i det kluster som visas i A. Kvadrater, Manliga ämnen; cirklar, kvinnliga ämnen.

Diskussion

Denna studie visar att överviktiga ämnen har större vita mängder i flera basala hjärnregioner jämfört med magera ämnen. När överviktiga ämnen behandlades med VLCD för 6 wk, sågs en minskning av den globala vita substansvolymen och den regionala vita substansvolymen i vänster temporal lob. Globala och regionala gråämnesvolymer var likartade mellan grupperna och inte förändrade genom dieting.

Ökad vit substansvolym har nyligen detekterats i närheten av striatum hos allvarligt överviktiga personer (BMI 39.4) (12). I den studien var gråämnesvolymen lägre i obese ämnen i flera hjärnregioner och en invers associering observerades mellan BMI och gråämnesvolymen i vänster postcentral gyrus i obese men inte lutande ämnen. Vi upptäckte inte signifikanta skillnader i grått materia mellan magra och överviktiga ämnen, även om det fanns flera hjärnområden där obese ämnen uppvisade lägre nivåer av gråmassan på trendnivå än lean individer (P = 0.025). Eftersom ämnen i den föreliggande studien var mindre fetma jämfört med de i den tidigare studien (12) är det möjligt att mer allvarlig kronisk fetma påverkar grå substans tillsammans med vit materia.

I den föreliggande studien sågs större vita substansvolymer i den obese gruppen i basala bilaterala regioner, och utvidgningen av vita ämnen var associerad med ökat midje till höftkvot (könsskorrigerat) men inte BMI. Många studier har visat att fördelningen snarare än mängden kroppsfett är relaterad till metaboliska förändringar (20, 21, 22). Midje till höftkvot verkar vara bättre än BMI vid bedömning av risken för hjärt-kärlsjukdomar och metaboliska abnormiteter hos kvinnor före och efter menopausen (23). Dessutom finns det bevis av en ny stor studie (n = 27,007), att midjeproblemet ger prognostisk information om kardiovaskulär risk hos kvinnor på alla nivåer av BMI och män med normal vikt (24). I den aktuella studien såg vi en stark könskorrigerad positiv korrelation mellan midje och höftkvot och vit materievolym. Detta tyder på att cerebralvitt ämne kan vara mer relaterat till ackumulering av bukfett snarare än kroppsfett per se. Inom hjärnan föreslår dock gruppens stora totala storlek att förhållandet kan vara mer generellt och mindre regionsspecifikt. En tolkning kan vara att ökningen av visceralt fett är associerat med ackumulering av fett i central myelin i hela hjärnan.

Den aktuella studien visade också en positiv koppling mellan serumfri fettsyrakoncentration och volymen i hjärnvitt ämne i vänstra tidsmässiga och occipitala lobes hos överviktiga personer och fetma personer visade signifikant högre koncentrationer av serumfria fettsyror. Därför kan en förklaring till de vita materiella skillnaderna i fetma vara onormal lipidmetabolism och ackumulering i hjärnan. Tidigare studier med gnagare har visat att den hypotalamiska metabolismen av fettsyror kan modifiera foderbeteendet och att hypotalamiska nivåer av långkedjigt fettacyltransferas-koenzyme A kan ökas genom förbättrad förestring av cirkulerande eller centrala lipider och / eller genom lokal inhibering av lipidoxidation (25). Resultaten från den föreliggande studien tillsammans med resultaten av djurstudier antyder att överskott av fettsyror i fetma kan resultera i patologisk lipidmetabolism i hjärnan och detta kan påverka både volymen i hjärnvitt ämne och hjärnfunktionen vid reglering av mat intag. Å andra sidan, även om de detekterade volymskillnaderna är i linje med studiehypotesen, bevisar de inte direkt att fetma åtföljs av fettackumulering i hjärnan. För att bekräfta hypotesen bör framtida studier ge mer bevis på att hjärnans fettsyrametabolism förändras i fetma hos människor.

Det bör noteras att även om VBM kan exakt upptäcka regionala volymförändringar, ger det inga ledtrådar om orsaksmedlet. Volymförhöjningen av vitmaterial i fetma är därför inte nödvändigtvis relaterad till fettvävnad eller myelin. I teorin kan individuell hydreringsstatus påverka volymen av vitmaterial eftersom bristen på vätskeintag för 16 h har rapporterats minska hjärnvolymen med 0.55% (26). Mager och fetma ämnen följde emellertid samma fasta instruktioner före MR-scanningen och hade normala (och liknande) blodhematokritvärden (medelvärdet 41% i mager gruppen, 42% i den obese gruppen). För det andra var fynden regionalt selektiva och belägna övervägande i basala hjärnregioner. I interventionsdelen genomgick överviktiga ämnen 1-wk-normokalorisk kost före den andra MR-scanningen, som förmodligen normaliserade vätskejämvikten. De hade också normala blodhematokritvärden före och efter dieting (39 vs 37%), vilket tyder på att det inte fanns några signifikanta förändringar i hydratiseringsstatus.

Dieting är känt för att förbättra insulinkänsligheten och plasma lipidprofilen (14), vilket förhindrar comorbiditeter associerade med fetma. Effekter av dieting på hjärnstruktur har inte studerats tidigare. Den vita substansen minskar inducerad av dieting i del II i den föreliggande studien i kombination med resultaten från del I antyder att både kronisk viktökning och snabb viktminskning är kopplade till hjärnvit substans. Det var bortom omfattningen av denna studie att undersöka den kliniska betydelsen av volymförändringar i vitt materia i fetma. Vi kan inte svara om de rapporterade hjärnans strukturella förändringar är primära eller sekundära. På grundval av lokaliseringen av resultaten i myelinrik vitämne (med bevarande av gråämnen) spekulerar vi emellertid att de påvisade förändringarna är sekundära, vilket återspeglar fettackumulering. Vi misslyckades med att korrelera vita substansförändringar i dieting till förändringar i fysiska eller metaboliska åtgärder, trots att en trendnivårelation mellan minskning av vitmaterial och bukfettförlust (i förhållande till SC-fett) sågs. Resultaten föreslår dock inte att förändring av centrala vita ämnen är en isolerad händelse i viktökning och viktminskning, men att de undersökta subpopulationerna av obesvarade obesitasema (del I) och 30 (del II) hos 16 kan ha varit för små för korrelationsanalyser med stor variation. Slutligen är det på grund av möjliga registreringsfel och utjämning tänkbart att även om den stora majoriteten av de observerade skillnaderna reflekterar vitsubstansförändringar, kan det inte uteslutas att en viss gråmaterialsignal ingår i den totala signalen.

Avslutningsvis har vi presenterat data som tyder på att fetma är förknippad med volym expansion i hjärnvitt ämne. Det mest signifikanta sambandet upplevdes mellan midjepropp och höftkvot och vitämne. I den longitudinella analysen visade resultaten att hjärnvitt substans krympning efter kortvarig dieting. Även om epidemiologiska studier har visat att risken för degenerativa hjärnsjukdomar ökar hos överviktiga individer, är den kliniska betydelsen av de här presenterade vita substansförändringarna i fetma och dieting fortfarande oklart. Framtida studier kan utformas för att undersöka rollen av centralfettackumulering och avvikelser i vit materia i neurogenetogenes av degenerering.

 

Erkännanden

Vi tackar doktor Paul Maguire (Groningen, Groningen, Nederländerna) för ovärderligt hjälp vid bildanalys. Vi tackar också Åbo PET-centrums personal för deras skickliga assistans i undersökningarna.

fotnoter

  • Arbetet stöddes av Finlands Akademi (Beslut 104334), Åbo Universitets Centrala Sjukhus och Åbo Universitetsstiftelse.

  • Upplysningsinformation: LTH, AV, RP, NK, JOR, PN och VK har inget att deklarera.

  • Första publicerade online maj 29, 2007

  • Förkortningar: BMI, Body mass index; FDR, falsk upptäcktsfrekvens; fMRI, funktionell MRI; MRI, magnetisk resonansavbildning; PET, positron emission tomografi; TIV, total intrakraniell volym; VBM, voxelbaserad morfometri; VLCD, mycket lågt kalori diet.

  • Mottagna November 13, 2006.
  • Godkända Kan 23, 2007.

Referensprojekt

Artiklar som citerar denna artikel