elemeket

absztrakt

A táplálék-motiváció idegi mechanizmusainak vizsgálata gyermekeknél és serdülőknél, valamint az agyi aktiváció különbségeinek vizsgálata az egészséges (HW) és az elhízott résztvevők között.

tantárgyak:

Tíz HW gyermek (11-16 éves; BMI 95% ile) felel meg életkorának, nemének és iskolai végzettségének.

méretek:

A funkcionális mágneses rezonancia képalkotást (fMRI) kétszer készítettük: amikor a résztvevők éhesek voltak (étkezés előtt), és közvetlenül egy standard étkezés után (étkezés után). Az fMRI-vizsgálat során a résztvevők passzívan nézték az élelmiszer, a nem élelmiszer (állatok) és az elmosódott alapkontroll blokkolt képeit.

az eredmények:

Mindkét gyermekcsoport kimutatta az agyi aktiválódást a limbikus és a paralimbikus területeken található ételképeknél (PFC/OFC). Az elhízott csoport szignifikánsan nagyobb aktiválást mutatott, amikor érzékelte az ételt PFC-ben (étkezés előtt) és OFC-ben (étkezés után), mint a HW csoportban. Ezenkívül az elhízott csoport kisebb mértékben csökkentette az étkezés utáni (étkezés előtti) aktiválódást a PFC, a limbikus és a jutalmazó területeken, beleértve a nucleus accumbens-t is.

következtetés:

A limbikus és paralimbikus aktivációt mindkét résztvevő csoportban regisztrálták azokban az országokban, ahol magas az étkezési motiváció. Az elhízott gyermekek azonban hiperérzékenyek voltak az élelmiszer-ingerekre, szemben a HW gyermekekkel. Ezenkívül, ellentétben a gyermekek HW-jával, az elhízott gyermekeknél az élelmiszer-ingerekre adott agyi aktiváció evés után nem csökkent jelentősen. Ez a tanulmány az első bizonyítékot szolgáltatja arra vonatkozóan, hogy az elhízás, még a gyermekeknél is, összefügg az étkezési motivációban részt vevő ideghálózatok rendellenességeivel, és hogy az elhízással kapcsolatos idegrendszeri diszfunkció eredete már korai életkorban megkezdődhet.

Az elhízott és túlsúlyos gyermekek gyakorisága az Egyesült Államokban gyorsan növekszik. Az 1970-es évek vége óta a túlsúly túlsúlya megduplázódott a 6-11 éves gyermekek körében, és megháromszorozódott a 12-17 éves fiatalok körében. 2 A legújabb becslések azt mutatják, hogy a gyermekek körülbelül egyharmada túlsúlyos (testtömeg-index (BMI) 85-95% életkor és nem esetében) vagy elhízott (BMI> 95% életkor és nem szerint). Az elhízott serdülőknél egyre gyakrabban diagnosztizálják a csökkent glükóz toleranciát, a 2-es típusú cukorbetegséget, és az inzulinrezisztencia szindróma jeleit mutatják, valamint a szív- és érrendszeri kockázati tényezők. 4, 5, 6 A gyermekkori elhízás jelentős probléma, mert sokan úgy gondolják, hogy ez megfordítja a várható élettartam növekedésének tendenciáját. 7

Számos tényező járul hozzá az elhízáshoz, de a kalóriabevitel és az energiafelhasználás közötti energiaegyensúly megzavarása a súlygyarapodás egyik fő forrása. Az agynak nagy szerepe van az éhség modulálásában és a motivált viselkedés, például az étkezés szabályozásában. Úgy gondolják, hogy az idegi mechanizmusok szerves szerepet játszanak az étkezési szokások közvetítésében az étkezési motiváció és a viselkedésszabályozás szabályozása révén. 8 Pozitronemissziós tomográfia és funkcionális mágneses rezonancia képalkotás (fMRI) alkalmazásával végzett neuroképészeti vizsgálatok az élelmiszer-motivációban szerepet játszó idegi mechanizmusokat vizsgálták. 8, 9, 10 Az egészséges testsúlyú felnőtteknél az ételmotivációval leggyakrabban összefüggő agyterületek az agy étvággyal, motivációval, jutalommal és viselkedésszabályozással járó limbikus és paralimbikus területei. A legkonzisztensebb területek közé tartozik az orbitofrontális kéreg (OFC) és a középső prefrontális kéreg, az amygdala, a szigetecske, a striatum, az elülső cinguláris kéreg és a hippocampus képződése. 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19

Legjobb tudomásunk szerint csak három publikált tanulmány vizsgálta az étkezési motivációt a HW fiatalokban. Az egyik fMRI tanulmány az agy aktiválását vizsgálta HW fiataloknál, és megállapította, hogy az agy aktiválása az izola, az amygdala és a mediális frontális kéregben és az OFC-ben az étel ízletes képére válaszul nagyobb volt éhes, mint telített állapotban. 20 Hasonlóak a felnőtteknél tapasztalt mintákhoz. Egy másik tanulmány a serdülő és felnőtt agyi aktiválást hasonlította össze az ételképekkel, és megerősítette az agy aktiválódásának korábbi eredményeit az OFC-ben és a hippocampusban. Egy nemrégiben készült tanulmány arról számolt be, hogy az elhízott gyermekeknél a dorsolaterális PFC nagyobb aktiválódást mutat, mint a HW gyermekeknél, amelyekről azt gondolják, hogy az elhízott csoportokban fokozott gátló kontroll áll fenn. Ezek a tanulmányok azt sugallják, hogy az étkezési motiváció idegi hálózatai gyermekkorban aktívak és egész életen át folytatódnak, bár hosszú távú vizsgálatokra van szükség a folyamat jobb jellemzéséhez.

Bár tanulmányok vizsgálták az agyi aktiváció különbségeit a felnőtt HW és az elhízott betegek között, egyetlen publikált tanulmány sem vizsgálta az agyi aktiváció különbségeit a HW és az elhízott gyermekek között. Ezért kevés információ áll rendelkezésre a túlfogyasztás és az elhízás lehetséges agyi mechanizmusairól gyermekeknél vagy serdülőknél. Ez a tanulmány megvizsgálta az agyi aktiválást az ételképekre reagálva, és korábban publikált módszerekkel hasonlította össze az éhségszint és a súlykategória azonos értékeit. 10, 20, 23, 24 Feltételeztük, hogy az elhízott gyermekeknél fokozott aktivitás van a limbikus, paralimbikus és prefrontális agyterületeken az étkezés előtt és után.

Anyagok és metódusok

Résztvevők és klinikai mérések

Javaslatokat erre a két kategóriára (étel- és elmosódott kontrollképek) LaBar et al. 14 Az ételképek alacsony és magas energiatartalmú ételek széles választékát tartalmazták a friss gyümölcsöktől/zöldségektől a steakekig és a desszertekig. Az összes képet finomnak értékelték. Az állatképeket úgy választották meg, hogy ellentétben álljanak az ételképekkel, hogy növeljék a fiatal résztvevők érdeklődését a feladat iránt és ellenőrizzék az általános ismereteket. Az általános cél két olyan képkészlet létrehozása volt, amelyek valencia és izgalom szempontjából azonosak voltak, 25 de ízlésgenerációnként különböztek egymástól. Az állatképeket professzionális CD-ROM-okról szereztük be, és az élelmezéshez, valamint a fényerő, a felbontás és a méret elmosódott képéhez igazítottuk. Ezenkívül egy Gauss-magot alkalmazva az állati képek egy részére (így az objektumok nem voltak azonosíthatók) körülbelül 150 új homályos kontrollképet kaptak. Az élelemszerű állatokat (azaz a halakat) a lehető legnagyobb mértékben eltávolították az ingerkészletből, elkerülve ezzel az állat/étel kategorizálás közötti összetévesztést. Az elmosódott tárgyakat alacsony szintű kontroll összehasonlításként vették fel. Minden képet csak egyszer mutattak be minden alanynak.

A funkcionális vizsgálatok során minden ingertípus (azaz étel) három blokkjának három ismétlődése zajlott, felváltva az elmosódott képek blokkjai között. A vizuális ingereket 3-D korlátozott védőszemüvegeken (Resonance Technology Inc., Northridge, Kalifornia, USA) vetítettük egy ingert generáló számítógépes programhoz (NeuroSTIM; Neuroscan, ElPaso, TX, USA) kapcsolva. Az inger bemutatási ideje 2,5 másodperc volt, az ingerek közötti intervallum 0,5 másodperc volt. A két funkcionális leolvasás 13 stimulusblokkból állt, mindegyik blokkban 10 kép. A kategória bemutatásának sorrendje kiegyensúlyozott volt a tantárgyak között. Annak biztosítása érdekében, hogy a résztvevők törődjenek az ingerekkel, utasítást kaptak, hogy minden egyes beolvasás után azonnal jegyezzék fel a képeket egy nem szkenner memória teszthez. Az egyes élelem- és állatcsoportokból a szkennelés során használt képek (30 kép) 50% -át fejlesztés céljából választották ki (régi), és szétszórta 15 új kép az azonos kategóriájú vezetőről (új). A résztvevőket arra utasították, hogy nyomják meg a bal vagy jobb egérgombot, ha látták a képet a szkennerben (régi), vagy ha nem látták a képet (új).

fMRI adatok elemzése

Az FMRI adatokat a Brain Voyager QX statisztikai csomag (Brain Innovation, Maastricht, Hollandia) segítségével elemeztük. Az előkezelés lépései háromkomponensű háromdimenziós mozgáskorrekciót, süllyesztéssel interpolált szakaszszakasz-korrekciót, háromdimenziós térbeli simítást (4 mm-es Gauss-szűrő) és magas áteresztési idő-simítást tartalmaztak. A funkcionális képeket az egyes munkamenetek során kapott anatómiai képekhez igazítottuk, és a BrainVoyager sablonképre normalizáltuk, amely megfelel a Talairach és Tournoux 26 sztereotaxiás atlasz által meghatározott térnek. A 3 mm-nél hosszabb mozgás minden tengely mentén (x, y vagy z) a futást elvetette. Az összesen 80 menetből három ciklust dobtak ki a túlzott mozgás miatt, két ciklust pedig azért, mert az alany elaludt a szkennerben.

Aktivációs térképeket készítettünk statisztikai paraméteres módszerekkel 27 és véletlenszerű effektusokkal (Brain Voyager QX-ben). A statisztikai kontrasztokat többszörös regressziós analízissel hajtottuk végre egy általános lineáris modellel, amely lehetővé tette több prediktor beépítését a modellbe. Az érdeklődésre számot tartó kísérleti körülményeket képviselő regresszorokat hemodinamikai válaszszűrővel modelleztük, és véletlenszerű effektus modell segítségével többszörös regressziós elemzésbe illesztettük. Az érdekfeltételek közötti ellentmondásokat statisztikák értékelték. A statisztikai paraméteres térképeket átfedték az átlagos strukturális képek háromdimenziós ábrázolásával.

Három elemzési sorozat készült el. Először interakcióanalízist hajtottak végre, összpontosítva a csoportos (elhízott, HW) × stimulációs típusú (étel, nem étel) interakcióra, külön-külön az étkezés előtti és az étkezés utáni állapotokra. Az ezekből az elemzésekből származó aktivációs területek azonosítják azokat az agyi területeket, amelyekben az elhízott csoport aránytalanul nagyobb aktivációt mutatott az ételképekkel szemben, mint a nem élelmiszer jellegű képekkel szemben a HW csoporthoz képest (véletlenszerű hatások).

Másodszor, az éhségre gyakorolt ​​agyi válasz különbségének meghatározásához (étkezés előtt és étkezés után) interakciós elemzéseket végeztek, amelyek az inger típusára összpontosítottak (étel vagy nem élelmiszer; étel versus kontroll) × motivációs állapot (étkezés előtti, étkezés utáni interakciók).) külön az elhízott és a HW csoportokra.

Végül elemzéseket hajtottak végre, amelyek az agy éhség állapotára adott válaszának különbségére összpontosítottak, ezúttal a csoportok közötti ingertípusra (étel kontra kontroll) és a motivációs állapotra (étkezés előtt, után).

Korábbi kutatások alapján az elsődleges elemzések a priori érdeklődési területei közé tartoztak a limbikus, paralimbikus és prefrontális agyi régiók. Konkrétan a következő területeket vizsgáltuk kétoldalúan: amygdala, hippocampus képződés, OFC, mediális PFC, laterális PFC, elülső cinguláris kéreg és inzuláris kéreg. Az érdeklődési terület minden elemzésében a voxeleket minden kontrasztban szignifikánsnak tekintették, ha az aktiválás meghaladta a statisztikai P28 küszöböt

az eredmény

Viselkedési adatok

A memória tesztek eredményei mind az étkezés előtti, mind az utáni étkezéseknél lényegesen magasabbak voltak az esélyeknél (a diszkriminációs index használatával). A HW csoport ételeinek memóriája 87,5% volt étkezés előtt és 81,9% étkezés után. Az elhízott csoportok étkezési memóriája étkezés előtt 82,9%, étkezés után 85,2% volt. A HW csoport emléke a nem élelmiszeripari termékekre 92% volt étkezés előtt és 91% étkezés után. Az elhízott csoportok emléke a nem élelmiszeripari termékekre 89,8% volt étkezés előtt és 90,3% étkezés után. A csoportfelismerési memória (elhízott vs. HW) variancia eredményeinek elemzése nem volt szignifikáns (F (1, 18) = 0,30, P = 0,59); A motivációs állapot variancia eredményeinek elemzése (étkezés előtt vagy után) nem volt szignifikáns (F (2, 18) = 0,001, P = 0,997). A képtípusra a fő hatás szignifikáns volt (a nem élelmiszer jellegű képek könnyebben felismerhetők voltak, mint az ételképek; F (2, 18) = 23, 14, P

gyermekek

a ) Az fMRI eredményei a csoportok közötti táplálékról származnak, összehasonlítva a nem élelmiszer kontrasztokkal, amelyeket a résztvevők átlagos strukturális MR adataival együtt regisztrálnak. A térképeket koronális perspektívában mutatjuk be. A képalkotás szignifikancia küszöbét P 29, 30 OFC, 19, 30 dorsalis striatum, 17 insula 31, 32 és hippocampus 31 határozza meg elhízott egyéneknél. Az elhízott felnőttek étkezés után a hipotalamusz aktivitásának kisebb csökkenését mutatják a HW-vel rendelkező egyénekhez képest. Az érintett régiók központi szerepet játszanak a motiváció, a javadalmazás és a kognitív kontroll kezelésében, és hozzájárulnak olyan viselkedési problémákhoz, mint az impulzivitás és a függőség. 33

Van néhány különbség a korábban közzétett jelentések között, egyes tanulmányok a megnövekedett aktivitás területeit azonosítják, mások pedig csökkentik az aktivitást. 17, 34 Például Stice és mtsai. 34 csökkent aktivitást talált a dopaminerg agyi utakban (striatum) elhízott egyéneknél, szemben a HW egyénekkel. Azt javasolták, hogy az elhízott egyének csökkentsék a dopamin receptorok sűrűségét és rontják a dopamin jelátvitelt azokon a területeken, ahol agyi jutalom jelentkezik. Fontos megjegyezni, hogy Stice et al. pásztázott fiatal felnőtteket etetés közben, míg ez a tanulmány gyermekeket és serdülőket vizsgált, miközben ételképeket nézett. Tanulmányokra lesz szükség a gyermekek és a felnőttek, valamint a különböző aktiválási paradigmák közötti különbségek részletesebb vizsgálatához.

Ez a tanulmány előzetes bizonyítékot szolgáltat arra vonatkozóan, hogy az elhízott gyermekek hiperérzékenyek az élelmiszer-ingerekre, és nem képesek modulálni az étkezés utáni agyi aktivációt a HW-gyerekekhez képest. Ezeknek a megállapításoknak potenciális klinikai következményei lehetnek, ideértve az elhízás idegi mechanizmusai és a súlycsökkentő beavatkozások közötti kapcsolat tisztázását. Ez a kutatási terület gyerekcipőben jár, és a jövőbeni tanulmányok növelni fogják korlátozott megértésünket az elhízás, az étkezési motiváció és a gyermekek egyéb egészségügyi megnyilvánulásainak idegi összefüggéseiről. Végül, az agynak az élelmiszer-motivációban, a jutalomban és a kognitív kontrollban betöltött szerepének jobb megértése specifikus, célzott beavatkozásokhoz vezethet az elhízás terén, és képes arra, hogy az egyéneket jobban testre szabott programokban helyezzék el az egészségügyi szükségletekhez igazodva.