Subiecte

Abstract

Obezitatea provoacă o gamă largă de boli sistemice și este asociată cu tulburări de dispoziție și anxietate. Este, de asemenea, asociat cu funcția sistemului de recompensă dopaminergică. Cu toate acestea, relațiile dintre proprietățile microstructurale ale sistemului dopaminergic și indicele de masă corporală (IMC) nu au fost investigate. În acest studiu, am investigat asocierile IMC cu difuzivitate medie (MD), măsurarea imagistică a tensorului de difuzie în zonele sistemului dopaminergic (MDDS) la 435 adulți tineri sănătoși cu obezitate ușoară și fără obezitate (IMC).

Introducere

În epoca modernă, obezitatea este din ce în ce mai frecventă pe tot globul și acest lucru a provocat o creștere substanțială a unei game largi de boli și mortalitate 1. Nu numai că, obezitatea este asociată cu tulburări de dispoziție și anxietate, iar aceste asociații par a fi bidirecționale 2. Mai mult, s-a subliniat faptul că sistemul de recompensare a creierului este implicat în reglarea consumului de alimente 3, iar obezitatea și dependența, precum și condițiile de capacitate diminuată de a beneficia de recompensă, sunt sugerate să aibă mecanisme neuronale suprapuse, conform mai multor recenzii 4, iar aceste condiții implică comportamente dependente, impulsive și compulsive.

Deoarece disponibilitatea receptorilor de dopamină este puternic asociată cu MDDS, am argumentat că MDDS ar fi corelată negativ cu IMC în rândul adulților cu obezitate ușoară și fără obezitate.

În acest studiu, ne-am propus să testăm aceste ipoteze și să investigăm asocierile IMC cu MD, în special MDDS, la adulții tineri normali cu obezitate ușoară și fără obezitate (IMC).

Metode

Subiecte

În general, 435 de persoane sănătoase, dreptace (266 bărbați și 169 femei) au participat la acest studiu. Vârsta medie a subiecților a fost de 20,8 ani (deviație standard [SD], 1,6). Toți subiecții au avut vedere normală și niciunul nu a avut antecedente de boli neurologice sau psihiatrice. Handedness a fost evaluat folosind Inventarul Edinburgh Handedness 27. Toate subiectele erau studenți, postuniversitari sau absolvenți de universitate cu o vechime mai mică de un an. Pentru informații suplimentare despre subiect, consultați Metode suplimentare. Pentru limitările acestui studiu legate de caracteristicile subiectului, consultați Discuții suplimentare. Consimțământul informat scris a fost obținut de la toți participanții. Pentru subiecții non-adulți, consimțământul informat scris a fost obținut și de la părinții lor (tutori) (în Japonia, prin lege, cei care au 20 de ani sau mai mult sunt considerați adulți. Cu toate acestea, în viitorul apropiat, cei care au 18 ani de vârstă sau mai mari vor fi considerați adulți). Studiul a fost aprobat de Comitetul de Etică al Universității Tohoku.

Am calculat IMC-ul fiecărui participant împărțind greutatea în kilograme la pătratul înălțimii în metri. Înălțimea a fost măsurată cu un stadiometru și greutatea corporală cu o cântare electronică.

Achizitie de imagini

Datele RMN au fost obținute folosind un scaner Philips Achieva de 3 T. Datele ponderate prin difuzie au fost achiziționate utilizând o secvență EPI spin-echo (TR = 10.293 ms, TE = 55 ms, FOV = 22,4 cm, 2 × 2 × 2 mm 3 voxeli, 60 felii, factor de reducere SENSE = 2, număr de achiziții = 1). Ponderarea difuziei a fost distribuită izotrop de-a lungul a 32 de direcții (b valoare = 1.000 s/mm 2). În plus, 3 imagini fără ponderare difuzivă (b valoare = 0 s/mm 2, b = 0 imagini) au fost achiziționate folosind o secvență EPI spin-echo (TR = 10.293 ms, TE = 55 ms, FOV = 22,4 cm, 2 × 2 × 2 mm 3 voxeli, 60 felii) . Mai mult, există achiziții pentru corectarea fazelor și stabilizarea semnalului. Acestea nu au fost folosite ca imagini reconstituite. Hărțile FA și MD au fost calculate din imagini utilizând un pachet de analiză a tensorului de difuzie disponibil comercial pe o consolă MR care este furnizat de Philips (Eindhoven, Olanda). În acest pachet, calculele au fost efectuate în conformitate cu o metodă propusă anterior 28. Hărțile FA și MD generate de această metodă au arătat rezultate în concordanță cu cele din studiile anterioare 29. Descrierile din această subsecțiune sunt reproduse în mare parte din studiul nostru anterior folosind exact aceleași metode 30. Artefactele aparente induse de mișcare au fost verificate prin inspecție vizuală și niciunul nu a fost îndepărtat.

Preprocesarea datelor structurale

Analizele s-au limitat la masca gri + substanță albă, care a fost creată așa cum a fost descris mai sus.

O corecție de comparație multiplă a fost efectuată utilizând îmbunătățirea clusterului fără prag (TFCE) 35 cu testare alametrică (5.000 permutări) nonparametrică utilizând cutia de instrumente TFCE (https://dbm.neuro.uni-jena.de/tfce/). Am aplicat un prag de FWE corectat la P 36,37. Imaginile de mască ale ROI-urilor au fost generate folosind opțiunea Brodmann din instrumentul PickAtlas. Ulterior, valorile medii MD și rGMD ale acestor imagini au fost extrase din imaginile normalizate menționate anterior. Aici, valorile au fost extrase numai din zone cu „probabilitatea țesutului materiei cenușii + probabilitatea țesutului materiei albe> 0,999” în șablonul personalizat menționat mai sus. ROI-urile au fost definite din punct de vedere anatomic pentru a evita „procedurile de scufundare dublă” 38 și efectele de supraadaptare ale întregului creier 39 .

Asocierile valorilor MD ale ROI anatomice ale putamenului drept și ale globului palid drept cu IMC au fost testate prin analize de regresie multiplă folosind SPSS 22.0 (SPSS Inc., Chicago, IL). Variabila dependentă a fost media MD într-unul dintre aceste ROI și variabilele independente cuprindeau IMC, vârstă, sex, TIV, FD și valoarea medie rGMD a ROI corespunzătoare.

Dintre toate analizele ROI, rezultatele cu un prag de P 40, au fost considerate semnificative statistic.

Rezultate

Rezultate comportamentale

Figura 1 prezintă distribuția IMC, iar Tabelul 1 prezintă rezultatele medii (și SD) ale variabilelor analizate în acest eșantion de studiu pentru bărbați și femei. Proporția participanților care au fost clasificați ca supraponderali conform standardelor asiatice 41 (IMC: 23-25) a fost de 16,5% (44/266) pentru bărbați și 10,7% (18/169) pentru femei. Proporția participanților care au fost clasificați ca obezi conform standardelor asiatice (IMC ≧ 25), dar au fost clasificați ca supraponderali conform standardelor occidentale (IMC: 25-30) a fost de 8,6% (23/266) pentru bărbați și de 5,3% (9/169) pentru femei. Proporția participanților care au fost clasificați ca obezi conform standardelor occidentale (IMC ≧ 30) a fost de 1,1% (3/266) pentru bărbați și 0,6% (1/169) pentru femei. Valorile medii și SD ale IMC au fost 21,75 ± 2,61 la bărbați și 21,16 ± 2,15 la femei. Deși eșantionul a inclus atât bărbați, cât și femei, nu am investigat diferențele de sex în corelațiile neuronale ale IMC din cauza numărului limitat de participanți.

asocierile

Distribuțiile IMC la bărbați și femei participanți. Distribuția la bărbați și femei a fost prezentată separat, deoarece aceleași valori ale IMC au semnificații diferite la două sexe.

Analize între creier și corelații între IMC și MD

Analiza de regresie multiplă a creierului întreg, după controlul pentru sex, vârstă și TIV, a arătat că IMC a fost corelat semnificativ și negativ cu MD în grupul anatomic răspândit în jurul globului palid drept, a putamenului drept și a insulei posterioare drepte [Fig. 2, x, y, z = 33, - 18, 10,5, valoarea TFCE = 1.241,9, P = 0,016, corectat pentru comparație multiplă (FWE, permutare folosind valoarea TFCE), 379 voxeli sub pragul de P Figura 2

Analiza regiunii de interes (ROI) a asociațiilor dintre MD și IMC

Am investigat apoi asocierile dintre IMC și MD ale globului palid drept și putamenului drept, regiuni care au fost definite anatomic după corectarea efectelor ROI rGMD, precum și a vârstei, sexului, FD și TIV. Rezultatele au arătat că IMC s-a corelat semnificativ și negativ cu MD-ul globului palid drept și putamenul drept (Fig. 3, P Figura 3

Asocieri ale IMC cu MD în globul palid drept și putamenul drept. Graficele reziduale cu linii de tendință care descriu asocierile semnificative dintre reziduuri în analizele de regresie multiplă cu MD al globului palid drept (A) sau MD al putamenului potrivit (b) ca variabilă dependentă și IMC cu alți factori de confuzie ca variabile independente; Sunt afișate intervale de încredere de 95% pentru liniile de tendință.

Pentru toate aceste valori statistice, vezi Tabelul 2.

Discuţie

În acest studiu, am investigat asocierile dintre IMC și MD. În special, am examinat recent asocierea IMC cu MD subcortical, în special MDDS. Noua descoperire a noastră este că IMC este asociat semnificativ și negativ cu MD în zonele globului palid drept, putamenului drept și insulei posterioare drepte. Acest rezultat este congruent cu ipoteza noastră că IMC este asociat cu MDDS. Constatările observate nu au fost explicate prin diferențe în densitatea materiei cenușii regionale, deoarece analizele ROI care corectează efectele rGMD au identificat, de asemenea, aceleași constatări. Mărimea eșantionului acestui studiu este mai mică decât în ​​unele din studiile noastre anterioare 42, deoarece nu am adunat înălțimea și greutatea măsurate (în loc de auto-raportate) de la toți participanții la proiect. Cu toate acestea, analizele ROI suplimentare, utilizând eșantionul independent de 754 subiecți din studiul nostru anterior 43, pentru care au fost disponibile date despre înălțime și greutate, au reprodus asocierile semnificative între IMC mai mare și MD inferior în putamenul drept și globul palid drept (Vezi Metode suplimentare și rezultate suplimentare).

Descoperirile noastre sugerează că MD în domeniile legate de sistemul dopaminergic este asociat cu IMC. Fiecare funcție a acestor regiuni poate contribui la starea motivațională. Neuronii dopaminergici din sistemul nigrostriatal se proiectează în putamenul din substanța nigra 44, o zonă cu funcții critice în recompensă și motivație 45. Globul pallidus este conectat la putamen și primește un aport dopaminergic de la substanța nigra 46,47; astfel, este o parte importantă a circuitului sistemului dopaminergic. S-a demonstrat că globus pallidus joacă un rol central în predicția recompensei folosind o serie de metode 48. Astfel, aceste regiuni pot fi asociate cu sensibilitatea la recompensă, care ar trebui să ducă la o creștere a comportamentelor alimentare și a IMC prin aceste mecanisme cognitive și neuronale.

În acest studiu, am avansat înțelegerea asocierilor IMC cu proprietatea sistemului dopaminergic. S-a demonstrat că în rândul adulților cu obezitate ușoară și fără obezitate, IMC este corelat pozitiv cu disponibilitatea receptorilor D2 11. Deoarece se știe că capacitatea de sinteză a dopaminei este puternic și negativ corelată cu MDDS 22, constatarea actuală a corelației negative dintre IMC și MDDS este în conformitate cu acest studiu anterior 11 .

Mecanismele fiziologice pentru asocierea MDDS cu IMC nu sunt clare; cu toate acestea, sugerăm un posibil mecanism speculativ din noțiunea sugerată anterior. Așa cum este descris în Introducere, s-a sugerat că, la fel ca persoanele cu dependență de droguri, persoanele cu obezitate au o sensibilitate mai mică a recompensei care apare dintr-un deficit primar de receptori de dopamină (ipoteza deficitului de recompensă), rezultând un exces de compensare compensatorie a recompensei 4. O perspectivă alternativă cu sprijin experimental este că (1) sensibilitatea la recompensă conferită de receptorul crescut de dopamină D2 în striat duce la creșterea comportamentelor de alimentare hedonică la adulții cu obezitate ușoară și fără obezitate, rezultând o creștere a IMC și a obezității, (2), dar această asociere este inversată în eșantion cu obezitate morbidă din cauza reglării descendente a receptorilor D2. Mai mult, MDDS este puternic și negativ corelat cu disponibilitatea receptorilor D2 22 .

În concluzie, la subiecții fără obezitate severă, MDDS mai scăzut este asociat cu un IMC mai mare. Aceste rezultate sugerează că, în rândul adulților cu obezitate ușoară și fără obezitate, sistemul dopaminergic este asociat cu IMC. Rezultatele noastre sunt în concordanță cu noțiunea sugerată anterior că hiperfuncția sistemului dopaminergic este asociată cu o tendință de obezitate.

Declarație etică

Toate procedurile efectuate în studii care au implicat participanți umani au fost în conformitate cu standardele etice ale comitetului instituțional și/sau național de cercetare și cu declarația de la Helsinki din 1964 și modificările ulterioare ale acesteia sau standardele etice comparabile.

Aprobare etică

Acest studiu a fost aprobat de Comitetul de Etică al Universității Tohoku.

Consimțământ informat

Consimțământul informat a fost obținut de la toți participanții individuali incluși în studiu.