Abstract

DECLARAȚIE DE IMPORTANȚĂ Acest studiu nou, cu măsuri repetate, de imagistică a creierului sugerează că adolescenții care au acumulat grăsime corporală în timpul perioadei noastre de urmărire au experimentat o creștere a reacției striatale la indicii pentru alimentele plăcute, comparativ cu cei care au prezentat stabilitate sau pierdere a grăsimii corporale. Rezultatele implică, de asemenea, că menținerea unui echilibru între aportul caloric și cheltuieli în timp poate reduce sensibilitatea operculului striatal, insular și rolandic la indicii alimentare, ceea ce ar putea reduce riscul unei supraalimentări viitoare.

este

  • creșterea grăsimii corporale
  • tac de mancare
  • chitanță de mâncare
  • sensibilizare stimulativă
  • urmărire pe termen lung
  • IRM-uri cu măsuri repetate

Introducere

În contrast, teoria vulnerabilității dinamice susține că aportul regulat de alimente bogate în calorii reduce reacția regiunii de recompensă la gusturile acestor alimente (Stice și colab., 2011). Oamenii obezi prezintă o reacție mai redusă a regiunilor striatale la gusturile băuturilor bogate în calorii decât oamenii slabi (Stice și colab., 2008a; Green și colab., 2011; Frank și colab., 2012; Babbs și colab., 2013). Animalele randomizate la condiții de supraalimentare care duc la creșterea în greutate versus condiții de control stabile în greutate arată o sensibilitate redusă a circuitelor de recompensă la consumul de alimente, stimulare electrică, administrare de amfetamină și administrare de potasiu (Johnson și Kenny, 2010).

Materiale și metode

Participanți

O sută șaizeci și doi de adolescenți cu greutate sănătoasă [82 femei, 80 bărbați; vârsta medie, 15,3 ± 1,1; indicele mediu de masă corporală (IMC), 20,8 ± 1,9; procentul mediu de grăsime corporală, 18,4 ± 7,7; 4% hispanici, 1% nativi americani, 1% asiatici/insulari din Pacific, 76% europeni americani, 18% moștenire rasială mixtă] au fost recrutați prin reclame pentru un studiu prospectiv de 3 ani. O sută douăzeci și cinci de participanți aveau un risc ridicat de obezitate [doi părinți obezi sau supraponderali (IMC ≥ 25)], iar 37 aveau un risc scăzut (doi părinți cu greutate sănătoasă). Criteriile de excludere au fost un IMC inițial (kilograme pe metru pătrat) de 25, utilizarea curentă a medicamentelor sau medicamentelor psihoactive mai mult decât săptămânal, sarcină, leziuni ale capului cu pierderea cunoștinței, tulburări cognitive semnificative, probleme medicale majore sau un act psihiatric actual al Axei I tulburare. Adolescenții și părinții au acordat consimțământul scris în scris pentru acest proiect aprobat de către comisia de revizuire instituțională.

Toți participanții au finalizat paradigmele fMRI la momentul inițial. Cei care au prezentat fie o creștere de ≥3% a grăsimii corporale, o scădere de ≥3% a grăsimii corporale sau mai puțin de o schimbare de 2% a grăsimii corporale pe parcursul unei urmăriri de 2 sau 3 ani au fost invitați să repete paradigmele fMRI o secundă timp la urmărirea de 2 sau 3 ani. Am operaționalizat creșterea, pierderea și stabilitatea grăsimii corporale în acest mod, deoarece pe baza modificării grăsimii corporale observată în primul an de urmărire, se părea că aceste definiții ar produce dimensiuni celulare suficient de mari pentru o putere adecvată. Am scanat participanții care au satisfăcut modificarea criteriilor de grăsime corporală la urmărirea de 2 ani pentru a maximiza dimensiunile grupurilor de câștig și pierdere, deoarece ne-a îngrijorat faptul că s-ar putea să nu îndeplinească încă criteriile de schimbare la urmărirea de 3 ani. Cu toate acestea, dacă un participant a arătat un câștig sau o pierdere suplimentară de grăsime corporală, i-am invitat să repete scanarea la 3 ani de urmărire și să folosim datele din ultima scanare.

O diagramă a fluxului de participanți este prezentată în Figura 1. Șaizeci și cinci de participanți (37%) au finalizat o a doua scanare la urmărirea de 2 sau 3 ani. Datele de la cinci participanți au fost excluse din analize din cauza mișcării excesive (n = 1), scanări incomplete (n = 2) și erori de achiziție (n = 2), rezultând n = 60 (creștere în grăsime corporală, n = 34; grăsime corporală stabilă, n = 12; pierderea grăsimii corporale, n = 14). Un total de 95 de participanți nu au fost scanați din cauza (1) nerespectării modificării criteriilor de grăsime corporală (19%), (2) refuzul invitației de a finaliza o scanare de urmărire (13%), (3) raportarea unui nou RMN contraindicatori (de exemplu, aparat dentar) la urmărire (13%) și (4) lipsesc datele Bod Pod și IMC la urmărire (12%). De asemenea, am decis să nu scanăm șase subiecți (4%; trei bărbați) care au prezentat o creștere a ≥3% a grăsimii corporale, dar au rămas totuși sub nivelul mediu de grăsime corporală (7,7% grăsime corporală la urmărirea pentru bărbați, 7,7 sau 16,8 % grăsime corporală la urmărirea femeilor).

Organigrama participanților.

Măsuri

Procent de grăsime corporală.

Pletismografia cu deplasare a aerului a evaluat procentele de grăsime corporală ale participanților la momentul inițial și la toate urmăririle cu Bod Pod S/T (Life Measurement Inc./COSMED) utilizând proceduri recomandate și ecuații adecvate vârstei/sexului (Lohman 1989). Ne-am concentrat mai degrabă asupra grăsimii corporale decât asupra IMC, deoarece prima este o măsură mai precisă a volumului țesutului adipos și nu este influențată de variația masei musculare slabe. Densitatea corpului a fost calculată ca masă corporală (evaluată prin cântărire directă) împărțită la volumul corpului. Estimările procentuale ale grăsimii corporale arată fiabilitatea testului - retest (r = 0,92-0,99) și corelate cu absorptiometria cu raze X cu energie duală și estimările hidrostatice ale grăsimii corporale (r = 0,98-0,99; Fields și colab., 2002). Cu toate acestea, am evaluat și IMC, astfel încât să ne putem caracteriza pe deplin eșantionul. Înălțimea a fost măsurată la cel mai apropiat milimetru, iar greutatea a fost evaluată la cel mai apropiat de 0,1 kg după îndepărtarea pantofilor și a hainelor. Au fost obținute și calculate în medie două măsuri.

Recompense alimentare și monetare paradigme RMN.
Consolidarea alimentară și monetară.
Achiziție, preprocesare și analiză statistică fMRI.

Pentru a identifica regiunile creierului activate ca răspuns la primirea de milkshake de ciocolată, am contrastat activarea dependentă de nivelul oxigenului din sânge (BOLD) în timpul primirii de milk-shake cu primirea unei soluții fără gust. Pentru a identifica regiunile activate ca răspuns la tacul de ciocolată, am contrastat activarea BOLD în timpul prezentării imaginii de milkshake care a semnalat livrarea iminentă a milkshake-ului cu răspuns în timpul prezentării paharului de apă imagine care a indicat livrarea iminentă a soluției fără gust. . Activarea ca răspuns la recompensa monetară a fost evaluată prin contrastarea semnalului BOLD atunci când participanții au văzut afișajele XXX sau TTT față de afișajele cu monede neutre; activarea ca răspuns la un indiciu care semnalează o potențială recompensă monetară a fost evaluată prin activarea BOLD contrastantă atunci când participanții au văzut un afișaj HH sau TT față de afișajele cu monede neutre în recompensă.

La nivel individual, hărțile T au fost construite pentru compararea activării în cadrul fiecărui participant pentru cele patru contraste de la nivel individual (de exemplu, recepție de milkshake> recepție de soluție fără gust) la momentul inițial și la urmărire. Aceste contraste individuale au fost introduse în modele ANOVA cu măsuri repetate pentru a măsura diferențele de grup (de exemplu, adolescenții care au acumulat grăsime corporală față de adolescenții care au prezentat stabilitate a grăsimii corporale) în schimbarea răspunsului neuronal la cele patru contraste în timp (de exemplu, primirea inițială de ciocolată > chitanță de bază pentru soluție fără gust vs chitanță de lapte de ciocolată de urmărire> chitanță pentru soluție fără gust Vârsta la nivelul inițial și nivelul foamei înainte de scanare (pentru analiza paradigmei de recompensă alimentară fMRI) au fost incluse ca covariabile. Analizele creierului întreg au fost efectuate după aplicarea măștii de substanță gri specifică eșantionului derivat din DARTEL, binarizată. Un nivel global de semnificație a p 3 prin datele mascate utilizând modulul 3DClustSim al AFNI (Forman și colab., 1995). Rezultatele simulării au indicat o activitate supraviețuitoare unui prag de p Vizualizați acest tabel:

  • Vizualizați în linie
  • Vizualizați fereastra pop-up

Caracterizarea adolescenților care au acumulat grăsime corporală (n = 34), au prezentat grăsime corporală stabilă (n = 12) sau au pierdut grăsime corporală (n = 14)

La momentul inițial, atât dorința, cât și plăcerea sunt asociate pozitiv cu activarea în nucleul accumbens (dorind MNI, 9, 3, −6; Z = 4.16, k = 25; plăcere MNI, 9, 3, −9; Z = 4.10, k = 16) ca răspuns la chitanța de milkshake. Dorința și plăcerea nu au fost corelate în mod semnificativ cu activarea recompensei ca răspuns la anticiparea primirii milkshake.

Modificarea răspunsului BOLD la primire și indicii care semnalează primirea iminentă a laptelui între adolescenții care au acumulat grăsime corporală și cei care au prezentat grăsime corporală stabilă sau pierdere de grăsime corporală

Interacțiuni semnificative grup de timp în activitatea BOLD ca răspuns la primirea anticipată de mâncare gustativă și primirea de mâncare gustativă între adolescenții care au prezentat câștig, stabilitate sau pierdere de grăsime corporală

Discuţie

Când am comparat adolescenții care au obținut grăsime corporală cu cei care au pierdut grăsime corporală, am găsit o interacțiune semnificativă în precune ca răspuns la semnul de semnalizare a primirii iminentă a unui milkshake. Urmărirea analizelor în condiții a indicat faptul că această interacțiune a fost determinată în principal de reducerea capacității de răspuns în precune la indicii alimentare în rândul adolescenților care au pierdut grăsime corporală. Această constatare converge cu dovezi că pierderea în greutate indusă de tratament este asociată cu o reacție scăzută în precune la indicii alimentare (Pursey și colab., 2014). Precuneusul este o zonă vizuală care este conectată funcțional pentru a recompensa regiunile (de exemplu, striatul și creierul mediu; Cavanna și Trible, 2006) și s-a găsit că răspunde la indicii care prezic iminentele primiri de alimente plăcute (Stice și colab., 2012). Adolescenții care au pierdut grăsime corporală au arătat, de asemenea, o creștere mai mare a activării în lobul parietal superior posterior până la primirea de milkshake decât cei care au acumulat grăsime corporală. S-a constatat că lobul parietal posterior răspunde la primirea de alimente plăcute (Stice și colab., 2011) și a fost asociat cu atenția la gust (Veldhuizen și colab., 2012).

Răspunsurile neuronale la primirea recompensei monetare și indicii pentru recompensa monetară nu au diferit în funcție de schimbarea grăsimii corporale, sugerând că câștigul în grăsimea corporală modifică sensibilitatea neuronală specifică recompensei alimentare, dar nu recompensa în general. Faptul că am găsit mai multe regiuni cerebrale care au prezentat activarea modificată după creșterea în grăsime corporală până la primire și indicii care semnalează primirea iminentă a alimentelor bogate în calorii, dar nu la primire și indicii care semnalează primirea iminentă a recompensei monetare, sugerează, de asemenea, că efectele anterioare sunt de încredere; un număr similar de efecte ca răspuns la ambele tipuri de recompensă ar fi de așteptat dacă rezultatele s-ar datora întâmplării. Cu toate acestea, s-ar putea să fi apărut schimbări pentru hrană, dar nu și pentru paradigma recompensei monetare, deoarece prima a oferit o măsură mai sensibilă a receptivității neuronale, deoarece participanții au primit mâncarea plăcută în timpul scanărilor, dar nu recompensa monetară. Cu toate acestea, un răspuns mai mare la striat la primirea de recompense monetare în această paradigmă a prezis debutul consumului de substanțe în viitor (Stice și colab., 2013b), sugerând că această paradigmă are valabilitate predictivă.

În concluzie, rezultatele sugerează că adolescenții care prezintă creșterea grăsimii corporale pe o perioadă de mai mulți ani experimentează o creștere a capacității de reacție striatală la indicii pentru alimentele plăcute comparativ cu adolescenții care prezintă stabilitate a grăsimii corporale. Modelul descoperirilor implică, de asemenea, că menținerea unui echilibru între aportul caloric și cheltuieli reduce capacitatea de reacție a operculului striatal, insular și rolandic la indicii alimentare, ceea ce poate reduce riscul de supraalimentare și creștere în greutate în viitor.

Note de subsol

Această lucrare a fost susținută de National Institutes of Health Grant DK-080760. Mulțumim Centrului Lewis pentru Neuroimagistică de la Universitatea din Oregon pentru asistența lor cu scanările fMRI.

Autorii nu raportează interese financiare concurente.