Publicat: 25 martie 2015 (vezi istoricul)

stimularea

DOI: 10.7759/cureus.259

Citați acest articol ca: Ho A L, Sussman ES, Zhang M, și colab. (25 martie 2015) Stimularea creierului profund pentru obezitate. Cureus 7 (3): e259. doi: 10.7759/cureus.259

Abstract

Introducere și fundal

Cunoștințele noastre în continuă extindere despre bazele neuroanatomice și neuropsihiatrice ale obezității au dus la un interes crescut pentru neuromodulare, similar cu alte tulburări refractare la tratament, cum ar fi tulburarea obsesiv-compulsivă. Stimularea profundă a creierului (DBS) oferă stimulare electrică reversibilă a circuitelor neuronale și a fost utilizată ca terapie eficientă și sigură pentru o mare varietate de tulburări neurologice [16-18]. În timp ce mecanismul precis al DBS rămâne neclar, este bine stabilit că stimularea electrică de înaltă frecvență imită clinic efectele procedurilor de ablație neuronală [19-20]. Cu toate acestea, capacitatea de a titra și/sau inversa efectele DBS îl fac metoda preferată de neuromodulare [21-24]. Studiile clinice recente ale DBS în cefaleea cronică în cluster, boala Alzheimer și depresia și tulburarea obsesiv-compulsivă au demonstrat siguranța și eficacitatea vizării hipotalamusului și a recompensării circuitelor creierului cu stimulare electrică și, astfel, oferă baza pentru o abordare neuromodulatoare a obezitate refractară la tratament [16, 25-27].

În timp ce rolul hipotalamusului în neurofiziologia obezității a fost bine stabilit de zeci de ani [28-29], o investigație mai recentă a verificat importanța circuitelor de recompensare ale creierului în comportamentele patologice de căutare a alimentelor observate de obicei în obezitate [30- 32]. Această constatare face din nucleul accumbens (NAc) o altă țintă favorabilă neuromodulării. În acest studiu, vom revizui literatura care implică aceste ținte pentru DBS în circuitele neuronale ale obezității. De asemenea, vom revizui pe scurt considerațiile etice pentru o astfel de intervenție și vom discuta despre sindroamele genetice de obezitate secundară care pot beneficia și de DBS. Pe scurt, sperăm să oferim fundamentul științific pentru a justifica studiile de DBS pentru tratamentul obezității care vizează aceste regiuni specifice ale creierului.

Revizuire

Hipotalamusul lateral ca țintă pentru DBS

Figura 1: Diagramă schematică care prezintă obiectivele de stimulare profundă a creierului (DBS) pentru obezitate și rolul lor în calea homeostatică a echilibrului energetic

LH este responsabil pentru furnizarea de feedback anabolizant asupra efectorilor sistemului nervos autonom. Nucleul accumbens (NAc) este centrul căii de recompensă din creier, integrând intrări din diferite zone creierului cortical înalt și din sistemul limbic pentru a consolida anumite comportamente benefice, cum ar fi hrănirea. Integrarea căilor de recompensă cu comportamentul de hrănire începe cu eliberarea de dopamină din neuronii zonei tegmentale ventrale (VTA) care se proiectează pe nucleul accumbens (NAc). În cadrul NAc, există neuroni care se proiectează pe hipotalamusul lateral (LH) care conțin neuroni care stimulează consumul de alimente. Aceste nuclee răspund, de asemenea, la diferite peptide hormonale, cum ar fi leptina, care sunt eliberate de sistemele metabolice ale corpului care leagă aportul de alimente și metabolismul energetic de căile de recompensă din creier.

Nucleus accumbens și calea recompensei

În plus, studiile pe rozătoare au demonstrat conexiunile biochimice, neuroendocrinologice, neuroanatomice și comportamentale dintre hipotalamusul lateral și NAc (Figura 1) [65-66]. S-a stabilit că neuronii glutamat din LH sunt un loc major de proiecție al neuronilor de ieșire NAc, iar NAc este singura regiune striatală care trimite proiecții către LH [67]. Calea de semnalizare a leptinei, precum și alte neuropeptide derivate din intestin, cum ar fi peptida hormonală YY, peptida asemănătoare glucagonului 1 și grelina, s-au dovedit a fi proiectate asupra acestui circuit (Figura 1) [46, 48, 68]. Neuronii dopamina ventral tegmental exprimă receptorul leptinei și răspund la leptină cu o reducere a ratei de ardere [68]. Administrarea directă a leptinei în această structură a creierului mijlociu a determinat scăderea aportului de alimente, în timp ce eliminarea pe termen lung a receptorului de leptină a dus la creșterea aportului de alimente, a activității locomotorii și a sensibilității la alimentele foarte plăcute. Aceste date susțin un rol critic pentru calea de semnalizare a leptinei care implică acest circuit de recompensă și zona hipotalamică în reglarea comportamentului de hrănire. Mai mult, aceasta oferă dovezi funcționale pentru acțiunea directă a unui semnal metabolic periferic pe circuitul de recompensă.

La om, studiile de imagistică funcțională au jucat un rol critic în stabilirea implicării importante a NAc în comportamentele asociate cu obezitatea. Studiile RMN ale pacienților care și-au imaginat consumul de alimente gustoase au constatat o modificare a activării în striatul ventral la persoanele cu risc crescut de creștere în greutate viitoare [69]. Studiile RMN de răspuns la imagini cu alimente bogate în calorii (vs. scăzute) sau la primirea anticipată a gustului dulce la participanții obezi (vs. slabi) au găsit o activitate mai mare în NAc [70-71]. Scăderi ale răspunsului NAc la imagini cu alimente cu conținut ridicat de calorii (comparativ cu cele scăzute) au fost găsite la pacienții la o lună după operația de by-pass gastric roux-en-Y [72]. Două studii preliminare au găsit, de asemenea, o tendință pentru modificarea potențialului de legare a receptorilor de dopamină în striatul ventral postoperator la cinci pacienți [73-74]. Astfel, NAc trebuie considerat ca o țintă potențială pentru neuromodularea circuitelor de recompensă pentru a controla tiparele comportamentale de dependență alimentară observate la indivizii obezi [75].

Nucleul accumbens ca țintă pentru DBS

Considerații etice

Sindroamele obezității secundare

Sindromul Prader-Willi (PWS) se caracterizează prin hiperfagie extremă, obezitate și dizabilitate intelectuală și este cauzat de un defect genetic care rezultă în exprimarea absentă a mai multor gene imprimate în regiunea 15q11-q13 din cromozomul paternal 15 [95]. Pacienții cu PWS sunt adesea obezi morbid din cauza apetitului lor de nesatiat [96]. Unul din trei pacienți cu PWS are o greutate corporală ideală de peste 200% și au fost raportate cazuri de exces de consum care au dus la ruperea stomacului la acești pacienți [97]. Profilul metabolic al PWS include creșterea raportului de masă adipoasă/slabă [98-99], scăderea cheltuielilor energetice totale și de repaus [100] și niveluri ridicate de grelină în repaus alimentar [101]. În ciuda celor mai radicale intervenții medicale și chirurgicale, PWS rămâne dificil de tratat. În special, chirurgia bariatrică a avut o eficacitate limitată și un profil de siguranță în ceea ce privește, având în vedere comorbiditatea medicală crescută la această populație [102].

Este posibil ca indivizii PWS să aibă o perturbare a mecanismelor de sațietate de bază care îi determină să consume mai mult și pe perioade mai lungi de timp decât indivizii obezi [103-104]. Aceste perturbări se manifestă ca hiperactivare post-masă a hipotalamusului, NAc, amigdala, hipocampul, cortexul prefrontal medial (PFC), OFC și insula, regiuni implicate atât în ​​satietatea alimentară, cât și în circuitele de recompensare [105-108]. Studiile fMRI au demonstrat că, înainte de consum, persoanele cu PWS prezintă activitate mai mare în regiunile recompensă/limbică (NAc, amigdala) și activitate mai scăzută în regiunile subcorticale de foame și sațietate (hipotalamus, hipocampus), dar post-consum prezintă activitate mare în regiunile subcorticale și activitate mai scăzută în regiunile corticale pre-frontale inhibitoare (OFC posterior/lateral, DLPFC) comparativ cu martorii. Astfel, PWS nu numai că duce la o mai mare activare a centrelor de recompensă și foame în așteptarea hranei, ci și perturbă circuitele inhibitoare post-prandial [109].

PWS este o legătură comună între consumul de alimente și căile de recompensă din creier care, atunci când este perturbată, duc la hrănire necontrolată și obezitate morbidă (Figura 1). După cum sa menționat anterior, LH și NAc sunt ținte potențiale pentru PWS care au fost deja vizate în alte stări de boală. Mai precis, LH a fost deja vizat prin DBS pentru obezitate [53-54] și cefalee [110] și NAc pentru TOC, anxietate, dependență și depresie [76-77]. Propunem ca aceleași ținte să fie potențiale ținte pentru DBS pentru PWS.

Sindromul Kleine-Levin (KLS) este o rară tulburare de hipersomnie episodică care se caracterizează și prin hiperfagie, precum și prin hipersexualitate și tulburări cognitive [111-113]. Între episoade, simptomele clinice se pot rezolva complet. În timp ce fiziopatologia acestei tulburări este în mare parte necunoscută [113], studii recente de imagistică au identificat aberații într-o varietate de nuclei adânci ai creierului și zone corticale cerebrale.

Un studiu RMN funcțional (fMRI) din 2014 al pacienților cu KLS în timpul episoadelor acute a identificat hiperactivarea talamusului stâng, precum și hipoactivarea cortexului cingulat anterior și a cortexului prefrontal medial [114]. Un alt studiu recent care a comparat scintigrafia perfuziei cerebrale la pacienții cu KLS și controalele sănătoase a identificat hipoperfuzia în hipotalamus, talamus, nucleul caudat și în zonele asociative corticale frontale și temporale [113, 115]. În timp ce rămân progrese semnificative în ceea ce privește fiziopatologia care stă la baza acestei boli, identificarea anomaliilor în mai multe structuri cerebrale profunde crește posibilitatea unui tratament DBS țintit pentru KLS.

Concluzii

În acest studiu, am analizat literatura care implică hipotalamusul lateral și nucleul accumbens, ținte DBS bine validate, în circuitul neuronal al obezității. De asemenea, am prezentat datele actuale care susțin direcționarea DBS a acestor focare pentru a modula atât fiziopatologia metabolică, cât și cea comportamentală implicată în obezitatea refractară la tratament, am analizat pe scurt considerațiile etice pentru o astfel de intervenție și am discutat sindroamele genetice de obezitate secundară care pot beneficia de DBS. Deși până acum nu au existat studii la om care să utilizeze DBS în mod specific pentru tratamentul obezității, am oferit fundamentul științific și justificarea unui studiu DBS pentru tratamentul obezității care vizează aceste regiuni specifice ale creierului.