Vincent Chin-Hung Chen

1 Școală de Medicină, Universitatea Chang Gung, Taoyuan, Taiwan

rețelele

2 Departamentul de Psihiatrie, Spitalul Memorial Chang Gung, Chiayi, Taiwan, wt.ude.ugc.liam@gnewcj

Yi-Chun Liu

3 Departamentul de Imagistică Medicală și Științe Radiologice, Universitatea Medicală Chung Shan, Taichung, Taiwan

Seh-Huang Chao

4 Centrul de chirurgie metabolică și bariatrică, spitalul Jen-Ai, Taichung, Taiwan

Roger S McIntyre

5 Unitatea de psihofarmacologie a tulburărilor de dispoziție, Rețeaua universitară de sănătate, Departamentul de psihiatrie, Universitatea din Toronto, ON, Canada

6 Institutul de Științe Medicale, Universitatea din Toronto, Toronto, ON, Canada

7 Departamente de Psihiatrie și Farmacologie, Universitatea din Toronto, Toronto, ON, Canada

Danielle S Cha

5 Unitatea de psihofarmacologie a tulburărilor de dispoziție, Rețeaua universitară de sănătate, Departamentul de psihiatrie, Universitatea din Toronto, ON, Canada

8 Școala de Medicină, Universitatea din Queensland, Queensland, Brisbane, Australia

Yena Lee

5 Unitatea de psihofarmacologie a tulburărilor de dispoziție, Rețeaua universitară de sănătate, Departamentul de psihiatrie, Universitatea din Toronto, ON, Canada

6 Institutul de Științe Medicale, Universitatea din Toronto, Toronto, ON, Canada

Jun-Cheng Weng

2 Departamentul de Psihiatrie, Spitalul Memorial Chang Gung, Chiayi, Taiwan, wt.ude.ugc.liam@gnewcj

9 Departamentul de imagistică medicală și științe radiologice, Universitatea Chang Gung, Taoyuan, Taiwan, wt.ude.ugc.liam@gnewcj

Abstract

Scop

Obezitatea este o boală complexă și multifactorială identificată ca o epidemie globală. Dovezile convergente indică faptul că obezitatea influențează diferențial pacienții cu tulburări neuropsihiatrice, oferind o bază pentru ipoteza că obezitatea modifică structura și funcția creierului asociate cu tendința creierului către tulburări ale dispoziției și cognitivității. Aici, caracterizăm modificările structurilor și rețelelor creierului la subiecții obezi (adică, indicele de masă corporală [IMC] ≥30 kg/m 2) în comparație cu controalele non-obeze.

Pacienți și metode

Am obținut imagistica tensorică de difuzie neinvazivă și scanări generalizate de imagistică cu eșantionare q a 20 de subiecți obezi (IMC = 37,9 ± 5,2 SD) și 30 de martori non-obezi (IMC = 22,6 ± 3,4 SD). Au fost efectuate analize teoretice grafice și analize statistice bazate pe rețea pentru a evalua diferențele structurale și funcționale dintre grupuri. Am evaluat suplimentar corelațiile dintre indicii de difuzie, IMC și anxietatea și severitatea simptomelor depresive (de exemplu, scorul total al anxietății și scării depresive spitalicești).

Rezultate

Indicii de difuzie ai membrului posterior al capsulei interne, coroanei radiate și fasciculului longitudinal superior au fost semnificativ mai mici în rândul subiecților obezi în comparație cu martorii. Mai mult, subiecții obezi au fost mai predispuși să raporteze anxietate și simptome depresive. Au fost observate mai puține conexiuni structurale de rețea la subiecții obezi comparativ cu controalele non-obeze. Măsurile topologice ale coeficientului de grupare (C), eficienței locale (Elocal), eficienței globale (Eglobal) și tranzitivității au fost semnificativ mai mici în rândul subiecților obezi. În mod similar, trei subrețele au fost identificate ca având o conectivitate structurală scăzută între regiunile frontal-temporale la subiecții obezi comparativ cu controalele non-obeze.

Concluzie

Extindem în continuare cunoștințele prin delimitarea modificărilor structurale de interconectivitate în și în regiunile creierului care sunt afectate negativ la indivizii obezi.

Introducere

Obezitatea este operaționalizată de OMS ca un indice de masă corporală (IMC) (adică, greutate în kilograme/înălțime în metru 2) de 30 sau mai mare; cu toate acestea, au fost raportate praguri de IMC dispar pentru obezitate în regiunile globale (de exemplu, America de Nord vs Asia). 1, 2 Obezitatea este o boală complexă și multifactorială care reprezintă una dintre principalele provocări în prevenirea bolilor cronice la nivel mondial. 3 Potrivit OMS,

2,8 milioane de oameni mor în fiecare an din cauza supraponderabilității/obezității, estimându-se 35,8 milioane de ani de viață la nivel mondial, ajustabili pentru dizabilitate, fiind atribuibili obezității în absența altor comorbidități medicale. 4 Dovezile replicate indică, de asemenea, că obezitatea crește în mod semnificativ riscul pentru, agravează cursul și reduce semnificativ rezultatele generale ale sănătății pentru o multitudine de boli cronice, inclusiv, dar fără a se limita la, tulburări ale mediului metabolic (de exemplu, hipertensiune arterială, dislipidemie și sindrom metabolic), boli cardiovasculare, boli autoimune și cancere (de exemplu, sân, colon și prostată). 3, 5 - 7 În plus, datele disponibile indică faptul că obezitatea afectează diferențial persoanele cu tulburări neuropsihiatrice, influențând traiectoria bolii și progresia. 8 - 11 Cu toate acestea, mediatorii asociației dintre obezitate și funcția adversă a creierului sunt insuficient caracterizați. Dovezile replicate sugerează că interfața metabolică - imunoinflamatorie este un moderator critic al efectelor diferențiale ale obezității asupra persoanelor cu o boală neuropsihiatrică. 10-13

Ipoteza studiului nostru a fost că principala cauză a obezității se datora unor probleme metabolice, care pot duce la modificări ale fibrelor nervoase. 10 - 13 S-a considerat că obezitatea este asociată cu căi dopaminergice care pot regla procesele satisfăcătoare. 14 Prin urmare, atunci când receptorul dopaminei a scăzut, acesta va reduce sensibilitatea la recompense naturale. Procesele de recompensare joacă un rol critic în procesele cerebrale care reglează comportamentul alimentar al omului și aportul de alimente. În plus față de obezitate, acumularea de grăsime în organism poate avea, de asemenea, un efect important asupra funcției creierului și întreținerea optimă a compoziției corpului (adică, raportul optim de grăsime corporală la mușchi). 15 Mai mult, datele disponibile sugerează că supraponderalitatea/obezitatea influențează modificările structurale și funcționale la pacienții cu tulburări neuropsihiatrice (de exemplu, anxietatea și depresia), oferă o bază pentru ipotezele că supraponderalitatea/obezitatea modifică structura și funcția creierului, crescând înclinația creierului către perturbări în starea de spirit și cunoașterea. 8, 16 - 18

Obezitatea este din ce în ce mai recunoscută ca având un impact semnificativ atât asupra structurii și funcției creierului. De exemplu, obezitatea a fost dovedită a produce activarea diferențială a regiunilor funcționale ale creierului sau a rețelelor în rândul persoanelor cu obezitate în comparație cu controalele non-obeze. 16 Mai mult decât atât, convergența dovezilor replicate care indică faptul că supraponderalitatea/obezitatea influențează modificările structurale și funcționale la pacienții cu tulburări neuropsihiatrice (de exemplu, anxietatea și depresia), oferă o bază pentru ipoteza că supraponderalitatea/obezitatea modifică structura și funcția creierului, crescând înclinația creierului spre tulburări ale dispoziției și cunoașterii. 8, 16 - 18

Imaginea tensorială difuză (DTI) a fost utilizată pentru a investiga boli neurologice, cum ar fi epilepsia, boala Parkinson și boala Alzheimer. 19 - 21 Marqués-Iturria și colab. Au folosit DTI pentru reconstituirea și compararea rețelelor de recompensare a creierului subiecților obezi (n = 31) și neobezi (n = 32) pe baza volumului de substanță albă și a microstructurii, autorii au raportat că subiecții obezi au prezentat o număr mai mic de fibre și integritate scăzută a conexiunilor, în plus față de rezistența redusă a grupării în nucleul cortexului orbitofrontal și a nucleilor striatului, incluzând accumbens, caudat și putamen în comparație cu subiecții non-obezi. 22 Într-un studiu separat, Kullmann și colab. Au folosit cartografierea DTI și multiparametrică pentru a examina efectul creșterii IMC la subiecții slabi, supraponderali și obezi asupra substanței albe din creier. 23

Rezultatele au indicat faptul că structurile substanței albe au arătat mielină redusă și apă crescută odată cu creșterea IMC în tractul corticospinal și tracturile de fibre care leagă structurile limbice de regiunile prefrontale. 23 Observațiile de mai sus au fost interpretate de autori ca având potențialul de a accelera declinul cognitiv în rândul persoanelor obeze, care se comportă cu literatura existentă cu privire la impactul diferențial al obezității la persoanele cu tulburări neuropsihiatrice, reprezentând un legătură fiziopatologică care servește interacțiunii multiplicative dintre obezitate., dispoziție și cunoaștere. 10, 23 - 26

Un cadru conceptual pentru cercetarea creierului care a fost propus recent descrie „conectomul”. 27, 28 „Conectomul” oferă perspective noi asupra diverselor funcții ale creierului și organizării structurale prin modelarea rețelelor complexe ale creierului uman, permițând cercetătorilor să investigheze segregarea și integrarea procesării informațiilor. Analizele de mai sus sunt realizate pe baza topologiei și a analizei teoretice a graficelor (GTA), care oferă o metodă cantitativă de identificare a nodurilor, a muchiilor și a parametrilor topologici diferiți, incluzând, dar nelimitându-se la, coeficienți de grupare, lungimea caracteristică a traseului), și lumii mici (adică niveluri ridicate de grupare locală între nodurile unei rețele și căi scurte care leagă la nivel global toate nodurile rețelei). 29, 30

În concordanță cu cadrul conceptual „conectom”, am folosit DTI neinvaziv și imagistica generală a eșantionării q (GQI) pentru a identifica structura/rețelele creierului/rețelele modificate între subiecții obezi și controalele sănătoase neobeze (HC). GQI a fost utilizat pentru a depăși limitările, inclusiv, dar nu limitat la rezoluția structurilor neuronale complicate (de exemplu, treceri de fibre) și detectarea modificărilor structurale în substanța cenușie. 31 - 33 S-a calculat, de asemenea, corelația dintre indicii de difuzie cu IMC-ul subiecților și evaluările Scalei de anxietate și depresie în spital (HADS). În plus, GTA și analiza statistică bazată pe rețea (NBS) au fost, de asemenea, utilizate pentru a identifica diferențele structurale de rețea dintre cele două grupuri. 27, 34

Pacienți și metode

Subiecți și caracteristici clinice

În acest studiu au fost recrutați un total de 50 de subiecți, incluzând 20 de subiecți obezi (IMC = 37,9 ± 5,2) și 30 de controale neobeze asortate cu vârsta și sexul (IMC = 22,6 ± 3,4). Subiecții obezi sunt recrutați de la pacienții care merg la ambulatoriu pentru o intervenție chirurgicală de reducere a stomacului. Acest studiu a fost realizat în conformitate cu Declarația de la Helsinki și s-a obținut consimțământul scris în scris de la toți subiecții. Studiul a fost aprobat de Consiliul de revizuire instituțională al spitalului Jen-Ai, Taichung, Taiwan (IRB nr. 104-3465B) și toate cercetările au fost efectuate în conformitate cu orientările și reglementările relevante. Anxietatea inițială și/sau simptomele depresive ale subiecților au fost evaluate folosind HADS înainte de DTI și GQI. HADS este o scară de 14 itemi cu 7 itemi pentru a evalua anxietatea și, respectiv, simptomele depresive. Fiecare dintre cele 14 itemi este marcat de la 0 la 3 cu un scor maxim de 21. Scorurile totale peste 7 indică anxietate semnificativă clinic și simptome depresive; un scor total care depășește 10 sugerează simptome moderate până la severe (Tabelul 1).