Д-р Карл-Йохан Бораксбек

индуцираното

Център за демографски и застаряващи изследвания

901 87 Умео, Швеция

Сродни статии за „“

  • Facebook
  • Twitter
  • LinkedIn
  • електронна поща

Резюме

Въведение

Разпространението на затлъстяването се увеличава в световен мащаб [1]. Това сериозно засяга общественото здраве поради свързаните съпътстващи заболявания като хипертония, диабет тип 2 и повишен сърдечно-съдов риск [2]. По-специално, наднорменото тегло и затлъстяването по време на средната възраст увеличават риска от развитие на деменция по-късно в живота и поне една трета от всички случаи на болестта на Алцхаймер (AD) може да се отдаде на модифицируеми рискови фактори, включително затлъстяване в средата на живота [3,4,5]. В допълнение към повишения риск от деменция, затлъстяването се свързва и с нарушени епизодични и семантични функции на паметта при недементирани мъже на средна възраст [6]. Важно е също така, че има доказателства, че ограничаването на калориите и загубата на тегло могат да подобрят както паметта, така и изпълнителните функции при лица на средна възраст и възрастни хора [7,8].

Образните изследвания показват, че затлъстяването също е свързано с намален обем на мозъка в световен мащаб, както и с намален обем на хипокампала, ключов мозъчен регион за AD [9,10]. Нещо повече, функционалното ядрено-магнитен резонанс (fMRI) разкрива намалено активиране на париеталната кора по време на работна памет при пациенти със затлъстяване с възможна връзка с намалена инсулинова чувствителност [11]. В съответствие с поведенческите данни има подкрепа, че загубата на тегло може да промени мозъчната реакция. Неотдавнашно проучване предполага, че индивидите със затлъстяване са повишили метаболизма на глюкозата в задната цингуларна извивка в сравнение с хората с нормално тегло и че това може да бъде обърнато чрез загуба на тегло след стомашен байпас [12]. Въпреки това няма проучвания, оценяващи ефектите от индуцирана от диетата загуба на тегло върху функционалния мозъчен отговор по време на епизодично тестване на паметта. Това е от голям интерес, тъй като може да посочи начини за подобряване на функцията на хипокампуса и по този начин да намали риска от AD при затлъстели индивиди.

По-специално, специфичните хранителни вещества могат да повлияят на функционирането на мозъка. Високият прием на наситени мастни киселини при гризачи е свързан с нарушена неврогенеза и дендритна цялост, както и с повишено възпаление в хипокампуса, свързано с нарушени функции на паметта [13,14]. При хората високият прием на наситени мастни киселини е свързан с намалена когнитивна ефективност за 6-годишен период [15]. За разлика от това, няколко кохортни проучвания са установили, че придържането към средиземноморска диета с висок прием на ненаситени мастни киселини може да намали риска от развитие на леко когнитивно увреждане и AD [16]. По този начин както експерименталните, така и епидемиологичните изследвания показват важни връзки между мозъчната функция и баланса на мастните киселини.

В обобщение, има нужда от проучвания на основните нервни механизми за подобряване на паметта след загуба на тегло. Нашата основна цел беше да измерим функционалната мозъчна реакция по време на епизодична задача за паметта преди и след 6 месеца ад либитумни диетични интервенции. Втората цел беше да се изследва дали палеолитната диета или стандартната диета съгласно Северните препоръки за хранене са имали различни ефекти върху функционалния мозъчен отговор при жени с наднормено тегло и затлъстяване в постменопауза.

Участници и методи

Участници в проучването

Това проучване е част от по-голям проект за изследване на антропометрични и метаболитни ефекти на две различни диети, консумирани ad libitum, или модифицирана диета от палеолитен тип (PD), или стандартна диета съгласно Северните препоръки за хранене (NNR) (вж. Mellberg et al. [17]). 20 жени, които бяха включени в диетичната интервенция през същия период от време, бяха предложени и се съгласиха да участват във функционалното изследване на мозъчните образи (средна възраст 61,3 години, диапазон 52-69 години). 11 субекта бяха рандомизирани на NNR диета и 9 на PD. Всички участници са били в постменопауза (> 1 година от последната менструация), с наднормено тегло или със затлъстяване (ИТМ 27-40 kg/m 2), без самостоятелно докладвани когнитивни нарушения (таблица 1). Критериите за изключване бяха анамнеза за диабет, консумация на ограничена диета, предишно сърдечно заболяване или някакви лекарства за психични разстройства [17].

маса 1

Антропометрични измервания и биохимични данни (средно и SD) на жени в постменопауза (n = 20) на изходно ниво и след 6 месеца диетични интервенции

Диетична намеса

Антропометрични измервания и оценка на физическата активност

Всички измервания са направени на изходно ниво и 6 месеца след началото на интервенцията. Участниците бяха претеглени в леки вътрешни дрехи без обувки с точност до 0,1 кг на калибрирана електронна цифрова везна. Височината беше измерена с точност до cm. ИТМ се изчислява като тегло/дължина 2 (kg/m 2). Обиколката на талията е измерена по средата между долния ръб на ребрата или гребена на илиака по време на леко издишване. За да се контролира физическата активност като объркващ фактор, енергийните разходи за физическа активност (PAEE) бяха оценени с помощта на индивидуално комбинирана акселерометрия и мониторинг на сърдечната честота в продължение на 7 последователни дни, изчислени, както е описано по-горе [17].

Биохимични данни

Взети са проби от венозна кръв на гладно в началото и след 6 месеца. След анализ на плазмения инсулин (Elecsys инсулинов комплект върху модулен имуноанализатор E170, Roche Diagnostics, Индианаполис, IN, САЩ) и нивата на глюкозата (Vitros Slides on a Vitros 5.1FS, Ortho-клинична диагностика, Johnson & Johnson, New Brunswick, NJ, САЩ), оценката на модела на хомеостазата за инсулинова резистентност (HOMA-IR) беше използвана за оценка на инсулиновата резистентност ((глюкоза на гладно × инсулин на гладно)/22,5). Нивата на свободни от плазма мастни киселини (FFA) бяха анализирани в кръвни проби на гладно (NEFA-HR2, Wako Chemicals, Neuss, Германия).

fMRI параметри

Претеглените T2 * изображения са получени с помощта на високоскоростна ехопланарна образна последователност (EPI) на Philips 3T скенер. Бяха направени десет фиктивни сканирания преди получаване на изображение, за да се избегнат наситени артефакти. Използваните параметри бяха: TR = 1,512 ms; 31 филийки; TE = 30 ms; ъгъл на обръщане 70 °; зрително поле 22T22cm; 64264 матрица; 3,44 63,44 mm в равнина 3 4,65 mm дебелина; 8-канална SENSE намотка за глава с коефициент SENSE 2.6. Изображенията бяха предварително обработени, като се използваха следните стъпки: пренастройка и деформация, корекция на времето на среза, нормализиране (в MNI пространство) и изглаждане с помощта на 8,0 mm FWHM ядро ​​на Гаус. Предварителната обработка и анализът на данните бяха завършени с помощта на SPM8 (Wellcome Department of Cognitive Neurology, Лондон, Великобритания).

fMRI задача

Анализ на данни

След предварителната обработка бяха установени контрасти на единичен обект, като се използва общия линеен модел с различните условия (кодиране, извличане, изходно ниво) като отделни регресори. Данните, усреднени по групи, бяха анализирани в модел на случайни ефекти. Първо участниците бяха анализирани като една група, за да се изследват ефектите върху мозъчната функция преди загуба на тегло след диета. Първата стъпка в анализа беше да се генерират статистически параметрични карти (SPM), използвайки повтарящи се мерки ANOVA, за да се разкрият промени в мозъчните региони между събирането на данни преди и след диета за кодиране и извличане. Основните контрасти за този анализ бяха (кодиране> базова линия) и (извличане> базова линия). След това индивидуалната промяна на BOLD сигнала спрямо активността на средната сесия, изчислена като ((βЕнкодиране - βБазелин)/βКонстанта) × 100 и ((βВземане - βБазелин)/βКонстанта) × 100 се извлича от всеки значим пик на активиране, за да анализира потенциалните разлики между PD и стандартната диета според NNR, използвайки ANOVA.

Поради връзката между епизодично увреждане на паметта и увреждане на хипокампа при AD, направихме специфични анализи на този мозъчен регион. Регионите по интереси (ROI) бяха избрани в две различни части на хипокампуса (предна и задна част), двустранно. Изборът се основава на констатациите на Salami et al. [20]. Използвайки същата парадигма за име на лице, Salami et al. [20] заключи, че тези четири клъстера са силно активирани и важни за функцията на паметта по време на използваната задача за паметта. ROI са установени въз основа на анатомична локализация с помощта на мозъчния атлас на Talairach и Tournoux [21]. Всяка ROI е дефинирана като сфера с диаметър 5 mm с центъра на сферата в определената координата. Всяка ROI стойност се извлича чрез изчисляване на мозъчната активност (бета стойности) по време на кодиране или извличане във връзка със средната активност по време на сесията. Това генерира единични субектни стойности за всяка ROI по време на кодиране и извличане, преди и след диетични интервенции.

Ефективността на паметта по време на сканиране, както и антропометрични мерки и биохимия бяха анализирани с помощта на многократни мерки ANOVA за сравняване на ефективността преди и след диетичните интервенции. Също така изследвахме споделената вариабилност (R 2) между значителни промени в мозъчната активност за всеки пик на активиране и промени в антропометричните и биохимични данни (ИТМ, обиколка на талията, HOMA, нива на FFA), както и в работата на паметта.

В анализа на SPM, ние приложихме статистически праг от p 2 = 0,36, p = 0,006) и в островката (-38 -20 -2; R 2 = 0,25; p = 0,028). Веретенообразната лицева област във вентралната окципитно-темпорална кора [22] показва намалено активиране, което значително корелира с подобренията на паметта; R2 = 0,20, p = 0,049. Този мозъчен регион също е описан в референтната проба като част от кодиращата мрежа за тази задача [19]. Намалените нива на FFA корелират с повишено активиране на мозъка във фузиформената извивка (44 -60 -14; R 2 = 0,30, p = 0,016); когато два отклонения (± 2 SD при променена мозъчна активност) бяха премахнати, корелацията изчезна (R 2 = 0,03, p = 0,53). Таблица 2 съдържа пълен списък на ефектите, с точни местоположения (посочени като координати x y z в пространството MNI), обхват на клъстера и Z-стойности.

Таблица 2

Мозъчни региони, свързани със значителна промяна (FWE; p 2 = 0,27, p = 0,024; фиг. 2). Няма други корелации между промените в активността на хипокампуса и антропометричните или биохимичните мерки. Няма значителни промени в активирането в дясната задна или лявата предна/задната част на хипокампуса.

Фиг. 2

Промени в хипокампалната активност и плазмените FFA след индуцирана от диетата загуба на тегло, R 2 = 0,27, p = 0,024. Забележете, n = 19 в този анализ поради липсваща кръвна проба за един от участниците в диетичната група NNR.

Дискусия

Основната констатация в нашето проучване е, че подобряването на паметта може да настъпи след диета, индуцирана загуба на тегло чрез прием на храна ad libitum, която едновременно променя функционалната мозъчна реакция на епизодична задача за памет. Важно е, че по време на кодиране на паметта се наблюдава повишена мозъчна активност в предната част на десния хипокампус. Взети заедно, това предполага по-ефективна мозъчна функция, която потенциално може да се превърне в намален риск от деменция, като се има предвид, че хипокампалната област е във фокус за невродегенеративни процеси, свързани с AD.

Намалената функционална мозъчна реакция в областта на веретенообразното лице по време на кодиране на паметта е свързана с подобрения в паметта след диетичните интервенции. Този регион, заедно с хипокампуса, е част от кодиращата мрежа, представена от Pudas et al. [19]. Областта на веретенообразното лице е специализирана за разпознаване на лица [22], а намалената активност в този регион, заедно с подобрена производителност на паметта, може да отразява и по-ефективно кодиране след диетичните интервенции. Също така открихме, че намалената обиколка на талията е свързана с повишено активиране на мозъка в инсулата и горната темпорална кора (BA 48 и 22) по време на фазата на кодиране на епизодичната задача за памет. По-рано инсулният регион беше предложен като ключов регион за паметта за разпознаване [24], както и за когнитивния контрол [25]. Освен това горната темпорална кора е предложена като област, активирана от изразителни лица [26], и заедно с инсула се използва за идентифициране и съвпадение [27]. Увеличенията на активността, макар и да не корелират с антропометрията, са налице и в горната фронтална извивка (BA 9/10), регион, свързан преди със самореферентна активност и емоционална обработка [28].

Взети заедно, промените в активирането на мозъка предполагат, че жените в това проучване са успели да набират мозъчни ресурси по-ефективно след диетичните интервенции. Това може да им е позволило да идентифицират съответната информация за кодиране, което може да е довело до по-задълбочена и по-ефективна консолидация.

По време на извличането, мозъчната активност се увеличава в горния и средния времеви гири, региони, които преди са били свързани с разпознаване на известни лица, извлечени от дългосрочната памет [29]. Намаляването на мозъчната активност след диетичните интервенции е локализирано в долната и средната фронтална извивка, което е свързано с извличане на епизодични спомени [30] и BA 47, което преди това е било свързано с усилията за извличане [31]. Когнитивните взискателни задачи обикновено включват набиране на фронтални области на мозъка [32]. По този начин намалената активност в предфронталните области на кората може да бъде интерпретирана така, сякаш задачата е по-малко когнитивна след интервенциите. Това е в съответствие с резултатите от проучвания за обучение на паметта, съобщаващи за намалена фронтална активност във връзка с подобрена функция на паметта след интервенция [33]. Регионите, показващи намаление на активността, също са докладвани в референтната извадка [19].

Една от целите беше да се тества дали PD и стандартната диета според NNR имат различни ефекти върху паметта и функционалната мозъчна реакция. Въпреки че групата с PD съобщава за значително променен хранителен прием в сравнение с диетичната група с NNR, не открихме никакви разлики в работата на паметта или функционалните мозъчни реакции между двете диети. Това може да се дължи както на липса на мощност за откриване на такива разлики, така и на ограничена продължителност на интервенцията. За отбелязване е, че подобренията в антропометричните измервания, инсулиновата чувствителност и нивата на FFA са сходни и в двете диетични групи, което също може да смекчи разликите в групите. Следователно от това проучване не може да се направи твърдо заключение относно специфичните за диетата ефекти.

Интересното е, че намалените плазмени нива на FFA са свързани с повишена активност на хипокампуса. При гризачите наситените FFA могат да предизвикат възпаление в хипоталамуса чрез активиране на толподобен рецептор 4, който може да повлияе на регулирането на апетита [34]. В допълнение, 20-седмична диета с високо съдържание на мазнини причинява възпаление на хипокампала, което се обръща чрез лечение с антиоксидант ресвератрол при мишки [35], което е в съответствие с неотдавнашно проучване върху хора, което предполага, че лечението с ресвератрол подобрява паметта и функционалната свързаност на хипокампус [36]. По този начин ние предполагаме, че потенциален основен механизъм, свързващ диетичните интервенции с подобрена функция на хипокампуса, може да бъде, че намалените нива на FFA водят до намалено възпаление на хипокампала. В допълнителна подкрепа на този механизъм намалените нива на FFA корелират с намалените нива на С-реактивен протеин (данните не са показани).

Би било интересно да се включат както жени, така и мъже в бъдещи проучвания, тъй като връзката между затлъстяването и нарушените когнитивни функции [6], както и рискът от деменция [39] може да зависи от пола. Хората с различен метаболитен произход също трябва да бъдат изследвани, особено след като рискът от АД нараства значително с развитието на диабет тип 2 [40]. В допълнение, възможни фактори за диета и генно взаимодействие, като генотип APOE4, също трябва да бъдат взети под внимание при бъдещи проучвания [41].

Заключения

Индуцираното от диетата отслабване при жени с наднормено тегло в постменопауза увеличава хипокампалната активност по време на кодиране на паметта. Този ефект може да бъде свързан с намалени нива на плазмените FFA и да осигури потенциален основен механизъм, поради който загубата на тегло може да подобри паметта и да намали риска от развитие на деменция.

Пробна регистрация

Това изпитване е регистрирано на клиничен триал.гов като NCT00692536

Принос на автора

TO и LN проектирани изследвания, CJO събра MRI данни, CJO и AS анализира данни. Всички автори са участвали в написването на доклада и са получили окончателно одобрение на изпратените и публикувани версии.

Благодарности

Искаме да благодарим на всички участници за участието в това проучване. Също така искаме да благодарим на Susanne Sandberg, Caroline Mellberg (Public Health and Clinical Medicine, Umeå University), Sören Brage (MRC Epidemiology Unit, University of Cambridge, United Kingdom) и Sara Pudas (Integrative Medical Biology, Umeå University, Швеция) за ценни научни приноси. Този проект беше подкрепен от Шведския изследователски съвет, Шведската фондация за сърцето и белите дробове, Фондация „Крал Густав V и Дроттинг Виктория“, Университет Умео, Съветите на окръг Северна Швеция, Съветът на окръг Вестерботен, Шведският съвет за трудов живот и социални изследвания 2006-0699 и 2010-0398) и фондацията на Кнут и Алис Валенберг.

Декларация за оповестяване

От името на всички автори съответният автор заявява, че няма конфликт на интереси.