Бариатричната хирургия е най-ефективното дългосрочно лечение на затлъстяването.

след

Стомашната байпас хирургия води до по-голяма загуба на тегло, отколкото операцията на стомашно бандаж.

Стомашният байпас, но не и операцията за свързване на стомаха, води до повишени постпрандиални анорексигенни чревни хормони.

Пациентите със стомашен байпас съобщават за промяна в предпочитанията към храната, която е далеч от висококалоричните храни.

Какви са новите открития?

Използвайки функционален ЯМР, активирането в мозъчните системи за възнаграждение, включително орбитофронтална кора, амигдала, путамен, опашка и ядро ​​натрупвания, по време на оценката на привлекателността на висококалоричните картини на храната е по-малко след байпас, отколкото след операция на стомашна лента.

Висококалоричните храни са по-малко привлекателни и се консумират по-малко след стомашен байпас, отколкото операцията на стомашна лента.

Тези различия не са обясними от разликите в нивата на глад или психологическите черти.

Плазмените GLP-1, PYY, жлъчните киселини и постингестивните дъмпингови симптоми са били по-високи след стомашен байпас, отколкото стомашна бандажна операция.

Как може да се отрази на клиничната практика в обозримо бъдеще?

Може да бъде оправдан по-персонализиран подход към избора на бариатрична процедура, включително оценка на хранителната хедоника.

Насочването към хедоничната ос на храната на червата и мозъка е важно за развитието на бъдещите нехирургични лечения на затлъстяването.

Въведение

Понастоящем бариатричната хирургия е най-ефективното дългосрочно лечение на затлъстяването и свързаните с него съпътстващи заболявания.1 В продължение на 20 години операцията на Roux-en-Y стомашен байпас (RYGB) постига средно 25% загуба на тегло в сравнение с 14% при стомашна лента (BAND) ) хирургия.1 Това предполага, че специфичните анатомични манипулации на червата при всяка процедура могат да имат много различни физиологични ефекти

При RYGB образуването на малка стомашна торбичка дава възможност на храната да има по-ранен контакт със средното и дисталното тънко черво. Храната заобикаля стомаха и проксималното тънко черво, но неразредената жлъчка има контакт с проксималното тънко черво. Вагусните влакна през стомаха могат да бъдат нарушени. 3, 4 Намаленият глад и повишената ситост след RYGB са отчасти поради ранните и преувеличени реакции на анорексигенни чревни хормони, като пептид YY (PYY) и глюкагон-подобен полипептид-1 (GLP- 1), част от оста на червата и мозъка, регулираща поглъщащото поведение.5 Тези промени в чревния хормон отсъстват след операция BAND, където регулируемата лента около проксималния стомах намалява глада чрез повишено интралуминално налягане върху вагусните аферентни механични рецептори.

Хранителното поведение на човека се влияе от глада, а също и от стойността на храната за възнаграждение.7 В проучвания върху животни и хора се съобщава за изгодно отклоняване от консумацията на богата на мазнини и сладка храна след операция с RYGB.7–9. хранителната хедоника между RYGB и BAND хирургия, двете най-често извършвани процедури по света и тяхната невронна основа, не са изследвани.

Функционалният ЯМР (fMRI) позволява изследване на мозъчно-познавателните системи, свързани с поведението на хранене, чрез измерване на регионалните промени в зависимия от нивото на кислорода в кръвта (BOLD) сигнал към хранителни стимули, маркер за невронално активиране.10 Те включват кортиколимбични мрежи: стриатално ядро натрупване и опашно ядро ​​(кондициониране на възнаграждението, продължителност, мотивация и привично поведение), амигдала (емоционални реакции на възнаграждаващи стимули), предна инсула (интегриране на вкусовата и друга сензорна информация) и орбитофронтална кора (OFC) (кодиране на стойността на наградата и забележимост, решение правене) .11, 12

Ние предположихме, че процедурите RYGB и BAND имат различни ефекти върху системите за възнаграждение на мозъка, а оттам и върху хранителното поведение, което може да обясни по-голямата загуба на тегло след RYGB. Сравнихме пациентите, съответстващи на индекса на телесна маса (ИТМ) след операция на RYGB и BAND, с неработещи контроли, съответстващи на BMI, които не бяха загубили тегло. Първичната мярка за резултат беше активирането на системата за възнаграждение към снимки на храни с помощта на fMRI, а вторичните резултати бяха поведенчески и метаболитни мерки за фенотипизиране.

Методи

Допълнителни подробности са дадени в допълнителни онлайн методи.

Участници

Осемдесет и три участника (30 RYGB, 28 BAND, 25 BMI-M (BMI-M) неработещи контроли) бяха наети от клиники за затлъстяване и публична реклама. Хирургичните пациенти са били назначавани повече от 2 месеца след операцията, след загуба на поне 8% телесно тегло (вж. Онлайн допълнителна таблица S1). Неоперираните ИТМ-съвпадащи контроли са стабилни с тегло. От тях 61 участници (21 RYGB, 20 BAND, 20 BMI-M) са имали право на сканиращо посещение (таблица 1). fMRI сканирането на двама субекти (1 RYGB, 1 BMI-M) бяха изключени от анализ поради прекомерно движение и/или лошо качество на изображението. За критерии за включване и изключване вижте онлайн допълнителни методи.

Характеристики на пациенти със затлъстяване след стомашен байпас и стомашна лента и неоперативен контрол по време на fMRI сканиране

Фенотипизиране на психологическо и хранително поведение

Всички участници попълниха въпросници за оценка на хранителното поведение, настроението, импулсивността, личността и чувствителността към възнагражденията.

fMRI протокол

Допустимите субекти са имали структурен MRI и BOLD fMRI в продължение на 1 час след бързо нощуване (фигура 1). По време на задача за оценка на снимка на храна субектите разглеждаха снимки на висококалорични храни, нискокалорични храни, нехранителни домакински предмети и замъглени изображения.13 Субектите едновременно оцениха привлекателността на всяка снимка. Извършена е fMRI задача за слухово-моторно-визуален контрол, за да се изключат неспецифичните промени в BOLD сигнала между групите.

Протокол за изследване. AMV, аудио-мото-визуална задача; ЛЕНТА, стомашна лента; АН, кръвно налягане; fMRI, функционален MRI; RYGB, стомашен байпас; VAS, визуални аналогови везни.

fMRI анализ

Обработката на данни за fMRI използва инструмента за експертен анализ fMRI V.5.98 (http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl). Използван е общ анализ на линеен модел за измерване на BOLD активиране на (i) всяка храна (висококалорична или нискокалорична); (ii) само висококалорични храни или (iii) само нискокалорични храни (в сравнение с обекти) в задачата за оценка на храната; и (iv) слухови, двигателни или зрителни задачи в контролната парадигма.

Оценка на синдрома на дъмпинга в хирургични групи. Сравнение на резултатите от ретроспективния (A) Sigstad's и (B) Arts дъмпинг през първите 3 месеца след операцията (n = 18–19 на група), между пациенти със затлъстяване след стомашна лента (BAND, пунктирана) и стомашен байпас (RYGB, райета) ) хирургия. Данните са представени като медиана и IQR. * p, 18 умишлено инхибиране на желанието за приятни храни, 19 по-ниска перспективна консумация на храна, 20 по-малко надлъжно наддаване на тегло21, 22 и по-голям успех в програма за отслабване в начина на живот.23

Въпреки че някои изследвания на fMRI показват по-голямо активиране в тези региони за гледане на висококалорични храни или очакване на доставка на храна, при хора със затлъстяване, по-висок ИТМ или BED, резултатите са противоречиви и дори противоречиви.24, 25 Въпреки това включването на постно, а не на ИТМ съвпадаща контролна група в нашето проучване може да е било полезно, за да се оцени дали степента на отговорите на системата за възнаграждение в групата на RYGB е подобна на тази на никога затлъстели здрави субекти.

Констатациите от невроизобразяването в това проучване на напречно сечение при пациенти с RYGB са в съответствие с проспективни проучвания на RYGB при хора.2 Проспективно проучване на fMRI установи корелация между намаленото желание за храна и намаленото активиране на мозъка, включително опашкова, фронтална извивка и предна цингуларна кора, до високо- калорична храна през първия месец след RYGB.26 Това по-малко проучване обаче не контролира ефектите от реда, промените в ИТМ или ранните следоперативни диетични ограничения. За разлика от това, в нашето проучване сравнението с пациентите с BAND избягва ефектите от поръчката и контролира разликите в ИТМ и цялото сканиране се извършва поне 3 месеца след операцията, след като ограниченията на течната диета са приключили.

Вторичните поведенчески резултати също бяха в съгласие с бъдещите проучвания на RYGB върху животни и хора. Животинските модели на RYGB показват намалено предпочитание към сладки и/или мастни стимули в сравнение с фалшиво оперирани животни.9, 27 Пациентите с наднормено тегло работят по-малко в задача с прогресивно съотношение за сладки/мастни вкусови стимули след RYGB, отколкото предоперативно.8 Надлъжни отмествания от калорична диета също са описани след RYGB.28

Резултатите от метаболитното фенотипиране сочат потенциални медиатори зад тези разлики в хедоничните реакции на храната, въпреки че не е установено пряко причинно-следствено заключение. Както се очакваше, постпрандиалните плазмени нива на GLP-1 и PYY в чревния хормон, както и нивата на PYY преди приготвяне, бяха по-високи в тази кохорта след RYGB, отколкото BAND и/или неоперирани групи. ), тези хормони също модифицират активността в системите за възнаграждение на мозъка и допаминергичното сигнализиране.29, 30 GLP-1 и/или PYY остро намаляват BOLD сигнала до визуални сигнали за храна при не-затлъстели субекти в подобни мозъчни региони, 31 медиират промените в вкусът далеч от богати на мазнини сладки храни32 и плазмените нива корелират с надлъжно намаляване на неконтролираното хранене след RYGB.33 Системите за мозъчно хедонично възнаграждение могат да реагират не само остро, но и на хронично излагане на многократното преувеличено повишаване на GLP-1 след хранене и PYY.34

Плазмените жлъчни киселини също са били по-високи в RYGB, отколкото в групата BAND, не само след хранене, но и преди обяд.35 Това може да бъде алтернативен модулатор на централната хедонична обработка на храна след RYGB. Всъщност жлъчните киселини преминават през кръвно-мозъчната бариера, 36 и рецепторът на жлъчните киселини TGR5 присъства в мозъка.37 Жлъчните киселини също стимулират производството на тънко черво на фибробластен растежен фактор 19 (FGF19), който намалява централно приема на храна, 38 и увеличава след RYGB.35 Следователно пряката роля на жлъчните киселини или FGF19 след RYGB може да бъде достойна за по-нататъшно проучване.

Пациентите с RYGB също съобщават за по-голямо разпространение на симптомите, съответстващи на дъмпинг синдрома в ранния следоперативен период и са по-гадни след поглъщане на висококалоричното тестово хранене, отколкото след операция на BAND. Научената условна неприязън, дължаща се на пощенски ефекти на висококалоричните храни, следователно може също да играе роля в намалените хедонични реакции на храната след RYGB, потенциално медиирана от промени в GLP-1 и PYY.9

Въпреки че орексигенният хормон грелин има стимулиращи ефекти върху хедоника на храната и активиране на системата за възнаграждение към хранителните сигнали, 29 не открихме значителна разлика в плазмения ацил грелин между хирургичните групи. Някои проучвания установяват намалени нива на грелин на гладно и/или след хранене след RYGB в сравнение с преди операция или неоперативен контрол. Тази констатация обаче не е универсална, свързана с разликите в хирургичните техники, анализ на общия спрямо активния ацил грелин, проблеми с боравенето и съхранението на плазмени проби.

Не беше възможно да се изясни допълнително кой от тези потенциални медиатори може да допринесе за намаления мозъчно-хедоничен отговор на храна след RYGB, тъй като в групата на RYGB нито един не е корелиран с BOLD активиране към хранителни сигнали (в тези ROI, които показват разлики между хирургичните групи). Способността да се открие такава асоциация може да е била възпрепятствана от размера на извадката, естеството на напречното сечение на изследването и други физиологични фактори, допринасящи за вариабилността на BOLD отговорите между индивидите в групата.

Въпреки че нашето проучване беше с напречно сечение, предоперативните и следоперативни объркващи променливи обикновено бяха сходни между хирургичните групи, включително разпространението на BED и настоящия T2DM. Въпреки че загубата на тегло е по-голяма при пациентите с RYGB, отколкото при пациентите с ИМТ, съвпадащи с BAND, това е малко вероятно да обясни нашите констатации, тъй като това се очаква да увеличи реакциите на наградите към хранителните сигнали.40 Разпределението на пациентите за операция не е било рандомизирано. Независимо от това, изборът на хирургическа процедура не се влияе от предоперативната хедоника на храната. В противен случай пациентите, които са избрали RYGB, са по-тежки предоперативно и следователно са по-малко склонни да имат по-здравословна хранителна хедоника от пациентите с BAND.

Размерът на извадката ни от сканирани субекти е сравним с други fMRI проучвания, изследващи възнаграждения за храна10, 31 и проучвания за фенотипиране след бариатрична хирургия, 5 но имаше голям брой изходни мерки, които не бяха коригирани за множество сравнения. Не можем обаче да изключим възможността грешки от тип 1 или 2 да са възникнали за някои резултати. Въпреки това, няколко допълнителни поведенчески мерки показват резултати в същата посока като основната крайна точка на fMRI.

Бяхме изненадани да не наблюдаваме по-ниска консумация на сладолед в RYGB в сравнение с групата BAND. Възможно обяснение е, че тестовото хранене не е специално проектирано да изследва предпочитанията към храната, тъй като на субектите не е даден избор на храни с различна калорийна плътност. Анализът на приема на макронутриенти извън лабораторията разкрива по-нисък прием на мазнини след RYGB в сравнение с операция BAND.

Нашите резултати разкриха нови разлики в наградата за храна и хедоника между тези хирургични лечения на затлъстяването. Това може да подтикне разработването на по-персонализирани подходи към хирургическия избор, които включват предоперативна оценка на предпочитанията и желанието за храна. Други фактори, влияещи върху избора на бариатрична процедура, включват местна експертиза и предпочитания на пациентите. Налице са потенциално по-добри подобрения в гликемичния контрол след RYGB, 3, 35, контрастирайки с по-кратко време на операция и престой в болница, по-ниски разходи и по-ниски нива на смъртност при BAND хирургия.41 Въпреки това, в подходящо опитни центрове, абсолютната смъртност е под 0,3% за или процедура.41

В заключение, RYGB и BAND хирургичните лечения за затлъстяване се различават по своите механизми за отслабване. Следоперативно пациентите намаляват глада и след двете процедури, но има по-ниски мозъчни хедонични и преувеличени реакции на чревния хормон и жлъчните киселини към храната след RYGB, което би обяснило по-голямата му ефективност при отслабване. Това включва оста на червата и мозъка в регулирането на хранително поведение, управлявано от възнаграждение, както и хомеостатичния апетит, а оттам и телесното тегло. По-нататъшното задълбочено разпитване на тези чревно-мозъчни механизми ще ускори развитието на ефикасно, по-евтино и безопасно нехирургично лечение за хедонично преяждане и затлъстяване.

Благодарности

Благодаря на Брус Гайлин и Майкъл Торнър за изследване на плазмения ацил грелин; Мартин Шмит, Емер Хюз, Уаака Мони-Нвиния, Коеун Чой, Рита Нунес, Джо Хайнал, Дейвид Ларкман, Джоана Олсоп и сър Джон МакМайкъл Център за помощ при проучвания. Изказаните мнения са на авторите, а не непременно на финансиращите NHS, NIHR или Министерството на здравеопазването.