Agy aktiválása magas kalóriatartalmú ételképekhez egészséges normál testsúlyú és elhízott gyermekeknél: fMRI-vizsgálat

Absztrakt

Háttér

Annak megértése, hogy a normális testsúlyú és az elhízott kisgyermekek hogyan dolgozzák fel a magas kalóriatartalmú ételingereket, információval szolgálhat a gyermekkori elhízáshoz hozzájáruló étkezési magatartás neurobiológiájáról. Ebben a tanulmányban az fMRI-t használtuk annak értékelésére, hogy a magas kalóriatartalmú ételképek agyi aktiválása eltér-e a normális testsúlyú és az elhízott kisgyermekek között.

Mód

Agy-aktiválási térképek 22 egészséges, 8–10 éves gyermek magas kalóriatartalmú ételek és nem élelmiszer jellegű képei alapján (N = 11/11 normális testsúly/elhízás esetén) generáltuk és összehasonlítottuk a csoportok között.

Eredmények

Ha összehasonlítottuk az agyi aktivációs különbségeket a normál testsúlyú és az elhízott gyermekek magas kalóriatartalmú ételek és nem élelmiszer jellegű képek megtekintésére adott válaszként, csoportos különbségeket figyeltünk meg a memóriával és a kognitív kontrolltal kapcsolatos területeken. Konkrétan, a normál testsúlyú gyermekeknél a hátsó parahippocampus gyri (PPHG) és a dorsomedialis prefrontális kéreg (DMPFC) nagyobb aktiválódást mutatott. További ROI-elemzések magasabb aktivációs erőt (Z-pontszámot) mutattak a jobb PPHG-ben (o = 0,01) és nagyobb az aktiválási szilárdság (o

Háttér

A gyermekkori elhízás jelentős közegészségügyi problémát jelent, és elterjedtsége az elmúlt évtizedekben folyamatosan nőtt [1]. 2011 és 2014 között az elhízás aránya a 2 és 19 év közötti gyermekek és serdülők körében az Egyesült Államokban 17,0%, a rendkívüli elhízás pedig 5,8% volt [1]. A túlsúlyos és elhízott gyermekeknél fokozottan fennáll a túlsúly vagy az elhízás kockázata, valamint az ezen állapotokkal járó káros egészségügyi következmények [2]. Például a gyermekkori elhízás szorosan kapcsolódik metabolikus szövődményekhez és krónikus betegségekhez, például magas vérnyomáshoz, diabetes mellitushoz és kardiovaszkuláris betegségekhez [3], és a kognitív funkciókat és a tanulmányi teljesítményt is befolyásolhatja [4]. A gyermekkori elhízás bizonyos kockázati tényezőkhöz kapcsolódik, például genetikai, fizikai aktivitáshoz és családi környezethez [5], de az egészségtelen étkezési szokások is fontos szerepet játszhatnak [6]. A kisgyermekek agy-elhízás kapcsolatáról és az étkezési magatartás neurobiológiájáról szóló új ismeretek segítenek megérteni a gyermekkori elhízás viselkedési összefüggéseit. Ezek az információk elősegíthetik a gyermekkori elhízás kezelésére irányuló korábbi és hatékonyabb viselkedési beavatkozások kialakulását.

Ebben a tanulmányban az fMRI segítségével értékeltük az agyi aktiválódási különbségeket a magas kalóriatartalmú ételképekhez képest a normál testsúly előtti és az elhízott, 8–10 éves gyermekek körében. Feltételezzük, hogy a magas kalóriatartalmú ételképek megtekintése közben a normális gyermekek nagyobb aktivitást mutatnak a kognitív kontrollhoz kapcsolódó agyi régiókban, mint az elhízott gyermekek.

Mód

Vizsgálati populáció

MRI/fMRI adatgyűjtés

Az fMRI paradigmában használt magas kalóriatartalmú ételképek és nem élelmiszer jellegű képek négy blokkja

MRI/fMRI adatok elemzése

Statisztika

A demográfiai paraméterek összehasonlításához és az fMRI-aktiválási eredmények ROI-elemzéséhez (beleértve az átlagos Z-pontszámokat és az aktivált képalkotó voxelek számát) a normál testsúlyú és az elhízott gyermekek között nem numerikus paramétereket alkalmazva Wilcoxon rang-összeg teszteket használtunk a numerikus paraméterekhez, míg Fisher Exact tesztjét kategorikus változókhoz használják. o 2.3 és o

Eredmények

A normál testsúlyú és az elhízott gyermekek csoportja nem különbözött a nemi összetételtől (o = 1), vagy az életkor MRI-nél (o = 0,10), de a kísérleti terv szerint szignifikánsan különböztek a BMI-ben (o 2. ábra

A bal és a jobb PPHG-t (3a. Ábra), valamint a DMPFC-t (4a. Ábra) az anatómia alapján vázoltuk fel, az RO-ként a testreszabott T1-súlyozott képalkotó sablont használva az aktiválási térképek további post hoc elemzéséhez. Ezek az elemzések feltárták, hogy a jobb PPHG-ben (RPPHG) a normál testsúlyú gyermekeknél szignifikánsan erősebb (o = 0,01) az átlagos aktiválási erősség (a Z-pontszámok tükrözik), és általában nagyobb az átlagos aktiválási területe (o = 0,08), mint az elhízott gyermekek; a bal oldali PPHG-ben (LPPHG) a normális testsúlynál nagyobb átlagos aktiválási szilárdság volt megfigyelhető, mint az elhízott gyermekeknél, de mindkét csoport összehasonlítható átlagos aktivációs területeket mutatott (3b. ábra, c). A DMPFC-ben a normál testsúlyú gyermekeknél mindkét esetben szignifikánsan erősebb volt az átlagos aktiválási erő (o 3. ábra

Vita

Vizsgálatunk során a vizuális kéreg fokozott aktiválódást mutatott mind a normál testsúlyú, mind az elhízott gyermekeknél, ha magas kalóriatartalmú ételeket vagy nem élelmiszer jellegű képeket tekintettek meg. Az occipitalis régió aktiválása gyakori megállapítás az ételképek megtekintésekor [10, 11]. Van der Laan és munkatársai által végzett metaanalízisben. [11], laterális occipital komplex (LOC, a vizuális asszociációs kéreg egyik alkotóeleme) volt az egyik leggyakrabban aktivált régió az élelmiszerek és a nem élelmiszer képek felnőtteknél történő megtekintésekor. Felvetődött, hogy a LOC aktiválása nem magyarázható az objektumfelismerésben betöltött szerepével, mivel az ételeket és a nem élelmiszer jellegű képeket általában összehangolták ennek a hatásnak a semlegesítésére. Valószínűbb magyarázat az, hogy a LOC fokozott aktiválása összefügg az élelmiszerekkel szembeni nagyobb éberséggel szemben a nem élelmiszer jellegű tárgyakkal, és ennek következtében a vizuális kéreg erősebb aktiválódása [11]. Nem figyeltünk meg szignifikáns különbséget a vizuális kéreg aktiválásában a normál testsúly és az elhízott gyermekek összehasonlításakor.

A PPHG normál testsúlyban lényegesen jobban aktiválódott, mint az elhízott gyermekek, a magas kalóriatartalmú ételképekre reagálva. Széles körben úgy vélik, hogy a hippokampus és a parahippokampusz hálózata összefügg a deklaratív memóriafunkciókkal. A Parahippocampal gyrus döntő szerepet játszik a memória kódolásában és visszakeresésében [20]. Vizsgálatunkhoz hasonlóan Davids et al. megnövekedett aktiválódást talált a hippocampusban és a parahippocampal gyrus-ban, amikor összehasonlítottuk a normál testsúlyt az elhízott gyermekekkel az étkezési képeket nézve [14]. Felvetődött, hogy ez az aktiválási mintázat jelezheti az ételek fokozottabb éberségét is. Ugyanebben a tanulmányban [14] a normál testsúlyú gyermekek fokozott aktiválódást mutattak más területeken is, mint például az elülső cinguláris kéreg, a fusiform gyrus, a thalamus, a caudate és a vizuális kéreg egyes részei. Ezeket a különbségeket tanulmányunk során nem figyelték meg, feltehetően az eltérő paradigmavázak miatt, hogy vizsgálatuk során kétféle élelmiszer-képet (semleges és kellemes) használtak. Egy másik tanulmány kimutatta, hogy a gyermekeknél a megnövekedett parahippocampal gyrus térfogat alacsonyabb BMI-növekedéssel jár [21], ami a parahippocampal gyrus szerepére és működésére utal, ami a gyermekkori elhízáshoz kapcsolódik.

Ennek a tanulmánynak vannak bizonyos korlátai. Először is, nem voltak élelmiszerekkel kapcsolatos viselkedési értékelések, amelyek korreláltak volna neuro képalkotási eredményeinkkel, például a résztvevők értékelése a képeken szereplő étel „tetszik” vagy „szeretnék” mértékéről, vagy az „egészséges” vagy „egészségtelen” tudatosságáról. Másodszor, a reggelit nem szabványosították, és a szülői és gyermeki jelentésre támaszkodtunk a reggeli bevitel és hasonló időzítés megerősítésére. Végül, bár a megfigyelt agyi aktivációs különbségek szignifikánsak voltak a csoportok között, vizsgálatunkban a minta nagysága viszonylag kicsi volt. Ez korlátozhatta az agyi aktivációs különbségek észlelésének képességét más agyi régiókban is. Mindazonáltal tanulmányunk eredményei további bizonyítékokat szolgáltattak arról, hogy a normál testsúlyú gyermekek még fiatalon is eltérő idegsejt aktivációs mintákat mutatnak be a magas kalóriatartalmú ételek képeinek feldolgozásában az elhízott gyermekekkel összehasonlítva.

Következtetések

Összefoglalva, a magas kalóriatartalmú ételek funkcionális MRI agyi aktiválódási mintái a nem élelmiszer jellegű képekhez képest eltérnek a normál testsúlyú és az elhízott (8–10 éves) gyermekek között. A memória és a kognitív kontroll agyi régióiban megfigyelt csoportbeli különbségek eltérő válaszokat jeleznek a magas kalóriatartalmú élelmiszer-ingerekre a normál testsúlyú és az elhízott kisgyermekek között, és rámutatnak a gyermekek korai és tartós oktatásának fontosságára az egészséges táplálkozásról. Vizsgálatunk eredményei hozzájárulnak az agy-elhízás asszociációjának megértéséhez a gyermekkori elhízásban.