Az elhízás idegi és viselkedési endofenotípusai

Absztrakt

Az impulzivitás az elhízás kockázati tényezője. Különböző alapfeltételei vannak, amelyeket kérdőívek segítségével lehet értékelni. Az impulzivitás tovább finomítható az élelmiszer-specifikus kérdőívek használatával, amelyek az ellenőrizetlen étkezésre való hajlamot mérik. Megvizsgáltuk, hogy ezek az impulzivitási intézkedések hogyan viszonyulnak egymáshoz, az elhízáshoz és az agy anatómiájához.

Az impulzus, az egyéniség, a stresszreaktivitás és az étkezés kérdőíves méréseivel az egyetem első évében - a súlygyarapodás kockázatos időszakában - vizsgáltuk a diákokat az elején (N = 2214) és a tanév végén (N = 1145). -specifikus tulajdonságok. A résztvevők egy csoportja (N = 72) T1-súlyozott MRI-n esett át az impulzivitás agyi korrelációinak vizsgálatára.

A faktoranalízis segítségével megmutatjuk, hogy az impulzivitás három területre osztható, amelyeket stresszreaktivitásnak, jutalomérzékenységnek és önkontrollnak jelölünk, míg az étkezési kérdőívek egyetlen látens tényezővé - kontrollálatlan étkezéssé - oszlanak fel. A vízválasztó modell azt mutatja, hogy az ellenőrizetlen étkezés közvetíti az impulzivitási tulajdonságok BMI-re gyakorolt hatását. Az önkontroll és a stresszreaktivitás pontszámok egy vékonyabb laterális orbitofrontális kéreghez kapcsolódnak. Ezenkívül a stressz reaktivitása pozitívan korrelál az amygdalával és negatívan a hippocampus térfogatával. Hosszirányban az önkontroll hiánya, nem a kontrollálatlan étkezés korrelál a súlygyarapodással, míg a stresszreaktivitás a férfi diákok fogyásával.

Az agy-impulzivitás-elhízás kapcsolat hierarchikus. A strukturális agyi különbségek az impulzivitási területek különbségeihez kapcsolódnak, amelyek kontrollálatlan étkezés révén befolyásolják a BMI-t. Mindazonáltal hosszanti irányban az alacsony önkontroll, nem a kontrollálatlan étkezés előre jelzi a súlygyarapodást ebben a mintában.

Bevezetés

Az étkezési specifikus impulzivitási konstrukciók magukban foglalják az érzelmi evést (13), a gátolt étkezést (14) és az étel erejét (15). E kérdőívek pontszáma következetesen és szorosan korrelál a BMI-vel (4, 16) és egymással (17). A különféle étkezési magatartás kérdőívek egy közös mögöttes látens tényezőt ábrázolhatnak a specifikus impulzivitás elfogyasztására (16, 18). Ezt nevezhetjük kontrollálatlan étkezésnek (UE). Míg mind az általános impulzivitási tulajdonságok, mind az UE a megnövekedett BMI-hez kapcsolódik, a különböző impulzivitási területek, az UE és az elhízás közötti kapcsolatokat még tesztelni kell (azaz egyes impulzivitási tulajdonságok társulhatnak az étkezési specifikus impulzív viselkedéssel, amely viszont a BMI-hez fog kapcsolódni. (11, 12, 19)). Statisztikailag, ha igaz, ez a hipotézis az általános impulzivitási tulajdonságok teljes közvetítését jelenti a BMI-n az étkezési specifikus impulzivitáson keresztül. Mindazonáltal eddig nem készültek átfogó modellek az összes impulzivitási területre és étkezési kérdőívre, és nem alkalmazták őket a súlygyarapodás előrejelzésére.

Jelentős átfedés van az elhízáshoz kapcsolódó agyi régiók és az impulzivitással összefüggő agyi régiók között (10, 20, 21). Mind az általános impulzivitás, mind a lelkiismeretességi skála pontszámai fordítottan korrelálnak a laterális prefrontális kéreg (PFC) vastagságával (8, 22–25) - egy olyan régióval, amely kapcsolatban állt a kognitív kontrollal. A neurotizmus pozitívan korrelál az amygdala térfogatával, negatívan a hippocampus térfogatával és a prefrontális kéreg vastagságával (26–29). Az extraverzió és az érzéskeresés pozitívan korrelál a mediális orbitofrontális kéreg (mOFC) és a ventromediális PFC (vmPFC) térfogatával (8, 30, 31), az érték kiszámításához kapcsolódó régióval (32). Ezek az eredmények alátámasztják azt a modellt, ahol az impulzivitás endofenotípust fel lehet térképezni az agyra, mivel csökkent a kéreg vastagsága a prefrontális kéregben, és megnő a szürkeállomány térfogata az agyi struktúrákban (pl. Amygdala, OFC, mPFC), amelyek a jutalom és az érték kiszámításához kapcsolódnak (33). Egy ilyen agy endofenotípust az elhízással is összefüggésbe hoztak (4, 10, 21). Az agy morfometriájának és működésének különbségei alapulhatnak az impulzivitás különbségein, és ezáltal összefüggésbe hozhatók az elhízással.

Ha az impulzivitás (akár általános, akár étkezési specifikus) az elhízás kockázati tényezője, akkor az ilyen kockázati endofenotípusú emberek magasabb BMI-vel rendelkeznek, és nagyobb súlyt fognak szerezni a nem kockázatú endofenotípusú társaikhoz képest. Eddig a legtöbb elemzést keresztmetszeti adatkészleteken végezték, megnehezítve megmondani, hogy az impulzivitás kockázati tényező-e vagy az elhízás következménye (4). Az egyetem elsőéves éve ideális időszakot teremt e hipotézisek keresztmetszeti és hosszanti tesztelésére. Ez idő alatt a hallgatók új környezetbe kerülnek, hozzáféréssel a hasonló étkezési és mozgási lehetőségekhez, lehetővé téve a mögöttes sebezhetőség kifejezését. A súlygyarapodás gyakran ebben a rövid időszakban történik, és a hallgatók körülbelül 50-60% -át érinti (34–40). A súlygyarapodás rizikófaktorai közül az impulzivitás fogalma körül forgó speciális táplálkozási szokásokat vizsgálták, de az eredmények ellentmondásosak voltak (38, 41–44).

Strukturális agyi képalkotó intézkedéseket, általános és étkezési specifikus impulzivitási kérdőíveket, valamint a BMI és a súlygyarapodás mértékét használtuk az elsőéves hallgatóknál annak a hipotézisnek a tesztelésére, hogy az agy, az impulzivitás és az elhízás közötti kapcsolat hierarchikus. Az impulzivitási endofenotípusok kapcsolatának tanulmányozásához hierarchikus statisztikai keretet használtunk, amelyet „vízválasztási modellnek” nevezünk. Ez a módszertani keret korábban hasznosnak bizonyult az életkor, az agy felépítése és az intelligencia közötti összefüggések tanulmányozásában (2, 45, 46). Ebből a szempontból az agy szerkezete befolyásolni fogja azokat az impulzivitási intézkedéseket, amelyek befolyásolhatják a túlevéshez kapcsolódó étkezési specifikus impulzivitást (nevezetesen UE). Azt jósoltuk, hogy az UE közvetíti az általános impulzivitás és a BMI domén közötti kapcsolatot, és a súlygyarapodás kockázati tényezőjeként működik az egyetem első évében.

Módszerek és anyagok

Résztvevők

A résztvevők a McGill elsőéves, legalább 18 éves hallgatói voltak, akiket a bejövő osztály elektronikus levelezőlistájára küldött hirdetés útján toboroztak. A résztvevők online hozzájárulásukat adták, és az adatokat a LimeSurvey (https://www.limesurvey.org) online felmérési eszköz segítségével gyűjtötték három egymást követő évben. A tanulmányt a Montreali Neurológiai Intézet Kutatási Etikai Testülete hagyta jóvá. Az agyi képalkotó kísérlet résztvevői további hozzájárulást adtak a részvétel előtt.

Kérdőívek

2214 hallgató (34% férfi) töltötte ki a kérdőíveket az őszi félévben. A 2214 hallgató közül 1145 válaszolt tavasszal a kérdőívekre. Nem voltak szignifikáns különbségek az érdeklődés változóiban azok között a résztvevők között, akik csak ősszel teljesítettek, és akik ősszel és tavasszal is kitöltötték a kérdőívet (S1. Ábra). A párosított t-tesztekből kiderült, hogy a BMI tavasszal (átlagkülönbség 0,15 kg/m 2; t = 4,40, p-érték = 1,5 * 10 −5, 95% Cl: 0,08 - 0,22) és a súly tavasszal (átlagos különbség 0,51 kg; t = 5,32, p −5, 95% Cl: 0,32–70) szignifikánsan eltértek az esési értékektől. A 95% Cl 95% -os konfidencia intervallumokra vonatkozik. UE: Ellenőrizetlen étkezés.

Mágneses rezonancia képalkotási paraméterek és előfeldolgozás

Nagy felbontású T1 súlyozott anatómiai képeket kaptunk = 1 × 1 × 1 mm voxelmérettel (TR = 2,3 s; TE = 2,98 ms; FOV fázis = 93,8 °; FOV = 256 mm) egy Siemens Magnetom Trio 3T MRI szkennerrel a Montreali Neurológiai Intézet (MNI).

A T1-súlyozott MRI-k előzetes feldolgozása magában foglalta az öblítést optimális nem lokális eszközök szűrésével (51), az intenzitás inhomogenitásának korrekcióját (52) és a lineáris intenzitás-skálázást hisztogrammal való megfeleltetéssel az ICBM-MNI152 sablonhoz. A képeket lineárisan regisztráltuk az ICBM-MNI152 sablonba (9 paraméter regisztráció) (53). Az agy maszkját a BEaST segítségével állítottuk elő, egy nem lokális szegmentálási módszert alkalmazva a lineárisan regisztrált képekre a sztereotaxiás térben (54).

Deformáció alapú morfometria

Deformáció alapú morfometriát alkalmaznak a szövetek térfogatának helyi különbségének kiszámításához az alanyok között (55). Minden MRI-t nem-lineárisan transzformáltunk a sztereotaxiás ICBM-MNI152 templátba. Ezután kiszámolták a lokális deformációt, a szövetek tágulásának vagy zsugorodásának mértékét az egyes voxeleknél. Deformáció alapú morfometriát alkalmaztunk, mivel azt javasoljuk, hogy ez legyen a legérzékenyebb morfometriai módszer a subkortikális anatómia tanulmányozására (amint azt (56) elmagyarázta).

Kérgi vastagság

Faktoranalízis

Faktoranalízist hajtottak végre annak érdekében, hogy (i) megértsük a mért változók megosztott varianciáját, amely latens tényező (k) nek tulajdonítható, és (ii) csökkentse a kérdőív pontszámai közötti kollinearitást. Az impulzivitási tulajdonságok korrelációs mátrixát az S2 ábra mutatja. A kérdőív pontszámai ennek a csoportnak a z-pontjai voltak, és bekerültek a faktoranalízisbe. Először feltáró faktoranalízist hajtottak végre a megfigyelt változók halmazának mögöttes tényezőszerkezetének azonosítása érdekében. Az összes statisztikai elemzést a 3.3 (58) R verzióban hajtjuk végre. A hiányzó értékek figyelembevétele érdekében az R „Amelia” könyvtárat használtuk az adatok beszámításához (59). Feltáró faktoranalízisünket 2213 résztvevőnk (F = 1107) népességünk felén végeztük, hogy elkészítsük modellünket. A faktorválasztást párhuzamos analízissel végeztük az R (60) Psych-csomag fa.parallel funkciójával. A standardizált terhelések generált mintamátrixa 3 faktoros látens szerkezet létezésére utalt (S1. Táblázat).

Ezt követően megerősítő faktoranalízist (CFA) alkalmaztunk a megfigyelt változók és azok mögöttes látens tényezői közötti kapcsolat tesztelésére a minta mindkét felében (61). Valamennyi strukturális egyenletmodell illeszkedett a Lavaan 0.5 (62) csomag használatával. A BMI-t logaritmikusan átalakítottuk a normalitás növelése érdekében. A modellek a teljes információ maximális valószínûségét (FIML) alkalmazva robusztus szabványos hibák felhasználásával készültek. A modell illeszkedését a khi-négyzet teszttel (X 2), az összehasonlító illesztési index (CFI), a közelítő középérték négyzet hibája (RMSEA) és a standardizált gyök átlag négyzet maradványok (SRMR) segítségével értékeltük. A jó illeszkedés megítéléséhez a következő irányelveket alkalmazták: CFI> 0,95; RMSEA −5) és a BMI varianciájának 9,2% -át magyarázta (F (1, 2206) = 223,7, p −5).

A) Ez a modell a teljes vízválasztási modellt képviseli, a BMI százalékos változásával, mint eredményváltozóval (N = 1134). Az adatok jól passzolnak ehhez a modellhez (X 2 = 124,855, df = 34, p 2000) az elsőéves hallgatók számára, és figyelembe vették az impulzivitás sokdimenziós jellegét e kapcsolatok tanulmányozásához. A modelleket a minta első felében fejlesztették ki, a másodikban pedig megismételték.

Az impulzivitást először két területre rétegeztük: általános és étkezési specifikusra, majd teszteltük a két terület közötti kapcsolatot. Megmutattuk, hogy a különféle étkezési specifikus kérdőívek szórása egy általános mögöttes látens faktor (UE) segítségével rögzíthető. Az UE szoros kapcsolatban állt a BMI-vel. Ez az eredmény összhangban állt a korábbi vizsgálatokkal, amelyek arra utalnak, hogy a különböző étel kérdőívek egy közös látens faktor különböző súlyossági szintjeit mérik: étkezési specifikus impulzivitás (16, 18). Ezután bebizonyítottuk, hogy az általánosan használt általános impulzivitási kérdőívek háromtényezős struktúrában magyarázhatók, amely összhangban áll a neuroticizmus (stresszérzékenység), a lelkiismeretesség (önkontroll) és az extraverzió (jutalomérzékenység) általános személyiségi területeivel (1. ábra) -C). Ez az eredmény összhangban van az impulzivitási faktor szerkezetének korábban publikált metaanalízisével (5), és rávilágít az impulzivitás sokrétűségére.

Feltételeztük, hogy az általános impulzivitási tulajdonságokkal rendelkező emberek étkezési specifikus impulzivitást is mutatnak, és hogy az általános személyiségi területek, az UE és a BMI közötti kapcsolat hierarchikus lesz. A hierarchikus vízválasztó modell segítségével először megmutattuk, hogy minden általános impulzivitási tartomány független és pozitív korrelációt mutat az UE-vel (1-D ábra). Míg a stresszreaktivitás és a jutalomérzékenység gyengén korrelált a BMI-vel, megmutattuk, hogy ezt UE közvetítette (2. ábra). Ez a közvetítés a BMI-re volt specifikus. Például az egyes általános impulzivitási területeken megnövekedett pontszámok, de nem az UE, a megnövekedett alkoholbevitelhez kapcsolódtak (S3. Ábra). Ez arra utal, hogy az étkezési specifikus impulzivitás (UE) rögzíti az impulzivitás és az elhízás kapcsolatát.

Az agyi struktúra különbségei alapozhatják az impulzivitási domének különbségeit (20). Ezt követően teszteltük, hogy az agy morfometriája összefügg-e az impulzivitással, vagy független összefüggésben van-e a BMI-vel. Eredményeink azt mutatták, hogy az agykérgi vastagsága az oldalsó OFC-ben fordítottan összefügg az önkontroll és a stressz-reaktivitás látens faktor pontszámával (3. ábra). Ez összhangban van a laterális OFC szerepével a célorientált fókusz fenntartásában az irreleváns információk elnyomásával (65–67). Ezenkívül a laterális OFC és a szomszédos ventrolaterális PFC is szerepet játszik az érzelmi szabályozásban, különösen a negatív hatások csökkentésében (66, 68, 69). Kimutatták, hogy az elhízott felnőtteknél az OFC oldalsó vastagsága alacsonyabb (70). Eredményeink kiegészítik ezt az irodalmat, és azt sugallják, hogy a csökkent laterális OFC vastagság befolyásolhatja az impulzivitást, ezáltal az étvágyszabályozást és az elhízást.

Ez a modell jól illeszkedik az adatokhoz (X 2 = 440,485, df = 120, p Leíró statisztika azokról a résztvevőkről, akik ősszel csak az első foglalkozást teljesítették, és akik mindkét munkamenetet teljesítették. A résztvevők között nem voltak szignifikáns különbségek az érdeklődési mutatók között csoportok az FDR korrekció után.

A résztvevők között az FDR korrekció után nem voltak szignifikáns különbségek a résztvevők között.

A feltáró faktoranalízis során alkalmazott impulzivitási tulajdonságok korrelációs diagramja. A kék színek a pozitív, a piros a negatív összefüggésekre utalnak. A kör méretét a korrelációs együttható értéke modulálja. A korreláció csak az adatok felére vonatkozik.

Az általános impulzivitási tulajdonságokat az UE-vel és az alkohollal összekötő teljes vízválasztó modell jól illeszkedik az adatokhoz (X 2 = 242,058, df = 43, p Tekintse meg ezt a táblázatot:

Soron belüli megtekintése
Felugró ablak megtekintése
Powerpoint letöltése

A párhuzamos elemzés egy olyan technika, amely összehasonlítja a megfigyelt adatok szkennelési diagramját az eredetivel azonos méretű véletlenszerű adatmátrixéval (Revelle). Az egymást követő sajátértékeket ábrázoló sziklatáblázat éles törései becslést adnak a kivonandó tényezők megfelelő számáról. A generált mintamátrix elemzése után úgy döntöttünk, hogy kizárjuk a Képzelőerőt, a Visszafogást, az Elfogadhatóságot faktorszerkezetünkből. Ezeknek a változóknak gyenge kommunalitása volt, vagyis tényezőszerkezetünk a változók viszonylag kis hányadát magyarázta meg ezekre a változókra. Párhuzamos elemzésünk újbóli elvégzése azt sugallta, hogy a tényezők optimális száma = 3.

A kontrollálatlan étkezés (UE) CFA-elemzésének értékei a minta első és második felében.

Mediációs elemzés eredményei

Vízálló modell

Hivatkozások

Köszönetnyilvánítás

Ezt a kutatást egy kanadai egészségügyi kutatóintézet támogatta az AD számára. Az SN-t Frederick Banting és a Charles Best Canada Graduate Scholarship támogatta. Az UV-t a PUTJD654 személyes posztdoktori kutatási finanszírozási projekt és a Fonds de recherche du Québec - Santé (FRQS) külföldi posztdoktori képzési díj támogatja.