Систематичні відмінності між худими та ожирілими підлітками у час розслаблення мозку

Анотація

СПОСІБ ТА МЕТА: Нові дані свідчать про те, що підлітки з ожирінням демонструють зміни в структурі мозку порівняно з худими підлітками. Крім того, ожиріння впливає на розвиток організму в підлітковому віці. Ми перевірили гіпотезу, згідно з якою Т1, маркер дозрівання мозку, може демонструвати відмінності мозку, пов’язані з ожирінням.

ожирілими

МАТЕРІАЛИ І МЕТОДИ: Підлітків, подібних за статтю, сімейним доходом та шкільним класом, набирали за суворими критеріями вступу. Ми виміряли T1 мозку у 48 підлітків із ожирінням та 31 худим шляхом кількісної МР-візуалізації при 1,5T. Ми поєднали послідовності MPRAGE та інверсію-відновлення з нормалізацією до стандартного простору та автоматичним зачищенням черепа, щоб отримати карти T1 із симетричним об'ємом вокселів 1 мм 3 .

РЕЗУЛЬТАТИ: Стать, доходи, тригліцериди, загальний холестерин та глюкоза натще не відрізнялися між групами, але підлітки з ожирінням мали значно нижчий рівень ЛПВЩ, вищий рівень ЛПНЩ та вищий рівень інсуліну натще, ніж худі підлітки. Об'єм внутрішньочерепного склепіння не відрізнявся між групами, але підлітки з ожирінням мали менші обсяги паренхіми головного мозку з урахуванням внутрішньочерепного склепіння. У підлітків, що страждають ожирінням, було 4 кластери (> 100 суміжних вокселів) релаксації Т1, які суттєво відрізнялися (Р ІМТ індекс маси тіла FDR коефіцієнт помилкового виявлення ГМ сіра речовина HDL ліпопротеїн високої щільності HOMA-IR гомеостатична модель оцінка індекс резистентності до інсуліну ЛПНЩ ліпопротеїдів низької щільності середнє середнє кров'яний тиск MPRAGE, підготовлене намагнічуванням, швидке набуття градієнтного відлуння OFC орбітофронтальної кори SES соціально-економічний статус T1 час релаксації спін-решітки VANCOVA воксель-аналіз коваріації

МР-томографія надає унікальні можливості для вивчення in vivo мозку живої людини. Протягом більше десятиліття вимірювання Т1, фізичного параметра протонів на тваринах та людях, суттєво сприяло дослідженню дозрівання мозку, при цьому в процесі дозрівання відбувається укорочення Т1. 1 ⇓ ⇓ –4 Загалом Т1 збільшується із збільшенням вмісту води в тканинах і зменшується в тканинах з високим вмістом ліпідів. Отже, вміст води та ліпідів забезпечує властиві МР-контрастні речовини для розрізнення типів тканин.

У нормально з’являється ЗМ довгий Т1 може відображати пошкодження тканин, пов’язані з набряком мозку або втратою цілісності аксональних мієлінових оболонок. Наприклад, Т1 може бути використаний як маркер прогнозу при первинно-прогресуючому розсіяному склерозі, 5 оскільки Т1 тканини збільшується в поєднанні зі збільшенням вмісту води від запалення або зменшенням вмісту ліпідів від втрати аксонів. Стін та співавт. 1 продемонстрували, що Т1 також можна використовувати як міру нормального дозрівання мозку, і на відміну від інших кількісних методів візуалізації МР, що застосовуються для оцінки змін у мозку людини, що розвивається, Т1 залишається чутливим до змін протягом усього підліткового та дорослого віку. Steen et al. 6 використовували радіочастотне насичення припливів крові, щоб показати, що перфузія не може враховувати відхилення Т1 в ГМ, навіть коли швидкий кровотік або судинний об'єм сягає 5%. Це свідчить про те, що вимірювання T1 мозку відображають паренхіму мозку, а не артефакти крові.

Наскільки нам відомо, попередніх досліджень, які оцінювали б дозрівання мозку, що характеризується релаксацією Т1, у підлітків із ожирінням порівняно з худими підлітками. Це представляє інтерес, оскільки ми знаємо, що ожиріння призводить до швидшого статевого дозрівання кісток у хлопчиків та дівчаток, 7,8, але мало відомо про вплив ожиріння на розвиток та дозрівання мозку. Чи впливає ожиріння на дозрівання мозку, є важливим питанням, враховуючи те, що з'являються нові докази того, що підлітки з ожирінням демонструють регіональні зміни обсягу, такі як менші обсяги OFC, пов'язані з вищими показниками розладу в харчовій поведінці 9 порівняно з добре підібраними худими підлітками. Крім того, індукований ожирінням діабет 2 типу асоціюється зі значним зниженням мікроструктурної цілісності, оціненої DTI 10, а також зменшенням об’єму гіпокампа та лобової частки. 11 Ці спостереження свідчать про те, що ожиріння може впливати на розвиток мозку в підлітковому віці, і що підлітки з ожирінням можуть слідувати за іншою траєкторією нейророзвитку порівняно з худими підлітками. Для дослідження цієї гіпотези ми використовували Т1 як маркер дозрівання та цілісності мозку.

Ми припустили, що підлітки з ожирінням, зважаючи на їх прискорений статевий розвиток, матимуть паралельне прискорення дозрівання мозку і, таким чином, зменшення Т1 в тканинах ГМ та ЗМ порівняно з худими підлітками. Однак ми також були зацікавлені у з'ясуванні, чи можуть метаболічні відхилення, пов'язані з регіональним зменшенням об'єму мозку та втратою мікроструктурної цілісності, заснованої на DTI 9, вплинути на показники дозрівання мозку.

Матеріали і методи

Учасники

Протокол був схвалений Інституційною науковою радою Медичної школи Нью-Йоркського університету. Усі батьки підлітків молодше 18 років надали письмову інформовану згоду, а діти дали згоду на дослідження та отримали компенсацію за свій час та незручності.

Зображення MR

Збір зображень.

T1 Картування.

Зображення обробляли за допомогою власної системи аналізу даних мультимодальних зображень та автоматизованого набору інструментів реєстрації 2. 10 Індивідуальні структурні власні космічні зображення спочатку були вручну позбавлені черепів і нормалізовані до стандартного простору, щоб вмістити 3D-поле основи, що містить зображення MPRAGE, для цільового перетворення. параметри. 14 Далі ми застосували жорстку реєстрацію Т2-зваженого об’єму до об’єму MPRAGE, щоб сформувати матрицю трансформації, зваженого до T2, до MPRAGE. Потім ми об'єднали параметри трансформації та матрицю трансформації з смугою черепа та просторово нормалізували карти Т1. В результаті карти T1 отримали симетричний розмір вокселів 1 × 1 × 1 мм 3 .