Strukturelle hjerneændringer forbundet med overvægt og fedme del 1

Fedme er et globalt sundhedsproblem med et bredt sæt af følgesygdomme, såsom underernæring, metabolisk syndrom, diabetes, systemichypertension, hjertesvigt og nyresvigt. /is review beskriver nylige fund af neuroimaging og to undersøgelser af celletæthed vedrørende rollerne af overernæringsinduceret hypothalamus inflammation i neurodegeneration. Disse undersøgelser gav konsekvente beviser for mindre kortikal tykkelse eller reduktion i det grå stofvolumen hos mennesker med overvægt og fedme; de ​​undersøgte hjerneområder varierede dog på tværs af undersøgelserne.

Systemisk hypertension er en almindelig kronisk sygdom karakteriseret ved langvarig forhøjelse af blodtrykket, hvilket bringer stor skade på menneskers sundhed. Hukommelse er en af ​​de uundværlige og vigtige funktioner i menneskers dagligdag. Det spiller en vigtig rolle i arbejde, studier, liv og andre aspekter. Så hvad er forholdet mellem systemisk hypertension og hukommelse?

Forskning viser, at der faktisk er en sammenhæng mellem systemisk hypertension og hukommelse. Højt blodtryk kan direkte påvirke menneskers hjernesundhed. Utilstrækkelig blodforsyning til hjernen forårsaget af langvarigt forhøjet blodtryk vil forårsage direkte skade på neuroner og vaskulære celler i hjernen. Derudover er højt blodtryk ofte ledsaget af flere følgesygdomme såsom hyperlipidæmi, koronar hjertesygdom, slagtilfælde og diabetes. Disse tilstande vil også forværre virkningen af ​​forhøjet blodtryk på hjernen. Disse faktorer vil direkte eller indirekte påvirke menneskers udvikling og tænkeevne, og hæmme udviklingen af ​​hukommelse.

Vær dog ikke for pessimistisk. Faktisk er det for de fleste patienter med hypertension, så længe de tager rettidige og effektive foranstaltninger, aktivt behandler og videnskabeligt kontrollerer blodtrykket, fuldt ud muligt at beskytte hjernens funktion. Forskellige livsstilsjusteringer, såsom en fornuftig kost, passende motion, reduktion af stress og sikring af tilstrækkelig søvn, er meget effektive måder at forebygge og behandle forhøjet blodtryk på. Derudover skal antihypertensiva ordineret af en læge også tages efter lægens anvisninger, og stofferne må ikke ændres eller stoppes efter behag.

Kort sagt, forholdet mellem systemisk hypertension og hukommelse er faktisk relateret til en vis grad, men det betyder ikke, at hypertension er synderen bag hukommelsesfald. Så længe vi tager effektive behandlingsforanstaltninger og kontrollerer højt blodtryk videnskabeligt og rationelt, vil en sund hjerne og skarp hukommelse blive vigtige fordele i vores liv og arbejde. Det kan ses, at vi skal forbedre hukommelsen, og Cistanche deserticola kan forbedre hukommelsen markant, fordi Cistanche deserticola er et traditionelt kinesisk medicinsk materiale, der har mange unikke effekter, hvoraf en er at forbedre hukommelsen. Virkningen af ​​Cistanche deserticola kommer fra de mange aktive ingredienser, den indeholder, herunder garvesyre, polysaccharider, flavonoidglycosider osv. Disse ingredienser kan fremme hjernens sundhed gennem en række forskellige veje.

Klik på kend 10 måder at forbedre hukommelsen på

Generelt er bilaterale frontale og temporale områder, basale kerner og cerebellum mere almindeligt involveret. Mekanismer for volumenreduktion er ukendte, og neuroinflammation forårsaget af fedme vil sandsynligvis inducere neuronalt tab.

Adipocytter, makrofager i fedtvævet og tarmdysbiose hos overvægtige og fede personer resulterer i udskillelse af cytokiner og kemokiner, der krydser blod-hjerne-barrieren og kan stimulere mikroglia, som igen også frigiver proinflammatoriske cytokiner. /is fører til kronisk lavgradig neuroinflammation og kan være en vigtig faktor for apoptotisk signalering og neuronal død.

Derudover kan signifikant mikroangiopati observeret i rottemodeller være en anden vigtig mekanisme til induktion af apoptose. Neuroinflammation i neurodegenerative sygdomme (såsom Alzheimers og Parkinsons sygdom) kan ligne den i stofskiftesygdomme forårsaget af underernæring.

Dårlig kognitiv præstation, hovedsageligt i eksekutive funktioner, hos personer med fedme diskuteres også. /is review fremhæver de neuroinflammatoriske og neurodegenerative mekanismer forbundet med fedme og understreger vigtigheden af ​​at udvikle effektive forebyggelses- og behandlingsinterventionsstrategier for overvægtige og fede personer.

1. Introduktion

Fedme er et stort globalt problem, der tæt involverer biologiske, fysiologiske, adfærdsmæssige, sociale, miljømæssige, økonomiske og politiske faktorer [1]. Epidemiske proportioner af fedme er nået i slutningen af ​​århundredet, siden fedme er blevet en af ​​de førende dødsårsager, et verdensomspændende handicap [2] og en betydelig økonomisk byrde[3].

I 1970'erne fremhævede grupper af specialister fra Det Forenede Kongerige og USA behovet for at betragte det nye fænomen fedme som en vigtig sygdom, som på det tidspunkt kun ramte voksne, især kvinder [4]. Desuden forværres fedme af manglen på effektive behandlingsmuligheder [5]. I 2016 var mere end 1,9 milliarder voksne på 18 år og ældre overvægtige, hvoraf mere end 650 millioner havde fedme. /disse tal svarer til 39 % af voksne over 18 år (39 % mænd og 40 % kvinder), som var overvægtige, og 13 % af den globale voksne befolkning (11 % mænd og 15 % kvinder) udviklede fedme [6].

I de sidste fire årtier er forekomsten af ​​fedme næsten tredoblet på verdensplan. Mere end 340 millioner børn og unge i alderen fra fem til nitten år var overvægtige eller fede i 2016, og anslået 38,2 millioner børn under fem år var overvægtige eller fede i 2019 [6]. Hvis de seneste tendenser fortsætter, anslås det, at i 2030 vil 60 % af verdens befolkning (3,3 milliarder mennesker) være overvægtige (2,2 milliarder) eller fede (1,1 milliarder) [7].

Overvægt og fedme er forbundet med et højere antal dødsfald på verdensplan end undervægtige, hvor fedmeprocenten overstiger 50 % i mange lande [8]. Body mass index (BMI) er en af ​​de mest anvendte målinger til at identificere overvægt med hensyn til højde og alder. /e Verdenssundhedsorganisationen kategoriserer fedme i forhold til BMI: undervægt (BMI mindre end 18,5 kg/m2), normalvægt (spænder fra 18,5 til 25 kg/m2), overvægt (spænder fra 26 til 30 kg/m2) og fede ( større end 30 kg/m2) [6, 9].

Brugen af ​​BMI som et indeks for overvægt eller fedme er dog ikke pålidelig for alle individer; BMI er hovedsageligt blevet brugt hos voksne, selvom det nu bliver brugt hos børn og ældre personer. I tilfælde af børn og unge bruges BMI z-score, fordi BMI i denne population varierer med alder og køn [10] (BMI z-score er defineret som et indeks for relativ vægt justeret for børns alder og køn omkring en referencepopulation) ./e talje-til-hofte-forhold (WHR) er en anden meget brugt målestok, der indekserer fordelingen af ​​fedtvævet[11].

Central kropsfedt er forbundet med øget aflejring af intra-abdominalt fedtvæv, selvom en stigning insubkutant abdominalt fedtvæv også er involveret. WHR er dog ikke et fejlfrit mål, da abdominal omkreds alene kan give den samme information [11]. Dual-energy Røntgenabsorptiometri (DXA) er en teknik, der i vid udstrækning anvendes i klinikken til at vurdere kropssammensætning (knoglemineral, fedt, magert og blødt væv) ved hjælp af en lav-emission røntgenscanning. DXA giver information om overskydende fedt og kvantificerer total fedt og magert blødt væv[12].

Air displacement plethysmography (ADP) er en anden nyttig teknik til at vurdere kropssammensætningen (knogledensitet, magert væv og samlet kropsfedt). ADP estimerer et individs kropsvolumen ved at beregne volumenet af luften i et tomt kammer minus volumenet af luften med en person siddende inde i kammeret [13].

Hudfoldninger er en almindelig antropometrisk metode, der bruges til at måle tykkelsen af ​​subkutan fedt, selvom de ikke er særlig vejledende hos nogle voksne med overvægt og fede. Desuden mangler der standardiserede hudfoldemålere; der er derfor ingen konsensus om den faktiske fordeling af subkutane fedtmålinger i befolkningen [11].

2. Patogenese af fedme

Fedme udvikler sig som en konsekvens af manglende balance mellem fødeindtagelse og energiforbrug [14]. Energiforbrug inkluderer den energi, der kræves for at opretholde vitale funktioner (hvilende stofskifte), udføre fysisk aktivitet og give diæt-induceret termogenese.

Publicerede undersøgelser har ikke understøttet antagelsen om, at fedme er forårsaget af forstyrrelser i energiforbruget relateret til metabolisme/eller diæt-induceret termogenese; i stedet tyder beviser på, at nedsat fysisk aktivitet i væsentlig grad kan bidrage til kropsvægtøgning [15]./e energiforbrug, der kræves for at opretholde vægten, varierer meget mellem individer, inklusive personer med lignende konstitutioner. Forskelle i metabolisk effektivitet kan forklare denne variabilitet og spille en rolle i følsomhed over for vægtøgning [15].

Transformationer af lipider og kulhydrater til faktisk opgaveudførelse kræver oxidation af næringsstofferne for at give adenosintrifosfat (ATP), der fungerer som en metabolisk valuta [15], og ATP bruges efterfølgende til at udføre faktiske opgaver (f.eks. vitale kropsfunktioner og fysisk aktivitet) [15 ]. Begge disse metaboliske processer involverer varmeproduktion. /us refererer metabolisk effektivitet til andelen af ​​ATP vs. produktionen af ​​varme, der er afledt til udførelsen af ​​en given opgave [16]. /e evne til at bortskaffe en del af overskydende energi som varme nedsætter evnen til at lagre overskydende energi som fedt og forhindrer dermed vægtøgning [16]. Lav metabolisk effektivitet indebærer en stigning i varmeproduktionen på bekostning af ATP-produktionen [16].

Øget stofskifteeffektivitet er blevet rapporteret at bidrage til fedme [16]./e sympatiske nervesystem (SNS) deltager i homøostatisk kontrol. Faste reducerer SNS-aktivitet, mens du spiser, især kulhydratoverfodring, øger SNS-aktivitet. /e SNS innerverer og modulerer lipolyse i fedtvævet [17]. Parasympatisk input kan mediere ætiologien til fedme ved direkte at påvirke den metaboliske tilstand af fedtvævet.

Neuroimmune interaktioner mellem SNS og makrofager er nødvendige for homeostase af flere væv, herunder fedtvævet [18]. /us,SNS-medieret reduktion i fedtvævslipolyse bidrager til ophobning af tolipid og følgelig overvægt [17]./e hjerne og mave-tarmkanal er forbundet via thevagus nerve. Intraabdominale adipocytter fremmer glucose- og fedtsyreindtagelsen ved at stimulere SNS; disse celler udtrykker adrenerge receptorer, der kan reagere på katekolaminer i det sympatiske system. /e kolinerge del af vagusnerven deltager i reguleringen af ​​glucose og insulin [17].

Acetylcholin virker gennem vagusnerven for at forstærke M3-muscarine-receptorerne i bugspytkirtlen for at øge insulinsekretionen, forbedre syntesen af ​​cellulære lipider og absorptionen af ​​glukose, hvilket forårsager lagring af kalorier og forøgelse af lipider [17]. /Det enteriske nervesystem producerer mere end 30 neurotransmittere; disse hormoner og peptider frigives til blodbanen, krydser blod-hjerne-barrieren (BBB) ​​og stimulerer centralnervesystemet (CNS). Under indtagelse frigives tarmhormoner på grund af udspilning af maven, såsom peptiderne cholecystokinin, ghrelin og leptin, som regulerer sult- og mæthedsfornemmelserne. Ghrelin stimulerer fødeindtaget ved at hæmme de vagale signaler og undertrykke frigivelsen af ​​insulin [17].

Leptin og insulin er involveret i disse virkninger på SNSaktivitet. Leptin er et adipocyt-produceret hormon, der er opreguleret ved fedme [19]. Leptin signalerer i hjernen i vid udstrækning på niveauet af hypothalamus for at modulere aktiviteten af ​​specifikke neuronale undergrupper (herunder orexigenisk Agouti-relateret peptid (AgRP) og anorexigene proopiomelanocortin (POMC) neuroner), reducere appetitten og øge energiforbruget [20].
Leptin fungerer som et signal til at cirkulere energireserver ved at give feedback-hæmning i den hypothalamus orexigene vej; således er fedme stærkt forbundet med hyperleptinæmi [5]. Fedme er kendetegnet ved nedsat leptinsignalering på trods af forhøjede leptinniveauer, det vil sige leptinresistens, hvilket forklarer, hvorfor leptinadministration til de fleste mennesker med fedme ikke er effektiv [20].

Leptinresistens menes at være et resultat af inflammation og hypothalamus gliose [20-22]. Langtidsfodring af en foder med højt fedtindhold til rotter øger mediobasal hypothalamus aktivering af de inflammatoriske signalmellemprodukter c-Jun N-terminal kinase (Jnk) og nuklear faktorκB (NF-κB), hvilket resulterer i produktionen af ​​proinflammatoriske cytokiner og svækkelse i insulin og leptinsignalering [22].

Derudover involverer cellulær respons på en fedtrig diæt i hypothalamus reaktiv gliose [18], som er en CNS-specifik proces med rekruttering, proliferation og morfologisk transformation af astrocytter og mikroglia som reaktion på hjerneskade. /is cellulær respons ændrer neurovaskulær kobling af POMC-neuroner på grund af indkapsling af synapserne for at modificere neurotransmitters dynamik ved at ændre astrocytekspression af glutamat og glucosetransportere for at ændre affyringsaktiviteten af ​​POMC-neuroner[22].

Komplekse systemer, der regulerer spiseadfærd, balancerer forholdet mellem indtag (kost) og energiforbrug. /se systemer er sårbare over for forstyrrelser forårsaget af energiubalance. /e hedoniske og homøostatiske veje styrer spiseadfærden. /e hedoniske system er afhængig af striatum og har tætte forbindelser til hypothalamus og det homøostatiske system [23].

En belønningsmangel anses for at forårsage en ubalance mellem homøostatisk og hedonisk regulering. /is hypotese antyder, at nedsat dopaminerg signalering, som typisk overfører de givende aspekter af (fødevarerelaterede) stimuli, fremmer overforbrug af velsmagende fødevarer ud over homeostatiske behov for at kompensere for lavere følsomhed over for belønningen[24].

Nedsat serotoninsignalering i hypothalamus antages at bidrage til fedme ved at påvirke negativ tilbagemelding af energi indtaget ved fødeindtagelse og derved fremme overdreven forbrug [25]./e paraventrikulær kerne i hypothalamus producerer peptider, der falder med fødeindtagelse, herunder corticotropin-frigivende hormon, -releasingfactor og oxytocin. Cannabinoider regulerer appetitten, og inflammatoriske cytokiner er også involveret i reguleringen af ​​det gastrointestinale nervesystem [19].

Betændelse i hypothalamus kan producere vidt forskellige virkninger af adfærd. /us er der observeret betydelige stigninger i hypothalamus-cytokinniveauer i dyremodeller med dyb anoreksi, både afhængigt og uafhængigt af leptin [5]. Hypothalamus-resistens over for virkningerne af leptin på fedtvævet er afgørende for fedme. Hypothalamus inflammation udløses som reaktion på forbrug af store mængder fedt dagligt og er en vigtig mekanisme i udviklingen af ​​leptinresistens [26]. de Araujo et al. [27] betragtede de vigtige virkninger af energiindholdet i mad medieret af tarm-innerverende sensoriske vagale neuroner (tarm-hjerne-aksen), der fungerer som en form for et interoceptivt belønningssystem, som er uafhængigt af smag.

Personer med fedme rapporterer ikke, at de kan lide mad mere end deres sunde modparter. Smaglighed påvirker, hvad en person spiser, men afspejler ikke, hvor meget denne person spiser. /e energiindhold i fødevarer er forstærkende. Ifølge de Araujo et al.[27] registrerer subkortikale tarm-hjerne-baner næringsegenskaber uafhængigt af smag og aktiverer hjernebelønningskredsløbene. /e motivationskraft af energitæthed fremstår stærkere hos mennesker med fedme.

Imidlertid menes tarmmikrobiotaen at spille en rolle i mekanismerne, der styrer stressreaktionen via hypothalamus hypofyse-binyreaksen (HPA), og dereguleringen af ​​denne akse har også været relateret til fedme [28]. /e tarmhjerneakse er et komplekst system, der muliggør kommunikation mellem tarmen og hjernen gennem hormonelle, immunologiske og neurale signaler. /e CNS, det autonome nervesystem, det enteriske nervesystem, HPA-aksen og tarmmikrobiota er komponenter i tarm-hjerne-aksen.

Alle disse komponenter etablerer tovejskommunikation fra CNS til tarmen og fra tarmen til CNS [29].

Tarmhormoner frigives af enteroendokrine celler, der udløser signalering i CNS som reaktion på præabsorptive næringsstoffer og efterfølgende påvirker energihomeostase [29]. Som en del af tarm-hjerne-aksen spiller tarmmikrobiotaen (mikroorganismer, der lever i menneskets fordøjelseskanal) vigtig. rolle i fedme og vægtøgning via energihøstning, bageste generering af forskellige metabolitter (f.eks. kortkædede fedtsyrer), ændringer i værtsadfærd og mæthed gennem tarm-hjerne-aksen, der inducerer inflammatoriske reaktioner [29].

Fedme, stofskiftesygdomme, nogle psykiatriske lidelser og kognitive svækkelser kan skyldes dysregulering af dette system [28, 29]./Der er positive sammenhænge mellem stress (høje niveauer af glukokortikoider), vægtøgning, adipositas, BMI [30], basal glukose, basal insulin og insulinresistens [31]. Forbindelser mellem stress og metabolisk dysfunktion er stærkere hos personer med højere BMI end hos mennesker med lavere BMI [32], hvilket tyder på, at stress øger fedmerisikoen, især hos personer med højere BMI.

Kroniske høje niveauer af glukokortikoider og insulin øger et usmageligt fødeindtag og abdominal fedtaflejring [33]. Stress kan udløse metabolisk dysfunktion og ændre spiseadfærd; desuden er personer med fedme mere følsomme over for stress. /e HPA-aksen spiller en vigtig rolle i begyndelsen af ​​metaboliske ændringer og fedme [34].

3. Fedme og Neuroinflammation

Makrofager regulerer inflammation i henhold til forskellige aktiveringstilstande afhængigt af deres differentieringstilstand; således initierer klassisk aktiverede makrofager (M1) processen ved at udskille proinflammatoriske cytokiner og reaktive oxygenarter (ROS) [35], mens efterfølgende faser af immunresponset styres af "alternativt "aktiverede makrofager (M2) for at reducere inflammation og fremme vævsomdannelse og frigivelse af vækstfaktorer [35].

Hos raske, ikke overvægtige mennesker fungerer makrofager i fedtvævet på samme måde som M2-makrofager; det vil sige, at de producerer lidt eller ingen proinflammatoriske cytokiner og udtrykker arginase, som hæmmer produktionen af ​​nitrogenoxid og fører til polyamindannelse [36]. Imidlertid kan fedtvævsassocierede makrofager placeret på steder med kronisk inflammation i fedme fungere som kilder til proinflammatoriske cytokiner [37].

Både M1 og M2 makrofager kan eksistere side om side, hvilket fører til vedvarende inflammation og fibrose [38]. Akkumulering af fedtvæv ved fedme er nøglefaktoren for systemisk inflammation. Både hypertrofiske adipocytter og immunceller i fedtvævet (hovedsageligt lymfocytter og makrofager) bidrager til apro-inflammatorisk tilstand via en stigning i niveauerne af tumornekrosefaktor-alfa (TNF-), plasminogenaktivatorhæmmer-1, C- reaktivt protein, interleukin-1-beta (IL-1-beta) og interleukin-6 (IL-6) [39, 40]. /e inflammatorisk respons medieret af M1 under fedme kan være analogt med mekanismerne for nekrotisk clearance [41, 42].

Makrofager udskiller cytokiner, især TNF og IL-6, og kemokiner, såsom CC-kemokinligand 2 (CCL2; tidligere kendt asmonocytkemotaktisk protein-1 (MCP1)). TNF og IL-6kan interferere med insulinsignalering i adipocytter, hvilket fører til type 2-diabetes (T2DM) [43]. Makrofager akkumulerer fedtfattigt væv over tid, og de cytokiner, de producerer, kan føre til insulinresistens og T2DM [36, 37].

Overekspression af prokoagulerende proteiner af disse inflammatoriske makrofager kan bidrage til atherogene og kardiovaskulære risici, der udgør en del af fedme-associeret metabolisk syndrom [43]. Fedme-associeret tarmmikrobiota kan dog også bidrage til neurokemiske og inflammatoriske ændringer[28, 44]. /e tarmmikrobiota er en mellemfaktor mellem miljøbelastninger (f.eks. kost og livsstil) og værtsfysiologi, og dens ændring (dvs. dysbiose) kan delvist forklare fedme [28].

Tarmdysbiose (ubalance i tarmmikrobiotasammensætning forårsaget af værtsgenetik, livsstil og eksponering for mikroorganismer) [45] kan fremme diætinduceret fedme og metaboliske komplikationer via en række forskellige mekanismer, herunder immun dysregulering, ændret energiregulering, ændret tarmhormonregulering og proinflammatorisk mekanismer (såsom lipopolysaccharideendotoksiner, der krydser tarmbarrieren og kommer ind i portalcirkulationen) [44, 46].

Nylige undersøgelser har vist, at sammensætningsændringer i tarmen og inflammation relateret til en utæt tarm (et tab af tarmbarriereintegritet, der reducerer dens evne til at beskytte det indre miljø) kan bidrage til patofysiologien af ​​flere sygdomme, såsom depression, kronisk træthedssyndrom, fedme eller T2DM[ 47]. Betændelse som følge af fedme kan påvirke hjernestrukturer, såsom hippocampus, cerebral cortex, hjernestamme og amygdala [48].

Lavgradig inflammation, der er karakteristisk for fedme, kan føre til neuroinflammation via forskellige mekanismer, herunder choroid plexus og forstyrrelse af BBB [49]. Perifer inflammation observeret ved fedme fører til insulinresistens [36, 37]. /Hjernen er et privilegeret organ for immunitet; overgange mellem perifer og central inflammation er imidlertid blevet rapporteret.

Adipokiner produceres af fedtvævet og kan også udtrykkes i CNS, hvor receptorer for disse faktorer er til stede. Adipokiner produceret i periferien kan krydse BBB eller ændre dets fysiologi ved at virke på cellerne, der danner BBB for at påvirke CNS.

Adipokiner kan regulere neuroinflammation og oxidativ stress, som er to vigtige fysiologiske processer involveret i neurodegeneration og er forbundet med mange kroniske neurodegenerative sygdomme [50]. Skader på BBBin-aldring kan også føre til betændelse i hjernen. Neuroinflammation kan være den vigtigste årsag til kognitiv dysfunktion og kan således føre til en central patologisk mekanisme forbundet med aldring [51].

For more information:1950477648nn@gmail.com