Глибока стимуляція мозку при ожирінні

Опубліковано: 25 березня 2015 р. (Див. Історію)

DOI: 10.7759/cureus.259

Цитуйте цю статтю як: Ho A L, Sussman E S, Zhang M, et al. (25 березня 2015 р.) Глибока стимуляція мозку при ожирінні. Cureus 7 (3): e259. doi: 10.7759/cureus.259

Анотація

Вступ та передумови

Наше постійне розширення знань про нейроанатомічні та нейропсихіатричні основи ожиріння призвело до підвищеного інтересу до нейромодуляції, подібно до інших рефрактерних розладів, таких як обсесивно-компульсивний розлад. Глибока стимуляція мозку (DBS) забезпечує оборотну електричну стимуляцію нейронних схем і застосовується як ефективна та безпечна терапія для широкого спектру неврологічних розладів [16-18]. Хоча точний механізм DBS залишається незрозумілим, добре встановлено, що високочастотна електростимуляція клінічно імітує ефекти нейро-абляційних процедур [19-20]. Однак здатність титрувати та/або зворотно впливати DBS робить його кращим методом нейромодуляції [21-24]. Нещодавні клінічні випробування DBS при хронічному кластерному головному болі, хворобі Альцгеймера, депресії та обсесивно-компульсивному розладі продемонстрували безпеку та ефективність націлювання на гіпоталамус та схему винагороди мозку за допомогою електростимуляції, і таким чином забезпечують основу для нейромодулюючого підходу до лікувально-рефрактерне ожиріння [16, 25-27].

Хоча роль гіпоталамуса в нейрофізіології ожиріння була добре встановлена протягом десятиліть [28-29], нещодавніші дослідження підтвердили важливість схеми винагороди мозку в патологічній поведінці, спрямованій на пошук їжі, яка зазвичай спостерігається при ожирінні [30- 32]. Ця знахідка робить nucleus accumbens (NAc) ще однією сприятливою мішенню для нейромодуляції. У цьому дослідженні ми розглядаємо літературу, що вказує на ці показники ДБС у нейронних схемах ожиріння. Ми також коротко розглянемо етичні міркування щодо такого втручання та обговоримо генетичні синдроми вторинного ожиріння, які також можуть отримати користь від DBS. Коротше кажучи, ми сподіваємось створити наукову основу для обґрунтування випробувань DBS для лікування ожиріння, спрямованого на ці конкретні ділянки мозку.

Огляд

Бічний гіпоталамус як мішень для DBS

Рисунок 1: Принципова схема, що зображує цілі глибокої стимуляції мозку (DBS) для ожиріння та їх роль у гомеостатичному шляху енергетичного балансу

ЛГ відповідає за забезпечення анаболічного зворотного зв'язку на ефектори вегетативної нервової системи. Nucleus accumbens (NAc) є центром шляху винагороди в мозку, що інтегрує вхідні дані з різних високих кіркових областей мозку та лімбічної системи для посилення певної корисної поведінки, наприклад, годування. Інтеграція шляхів винагороди з поведінкою годування починається з вивільнення дофаміну з вентральних сегментарних ділянок (VTA) нейронів, які проектуються на ядро акумбену (NAc). Усередині NAc є нейрони, які проектуються на бічний гіпоталамус (ЛГ), що містять нейрони, що стимулюють споживання їжі. Ці ядра також реагують на різні гормональні пептиди, такі як лептин, які виділяються метаболічними системами організму, які пов'язують прийом їжі та енергетичний обмін із шляхами винагороди в мозку.

Nucleus accumbens і шлях винагороди

Крім того, дослідження на гризунах продемонстрували біохімічні, нейроендокринологічні, нейроанатомічні та поведінкові зв’язки між бічним гіпоталамусом та NAc (рис. 1) [65-66]. Встановлено, що нейрони глутамату в ЛГ є головним проекційним майданчиком вихідних нейронів NAc, і NAc є єдиною смугастою областю, яка посилає проекції на ЛГ [67]. Встановлено, що сигнальний шлях лептину, а також інші похідні кишечника нейропептиди, такі як пептид гормону YY, глюкагоноподібний пептид 1 та грелін, також проектуються на цю схему (рис. 1) [46, 48, 68]. Вентральні тегментальні дофамінові нейрони експресують рецептор лептину і реагують на лептин зниженням швидкості випалу [68]. Безпосереднє введення лептину в цю структуру середнього мозку спричинило зменшення споживання їжі, тоді як тривале збивання рецептора лептину призвело до збільшення споживання їжі, рухової активності та чутливості до їжі, яка дуже смакувала. Ці дані підтримують критичну роль для сигнального шляху лептину, який включає цю схему винагороди та область гіпоталамусу в регулюванні поведінки годування. Більше того, це забезпечує функціональні докази прямої дії периферичного метаболічного сигналу на схему винагороди.

У людей дослідження функціональної візуалізації зіграли вирішальну роль у встановленні важливої участі NAc у поведінці, пов’язаній із ожирінням. Дослідження fMRI на пацієнтах, які уявляють собі прийом смачних страв, виявили зміну активації в вентральному смугастому тілі у осіб, яким більше загрожує майбутнє збільшення ваги [69]. Дослідження fMRI реакції на зображення висококалорійної (проти низькокалорійної) їжі або на очікуване отримання солодкого смаку у людей із ожирінням (проти худих) виявили більшу активність у NAc [70-71]. Зниження у відповідь NAc на високоякісні (порівняно з низькокалорійними) зображеннями їжі було виявлено у пацієнтів, які проводили одномісячну хірургічну операцію шунтування шлунка після руру-ен-Y [72]. Два попередні дослідження також виявили тенденцію до зміни потенціалу зв'язування дофамінових рецепторів у вентральному стриатумі післяопераційно у п'яти пацієнтів [73-74]. Таким чином, NAc слід розглядати як потенційну мішень для нейромодуляції схем нагородження для контролю поведінкових моделей харчової залежності, що спостерігаються у людей із ожирінням [75].

Nucleus accumbens як мішень для DBS

Етичні міркування

Вторинні синдроми ожиріння

Синдром Прадера-Віллі (PWS) характеризується надзвичайною гіперфагією, ожирінням та інтелектуальною недостатністю, і спричинений генетичним дефектом, що призводить до відсутності експресії кількох відбитків генів в області 15q11-q13 з батьківської хромосоми 15 [95]. Пацієнти із СЗЗ часто хворіють ожирінням через їх ненаситні апетити [96]. Кожен третій пацієнт із СЗЗ має понад 200% ідеальної маси тіла, і є повідомлення про надмірне споживання, що призводить до розриву шлунка у цих пацієнтів [97]. Метаболічний профіль СЗЗ включає збільшення співвідношення жирової маси до нежирної маси [98-99], зменшення загальних витрат енергії та спокою [100] та підвищений рівень греліну натще [101]. Незважаючи на найрадикальніші медичні та хірургічні втручання, СЗЗ залишається важким для лікування. Зокрема, баріатрична хірургія мала обмежену ефективність та стосується профілю безпеки, враховуючи збільшення супутньої медичної захворюваності у цій популяції [102].

Особи, які страждають на СЗЗ, мабуть, порушують основні механізми ситості, що змушує їх споживати більше і довше, ніж люди з ожирінням [103-104]. Ці порушення проявляються у вигляді гіперактивації гіпоталамуса, NAc, мигдалини, гіпокампа, медіальної передньо-кори головного мозку (PFC), OFC та острова після їжі [105-108]. Дослідження фМРТ продемонстрували, що перед споживанням особи з СЗН виявляють вищу активність у нагородних/лімбічних областях (NAc, мигдалина) та нижчу активність у підкіркових регіонах голоду та ситості (гіпоталамус, гіпокампу), але після споживання виявляють високу активність у підкіркових регіонах і нижча активність у гальмівних передфронтальних відділах кори (задній/бічний OFC, DLPFC) порівняно з контролем. Таким чином, PWS не тільки призводить до більшої активації центрів винагороди та голоду в очікуванні їжі, але також порушує схему гальмування постпрандіально [109].

PWS - це загальний зв’язок між споживанням їжі та способами винагороди в мозку, який при порушенні призводить до неконтрольованого годування та патологічного ожиріння (рис. 1). Як вже згадувалося раніше, LH та NAc є потенційними цілями для PWS, які вже були націлені на інші захворювання. Зокрема, ЛГ вже була націлена через DBS на ожиріння [53-54] та головний біль [110] та NAc на ОКР, тривогу, звикання та депресію [76-77]. Ми припускаємо, що ці самі цілі можуть бути потенційними цілями для DBS для PWS.

Синдром Клейна-Левіна (KLS) - рідкісне епізодичне розлад гіперсомнії, яке також характеризується гіперфагією, а також гіперсексуальністю та когнітивними порушеннями [111-113]. Між епізодами клінічні симптоми можуть повністю зникнути. Хоча патофізіологія цього розладу в значній мірі невідома [113], останні дослідження візуалізації виявили аберації в різноманітних глибоких ядрах мозку та мозковій корі.

Дослідження функціонального МРТ (fMRI) у 2014 р. У пацієнтів з KLS під час гострих епізодів виявило гіперактивацію лівого таламуса, а також гіпоактивацію передньої порожнистої кори та медіальної префронтальної кори [114]. Ще одне недавнє дослідження, що порівнювало перфузійну сцинтиграфію головного мозку у хворих на KLS та здорових людей контролю, виявило гіпоперфузію в гіпоталамусі, таламусі, хвостатому ядрі та лобовій та тимчасовій кортикальних асоціативних областях [113, 115]. Незважаючи на те, що ще належить досягти значного прогресу щодо патофізіології, що лежить в основі цього захворювання, виявлення відхилень у кількох глибоких структурах мозку піднімає можливість цілеспрямованого лікування DBS для KLS.

Висновки

У цьому дослідженні ми переглянули літературу, яка вказує на латеральний гіпоталамус і ядерне нагромадження, добре перевірені мішені DBS, у нервовій схемі ожиріння. Ми також представили поточні дані, що підтверджують спрямованість DBS на ці вогнища для модуляції як метаболічної, так і поведінкової патофізіології, яка бере участь у резистентному до лікування ожирінні, коротко розглянули етичні міркування щодо такого втручання та обговорили генетичні синдроми вторинного ожиріння, які можуть отримати користь від DBS. Хоча на сьогоднішній день не проводилося жодних досліджень на людях, які б спеціально використовували DBS для лікування ожиріння, ми створили наукову основу та обґрунтування для дослідження DBS для лікування ожиріння, спрямованого на ці конкретні ділянки мозку.