과체중 및 비만과 관련된 뇌의 구조적 변화 2부
Mar 05, 2024
표 1은 다양한 세포 유형에 의해 유도된 사이토카인과 케모카인, CNS 외부 지방 조직의 세포 활성화 상태(정지 또는 활성화)와 소교세포와의 관계를 나열합니다.
중추신경계는 인체의 통제 센터로 사고, 감정, 행동 등 신체의 모든 기능을 조절하고 조정하는 역할을 담당합니다. 기억은 인간 두뇌의 중요한 부분입니다. 과거의 경험과 지식을 유지하고 추출하는 것입니다.
중추신경계는 기억과 매우 밀접한 관계가 있으며, 중추신경계의 모든 부분이 기억의 형성과 저장에 관여합니다. 중추신경계는 감각신경계, 운동신경계, 연합신경계로 나눌 수 있으며, 각각은 기억의 다양한 측면에 영향을 미칩니다.
감각신경계는 감각기관을 통해 외부 자극을 뇌에 입력하고, 뇌는 이 정보를 처리해 기억할 수 있는 형태로 변환한다. 이것이 우리가 아름다운 음악이나 아름다운 그림을 기억할 수 있는 이유입니다.
운동신경계는 근육을 조절하여 행동에 대한 기억을 저장합니다. 이것이 운동선수들이 무의식적인 움직임을 통해 다양한 어려운 동작을 수행할 수 있는 이유이다.
연관 신경계는 다양한 기억을 연결하여 일련의 사건과 경험을 형성하는 역할을 합니다. 이것이 바로 우리가 어린 시절 최고의 순간을 회상할 수 있는 이유이며, 그러한 사건은 종종 다양한 감정과 감정으로 이루어진 공동 기억입니다.
또한 중추신경계는 기억을 유지하고 인출하는 데에도 중요한 역할을 합니다. 우리가 무언가를 회상해야 할 때, 뇌는 복잡한 신경망을 통해 다양한 기억을 연결하여 과거의 경험을 회상할 수 있도록 합니다.
정리하자면 중추신경계와 기억의 관계는 매우 밀접하다. 건강한 중추 신경계는 기억을 형성하고 저장하는 데 도움이 되는 동시에 사물을 인식하고 이해하는 능력도 향상시킵니다. 그러므로 우리는 중추신경계의 건강에 주의를 기울이고, 합리적인 식사와 적당한 운동, 휴식을 통해 중추신경계의 안정적인 상태를 유지해야 합니다. 이는 기억력 향상에 도움이 될 뿐만 아니라 신체 건강에도 도움이 됩니다. 기억력을 향상시켜야 함을 알 수 있습니다. Cistanche Deserticola에는 항산화, 항염증, 항노화 효과가 있어 뇌의 산화 및 염증 반응을 줄여 신경계의 건강을 보호할 수 있기 때문에 기억력을 크게 향상시킬 수 있습니다. 또한 Cistanche Deserticola는 신경 세포의 성장과 복구를 촉진하여 신경 네트워크의 연결성과 기능을 향상시킬 수 있습니다. 이러한 효과는 기억력, 학습 및 사고 속도를 향상시키는 데 도움이 될 수 있으며 인지 기능 장애 및 신경퇴행성 질환의 발병을 예방할 수도 있습니다.
최근 비만과 신경변성을 연결하는 두 가지 요인의 관련성을 뒷받침하는 증거는 전염증성 사이토카인의 유도와 인슐린 유사 성장인자 1(IGF-1)에 대한 내성을 기반으로 합니다 [39, 40, 50-52]. 중추 염증성 비만은 시상하부 포만감 신호를 방해하고 과식을 지속시키며 부정적인 결과를 초래합니다[53].
만성 염증은 노화와 관련된 다양한 장애의 병원성 메커니즘의 일부로 간주됩니다. 말초 염증 및 관련 대사 장애는 인슐린 저항성과 T2DM뿐만 아니라 신경퇴행성 장애도 촉진합니다[54]. 복부 지방 조직의 대식세포는 BBB를 통과할 수 있는 사이토카인 및 전염증성 케모카인의 증가를 촉진합니다.
인터페론 감마는 신경 염증의 중계 역할을 하는 소교세포를 활성화할 수 있습니다. 고혈압, 당뇨병, 비만은 뇌관류저하, 포도당 대사저하 등 다양한 병리학적 기전을 시너지적으로 촉진합니다. /위험 요인은 신경염증과 산화성 질산화 스트레스를 유발합니다. 전염증성 사이토카인, 엔도텔린1 및 산화-질소성 스트레스는 여러 주기의 병리학적 피드백을 유발하고 뇌혈관 병리에 영향을 미칩니다[63]. /ese 계단식 현상은 신경세포 Ca2+ 및 신경변성을 증가시킵니다[64].
산화-질산화 스트레스는 지방산, 단백질, DNA 및 미토콘드리아와 관련된 장기적인 손상을 촉진합니다. 이러한 요인은 다양한 병리학적 피드백 루프를 증폭시키고 영속시킵니다[65]. 기능 장애가 있는 에너지 대사(미토콘드리아 ATP 생산 저하), α-아밀로이드 생성, 내피 기능 장애 및 BBB 변경[39, 51]은 뇌 혈류 감소로 이어집니다. 및 만성뇌관류저하. /우리, 저관류는 뇌에서 가장 중요한 두 가지 영양 물질인 산소와 영양분을 빼앗습니다.
결과적으로, 뇌는 시냅스 기능 장애 및 신경 변성 또는 손실로 인해 회백질 및 백질 위축을 초래합니다[65](그림 1 참조)./e 많은 신경퇴행성 질환의 염증 원인은 뇌의 M2 대식세포 개체수의 감소와 관련이 있습니다. CNS 및 그에 따른 M{3}}매개 신경염증의 증가.
대식세포 자극 단백질 수용체(MST1R)는 미세아교세포를 포함한 조직 상주 대식세포에서 발현되는 수용체 티로신키나제입니다. 대식세포 자극 단백질인 리간드에 의한 MST1R 활성화는 말초의 비만 매개 염증을 약화시킵니다. 생체 내에서 MST1R 리간드로의 절단은 염증(M1)을 촉진하고 대식세포 의존성 복구(M2)의 활성화를 제한합니다.
신경염증은 세포사멸을 일으킬 수 있습니다. /은 항상성 유지에 기여하는 세포 사멸의 고도로 조절되는 과정인 기본적인 생리적 메커니즘입니다. 세포사멸의 조절 부족은 많은 질병의 병인 및/또는 진행에 중요한 역할을 합니다[67, 68]. 세포사멸의 완전한 구현에는 다양한 단백질, 신호 변환기 및 신호 전달 경로 계단식 간의 상호 작용이 포함됩니다[69].
DR(막횡단수용체)의 세포외 도메인에 결합된 TNF, Fas 리간드(Fas-L) 및 TNF 관련 세포사멸 유도 리간드(TRAIL)는 주요 세포사멸 경로, 즉 TNF 경로의 시작을 담당합니다. ].
TNF-와 Fas-L은 염증 중에 일부 뉴런의 세포사멸을 유도할 수 있습니다. 세포사멸은 이러한 형태의 세포 사멸을 특징짓는 모든 형태학적 변화를 조율하는 카스파제(시스테인 프로테아제)의 활성화를 수반합니다. 개시 카스파제(카스파제 2, 8 또는 10)의 활성화는 이펙터카스파제(카스파제 3, 6 및 7)의 활성화로 이어지는 조절되고 비가역적이며 자가 증폭되는 단백질 분해 경로의 첫 번째 단계입니다.
염증 자체는 저관류 및 허혈을 유발하며[41], 이는 내인성 경로를 통해 세포사멸을 초래할 수 있습니다[68]. /is 경로는 비수용체 매개 개시 및 미토콘드리아 조절을 특징으로 합니다. 세포사멸의 내재적 경로에서 특정 자극은 세포 내 생화학적 변화를 일으키는 세포내 신호를 직접 생성합니다[70].
자극은 막 전위를 소멸시키는 미토콘드리아 막의 파괴를 유도하여 막 투과성을 향상시킵니다. /e 자극은 또한 proapoptotic 인자를 세포질로 전달하는 외부막에 미토콘드리아 투과성 전이 공극(MPT)을 형성합니다[71]. Apoptosome은 procaspase-9를 절단하여 activecaspase-9를 생성하고, 이는 차례로 작동자 caspase(즉,caspase-3)를 활성화합니다[70].
4. 거시적인 뇌 변화(신경영상 연구 증거)
4.1. 회백질. 최근 체계적인 검토[72]에서는 비만 환자의 회백질 부피의 구조적 이상이 밝혀졌습니다. 2017년 12월까지의 10개 연구 분석[73-82]에서는 하전두회, 오른쪽 뇌섬엽, 왼쪽 및 오른쪽 전중심회, 왼쪽 중간 전두회, 왼쪽 중간 측두이랑, 왼쪽 편도체와 왼쪽 소뇌 반구.
그러나 분석된 연구에서는 왼쪽 설설, 왼쪽 중간 전두회, 왼쪽 하후두회에서 회백질의 양이 증가한 것으로 나타났습니다. 마찬가지로, Kurth et al. [83]은 BMI와 좌측 상전두회, 좌측 중간 및 하전두회, 우측 전두극, 좌측 뇌섬엽, 양측 상측두회 및 중측두회 용적 사이에 음의 상관관계가 있다고 보고했습니다.
1,428명의 참가자를 대상으로 한 신경 영상 연구[84]에서는 오른쪽 하전두회, 상전두회, 오른쪽 전중심엽, 오른쪽상두정소엽 왼쪽 및 오른쪽 설전부, 왼쪽 방추상회, 왼쪽 및 오른쪽 구상돌기, 왼쪽에서 회색질의 양이 BMI와 음의 상관관계가 있음을 발견했습니다. 소뇌의 오른쪽 전엽과 남성의 오른쪽 뇌간.
BMI는 하전두회, 우상전두회, 소뇌의 좌우 후엽의 일부 영역의 용적과 양의 상관관계가 있었습니다. 노인의 BMI가 높을수록 비만 관련 동반 질환 및 기타 교란 요인과 상관없이 일반화된 회백질 장애와 관련이 있으며, 이는 노화 시 기억력 성능의 미묘한 장애로 이어집니다[85].
Garc'ıaGarc'ıa 외. [86]은 비만과 체질량이 실행 제어에 핵심적인 역할을 하는 뇌 영역의 회백질 양을 현저히 낮추는 것과 관련이 있다고 보고했습니다. 비만과 관련된 변수는 내측전두엽 피질, 양측 소뇌 및 왼쪽 관자극을 포함한 다양한 영역에서 회백질 부피의 감소와 일관되게 연관되어 있습니다.
마찬가지로 비만인 사람은 날씬하고 과체중인 사람보다 총 회백질의 양이 더 적습니다. 청소년기의 BMI는 세계적, 지역적 차이와 관련이 있습니다.
Yokumet al. [87]은 향후 체중 증가와 관련된 억제 제어와 관련된 영역에서 더 적은 양의 회백질을 발견했습니다. 특히, 백질 부피가 아닌 국부적인 회백질 부피의 이상은 향후 체중 증가의 위험을 증가시키며, 회백질 부피가 아닌 국부적인 백질 부피의 이상은 체중 증가에 이차적입니다.
4.2. 하얀 물질. / 여기에 BMI가 높은 대상과 관련된 전 세계 백질 감소에 대한 강력한 증거가 있습니다 [88, 89]. /is 관계는 두 개의 대규모 독립 코호트에서 BMI 상승과 백질 무결성 감소 사이의 연관성을 입증한 대규모 연구와 일치합니다[90].
더 높은 BMI는 전방 및 후방 시상 방사선, 하부 전두엽-후두 근막, 하부 및 상부 세로 근막, 뇌량[72], 갈고리 근막, 내부 피막, 피질 척수로 및 띠(대상회 및 해마) [76, 79, 88-91].
BMI 증가와 관련된 백질 섬유관의 국소적 변화는 주요 변연계 구조를 전두엽 영역과 연결하며, 이는 노년기의 인지 장애 및 치매 불비에 대한 위험 증가를 설명할 수 있습니다[64]. 변형에는 주로 변연계 구조를 전두엽 영역과 연결하는 섬유관이 포함되며, 비만 환자의 노화 가속화를 촉진할 수 있으며, 이는 인지 장애의 위험을 증가시킬 것으로 예상됩니다[91].
BMI 관련 WM 변화는 백질의 미세 구조 변화와 관련이 있습니다. /e 복셀 기반 정량 분석 결과 BMI가 증가하는 피험자의 백질 미엘린 감소, 수분 함량 증가, 철 함량 변화가 나타났으며, 이는 주로 상종근막(SLF), 전시상 방사선(ATR)에 국한되어 있습니다. ), 내부 캡슐 및 뇌량 [91].
BMI 증가는 탈수초화 또는 염증 효과를 통한 백질 무결성의 손실을 나타냅니다. 이러한 변화는 축삭 손상이나 세포 손실로 설명될 수 있습니다[91].4.3. 피질하 영역. /e 양측 시상, 피각, 담창구의 크기가 커지고 비만인의 경우 정상 체중의 개인에 비해 양측 꼬리뼈의 크기가 감소합니다[92]./e 양측 꼬리뼈의 내측-등 부분은 다음과 같습니다. 유의하게 감소하였고, 양측 시상의 외측 등쪽 부분이 유의하게 증가하였다.
과체중인 사람(BMI가 25~30kg/m2)이라도 기저핵과 방사형 치관에 위축 징후가 있습니다[93]. 남성의 경우 전체 체지방은 모든 피질하 회백질 부피(시상, 미상핵, 피각, 담창구 및 측핵핵)와 음의 상관관계가 있습니다. 여성의 경우, 더 큰 체지방은 더 낮은 담창구 부피와 상관관계가 있었습니다[94]. /esesex 특유의 차이는 여러 내분비 경로로 설명될 수 있습니다. 예를 들어, 에스트로겐은 비만과 관련된 많은 대사 합병증에 대한 보호 인자 역할을 합니다.
Kim et al. [92]은 비만인 개인의 경우 피질하 구조가 섭식 행동 및 감각 기능과 연관되어 있음을 시사합니다. BMI가 높을수록 음식 섭취 동기와 관련된 영역의 시상하부 연결성이 높아지고 음식 섭취에 대한 인지 조절과 관련된 구조와의 연결성이 감소합니다. /e 시상하부 회백질 부피는 시상하부 후엽의 연결성과 양의 상관관계가 있습니다./us, 시상하부 회백질 부피와 BMI 사이의 관계는 시상하부 후엽의 연결성에 의해 매개됩니다[96].
4.4. 어린이와 청소년. 정상 체중의 소아와 비교하여, 비만 소아는 우측 내측 측두이랑, 우측 및 좌측 시상, 좌측 상두정이랑, 좌측 및 중심후회, 좌측 소뇌에서 회백질의 상당한 감소를 나타냅니다. 아동 비만은 보상 시스템에서 더 높은 구조적 부피 및 감소된 회백질 밀도와 관련이 있습니다[98].
또한, 비만 아동과 정상 체중 아동 사이에는 백질에 약간의 차이가 있으며, 과도한 체지방은 특히 전두엽 및 측두엽 뇌 영역에서 구조적 연결성의 차이와 관련이 있는 것으로 나타났습니다[97]. 특히 청소년기는 뇌 발달, 특히 인지 조절과 관련된 영역인 전두엽 피질의 성숙이 중요합니다.
청소년기에는 전두엽 피질이 덜 발달하여 칼로리가 높은 음식 섭취와 같은 보상 중심 행동을 조절하는 능력이 저하되는 것을 설명할 수 있습니다. 칼로리가 높은 음식을 과도하게 섭취하면 뇌의 기능적, 구조적 성숙에 영향을 주어 결과적으로 인지와 행동에 영향을 줄 수 있습니다[99]. 그러나 비만이 뇌 발달 궤적(식욕 조절 뇌 영역의 조기 성숙 가능성)에 어떻게 영향을 미치는지는 잘 알려져 있지 않으므로 종단적 연구가 필요합니다.
Sharkeyet al. [100]은 피질 두께와 BMI 사이의 유의미한 연관성을 발견하지 못했습니다. /e 분석이 12세에서 18세 사이의 어린이로 제한되었을 때 결과는 여전히 음성이었습니다. 따라서 BMI와 피질 얇아짐 사이의 연관성은 청소년기 이후에 나타나는 것으로 보입니다. /isfinding은 뇌 구조와 체중 증가 사이의 관계의 성격에 영향을 미칩니다. 이러한 맥락에서 체지방이 증가한 청소년은 체지방이 감소한 청소년에 비해 피각의 회백질량이 더 많이 감소한 것으로 나타났습니다. 더욱이 전자의 피험자는 후자의 피험자 및 안정적인 체지방 수준을 유지한 피험자에 비해 전대상피질의 백질 부피가 더 크게 증가한 것으로 나타났습니다[101].
과체중 및 비만 청소년은 정상 체중의 청소년에 비해 상부 전두엽 뇌량, 양측 무상 근막, 좌측 전두 후두 근막 및 좌측 피질 척수로에서 백질 완전성이 감소한 것으로 나타났습니다. /이러한 연구 결과는 보상 시스템의 증가와 관련이 있을 수 있습니다 [102]. 그러나 과체중 및 비만 청소년은 청소년에 비해 안와 및 전두엽 뇌량, 오른쪽 아래 전두엽-후두 다발, 왼쪽 대상 및 왼쪽 피질 척수로의 백질 완전성이 높아졌습니다. 정상적인 체중으로. 결과는 강화된 주의력 처리와 연관될 수 있습니다[102].4.5. 알로스테틱 부하.
과체중인 사람은 대조군에 비해 왼쪽 및 오른쪽 위전두엽의 피질 두께가 더 낮았습니다[103, 104]. 더욱이, 이들 피험자들은 대조군이나 날씬한 사람들보다 더 높은 비율의 신변저항성 부하를 가졌습니다. /e 동질량 부하 지수는 수축기 및 확장기 혈압, 당화혈색소, 포도당, 크레아티닌, 총 콜레스테롤, HDL 및 LDL 콜레스테롤, 중성지방, C 반응성 단백질, 인터루킨{4}}, 인슐린 증가, 코티솔, 피브리노겐 등 15가지 바이오마커로 구성됩니다. , 및렙틴. 알로스테틱 부하의 증가는 식습관, 감각 보상 처리 및 일반 인지 기능을 제어하는 영역의 회백질 구성 변화와 관련이 있습니다[104].
회백질 감소의 감소는 비만 환자의 혈장 내 인크레아티닌 감소, 중성지방 및 저밀도 지질단백질의 증가와 관련이 있는 것으로 제안되었습니다[105].4.6. 대사 증후군. 높은 체지방 함량, 내장 지방 및 전신 염증을 특징으로 하는 대사 프로필은 노인의 회백질 양 감소 및 집행 기능 감소와 관련이 있습니다[106].
앉아서 생활하는 생활 방식이나 고에너지 음식 섭취와 같은 지속적인 에너지 불균형의 근본적인 요인은 노화에 따른 회백질 변화의 중요한 결정 요인이 될 수 있습니다. 대사 증후군과 회백질 부피 감소 사이의 연관성은 후소뇌, 뇌간, 안와전두엽피질, 양측 꼬리핵, 우측 해마 주위, 우측 편도체, 우측 뇌섬엽, 설측이랑 및 우측 상측두이랑을 포함한 여러 뇌 영역에서 발견되었습니다[107]. 4.7. T2DM. T2DM은 총 회백질 부피 및 해마 부피의 감소, WHR 및 BMI의 증가, 신체 활동 감소와 관련이 있습니다[108]. T2DM과 비만이 있는 청소년은 체중이 정상인 대조군에 비해 오른쪽 해마, 왼쪽 피각과 꼬리뼈, 양측 편도선, 왼쪽 시상에서 회백질 부피가 감소했습니다[109].
복부 비만 또는 그에 따른 영향은 뇌 위축에 대한 T2DM의 부작용을 부분적으로 매개할 수 있습니다[108]. 청소년 비만만으로도 회백질 양이 감소하는 것으로 보이며, T2DM은 이 집단의 백질 및 회백질 이상과 관련이 있습니다[109]. 두정엽과 후두엽 피질의 구조적 변화는 T2DM과 관련된 초기 대뇌 변화를 구성할 수 있습니다[110]. T2DM은 뇌량, 원환, 왼쪽 아래 전두엽-후두 근막, 좌두개근, 왼쪽 내부 및 외부 캡슐 내 섬유 밀도의 상당한 지역적 변화와 관련이 있습니다[109, 111].
대조 대상과 비교한 결과, 비만 및 T2DM 환자는 오른쪽 섬엽과 왼쪽 측면 후두엽[110] 및 측두엽[112] 피질의 두께가 더 낮은 것으로 나타났습니다. /e 전체 평균 피질 두께는 정상 체중의 T2DM 개인 그룹보다 비만 그룹의 T2DM에서 더 낮았습니다 [113]. 질병 기간과 평균 전체 백질 완전성 사이의 음의 상관관계는 T2DM 및 비만 환자에게서 보고되었지만 정상 체중을 가진 T2DM 환자에서는 보고되지 않았습니다[113].
비만이 있는 정상 혈당 환자는 대조군에 비해 우측 뇌엽과 하전두이랑의 두께가 감소하고 편도체와 시상의 부피가 더 컸습니다. 대조적으로, 시상하부 및 좌측 중심 주위 영역의 용적은 비만 및 T2DM 환자에 비해 정상 혈당 그룹에서 더 컸다[110].
4.8. Other Anthropometric Variables. In addition to BMI, WHR, and waist circumference are also associated with cortical thickness. Higher WHR and greater waist circumference are associated with a lower volume of gray matter [83, 114–116]. Hayakawa et al. [116] detected that a higher number of brain regions in women correlated with waist circumference than with BMI. /e highest levels of all obesity measures (i.e., BMI, WHR, and fat mass) were related to lower gray matter volume. /e combination of general and central obesity (WHR> 0.85 for women and >남성의 경우 0.90)은 마른 성인보다 회백질의 양이 적습니다[117].
그러나 체지방량과 무지방량을 구분하는 신체 구성은 뇌 조직 부피 및 백질 무결성의 변화와 직접적인 관련이 없습니다. 신체 구성과 뇌 조직 부피 사이의 단면적 연관성은 아마도 누적 위험 또는 공유 병인을 반영하는 것 같습니다[118].Kurth et al. [83]은 BMI와 허리둘레 및 회백질 부피 사이에 음의 상관관계를 입증했으며, 회백질의 지역적 영향은 시상하부에서 더 크며 정수리, 전두엽, 전측두엽, 하부 피질 및 소뇌를 포함합니다.
흥미롭게도 BMI의 경우보다 허리둘레의 경우 연관성이 더 일반화되고 뚜렷해졌습니다. /ese 관계는 성별에 따라 크게 다릅니다. /e BMI 및 허리 둘레와의 연관성은 남성에서 유사합니다. 그러나 여성은 허리둘레와 상관관계가 더 높은 것으로 나타났습니다. Kurthet al. [83] 허리 둘레는 특히 여성의 경우 비만과 과체중이 뇌에 미치는 부작용을 결정하는 데 BMI보다 더 민감한 지표라고 제안했습니다.
전반적으로, 주로 전두엽과 측두엽에서 대뇌 피질 부피의 감소와 함께 시상하부 외 손상의 증거가 있습니다. 더욱이, 비만은 임상적으로 인지 결핍과 관련이 있습니다. 표 2는 신경영상 연구 결과를 요약한 것입니다. 대뇌 피질의 두께 감소와 인지 결핍 사이의 관계는 신경 조직의 미세한 교란을 시사합니다.
신경 세포 손실은 미토콘드리아 손상으로 인한 내인성 경로를 통한 세포사멸의 활성화 또는 신경염증으로 인한 외인성 경로의 활성화로 인해 발생할 수 있습니다. 더욱이, 인지 결함은 시냅스의 변화 및 소교세포 기능 저하로 인한 수지상 가시의 가지치기 부족과 연관될 수 있습니다.
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