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Titel:Mikrostrukturelle Hirnveränderung bei adipösen Patienten nach Gewichtsreduktion durch interdisziplinär betreute Diät oder Roux-en-Y Magenbypass. Eine Diffusion Tensor Imaging-Studie.
Autor:Höltke, Wiebke
Weitere Beteiligte: Knake, Susanne (Prof. Dr. med.)
Veröffentlicht:2022
URI:https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2022/0265
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2022-02653
DOI: https://doi.org/10.17192/z2022.0265
DDC: Medizin
Publikationsdatum:2022-07-04
Lizenz:https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0

Dokument

Schlagwörter:
Hirnvolumen, bariatric surgery, fractional anisotropy, Gewichtsreduktion, Bariatrische Operation, brain volume, Diffusions Tensor Bildgebung, weight loss, diffusion tensor imaging, obesity, Optifast, fraktionale Anisotropie, Adipositas

Zusammenfassung:
Bei der Adipositas handelt sich um eine chronische Erkrankung, welche mit diversen Komorbiditäten vergesellschaftet ist. Unter anderem sind strukturelle Veränderungen der Hirnsubstanz sowie eine verminderte kognitive Leistung bei Menschen mit einem erhöhten Body Mass Index vorbeschrieben. Zudem konnten bereits Verbesserungen der Mikrostruktur des Hirngewebes nach erfolgter Sleeve Gastrektomie nachgewiesen werden. Gegenstand der von uns durchgeführten Beobachtungsstudie war es, den Effekt von unterschiedlichen Formen der Gewichtsreduktion auf die verschiedenen Dimensionen kognitiver Funktionen zu untersuchen. Hierzu wurden Adipositaspatienten, die sich erfolgreich einer Roux-en-Y Magenbypass-Operation (RYGB) oder dem Diätprogramm OPTIFAST®52 unterzogen, sowohl neuropsychologisch als auch hirnmorphologisch-bildgebend untersucht. Das Thema dieser Dissertation war die longitudinale Betrachtung der Hirnstruktur mittels Diffusionstensorbildgebung (DTI). Es wurde untersucht, ob sich bei den genannten Methoden zur Gewichtsreduktion Veränderungen der Hirnstruktur mittels DTI nachweisen lassen und ob sich im direkten Vergleich eine der Methoden als wirkungsvoller darstellt. In die Studie wurden adipöse Probanden mit einem BMI > 25 kg/m² im Alter zwischen 18-75 Jahren eingeschlossen und je nach durchgeführter Intervention der OPTIFAST®- (n=17), Magenbypass- (n=11) oder Kontrollgruppe (n=8) zugeordnet. Die Probanden wurden zu zwei Zeitpunkten untersucht – vor (T0) und mindestens 3 Monate nach der geplanten Intervention (T1). Die Untersuchung umfasste zu jedem Zeitpunkt eine Anamnese, neuropsychologische Testungen sowie eine strukturelle Magnetresonanztomographie (MRT) des Schädels; hier wurden T1-gewichtete Bilder mithilfe einer 3D MPRAGE-Sequenz sowie Diffusionsmessungen mittels Single Shot Echo Planar Imaging (EPI) aufgenommen. Anschließend wurden die Scans auf mikrostrukturelle Veränderungen innerhalb der Gruppen und im Gruppenvergleich untersucht. Als nachweisliche Marker für eine axonale Integrität und Myelinisierung dienten die fraktionale Anisotropie (FA), sowie die axiale (AD) und radiale Diffusivität (RD). Außerdem wurde eine Volumenberechnung von grauer und weißer Substanz durchgeführt. Mittels DTI konnte eine signifikante Zunahme der FA im Hirnstamm und Cerebellum sowie eine Abnahme der RD nach RYGB im Hirnstamm nachgewiesen werden. Die Volumenberechnungen von grauer und weißer Substanz ergaben in der RYGB-Gruppe ebenfalls signifikante Ergebnisse. Es zeigte sich eine Zunahme der weißen Substanz pericalcarin in der linken Hemisphäre, sowie eine Zunahme der grauen Substanz im linken Lobulus parietalis und eine Abnahme der grauen Substanz im rostralen Gyrus frontalis medius. In der hier durchgeführten Studie zeigte sich die Gewichtsreduktion durch einen operativen Magenbypass gegenüber einer interdisziplinär betreuten Diät hinsichtlich der anatomisch funktionellen Korrelate im Gehirn überlegen. Bei Probanden nach einer Magenbypassoperation, konnten wir eine höhere Faserintegrität, -gerichtetheit und Myelinisierung in zentralen Strukturen nachweisen, welche eine Rolle bei Bewegungsabläufen sowie bei der Nahrungsaufnahme spielen. Es fanden sich höhere Volumina von grauer und weißer Substanz in Hirnarealen, die kognitive Aufgaben wie das Sprechen, Rechnen, Schreiben und die visuelle Reizverarbeitung übernehmen. Eine Abnahme der grauen Substanz im rostralen Gyrus frontalis medius könnte zudem mit einem geringeren Auftreten von Depressionen und einer verminderten Stresswahrnehmung vergesellschaftet sein. In der Diätgruppe fanden sich mittels DTI-Messungen hingegen keine signifikanten Veränderungen der Hirnstruktur. In der Volumenberechnung zeigte sich in der OPTIFAST®-Gruppe eine Reduktion im Ncl. accumbens, welche in der Literatur mit einem erhöhten Auftreten von neuropsychiatrischen Erkrankungen wie Depression und Morbus Alzheimer vergesellschaftet ist. Diese nachteiligen Effekte sollten in einem weiteren Studiendesign über einen längeren Zeitraum weiter beleuchtet werden. Die Kontrollgruppe zeigte aufgrund der geringen Gruppengröße viele falsch positive Ergebnisse. Um eine bessere Vergleichbarkeit der Gruppen untereinander zu schaffen, sollte in zukünftigen Untersuchungen ein größeres Patientenkollektiv eingeschlossen werden und die Probanden u. a. bezüglich des Geschlechtes und des Alters besser gematcht werden.

Summary:
Obesity is a chronical disease, which is associated with a variety of comorbidities. An increased body mass index (BMI) has been linked with structural brain changes and lower cognitive performance. Moreover, an enhancement of cerebral microstructure after sleeve gastrectomy has already been proven. In our study we aimed to determine the effect of different ways of weight loss on various dimensions of cognitive functions. Therefore, obese participants, who successfully underwent either a dieting program (OPTIFAST®52) or a surgical Roux-en-Y gastric bypass (RYGB), were analyzed by neuropsychological testing and magnetic resonance imaging (MRI). Subject of this particular dissertation was a longitudinal analysis of brain microstructure by diffusion tensor imaging (DTI). We assessed, whether changes in brain structure could be detected by DTI after the different methods of weight loss, and if one of the methods could be shown to be more effective. In total 36 obese participants with a BMI > 25 kg/m² and an age of 18-75 years were involved (OPTIFAST®52 n=17, RYGB n=11, control group n=8). The examination included an anamnesis, neuropsychological tests and brain MRI at two times – before the beginning of weight loss intervention (T0) and at least three months thereafter (T1). In MRI, T1-weighted images using 3D MPRAGE sequences were taken as well as diffusion-weighted images using singleshot echoplanar imaging (EPI). Subsequently the scans were analyzed to determine changes in brain structure within the study groups as well as differences between the groups. Fractional anisotropy (FA), axial diffusivity (AD) and radial diffusivity (RD) were adduced as verifiable parameters for axonal integrity and myelination. We also calculated white and gray matter volumes. Results of DTI-measurements showed a significant increase of FA in the brain stem and the cerebellum as well as a decrease of RD in the brain stem of patients after RYGB. Furthermore, there were significant findings in white and gray matter changes in RYGB-group. An increase in white matter in the left pericalcarine cortex as well as an increase in gray matter in the left inferior parietal lobule was determined. A decrease of grey matter was registered in the rostral middle frontal gyrus. Regarding to the anatomical functional brain correlate, we could find an advantage of weight loss by surgical RYGB over an interdisciplinary coached dieting program. Participants undergoing RYGB showed higher fiber integrity, density and myelination in central brain structures playing a role in motion sequence and food intake. There were greater volumes of gray and white matter in brain areas, which take part in cognitive functions such as speech, calculating, writing and processing of visual stimuli. A decrease of gray matter in the rostral middle frontal gyrus could be related to a lowered occurrence of depression and to a reduced stress level. Participants, who took part in the dieting program, didn’t show significant changes in brain structure in DTI-measurements. By volume calculation there could be found a reduction of grey matter in the nucleus accumbens, which is associated with an increased incidence of neuropsychiatric disorders such as depression and Alzheimer’s disease. This disadvantageous effect should be investigated in a further study including a longer observation period. The control group provided a large number of false positive results due to a very small group size. Additional research should incorporate a larger number of participants, to achieve a greater comparability between the groups by enhanced matching e. g. to sex and age.


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