Funktionelle MRT-Bewertung der Gehirnreaktion auf visuelle Nahrungsstimulation bei krankhaft fettleibigen Patienten vor und nach bariatrischer Chirurgie

Adipositaschirurgie vermittelt Gewichtsverlust über einen oder mehrere Mechanismen, die jeder verwendeten Technik eigen sind. Die chirurgische Restriktion ist der „kleinste gemeinsame Nenner“, den alle Eingriffe in unterschiedlichem Maße gemeinsam haben. Unterschiedliche Grade der Malabsorption werden bei "Bypass-Verfahren" wie dem Roux-Y-Magenbypass (GBP), der biliopankreatischen Diversion (BPD) und der biliopankreatischen Diversion mit Duodenal-Switch (BPD-DS) verwendet. Diese chirurgischen Optionen unterscheiden sich auch im Grad der Gewichtsabnahme, die sie fördern. Dieser Unterschied ist auf mehrere Faktoren zurückzuführen, darunter das Ausmaß der Appetitunterdrückung, der Anstieg des Energieverbrauchs und der Grad der Malabsorption, der durch die verschiedenen Verfahren erreicht wird.

Eine postoperative Veränderung der Darm-Hirn-Hormonachse ist eine Komponente, die in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit und Forschung auf sich gezogen hat, aber immer noch schlecht definiert ist. Es ist ein Effekt, der vermutlich durch eine Veränderung einer Vielzahl von Peptiden und Hormonen vermittelt wird, die hauptsächlich aus dem Darmtrakt stammen und eine Veränderung des Hunger- und Sättigungsgefühls sowie eine Veränderung des Esstriebs hervorrufen. Generell haben Patienten nach Schlauchmagen (SG) und den genannten Bypass-Eingriffen einen verminderten Appetit und einen verminderten Drang zur Nahrungssuche, was vermutlich zu ihrer Gewichtsabnahme beiträgt.

Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) ist ein bildgebendes Verfahren, das die hämodynamische Reaktion (Änderung des Blutflusses) im Zusammenhang mit der neuralen Aktivität im Gehirn misst und somit die Kartierung von Bereichen im Gehirn ermöglicht, die aufgrund diskreter Stimuli aktiv werden.

Jüngste Studien, die fMRI verwenden, um die neuronale Reaktion auf Hunger- und Sättigungszustände sowie auf die Antizipation und Einnahme von Nahrungsmitteln zu untersuchen, haben diskrete Bereiche im Gehirn kartiert, die auf diese Stimuli reagieren. Fuhrer und Kollegen fanden heraus, dass während des Hungers eine signifikant erhöhte Gehirnaktivität im linken striären und extrastriären Cortex, im unteren Scheitellappen und in den orbitofrontalen Cortices zu finden ist. Die Stimulation mit Nahrungsmittelbildern war mit einer erhöhten Aktivität in beiden Insulae, dem linken striatischen und extrastriatischen Kortex und dem vorderen mittleren präfrontalen Kortex verbunden. Nonfood-Bilder waren mit einer erhöhten Aktivität im rechten Parietallappen und im linken und rechten mittleren Schläfengyrus verbunden1. Stice und Kollegen berichteten über bildgebende Untersuchungen des Gehirns, die darauf hindeuteten, dass fettleibige Personen im Vergleich zu schlanken Personen eine stärkere Aktivierung des gustatorischen Kortex (Insula/frontaler Operculum) und oraler somatosensorischer Regionen (parietaler Operculum und Rolandic Operculum) als Reaktion auf die erwartete Aufnahme und den Verzehr schmackhafter Lebensmittel zeigen.

Ghrelin ist ein orexigenes (appetitanregendes) Peptid, das vom Vorderdarm vor den Mahlzeiten ausgeschieden wird und daher als „Mahlzeit-Initiator“ gilt. Übergewichtige Patienten haben niedrige Ghrelinspiegel, behalten aber eine normale Tagesschwankung dieses Peptids bei, während Patienten nach GBP reduzierte Ghrelinspiegel haben, die den ganzen Tag über niedrig bleiben 3. Malik und Mitarbeiter zeigten dies, wenn Ghrelin während der fMRT intravenös gesunden Probanden verabreicht wurde die neuronale Reaktion auf Essensbilder war betroffen. Die neuralen Wirkungen von Ghrelin wurden mit selbst eingeschätzten Hungerbewertungen korreliert.

Leptin ist ein aus Adipozyten stammendes zirkulierendes Hormon, das dem Gehirn Informationen über Energiespeicher liefert. Die Reaktion des Gehirns auf Leptin beinhaltet Änderungen des Energieverbrauchs und der Nahrungsaufnahme. Farooqi und Mitarbeiter berichteten von Daten, die darauf hindeuten, dass Leptin auf neuronale Schaltkreise einwirkt, die die Nahrungsaufnahme steuern, um die Wahrnehmung der Nahrungsbelohnung zu verringern und gleichzeitig die Reaktion auf Sättigungssignale zu verbessern, die während der Nahrungsaufnahme erzeugt werden.

Das Peptid YY3-36 (PYY) ist ein aus dem Darm stammendes Sättigungssignal, dessen Spiegel nach der Einnahme einer Mahlzeit ansteigen. Es hat sich gezeigt, dass die intravenöse Infusion von PYY bei menschlichen Freiwilligen zu einer Verringerung der Nahrungsaufnahme und des selbstberichteten Hungergefühls führt. Es war auch in der Lage, die neuronale Aktivität sowohl in kortikolimbischen als auch in höheren kortikalen Bereichen sowie in homöostatischen Gehirnregionen zu verändern. Die PYY-Spiegel sind bei fettleibigen Probanden niedrig und es wurde gezeigt, dass sie bereits 2 Tage nach GBP allmählich ansteigen, was möglicherweise zum Erfolg dieses Verfahrens in Bezug auf die Appetitkontrolle beiträgt.

GLP-1 (Glukagon-ähnliches Peptid 1) ist wie PYY ein anorexigenes (appetitunterdrückendes) Signal. Es wird nach den Mahlzeiten aus dem Darm ausgeschieden und reduziert die Nahrungsaufnahme durch eine Wirkung auf das Stammhirn sowie durch die Verringerung der Magenentleerungsrate, was zu einem Völlegefühl nach einer Mahlzeit beiträgt. Wie bei PYY sind die GLP-1-Spiegel bei adipösen Patienten niedrig und steigen nach GBP dramatisch an, was sowohl zum Gewichtsverlust als auch zur Verbesserung der Glukosetoleranz nach dieser Operation beiträgt.

Mehrere Korrelationen werden bewertet:

1. Korrelation zwischen subjektivem Hunger-/Sättigungsgefühl und fMRT-Bildern.
2. Veränderung der neuronalen Reaktion auf nahrungsneutrale und nahrungsbezogene Bilder nach der Operation (vor vs. 1m und vs. 6m nach dem Eingriff).
3. Unterschied zwischen den beiden chirurgischen Verfahren (SG vs. GBP) in Bezug auf die neuronale Reaktion auf Lebensmittelbilder.
4. Korrelation zwischen dem Blutspiegel des appetitregulierenden Hormons aus dem Darm und der subjektiven Berichterstattung über Hunger/Sättigung und fMRI-Bildern zu den verschiedenen Zeitpunkten.
5. Korrelation gemessener Parameter zu Gewichtsveränderungen, BMI und Übergewichtsverlust.