Hintergrund
Es ist bekannt, dass Diabetes mellitus Typ 2 (T2DM) mit neurobiologischen und kognitiven Defiziten einhergeht; Allerdings sind ihr Ausmaß, ihre Überschneidung mit den Auswirkungen des Alterns und die Wirksamkeit bestehender Behandlungen im Zusammenhang mit dem Gehirn derzeit unbekannt.
Methoden:
Wir charakterisierten neurokognitive Effekte, die unabhängig mit T2DM und Alter in einer großen Kohorte menschlicher Probanden aus der britischen Biobank verbunden sind, anhand von Querschnitts-Neuroimaging- und kognitiven Daten. Anschließend untersuchten wir den Grad der Überlappung zwischen T2DM- und altersbedingten Effekten, indem wir Korrelationsmaße auf die separat charakterisierten neurokognitiven Veränderungen anwendeten.
Unsere Ergebnisse wurden durch eine Metaanalyse veröffentlichter Berichte mit kognitiven oder bildgebenden Maßnahmen für T2DM und gesunde Kontrollpersonen (HC) ergänzt. Wir haben außerdem mithilfe der britischen Biobank in einer Kohorte von Menschen mit T2DM-Diagnose untersucht, wie die Chronizität der Krankheit und die Metformin-Behandlung mit den identifizierten neurokognitiven Wirkungen interagieren.
Ergebnisse:
Der Datensatz der britischen Biobank umfasste kognitive und bildgebende Daten (N = 20.314), darunter 1.012 T2DM und 19.302 HC im Alter von 50 bis 80 Jahren .
Die Dauer von T2DM lag zwischen 0 und 31 Jahren (Mittelwert 8,5 ± 6,1 Jahre); 498 wurden mit Metformin allein behandelt, während 352 keine Medikamente erhielten. Unsere Metaanalyse wertete 34 kognitive Studien (N = 22.231) und 60 Neuroimaging-Studien aus: 30 aufgrund von T2DM (N = 866) und 30 aufgrund des Alterns (N = 1.088).
Verglichen mit Alter, Geschlecht, Bildung und Bluthochdruck-angepasster HC war T2DM mit deutlichen kognitiven Defiziten verbunden , insbesondere bei der Exekutivfunktion und der Verarbeitungsgeschwindigkeit.
Ebenso stellten wir fest, dass die Diagnose von T2DM signifikant mit einer Atrophie der grauen Substanz , hauptsächlich im ventralen Striatum, Kleinhirn und Putamen, mit einer Neuorganisation der Gehirnaktivität (Abnahme im Caudat- und prämotorischen Kortex und Zunahme im subgenualen Bereich, dem orbitofrontalen Kortex) verbunden war ), Hirnstamm und hinterer cingulärer Kortex).
Die mit T2DM verbundenen strukturellen und funktionellen Veränderungen zeigen deutliche Überschneidungen mit Auswirkungen, die mit dem Alter korrelieren, aber früher auftreten , und die Krankheitsdauer ist mit einer schwereren Neurodegeneration verbunden . Der Metformin-Behandlungsstatus war nicht mit besseren neurokognitiven Ergebnissen verbunden.
Das Fortschreiten des Typ-2-Diabetes mellitus (T2DM) ist in erheblichem Maße mit einer Atrophie der grauen Substanz verbunden, die die bei der Alterung des Gehirns beobachteten neurodegenerativen Effekte beschleunigt.
Schlussfolgerungen: Die neurokognitiven Auswirkungen von T2DM lassen auf eine deutliche Beschleunigung der normalen Gehirnalterung schließen. Die Atrophie der grauen Substanz trat bei T2DM etwa 26 % ± 14 % schneller auf als bei normalem Alter; Die Krankheitsdauer war mit einer erhöhten Neurodegeneration verbunden. Mechanistisch gesehen deuten unsere Ergebnisse auf eine neurometabolische Komponente bei der Alterung des Gehirns hin. Klinisch können auf Neurobildgebung basierende Biomarker ein wertvolles ergänzendes Maß für das Fortschreiten von T2DM und die Wirksamkeit der Behandlung auf der Grundlage neurologischer Effekte darstellen. |
Diskussion
Der Datensatz der UK Biobank bestätigt , dass Patienten mit T2DM im Vergleich zu gesunden Kontrollpersonen Defizite in der kognitiven Leistung aufweisen, selbst nach Kontrolle von Alter, Geschlecht, Bildung und Bluthochdruck. Diese Ergebnisse wurden durch eine Metaanalyse der veröffentlichten Literatur gestützt.
Defizite in der kognitiven Leistungsfähigkeit gingen in der T2DM-Stichprobe im Vergleich zu gleichaltrigen gesunden Kontrollpersonen mit einer deutlichen Hirnatrophie einher.
Die Atrophie war am schwerwiegendsten (6,2 % Verlust der grauen Substanz im Vergleich zu HC) im ventralen Striatum, einer Region, die für Lernen, Entscheidungsfindung, zielgerichtetes Verhalten und kognitive Kontrolle von entscheidender Bedeutung ist. Diese kognitiven Funktionen, die zusammenfassend als exekutive Funktionen bezeichnet werden, waren (zusammen mit der Verarbeitungsgeschwindigkeit) auch am stärksten von T2DM betroffen.
Der Schweregrad der Neurodegeneration nahm für alle Regionen mit zunehmender Krankheitsdauer zu. Wir haben qualitativ konsistente Ergebnisse bei Frauen und Männern festgestellt; Allerdings zeigten Männer im Vergleich zu T2DM stärkere Effekte. Dieses Ergebnis steht im Einklang mit den bekannten neuroprotektiven Wirkungen weiblicher Hormone wie Östrogen.
Dieses Ergebnis legt auch nahe, dass die beobachteten neurologischen Auswirkungen von T2DM das Ergebnis chronischer degenerativer Prozesse sind, die sich bei unseren weiblichen Teilnehmern möglicherweise vor der Menopause zumindest teilweise verbessert haben.
Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass insbesondere die strukturelle Bildgebung des Gehirns eine klinisch wertvolle Messgröße für die Identifizierung und Überwachung neurokognitiver Effekte im Zusammenhang mit T2DM darstellen kann.
Im Einklang mit Erkenntnissen früherer Studien, die sich auf den Gehirn- und Energiestoffwechsel konzentrierten (Sokoloff, 1955; Clark, 1999), legen unsere Ergebnisse nahe, dass T2DM und sein Fortschreiten die mit der typischen Gehirnalterung verbundenen Prozesse beschleunigen können. Da T2DM die Glukoseverfügbarkeit im Gehirn verringert, kann dieser chronische Energieverlust die Struktur und Funktion des Gehirns beeinträchtigen.
Wir gehen davon aus, dass die neuronale Insulinresistenz zum Zeitpunkt der offiziellen Diagnose von T2DM bereits erhebliche Schäden verursacht hat.
Daher unterstreichen unsere Ergebnisse den Bedarf an zusätzlicher Forschung zu Hirnbiomarkern für T2DM und Behandlungsstrategien, die speziell auf seine neurokognitiven Wirkungen abzielen.
Kommentare
Typ-2-Diabetes beschleunigt die Alterung des Gehirns und den kognitiven Verfall
Die Analyse der Daten der britischen Biobank von 20.000 Menschen zeigt, dass Diabetes den normalen Alterungsprozess des Gehirns beschleunigt, wobei eine längere Diabetesdauer mit einer stärkeren Neurodegeneration einhergeht
Wissenschaftler haben gezeigt, dass die normale Gehirnalterung bei Menschen mit fortschreitendem Typ-2-Diabetes im Vergleich zu Menschen ohne diese Krankheit um etwa 26 % beschleunigt ist, berichtet eine in eLife veröffentlichte Studie .
Die Autoren untersuchten den Zusammenhang zwischen der typischen Alterung des Gehirns und der bei Typ-2-Diabetes beobachteten Alterung und stellten fest, dass Typ-2-Diabetes einem Muster der Neurodegeneration folgt, das dem des Alterns ähnelt, jedoch schneller fortschreitet. Eine wichtige Schlussfolgerung aus diesem Befund ist, dass selbst die typische Alterung des Gehirns möglicherweise Veränderungen in der Glukoseregulation des Gehirns durch Insulin widerspiegelt.
Die Ergebnisse deuten außerdem darauf hin, dass zum Zeitpunkt der offiziellen Diagnose von Typ-2-Diabetes möglicherweise bereits erhebliche strukturelle Schäden im Gehirn vorliegen.
Daher sind empfindliche Methoden zur Erkennung von Veränderungen im Gehirn, die mit Diabetes einhergehen, dringend erforderlich.
Es gibt bereits starke Belege dafür, dass Typ-2-Diabetes mit einem kognitiven Verfall zusammenhängt, aber nur wenige Patienten werden derzeit im Rahmen ihrer klinischen Behandlung einer umfassenden kognitiven Untersuchung unterzogen. Es kann schwierig sein, zwischen einer normalen Gehirnalterung, die im mittleren Alter beginnt, und einer durch Diabetes verursachten oder beschleunigten Gehirnalterung zu unterscheiden. Bisher gibt es keine Studien, die neurologische Veränderungen bei gesunden Menschen über die Lebensspanne direkt mit den Veränderungen vergleichen, die bei gleichaltrigen Menschen mit Diabetes auftreten.
„Routine klinische Untersuchungen zur Diagnose von Diabetes konzentrieren sich typischerweise auf den Blutzuckerspiegel , den Insulinspiegel und den Körpermasseanteil“, sagt Erstautor Botond Antal, ein Doktorand in der Abteilung für Biomedizintechnik der Universität. aus Stony Brook, New York, USA. „Allerdings können sich die neurologischen Auswirkungen von Typ-2-Diabetes erst viele Jahre lang bemerkbar machen, bevor sie durch Standardmessungen erkannt werden können . Wenn herkömmliche Tests also Typ-2-Diabetes 2 diagnostizieren, können die Patienten bereits irreversible Hirnschäden erlitten haben.“
Um die Auswirkungen von Diabetes auf das Gehirn über das normale Alter hinaus zu definieren, nutzte das Team den größten verfügbaren Datensatz zur Gehirnstruktur und -funktion über die menschliche Lebensspanne: Daten der britischen Biobank von 20.000 Menschen im Alter von 50 bis 80 Jahren.
Dieser Datensatz umfasst Gehirnscans und Messungen der Gehirnfunktion und enthält Daten sowohl von gesunden Menschen als auch von Menschen mit der Diagnose Typ-2-Diabetes. Auf dieser Grundlage ermittelten sie, welche Gehirn- und kognitiven Veränderungen spezifisch für Diabetes und nicht nur für das Altern sind, und bestätigten diese Ergebnisse anschließend durch einen Vergleich mit einer Metaanalyse von fast 100 anderen Studien.
Ihre Analyse zeigte, dass sowohl Alterung als auch Typ-2-Diabetes zu Veränderungen exekutiver Funktionen wie Arbeitsgedächtnis, flexiblem Lernen und Denken sowie Veränderungen in der Verarbeitungsgeschwindigkeit des Gehirns führen.
Bei Diabetikern kam es jedoch über die altersbedingten Auswirkungen hinaus zu einem weiteren Rückgang der exekutiven Funktionen um 13,1 % und die Verarbeitungsgeschwindigkeit verringerte sich im Vergleich zu gleichaltrigen Menschen ohne Diabetes um weitere 6,7 % . Auch ihre Metaanalyse anderer Studien bestätigte diesen Befund: Menschen mit Typ-2-Diabetes zeigten im Vergleich zu gesunden Menschen gleichen Alters und ähnlicher Bildung durchweg deutlich geringere kognitive Leistungen.
Mithilfe von MRT-Scans verglich das Team auch die Gehirnstruktur und -aktivität zwischen Menschen mit und ohne Diabetes. Dabei stellten sie einen Rückgang der grauen Substanz des Gehirns mit zunehmendem Alter fest, vor allem in einer Region namens ventrales Striatum, die für die Exekutivfunktionen des Gehirns von entscheidender Bedeutung ist.
Menschen mit Diabetes hatten jedoch einen noch deutlicheren Rückgang der grauen Substanz über die typischen altersbedingten Auswirkungen hinaus: eine zusätzliche Abnahme der grauen Substanz um 6,2 % im ventralen Striatum, aber auch einen Verlust der grauen Substanz in anderen Regionen im Vergleich zum normalen Altern.
Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass sich die Muster der Typ-2-Diabetes-bedingten Neurodegeneration stark mit denen des normalen Alterns überschneiden, die Neurodegeneration jedoch beschleunigt wird. Darüber hinaus waren diese Auswirkungen auf die Gehirnfunktion mit zunehmender Diabetesdauer schwerwiegender. Tatsächlich war das Fortschreiten des Diabetes mit einer Beschleunigung der Gehirnalterung um 26 % verbunden.
„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Typ-2-Diabetes und sein Fortschreiten mit einer beschleunigten Gehirnalterung verbunden sein könnten, möglicherweise aufgrund einer beeinträchtigten Energieverfügbarkeit, die zu erheblichen Veränderungen in der Gehirnstruktur und -funktion führt“, schließt Hauptautorin Lilianne Mujica. Parodi, Direktor des Computational Neurodiagnostics Laboratory, Stony Brook University.
„Bis zur offiziellen Diagnose von Diabetes kann dieser Schaden bereits eingetreten sein . Aber die Bildgebung des Gehirns könnte eine klinisch wertvolle Messgröße für die Identifizierung und Überwachung dieser mit Diabetes verbundenen neurokognitiven Effekte liefern. „Unsere Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit, gehirnbasierte Biomarker für Typ-2-Diabetes und Behandlungsstrategien zu untersuchen, die speziell auf seine neurokognitiven Wirkungen abzielen.“
Letzte Nachricht Diese Arbeit betont die Rolle von Diabetes bei der Alterung des Gehirns und den kognitiven Funktionen. Dies stellt eine kritische Lücke dar, die aufgrund der zunehmenden Prävalenz von Diabetes weltweit geschlossen werden muss. Bietet wertvolle Informationen über bestimmte Gehirnregionen, die sich im Alter und bei Diabetes verändern. Darüber hinaus wird berichtet, wie T2DM den mit dem Alter einhergehenden Rückgang der Kognition und Gehirnfunktion beschleunigt. Eine umfassende Analyse menschlicher Datensätze und ein Vergleich mit veröffentlichten Daten anderer Forscher stützen die Schlussfolgerung dieser Studie; Bestimmte Diabetes-Interventionen, die Hirnschäden nicht beheben, bedürfen jedoch einer weiteren Validierung. |
