Brain mechanisms underlying stress and eating behavior in adolescents with excess weight

Abstract

While several studies propose that obesity has a lot to do with the obesogenic environment in which we live, others have proposed the importance of the psychological, metabolic and neurobiological factors that trigger obesity. Among those individual factors, stress and executive dysfunction, and its underlying hormonal/metabolic processes, stand out as the greatest drivers of high-fat food intake, and hence also the greatest disruptors in the regulation of energy balance. The heightened reactivity of the Hypothalamic-Pituitary-Adrenal (HPA) axis, main responsible of homeostatic energy balance, and the lower function of the executive brain (dorsal prefrontal areas) contribute to the higher engagement of non-homeostatic brain areas in regulating eating behavior. Recently, imaging studies have provided evidence supporting the idea that the dysregulation between the homeostatic (HPA axis, hypothalamus), executive and the hedonic/non-homeostatic brain centers, such as the limbic and mesolimbic systems, may be associated with excess weight, and that this dysregulation could be promoted by stress and executive factors. Under this context, this doctoral thesis aims to characterize the brain functional connectivity of the main areas related to both stress and cognitive factors, and its impact overeating behavior beyond homeostatic needs in adolescents with excess weight, in comparison with those with normal weight. To this end, three studies shape the present thesis.

Mientras diferentes estudios proponen que el entorno “obesógeno” en el que vivimos, explica una gran parte del incremento del sobrepeso, otros resaltan la importancia que tienen los factores individuales psicológicos, metabólicos y neurobiológicos para desencadenar la obesidad. Entre estos factores individuales, el estrés y un mal funcionamiento ejecutivo, son dos grandes disruptores del consumo homeostático de alimentos, lo que a largo plazo, adaptaciones en el funcionamiento de las áreas cerebrales y alteraciones metabólicas que promueven la desregulación del balance energético. La reactividad aumentada del eje hipotalámico-hipofisario-adrenal (HHA), responsable de la homeostasis energética y emocional entre otros procesos, van más allá de los objetivos de esta tesis, contribuye a su vez a la reactividad de las áreas cerebrales no homeostáticas, y a la sobreingesta. Recientemente, estudios de neuroimagen han proporcionado suficiente evidencia sobre la desregulación entre los centros cerebrales homeostáticos (hipotálamo), y aquellos no-homeostáticos o hedónicos, como el sistema límbico y las áreas de recompensa. Este desequilibrio se ha asociado con exceso de peso, y puede estimularse por desequilibrios afectivos, como periodos de estrés, por alteraciones en dimensiones cognitivas, como el funcionamiento ejecutivo, y por alteraciones metabólicas. Bajo este contexto, la tesis doctoral tiene como objetivo caracterizar la conectividad funcional cerebral de las principales regiones relacionadas con el estrés, el funcionamiento ejecutivo y el comportamiento alimentario, y su impacto en el consumo de alimentos más allá de las necesidades energéticas en adolescentes con exceso de peso, en comparación con aquellos con peso normal. Para ello, tres estudios forman parte de esta tesis.