Download PDF
Rofo 2003; 175(1): 75-82
DOI: 10.1055/s-2003-36611
Kopf/Hals
Originalarbeit
© Georg Thieme Verlag Stuttgart · New York

31P-MRS des Hirns bei Anorexia nervosa:
Charakteristische Unterschiede in den Spektren von Patienten und gesunden Vergleichspersonen

31P-MR Spectroscopy of the Brain in Patients with Anorexia Nervosa: Characteristic Differences in the Spectra Between Patients and Healthy Control SubjectsR.  Rzanny1 , D.  Freesmeyer2 , J.  R.  Reichenbach1 , H.-J.  Mentzel1 , S.  O. R.  Pfleiderer1 , S.  Klemm2 , U.  J.  Gerhard2 , B.  Blanz2 , W.  A.  Kaiser1
  • 1Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie, Klinikum der Friedrich-Schiller-Universität Jena
  • 2Klinik für Kinder- und Jugendpsychiatrie, Klinikum der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Diese Studie wurde teilweise im Rahmen der durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Core-Unit MRT-Methodik (Förderkennzeichen: 01 ZZ 0105) unterstützt.
Further Information

Publication History

Publication Date:
14 January 2003 (online)

Also available at
    Permissions and Reprints

Zusammenfassung

Problemstellung: Das Ziel dieser Studie war es zu untersuchen, ob mit Hilfe der 31P-MR-Spektroskopie (31P-MRS) im Gehirn von Patienten mit Anorexia nervosa (AN) verringerte Konzentrationen an energiereichen Phosphaten, wie PCr und NTP, aufgrund einer reduzierten Stoffwechselaktivität nachweisbar sind und ob sich aus den Spektren Hinweise auf Störungen des Membranstoffwechsels ergeben. Methodik: Untersucht wurden 10 Patientinnen mit klinisch diagnostizierter AN (ICD-10, F50.0) im Alter von 12 - 20 Jahren und mit einem mittleren Body-Mass-Index (BMI) von 14,8 ± 1,6 kg/m2 sowie 10 weibliche Kontrollpersonen ohne Ernährungsstörung im Alter von 12 - 21 Jahren und mit einem mittleren BMI von 19,0 ± 2,1 kg/m2. Die 31P-MRS wurde mit Einzelvolumenselektion (ISIS) in der frontalen/präfrontalen Hirnregion bei einer Feldstärke von 1,5 T durchgeführt. Die Quantifizierung der Metaboliten erfolgte durch Normierung der Einzelsignale mit der Gesamtfläche Pges des Phosphorspektrums sowie mit der Einzelpeakfläche des β-NTP. Ergebnisse: Signifikante Unterschiede zwischen Patienten und Kontrollpersonen wurden lediglich für die Quotienten PDE/Pges, PDE/β-NTP und α-NTP/Pges gefunden, die mit Ausnahme des Quotienten α-NTP/Pges bei den Patienten mit AN erniedrigt waren. Diese Quotienten zeigten darüber hinaus eine Korrelation mit dem BMI (rPDE/Pges = 0,747, rPDE/β-NTP = 0,57, rα-NTP/Pges = -0.56; p ≤ 0,01). Anzeichen verminderter relativer Konzentrationen von PCr/Pges, β-NTP/Pges oder Pi/Pges wurden nicht beobachtet. Schlussfolgerungen: Die Verminderung des PDE/Pges-Quotienten bei Patientinnen mit AN und die Korrelation mit dem BMI lassen darauf schließen, dass mit abnehmendem BMI Änderungen der Phospholipidzusammensetzung im Gehirn auftreten, die zu einer Reduzierung des Anteils mobiler Phospholipide führen.

Abstract

Purpose: To investigate whether 31 P-MR spectroscopy can detect reduced concentrations of high-energy phosphates, like PCr and NTP, caused by decreased metabolic activity in the brain of patients with anorexia nervosa (AN) and, furthermore, whether any impairment of the cerebral membrane metabolism can be derived from the spectra. Material and Methods: 10 female patients, age range 12 - 20 years and mean BMI (body mass index) of 14.8 ± 1.6 kg/m2, with clinically diagnosed AN (ICD-10, F50.0) and 10 healthy control subjects, age range 12 - 21 years and mean BMI 19.0 ± 2.1 kg/m2, without nutritional disturbances: were investigated. 31P-MR spectroscopy was performed with a 1.5 T MRI unit using single volume selection in the frontal/prefrontal region of brain. Relative metabolic concentrations were quantified by normalizing the peak areas of the metabolites with the total area of the complete phosphorous spectrum, Ptot, as well as with the peak area of β-NTP. Results: Significant differences between the two groups were observed for the metabolic ratios PDE/Ptot, PDE/β-NTP and α-NTP/Ptot which were lower in the patient group except for α-NTP/Ptot. These ratios also revealed a statistically significant correlation with the BMI (rPDE/Ptot = 0.747, rPDE/β-NTP = 0.57, rα-NTP/Ptot = -0.56; p ≤ 0.1). Reduced relative concentrations of PCr/Ptot, β-NTP/Ptot or Pi/Ptot were not encountered. Conclusion: The lowered PDE/Ptot ratio for patients with AN and its correlation with BMI suggests that decreased BMI induces compositional changes of the phospholipids in the brain, which decrease the fraction of mobile phospholipids.

Schlüsselwörter

Ernährungsstörung - Anorexia nervosa - 31P-MR-Spektroskopie - zerebrale Metaboliten

Key words

Eating disorder - anorexia nervosa - 31P-MR spectroscopy - metabolite, cerebral

Literatur

  • 1 Katzman D K, Christensen B, Young A R, Zipursky R B. Starving the brain: structural abnormalities and cognitive impairment in adolescents with anorexia nervosa.  Semin Clin Neuropsychiatry. 2001;  6 146-152
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 2 Delvenne V, Goldman S, de Maertaler V, Lotstra F. Brain glucose metabolism in eating disorders assessed by positron emission tomography.  Int J Eat Disord.. 1999;  25 29-37
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 3 Hanefeld F, Zundel D, Kruse B, Algermissen H, Bruhn H, Frahm J. Veränderungen der Cholinkonzentration im Gehirn von Kindern mit Anorexia nervosa.  Abstract #23 Z Kinder-Jugendpsychiat. 1993;  21 41
    PubMedGoogle Scholar
  • 4 Rost B, Roser W, Bubl R, Radue E W, Buergin D. MRS of the brain in patients with anorexia or bulimia nervosa.  Hosp Med. 1999;  60 474-476
    PubMedGoogle Scholar
  • 5 Roser W, Bubl R, Buergin D, Seelig J, Radue E W, Rost B. Metabolic changes in the brain of patients with anorexia and bulimia nervosa as detected by proton magnetic resonance spectroscopy.  Int J Eat Disord. 1999;  26 119-136
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 6 Schlemmer H P, Möckel R, Marcus A, Hentschel F, Göpel C, Becker G, Köpke J, Gückel F, Schmidt M H, Georgi M. Proton magnetic resonance in acute, juvenile anorexia nervosa.  Psychiatry Res. 1998;  82 171-179
    PubMedGoogle Scholar
  • 7 Hentschel J, Möckel R, Schlemmer H P, Markus A, Göpel C, Gückel F, Köpke J, Georgi M, Schmidt M H. 1H-MR spectroscopy in anorexia nervosa: the characteristic differences between patients and healthy subjects.  Rofo Fortschr Geb Rontgenstr Neuen Bildgeb Verfahr. 1999;  170 284-289
    PubMedGoogle Scholar
  • 8 Möckel R, Schlemmer H P, Gückel F, Göpel C, Becker G, Köpke J, Hentschel F, Schmidt M, Georgi M. 1H-MR-spectroscopy in anorexia nervosa: reversible cerebral metabolic changes.  Röfo Fortschr Geb Röntgenstr Neuen Bildgeb Verfahr. 1999;  170 371-377
    PubMedGoogle Scholar
  • 9 Pfeuffer J, Tkac I, Provencher S W, Gruetter R. Toward an in vivo neurochemical profile: quantification of 18 metabolites in short-echo-time 1H-NMR spectra of the rat brain.  J Magn Reson. 1999;  141 104-120
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 10 Klein J. Membrane breakdown in acute and chronic neurodegeneration: focus on choline-containing phospholipids.  J Neural Transm. 2000;  107 1027-1063 Review
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 11 Kato T, Shioiri T, Murashita J, Inubushi T. Phosphorus-31 magnetic resonance spectroscopic observations in 4 cases with anorexia nervosa.  Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry. 1997;  21 719-724
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 12 Beck A T, Steer R. Beck-Depressions-Inventar (BDI). Testhandbuch. (deutsche Bearbeitung: Havtzinger M.). 2. überarb. Auflage - Bern [u.a.]: Huber 1995
    Google Scholar
  • 13 Steinsmeier-Pelster J, Schürmann M, Duda K. Depressionsinventar für Kinder und Jugendliche (DIKJ). Göttingen [u.a.]: Hogrefe, Verl. für Psychologie 2000 2
    Google Scholar
  • 14 Hamilton M. Hamilton Depressions-Skala (HAMD). CIPS (Collegium Internationale Psychiatriae Scalarum) Internationale Skalen für Psychiatrie.Weinheim: Beltz 1981
    Google Scholar
  • 15 Ordidge R J, Bowley R M, McHale G. A general approach to selection of multiple cubic volume elements using the ISIS technique.  Magn Reson Med. 1988;  8 323-331
    PubMedGoogle Scholar
  • 16 Mierisova S, Ala-Korpela M. MR spectroscopy quantitation: a review of frequency domain methods.  NMR Biomed. 2001;  14 247-259
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 17 Cady E B. Determination of Absolute Concentrations of Metabolites from NMR Spectra. NMR Basic Principles and Progress. Berlin, Heidelberg; Springer 1992 26: 250-279
    Google Scholar
  • 18 Stanley J A, Pettegrew J W. Postprocessing method to segregate and quantify the broad components underlying the phosphodiester spectral region of in vivo 31P brain spectra.  Magn Reson Med. 2001;  45 390-396
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 19 Potwarka J J, Drost D J, Williamson P C. Quantifying 1H decoupled in vivo 31P brain spectra.  NMR Biomed. 1999;  12 8-14
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 20 Blüml S, Tan J, Harris K, Adatia N, Karme A, Sproull T, Ross B. Quantitative protondecoupled 31P MRS of the schizophrenic brain in vivo.  J Comput Assist Tomogr. 1999;  23 272-275
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 21 McClure R J, Keshavan M S, Pettegrew J W. Chemical and physiologic brain imaging in schizophrenia.  Psychiatr Clin North Am. 1998;  21 93-122 Review
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 22 Angelie E, Bonmartin A, Boudraa A, Gonnaud P M, Mallet J J, Sappey-Marinier D. Regional differences and metabolic changes in normal aging of the human brain: proton MR spectroscopic imaging study.  AJNR Am J Neuroradiol. 2001;  22 119-127
    PubMedGoogle Scholar
  • 23 Jung R E, Yeo R A, Love T M, Petropulus H, Sibbit W L, Brooks W M. Biochemical markers of mood: a proton magnetic resonance spectroscopy study of normal human brain.  Biol Psychiatry. 2002;  51 224-229
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 24 Michaelis M, Merboldt K D, Bruhn H, Hänicke W, Frahm J. Absolute concentrations of metabolites in adult human brain in vivo: quantification of localized proton MR spectra.  Radiology. 1993;  187 219-227
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 25 Frahm J, Bruhn H, Gyngell M L, Merboldt K D, Hanicke W, Sauter R. Localized proton NMR spectroscopy in different regions of the human brain in vivo. Relaxation times and concentrations of cerebral metabolites.  Magn Reson Med. 1989;  1 l 47-63
    PubMedGoogle Scholar
  • 26 Garcia-Perez A, Burg M B. Renal medullary organic osmolytes.  Physiol Rev. 1991;  71 1081-1115 Review
    PubMedGoogle Scholar
  • 27 Volz H P, Rzanny R, May S, Hegewald H, Preussler B, Hajek M, Kaiser W A, Sauer H. 31P magnetic resonance spectroscopy in the dorsolateral prefrontal cortex of schizophrenics with a volume selective technique - preliminary findings.  Biol Psychiatry. 1997;  41 644-648
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 28 Naisberg Y, Modai I, Weizman A. Metabolic bioenergy homeostatic disruption: a cause of anorexia nervosa.  Med Hypotheses. 2001;  56 454-461
    PubMedGoogle Scholar
  • 29 Holman R T, Adams C E, Nelson R A, Grater S J, Jaskiewicz J A, Johnson S B, Erdman J W. Patients with anorexia nervosa demonstrate deficiencies of selected essential fatty acids, compensatory changes in nonessential fatty acids and decreased fluidity of plasma lipids.  J Nutr. 1995;  125 901-907
    PubMedGoogle Scholar
  • 30 Holmann R T, Johnson S B, Ogburn P L. Deficiency of essential fatty acids and membrane fluidity during pregnancy and lactation.  Proc Natl Acad Sci USA. 1991;  88 4835-4839
    PubMedGoogle Scholar
  • 31 Husted C A, Goodin D S, Hugg J W, Maudsley A A, Tsuruda J S, de Bie S H, Fein G, Matson G B, Weiner M W. Biochemical alterations in multiple sclerosis lesions and normal-appearing white matter detected by in vivo 31P and 1H spectroscopic imaging.  Ann Neurol. 1994;  36 157-165
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 32 Husted C A, Matson G B, Adams D A, Goodin D S, Weiner M W. In vivo detection of myelin phospholipids in multiple sclerosis with phosphorus magnetic resonance spectroscopic imaging.  Ann Neurol. 1994;  36 239-241
    CrossrefPubMedGoogle Scholar
  • 33 Barkhof F, van Walderveen M. Characterization of tissue damage in multiple sclerosis by nuclear magnetic resonance.  Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 1999. 29;  354 1675-1686 Review
    PubMedGoogle Scholar

Dr. rer. nat. R. Rzanny

Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie Klinikum der FSU Jena,
Abteilung MRT

Philosophenweg 3

07743 Jena

Phone: +49-03641-9-35361

Fax: +49-03641-9-36767

Email: Reinhard.Rzanny@med.uni jena.de