Repetatif manyetik stimulasyon (rTMS) frekans ve uygulama bölge farklılıklarının sağlıklı farelerin kilo değişimi ve mikrobiyotası üzerine etkileri

Abstract

Repetatif Manyetik Stimulasyon (rTMS) girişimsel olmayan beyin uyarım yöntemi olup, kafa derisi üzerinde tutulan indüktif bobinden geçen akım etkisiyle meydana gelen manyetik alanın ilgili beyin bölgesindeki nöron topluluğu üzerinde elektrik akım yoğunluğunu uyarmasına dayanmaktadır. rTMS tedavisi, herhangi bir cerrahi işlem içermemesi, uygulama kolaylığı ve güvenirliği sayesinde bir çok nörolojik hastalıkların, obezite ve yeme bozuklukları tedavilerinde kullanılmaktadır. Genel olarak, düşük frekansta (1 Hz ve aşağısı) inhibe edici etki gösterirken, yüksek frekansta (5 Hz ve yukarısı) uyarıcı etki göstermektedir. Mortalite ve morbidite oranları oldukça yüksek olan obezite ve yeme bozukluklarında, rTMS tedavisi klinik uygulamalarda olumlu sonuçlar vermektedir. Klinikte uygulamalara rağmen, yöntemin moleküler ve hücresel etki mekanizması henüz tam olarak aydınlatılamamıştır. Bu sebeple klinik-öncesi çalışmalar ve hayvan deneylerinden elde edilen bilgiler mekanizmanın aydınlatılmasında büyük önem arz etmektedir. Bu çalışmada rTMS'in görülen olumlu etki mekanizmalarına insan mikrobiyomundaki rTMS tedavisindeki değişimlerin katkıda bulunabileceği hipotezini test ettik. rTMS tedavisinin hastalık modeli içermeyen sağlıklı farelerin kilo artışları ve mikrobiyotası üzerindeki etkisi araştırıldı. Manyetik stimulasyon, 1 Hz düşük-frekans ve 20 Hz yüksek-frekansta beyin ve abdominal bölgeye uygulanarak 4 deney grubu oluşturuldu. Kontrol grubu farelere manyetik stimulasyon uygulamadı. TMS-beyin 1 Hz ve TMS-karın 20 Hz gruplarında istatiksel olarak anlamlı kilo azalması saptandı. Bağırsak mikrobiyotası biyoinformatik analizlerine göre TMS-karın 20 Hz grubunda kolon ve ince bağırsak mikrobiyal kompozisyonda anlamlı değişimler bulundu. Frekans ve uygulama bölge farkının daha iyi anlaşılabilmesi için uygulama öncesi ve sonrasında kan testi parametreleriyle metabolik çıktılarla desteklenen ek çalışmalara ihtiyaç vardır.Anahtar Kelimeler: rTMS, kilo değişimi, mikrobiyota, 16S rRNA dizin analizi

Repetitive magnetic stimulation (rTMS) is a non-invasive brain stimulation method that stimulate neurons via generation of a pulse high intensity magnetic field by passing an electric current through an inductive coil. However, despite the wide application of rTMS in clinical practice, the molecular and cellular mechanisms underlying the method remain uncertain. For this reason, the information obtained from pre-clinical studies and in vitro animal experiments have great importance on the understanding of the mechanism. In general terms, low frequency (LF) rTMS (1 Hz) decreases cortical excitability, whereas high-frequency (HF) rTMS (>5 Hz) increases cortical excitability. rTMS method gives positive results in the treatment of obesity and eating disorders which are associated with high mortality and morbidity rates. Additionally, the microbiota of normal individuals shows significant differences compared to those with obese and eating disorders. In this study, we investigated the effects of different frequencies and application regions of rTMS on weight gain and microbiota in healthy mice. We performed 4 experimental groups, and the magnetic stimulation was applied to the brain and abdominal region at 1 Hz low-frequency and 20 Hz high-frequency. The mice of the control didn't receive stimulation. 20 Hz rTMS-abdominal and 1 Hz rTMS-brain groups showed statistically significant weight reduction. According to bioinformatic analysis of the intestinal microbiota, severe microbial imbalance was detected in the gut colon and intestine fecal samples of the TMS-abdominal group at 20 Hz frequency. In order to better understanding of frequency and application region difference, we need to further investigations which are supported by metabolic outputs and blood test parameters.Key Words: rTMS, weight change, microbiota, 16S rRNA sequence analysis