A testtömeg-szabályozás élettana: Túl hatékonyak vagyunk-e a saját javunkra?

Absztrakt

Röviden

A testtömeg szabályozásának élettanának megértése segíthet a klinikusoknak az elhízott betegek kezelésében és oktatásában. Ez a cikk áttekinti a testtömeg-szabályozás jelenlegi ismereteit és a szervezetben a fogyás hatására bekövetkező anyagcsere-változásokat. Megvitatják a fogyás nehéz természetének fiziológiai alapjait, különös tekintettel a lefogyás fenntartására.

A klinikai vizsgálatok konstellációja szoros kapcsolatot hozott létre az elhízás és a 2-es típusú cukorbetegség között. 1–3 Ez az összefüggés azonban nem tökéletes; sok cukorbeteg beteg nem elhízott, és sok elhízott személy tökéletesen reagál az inzulinra. Függetlenül attól, hogy oksági összefüggés van-e az elhízás és a szervezet inzulinra adott válasza között, a fogyás jótékony hatása sok cukorbeteg beteg anyagcsere-paramétereire jól dokumentált. 4–6 Így nem meglepő, hogy a fogyás és a testmozgás kombinációja hatékony kezelés sok cukorbeteg beteg számára. 7

Mind az Amerikai Diabétesz Szövetség, mind az Országos Egészségügyi Intézet azt javasolta, hogy az egészségügyi szakemberek tanácsot adjanak az elhízott cukorbetegeknek fogyáshoz. 8,9 Bár rövidtávon lefogyni lehet, a legtöbb ember számára rendkívül nehéznek bizonyul a csökkent testsúly fenntartása hosszú távon. 10,11 A csökkentett testsúly fenntartásának nehézségei legalább részben a test azon képessége, hogy aktiválja az adaptív mechanizmusokat, amelyek minimalizálják a fogyást.

A cikk célja a testtömeg-fenntartás fiziológiai alapjainak és a testben a fogyás hatására bekövetkező anyagcsere-változások leírása. A hosszú távú fogyás fenntartásával járó eredendő nehézségek megértése lehetővé teheti a betegek és a betegségeik kezeléséért felelős személyek számára az akadályok felismerését. Ez a cikk nem minimalizálja a személyes akarat és elkötelezettség szerepét a hosszú távú fogyás elérésében azáltal, hogy hangsúlyozza a fiziológia és a genetika szerepét. Ezzel szemben azzal az üzenettel kombinálva, hogy a hosszú távú fogyás nehéz, de elérhető, a genetika súlymegőrzésben való részvételének reális értékelése és elismerése segíthet legyőzni azt a felfogást, hogy az elhízást kizárólag a túlzott kényeztetés okozza. A testtömeg-szabályozás összetett természetének mélyebb megértése arra ösztönözheti az egyéneket, hogy elkötelezettek legyenek tartós életmódbeli változások iránt az egészséges testsúly elérése és fenntartása érdekében.

Evolúció és egy szervezet képessége a testtömeg fenntartására

A testtömeget egyrészt az energiafogyasztás, másrészt az energiafelhasználás határozza meg. Az energiafogyasztás és a ráfordítás közötti egyensúlyhiány a testtömeg változását eredményezi. A szervezetek energiát fordítanak a túléléshez szükséges mindennapi munkák elvégzésére, például táplálék keresésére vagy a ragadozók kikerülésére. Az anyagcsere hatékonysága azt az energiamennyiséget jelenti, amelyet egy organizmusnak kell kifejtenie egy adott munkamennyiség elvégzéséhez.

Az anyagcsere hatékonysága változó az egyes organizmusfajták és a fajon belüli egyedek között. A magas anyagcsere-hatékonyságú egyén kevesebb energiát költ egy adott feladat elvégzésére, például egy lépcső megmászására, mint az alacsony anyagcsere-hatékonyságú egyén. Alacsony anyagcsere-hatékonyságú egyénhez képest a magas anyagcsere-hatékonyságú egyén jobban képes megőrizni a testsúlyt a negatív napi energiamérleg alatt (a bevitel meghaladja a bevitelt), de valószínűleg nagyobb súlyt fog hízni a pozitív energiamérleg során (a bevitel meghaladja a ráfordítást). Egy szervezetnek az a képessége, hogy minimalizálja a testtömeg csökkenését hosszú éhezés során, valószínűleg összefügg a túlélésével. Ennek eredményeként az evolúció több millió éve előnyben részesítheti a magas anyagcsere-hatékonyságú organizmusokat. 12–15

A szervezetek nagyon ügyesek az energia megszerzésében és tárolásában. A gerincesek energiatartaléka többnyire zsír formájában létezik. Egy font zsír több energiát tartalmaz, mint egy font dinamit. A helyzetet bonyolítja, hogy táplálékforrásaink felé vonzódunk. Sokkal könnyebb lenne elérni és fenntartani a fogyást, ha a napi táplálékunkat ugyanolyan undorral kezelnénk, mint a köhögés elleni szirupot. Valójában éppen ellenkezőleg; a nagy energiasűrűségű ételek, például a cukor és a zsír általában ízletesebbek. 16 Talán az élvezetes táplálkozás emberi társulása evolúciós eredetű lehet, hasonlóan ahhoz, hogy idegenkedünk a mérgező növényi vegyületek keserű ízétől. 17.

Genetikai hozzájárulás az anyagcsere hatékonyságához és a testsúly szabályozásához

Az életmód (ülő vagy aktív) egyértelműen befolyásolja a testsúlyt. Az elhízás gyakoriságának az utóbbi évtizedekben bekövetkezett gyors növekedése, a túlsúlyos vagy elhízott felnőttek arányának elérése az Egyesült Államokban a Betegségmegelőzési és Megelőzési Központok szerint elérve a 66% -ot, nem tulajdonítható egyedül a genetikának. Számos tanulmány eredménye azonban azt jelzi, hogy a genetikai tényezők fontos szerepet játszanak. 18 Ritka esetekben az elhízás egyetlen gén mutációira vezethető vissza. 19 Ezek a gének általában a jóllakottság és a táplálékfelvétel szabályozásában szerepet játszó fehérjéket kódolják, mint például a leptin (Ob), a leptin receptor (Ob-R), a pro-opiomelanocortin (POMC) és a melanocortin 4 receptor (MC4R). 20 Bár ezeket a mutációkat eddig csak néhány elszigetelt családnak tulajdonították, az a megfigyelés, miszerint gyakorlatilag az összes érintett gén szerepet játszik a jóllakás idegsejtjének szabályozásában, a táplálékbevitelre, nem pedig az anyagcsere hatékonyságára utal a testtömeg-szabályozás elsődleges mozgatórugójaként. 20

Számos különféle tanulmány igazolta a genetikai tényezők fontosságát a testsúly fenntartásában, és részletes áttekintések állnak rendelkezésre. 21,22 Ezek közül csak néhányat írunk le itt. A genetika és a családi környezet relatív hozzájárulása a testsúlyhoz a szélesebb populációban két évtizeddel ezelőtt Dániában készítettek egy olyan tanulmányt, amelyben összehasonlították a> 500 örökbefogadott testtömegét biológiai és örökbefogadó szüleikkel. 23 Bár a BMI pozitív összefüggést mutatott az örökbefogadottak és biológiai szüleik között, nem találtak kapcsolatot az örökbefogadottak és az örökbefogadó szüleik között.

A monozigóta ikrek metabolikus vizsgálata szintén meggyőző bizonyítékot szolgáltatott a genetika testtömeg meghatározásában betöltött szerepére vonatkozóan. Egy tanulmány megvizsgálta a túltáplálás hatását a monozigóta ikrek párjainak súlygyarapodására. 24 Bár a vizsgálatban részt vevő egyének ugyanannyi ideig (kb. 3 hónapig) fogyasztottak ugyanannyi kalóriát, a súlygyarapodás mértéke nagy mértékben, 8,8 és 29,3 font között változott a különböző egyének között. A súlygyarapodás mértéke azonban nagyon hasonló volt minden ikerpáron belül. A fordítottja is igaz. Amikor a közepesen elhízott monozigóta ikreket alacsony kalóriatartalmú étrenden tartották, a súlycsökkenés nagysága nagymértékben változott a különböző ikerpárok között. 25 Az egyes ikerpárokon belül azonban a fogyás mértéke meglehetősen hasonló volt. Ezek az eredmények azt jelzik, hogy a test válaszát a kalóriabevitel változásaira legalább részben a genetika diktálja.

A genetika testtömeg-szabályozásban betöltött szerepét alátámasztó másik bizonyíték a különböző etnikumokhoz tartozó egyének metabolikus különbségeinek összehasonlításából származott. Egy vizsgálatban a túlsúlyos nők egy csoportját (átlagos BMI ∼ 29 kg/m 2) egy ideig alacsony kalóriatartalmú étrenden tartották, amíg a BMI 2-re csökkent, ami a normál súlyúnak meghatározott felső tartomány. 26 Amikor ezeket az életkor-, testsúly- és BMI-vel egyező nőket etnikai hovatartozásuk alapján (ebben az esetben afro-amerikai vagy fehér) elválasztották, a nyugalmi energiafogyasztásban különbségek mutatkoztak a fogyás előtt és után. Bár ebben a tanulmányban csak korlátozott számú alany vett részt, az eredmények mégis arra engednek következtetni, hogy a különböző etnikai csoportokba tartozó egyének metabolikus hatékonysága különbözik egymástól; azok, akiknek alacsonyabb az energiafogyasztásuk, ugyanakkor megtartják azonos testtömegüket, hatékonyabbak, ezért hajlamosabbak a súlygyarapodásra. Érdekes, hogy az afro-amerikai nőknél a fogyás után a nyugalmi energiafelhasználás nagyobb mértékben csökkent, ami arra utal, hogy nagyobb a kockázata annak, hogy visszaszerezzék a lefogyott súlyt. Ezenkívül a különböző etnikumokhoz tartozó gyermekek pihenőenergia-kiadásai is eltérőek. 27.

A testtömeg ellenőrzése molekuláris szinten

A testtömeg-szabályozást és az energia homeosztázist számtalan metabolikus útközbenső termék és endokrin kontrollrendszer vezérli. A táplálékfelvételt számos egymással összekapcsolt neuroendokrin és neurotranszmitter áramkörön keresztül a központi idegrendszer ellenőrzi. 28 Az energiafelhasználást az autonóm idegrendszer és számos endokrin hormon szabályozza, amelyek közül a legfontosabbak a pajzsmirigy hormonrendszere. 11,29 E felülvizsgálat keretein kívül van ezen ellenőrzési rendszerek bármelyikének kellő részletességgel történő leírása. Ehelyett egy endokrin hormonra fogunk összpontosítani, amely különösen fontos a 2-es típusú cukorbetegségben szenvedő betegek számára: az inzulinra.

Az inzulin valószínűleg megelőzi a leptint, mint az ősi energia homeosztázis hormonját. Az inzulin és az inzulinszerű növekedési faktor 1 (IGF-1) jelzőrendszerek részt vesznek a Caenorhabditis elegans fonálféregben és a légy Drosophila melanogasterben, két olyan szervezetben, amelyekben nincs leptin, az életidő, a szaporodási érettség és a testméret szabályozásában. A gerinces állatokban az inzulin a központi idegrendszeren keresztül, valamint a lipid- és glükóz-anyagcserére gyakorolt hatása révén szabályozza az energia homeosztázisát és a testsúlyát. 31,32

Egészséges egyéneknél az inzulinszint étkezés után emelkedik. Az inzulin könnyen átjut a vér-agy gáton 33, hogy bejusson a központi idegrendszerbe, és kötődjön a hipotalamuszban található receptorokhoz, az agy azon területéhez, amely a táplálkozási magatartást és az energia homeosztázist vezérli. 33 Az inzulinról ismert, hogy gátolja a táplálékfelvételt az orexigén neurotranszmitter Y neuropeptid expressziójának csökkentésével. 32 Ezek a tudományos eredmények ellentétben állnak számos közelmúltbeli népszerű táplálkozási ajánlással, amelyek azt sugallják, hogy az endogén plazma inzulin növekedése az étkezés utáni időszakban korrelál a a későbbi étvágy növekedése. Ezt a hipotézist számos kutató tanulmányozta, sovány 34, valamint elhízott 35 embernél. Ezeknek a vizsgálatoknak az eredményei általában nem támasztják alá az inzulin mint étvágystimulátor közvetlen szerepét az emberekben.

Az inzulinnak a testtömeg meghatározásában mély metabolikus hatása van, amely független a központi idegrendszer neuroendokrin hatásától. Az inzulin egy anabolikus hormon, amely elősegíti a glükóz és a zsír tárolását. Súlycsökkenést gyakran észlelnek cukorbetegeknél, akiknek a vércukorszintje gyengén szabályozott, az inzulin szinte teljes hiánya miatt. Inzulin nélkül, amely gátolja a hormonérzékeny lipázt, a belső adipocita-triglicerid-raktárakat zsírsavakká és glicerinné hidrolizálják, és a keringésbe engedik, ezáltal a vér lipémiássá válik és zavaros megjelenést kölcsönöz. Az inzulinhiányos cukorbetegeknél a testsúly csökken, mivel a trigliceridkészletek kimerülnek.

Ellentétes jelenség gyakran fordul elő azoknál a betegeknél, akik az inzulinérzékenyítők tiazolidinedion (TZD) osztályát szedik. A peroxiszóma proliferátor-aktivátor receptor-γ (PPAR-y) agonista gyógyszerek ezen osztálya a pioglitazon és a rosiglitazon. Ezen gyógyszerek egyik gyakori mellékhatása a zsírszövet tágulásából adódó súlygyarapodás. 36 Ez a hatás valószínűleg a PPAR-γ aktiváció jól dokumentált hatásával jár együtt az adipocita differenciálódás indukálásában. Elhízott és inzulinrezisztens Zucker patkányokban a TZD vegyület beadása csökkent plazma glükóz, inzulin és triglicerid szinthez vezetett, amely a kis adipociták számának négyszeres növekedésével járt. 38

Tehát úgy tűnik, hogy a TZD kezelés inzulinérzékenyítő hatása szorosan kapcsolódik a zsírszövet tágulásához és a súlygyarapodáshoz. Valójában azt javasolták, hogy az inzulinrezisztencia és a 2-es típusú cukorbetegség részben annak az oka, hogy a zsírszövet nem képes tágulni. 39 A keringő szabad zsírsavak magas szintje és a máj és az izom trigliceridtartalma mind összefügg az inzulinrezisztencia kialakulásával. 40,41 Azt gondolják, hogy a zsírszövet-expanzió javítja az egész test inzulinhatását: 1) a májban és az izmokban lévő trigliceridek és a keringő szabad zsírsavak átkerülnek és elkülönülnek a zsírszövetben, ahol megfelelően tárolhatók; és 2) az inzulin-szenzibilizáló hatású adipocita hormonok normalizálódnak. 42

Annak lehetősége, hogy az inzulinrezisztencia a további súlygyarapodás megelőzéséhez kötődik, komoly következményekkel jár a 2-es típusú cukorbetegek inzulinhatásának javítását célzó terápiás módszerek tekintetében. Ha a fenti hipotézis igaz, akkor lehet, hogy tartós és agresszív testmozgás hiányában lehetetlen elkülöníteni a súlygyarapodást az inzulinérzékenység javításától.

A fogyás nehézségeinek élettani alapjai

Jól dokumentált, hogy bár a legtöbb fogyókúrában résztvevő ember rövid távon sikeresen fogyhat, többségük hosszú távon nem képes fenntartani a csökkent testsúlyt. 10,11 Valószínű hipotézis, amely figyelembe veheti a test hajlandóságát visszatérni korábbi súlyához, a következőképpen fogalmazható meg: a testtömeg egy meghatározott szinten marad, és az előnyben részesített ponttól való eltéréseket egy visszacsatoló vezérlő rendszer ellenáll és minimalizálja.

Ezek a korai kísérletek megjósolták a leptin és receptora szerepét, mint egy visszacsatolási kontrollhurkot, amely szabályozza a rágcsálók testtömegét. 49 Az adipociták által termelt leptinszint a zsírraktár méretétől függően emelkedik vagy csökken. 49 Ha a zsírraktár mérete elegendő, a leptin megemelkedett szintje a ventromediális hipotalamuszba jut, ahol a leptin receptor meglehetősen bőséges, és olyan eseménysorozatot indít el, amely idegenkedik a táplálkozástól. 50

A leptin a táplálékfelvétel mellett megengedő szerepet játszik az immunválaszban és a szaporodásban. 51 Bár a leptin jelzőrendszer képes meghatározni a rágcsálók testtömegét, jelentősége az emberek testsúlyának szabályozásában továbbra sem tisztázott. Az elhízott embereknél már magas a leptinszint; refrakterek a „leptin-rezisztensnek” nevezett állapotban lévő leptin hatásaira. Valójában egy elhízott patkányokkal végzett vizsgálat kimutatta, hogy a metformin anorexiás és azt követő súlycsökkentő hatása összefüggésben állhat a leptin-rezisztencia javulásával a hipotalamuszban. Nem világos, hogy a metformin-kezelés javítja-e az emberek leptinérzékenységét. Mindenesetre további jelzőrendszerek felfedezésével, amelyek eleget tudnak tenni a visszacsatolás-vezérlő hurok funkcionális követelményeinek, most már megértjük, hogy a leptin csak egy a sok közül a testtömeg befolyásolására alkalmas rendszerek közül.

A súlygyarapodással ellentétben a 10% -os súlycsökkenés az energiafogyasztás csökkenését eredményezte, meghaladva azt, amit a 10% -os testsúlycsökkenéstől vártak. 53 A súlygyarapodástól is eltérően a nyugalmi és a nyugtalan energiafelhasználás is csökkent a fogyás után. A 10% -os veszteséggel a test ma már anyagcsere-hatékonyabb, kevesebb energiát igényel, mint korábban pihent állapotban, valamint kevesebb energiát költött edzés közben. Ez véd a további fogyás ellen.

Ez a megállapítás sok ember számára megmagyarázhatja azt a tapasztalatot, hogy nem tudják leadni a kitűzött súlycsökkentő cél „utolsó kilóit”. Lehetséges magyarázatot adhat arra is, hogy miért viszonylag könnyű visszahízni a lefogyott súlyt. Mivel a test metabolikusan hatékonyabb, mint korábban, a csökkent kalóriabevitel révén a testsúlycsökkenés után az eredeti táplálkozási szintre visszatérve visszanyerhetné a lefogyott súlyt. Különösen hatékony egyének számára ez akár nettó súlygyarapodáshoz is vezethet.

Jelenleg nem világos, hogy a fogyás után meddig fog fennmaradni a vártnál nagyobb energiafelhasználás csökkenés. Talán a test végül alkalmazkodni fog az új súlyhoz, és könnyebb fenntartani a csökkent súlyt. Egyes kutatók arról számoltak be, hogy tartós fogyás esetén az energiafelhasználás változásai végül stabilizálódtak, és nem voltak nagyobbak a vártnál. 55,56

Az energiafogyasztás csökkenése mellett a fogyás az étvágy növekedésével is jár. 57 Doucet és mtsai. 58 beszámolt arról, hogy azok az alanyok, akik sikeresen átestek az energiakorlátozás plusz testmozgásból álló súlycsökkentő programon, az éhomi étkezési vágy növekedéséről, valamint az éhség intenzívebb érzéséről számoltak be, ami nagyobb ételfogyasztással párosult. Ezekben az alanyokban az éhség fokozódása az éhomi kortizol magasabb szintjéhez kapcsolódott.

Az étrend okozta súlycsökkenés a megnövekedett bazális és étkezés utáni ghrelin szinttel is összefügg. 59 A Ghrelin egy orexigén hormon, amelyet elsősorban a gyomor és a nyombél szekretál. 60 Normális esetben a ghrelin szint étkezés előtt emelkedik (az étkezési késztetéssel jár együtt), és evés után elnyomódik. Az étvágygerjesztés mellett az exogén ghrelin beadása összefügg az anyagcsere sebességének 62 csökkenésével és a zsír katabolizmusával. 63 A súlycsökkenés utáni magasabb ghrelin-szint tehát két mechanizmus révén elősegíti a testsúly visszaszerzését: az energiafogyasztás növekedése és az energiafelhasználás csökkenése kombinálva.

Összefoglalva, a testtömeg szabályozása összetett jelzőrendszerekkel, valamint az étvágy és az anyagcsere hatékonyságának kompenzációs változásaival jár. A jelenlegi bizonyítékok arra mutatnak, hogy létezik egy olyan alapérték, amely fokozatosan megnehezíti a fogyást vagy a testtömeg növekedését. Ugyanakkor, mint a legtöbb biológiai rendszerben, valószínűleg van egy felső és egy alsó határ, hogy mekkora anyagcsere-hatékonyság változhat. Amíg az energiafogyasztás meghaladja a bevitt mennyiséget, a testtömeg csökkenésének kell bekövetkeznie. Ez teljes bizonyossággal kijelenthető.

Lábjegyzetek

Betsy B. Dokken, PhD, NP, CDE, posztdoktori munkatárs az arizonai egyetem orvostudományi főiskolai karán, Tuscon, a Sarveri Szívközpont alkalmazott kardiovaszkuláris élettani laboratóriumaiban. Klinikai gyakorlatot ápolóként folytat a Tuscon-i Egyetemi Orvosok Egészségügyénél. Tsu-Shuen Tsao, PhD, a biokémia és a molekuláris biofizika adjunktusa az arizonai egyetemen, Tuscon.

American Diabetes Association