Az elhízottak testhőmérséklete alacsonyabb? Új pillantás egy elfelejtett változóra az energiamérlegben

Absztrakt

Az elhízás patogenezisének megértése ma már minden eddiginél fontosabb, tekintettel a figyelemre méltó világméretű járványra. Ez a tanulmány feltárja a maghőmérséklet potenciális szerepét az energiamérlegben, és kifejti azt a hipotézist, hogy a bazális hőmérséklet és a hőmérsékleti válasz változása különböző helyzetekben hozzájárul az elhízott állapot fokozott metabolikus hatékonyságához. Az érv azon a fontos hozzájáruláson alapul, amelyet a hőtermelés ad az alap- vagy a nyugalmi anyagcsere sebességének megállapításában, valamint azon elemzésen, hogy a környezeti kihívásokra reagálva milyen hőmérsékleti változások játszanak adaptív szerepet. Ha ezt a hipotézist igazolják, új terápiás megközelítések következhetnek.

Teljes energiaköltség és az energiaegyensúly egyenlete

A mozgásszegény embereknél a becslések szerint a fizikai aktivitás az energiafelhasználás körülbelül 10% -át teszi ki, míg a bazális vagy a nyugalmi anyagcsere arány (RMR) körülbelül 80% -ot tesz ki, az adaptív termogenezis pedig kerekíti a fennmaradó 10% -ot. Ez utóbbi a szimpatikusan közvetített hőtermelésre utal a hideg vagy az étrend bevitelére reagálva. Az RMR-nek viszont két fő alkotóeleme van: az „esszenciális” hő, amely az RMR körülbelül 1/3-át teszi ki, a sejt integritásának és az ionos környezet fenntartásához szükséges energiát képviseli; az RMR második összetevője a homeotermia hőtermelése, amely az anyagcsere sebességének kb. 2/3-szorosát teszi ki (1–3). Bár ezek a becslések durvaak és alábecsülhetik a fizikai aktivitás hozzájárulását a „mozgásszegény” definíciójától függően, összességében azt sugallják, hogy a mozgásszegény emberek energiafogyasztásának legfeljebb 50% -át állandó maghőmérséklet fenntartására fordítják. Ezt a rendkívüli megfigyelést igazolja az a tény, hogy az egér anyagcseréje sokszorosa, mint egy azonos súlyú gyíké (3).

Mit jelent ez az energiaegyensúly szempontjából? Tekintsük az energiamérleg egyenletét:

Ha a bevitel megegyezik a kibocsátással, az egyén energiamérlegben van, és a tárolásban (zsírban) nincs változás. Az energiafogyasztás bármely összetevőjének növekedése kibővítené azoknak a beviteleknek a körét, amelyek felett fenn lehet tartani az energiaegyensúlyt. Ezzel ellentétben a kimeneti komponensek bármelyikének csökkenése csökkentené a bevitel tartományát, amely alatt az egyensúly elérhető lenne.

Segíthet-e ez az egyszerű tautológiai kifejezés az elhízás jelenlegi járványának és az ahhoz kapcsolódó rendellenességeknek a megértésében? Segít megérteni, miért öröklik az emberek az elhízást? Van-e több az elhízás, mint a „falánk és a lajhár”? És ha igen, mi az oka a sovány és elhízott emberek közötti különbségeknek?

Metabolikus hatékonyság

Ebben az összefüggésben az anyagcsere hatékonysága a kalóriák hőmennyiségben történő eloszlásának egyéni különbségeire utal. Egy ikerpárokat magában foglaló klasszikus túltáplálási kísérlet során a súlygyarapodás háromszoros variációját figyelték meg azon résztvevők körében, akik napi 1000 kcal/nap, heti 6 napon át fogyasztottak három hónapig, miközben ülő életmódot tartottak fenn és korlátozták az aktivitást. (4) Az alanyok egy része a megnövekedett kalória szinte egy részét sem, míg mások 60% -át eloszlatta. A különbségek nagyobbak voltak az ikerpárok között, mint az ikerpárokon belül, ami örökletes hajlamot jelent az anyagcsere hatékonyságára.

Akik eloszlatják a felesleges kalóriákat, azt mondhatjuk, hogy kevésbé hatékony az anyagcseréjük, mint azoknál, akik a bevitt kalóriákat zsírként tárolják, kevesebb hőelvezetés mellett. A hatékonyabb anyagcserével rendelkezők jobban ellenállnak az éhínségnek, de hajlamosak az elhízásra, ha bőséges táplálékkal kell ellátniuk és étrendi túlsúly esetén. Tekintettel az elhízás egyre növekvő gyakoriságára az Egyesült Államokban és a világban, ezen anyagcsere-különbségek alapjának megértése kritikus fontosságú (5).

Az energiatermelés részei

Az energiafogyasztás három fő eleme a következőket foglalja magában: fizikai aktivitás, adaptív vagy fakultatív termogenezis és bazális vagy nyugalmi anyagcsere (RMR).

A fizikai aktivitás.

Ülő emberben a céltudatos és nem céltudatos mozgás adja a teljes energiatermelés mintegy 10% -át (2). A fizikailag aktív embereknél az energiatermelés aktivitási komponense természetesen ennek megfelelően nagyobb. Az anyagcsere-hatékonyság fent leírt tanulmányában az aktivitásbeli különbségek valószínűtlen okai voltak a súlygyarapodás különbségeinek, rámutatva az anyagcsere-hatékonyság különbségére, mint a súlygyarapodás különbségének okára.

Adaptív (fakultatív) termogenezis.

Mivel az SNS az adaptív termogenezis közvetítője (böjtöléssel elnyomva, túltáplálással növekszik), ésszerű azt kérdezni, hogy a csökkent SNS-aktivitás okozza-e az elhízottak fokozott metabolikus hatékonyságát. Ez hihető magyarázat, mivel a rágcsálók elhízásának öröklődő modelljei valójában csökkentették a szimpatikus aktivitást (11, 12). A rágcsálók, valamint az elhízott emberek túlsúlyos modelljei azonban inkább fokozták, mint csökkentették a szimpatikus aktivitást (13–16). Az étrendi termogenezis károsodása tehát nem a csökkent SNS aktivitás következménye. Lehetséges azonban, hogy az elhízottaknál az SNS stimulációra adott termogén válasz tompul. Ez összhangban áll azokkal az adatokkal, amelyek arra utalnak, hogy az elhízottaknál csökkenhet az étrendi termogenezis.

Alap- vagy nyugalmi anyagcsere.

A nyugalmi anyagcsere sebesség kifejezést általában azért használják, mert kevesebbet feltételez a „bazális” állapotról, mint a bazális anyagcsere sebesség (BMR), bár gyakorlati szempontból a két kifejezést általában egyenértékűnek tekintik. Amint azt fentebb megjegyeztük, teljesen ülő embernél a nyugalmi anyagcsere sebessége (RMR) a teljes energiafelhasználás körülbelül 80% -át teszi ki (2). Fizikailag aktív állapotban az RMR az aktivitás mértékétől függően lényegesen kisebb lehet.

Az RMR (vagy BMR) viszont két komponensből áll: az alapvető energiafelhasználásból és a homeotermiához szükséges energiából. Az előbbi a sejtek szerkezetének és működésének fenntartására használt energiára utal, ideértve a fehérjeforgalmat, az iongradienseket (kalcium, nátrium) és hasonlókat. Ez utóbbi a maghőmérséklet kb. 37 fokos hőmérsékleten tartásának metabolikus költsége. Becslések szerint a homeotermia költsége a BMR körülbelül 2/3-a (2). Ez összhangban áll a fentiekben jól felismert megfigyeléssel, miszerint az egér metabolikus sebessége 8–10-szer nagyobb, mint egy azonos testtömegű gyíké (3); mivel az alapvető energiafogyasztás összetevőinek hasonlóaknak kell lenniük mind a poikilotermákban, mind a homeotermekben, egyértelmű következménye, hogy a magasabb hőmérséklet fenntartása okozza a megnövekedett anyagcsere-sebességet. Ha az RMR a teljes energiafogyasztás 80% -a, akkor a teljes energia körülbelül 50% -át fordítják a homeotermia fenntartására. Az RMR-t a pajzsmirigyhormonok által szabályozott mitokondriális anyagcsere generálja, az SNS-től kisebb mértékben.

Anyagcsere az elhízottaknál

Annak ellenére, hogy meggyőző bizonyíték van az elhízottak termogén hátrányára, az anyagcsere hatékonyságának súlyával kapcsolatos különbségek egyértelmű bemutatására nem került sor. Valószínű magyarázat arra, hogy a karcsú és elhízott embereket közvetlenül összehasonlítva nem sikerült végérvényesen kimutatni az energiafelhasználás különbségeit, a test méretének faktorálásával jár. Az energiafogyasztást oxigénfogyasztással mérjük, és ehhez normalizálódni kell az anyagcsere-szövet tömegére. Ezt a gondot - hogyan lehet összehasonlítani egy 150 kg-os embert egy 70 kg-os emberrel - még soha nem sikerült sikeresen megoldani. A faktoring a testfelület vagy a sovány testtömeg alapján (a szokásos módszer) elméleti és gyakorlati korlátokkal is jár (17). A sovány testtömeg meghatározásának mérési hibája például elég nagy ahhoz, hogy az oxigénfogyasztásban fiziológiailag fontos különbség alakuljon ki. A maghőmérséklet viszont pontosan mérhető és független a testmérettől, ezzel elkerülve ezt a gondot.

A maghőmérséklet esete

Öt pont jelzi az alacsonyabb belső hőmérséklet potenciális jelentőségét az elhízással járó fokozott energiahatékonyság tényezőjeként:

Jelentős hozzájárulás az RMR-hez.

A 37 ° C maghőmérséklet fenntartása a fő tényező az RMR előállításában. A teljes energiafogyasztás akár 50% -át a valóban ülő emberek homeotermiája okozhatja.

A hőmérséklet hatása az anyagcserére.

A 20. század eleje óta ismert, hogy a hőmérséklet emelkedése az anyagcsere sebességének növekedésével jár. Minden egyes C fokos hőmérsékletemelkedés az oxigénfogyasztás 10–13% -os növekedésével jár (18). Maga a hőmérséklet emelkedése felelős az anyagcsere felgyorsításáért.

Az anyagcsere és a maghőmérséklet az egyének között és a különböző populációkban változó.

Fordított összefüggés van az átlagos éves környezeti hőmérséklet és az RMR között a különböző földrajzi régiókban. Az RMR magasabb a sarkvidéki éghajlaton és alacsonyabb a trópusokon (19–22). Az RMR ezenkívül köztudottan napi 600 Kcal-kal is változik (3).

A hőmérséklet esése fiziológiai alkalmazkodás a csökkent energiafogyasztáshoz.

Tekintettel a hőmérséklet-fenntartás kvantitatív jelentőségére az összes energia-kiadásban, nem lehet meglepő, hogy a hőmérséklet-csökkenés része az energiahiányra adott adaptív válasznak. Éhezés során mind az energiatermelés, mind a hőmérséklet csökkenése (10, 23). A hipoglikémia, az energiahiány akut állapota, szintén összefügg a hipotermiával (24–26). A legújabb vizsgálatok azt is bizonyítják, hogy a Fibroblast Growth Factor 21, a májban peroxiszóma proliferátorral aktivált receptor α (PPARα) szabályozása alatt képződött ligandum az éhgyomorra közvetíti a lipid mobilizációt, és egerekben a hőmérséklet csökkenését (sekély torpor) indukálja (27) . Valamennyi megfigyelés azt jelzi, hogy az alacsonyabb hőmérséklet fontos szerepet játszik a csökkent energiafogyasztásra adott metabolikus reakcióban.

Elsőbbség az állatvilágban.

A genetikailag elhízott rágcsálók (ob/ob egerek, fa/fa patkányok) hőmérséklete alacsonyabb, mint a sovány kontroll állatoké (28–31). A hibernálás és a sekély torpor kisebb állapota, amelyet sok emlősfaj hasznosít, jelentős maghőmérséklet-csökkenéssel jár (32, 33). Néhány őshonos emberi populáció is torporált, az éjszakai alvás során a maghőmérséklet normális csökkenésének túlzása (34).

A hőmérséklet lehetséges hatása az anyagcsere hatékonyságára

A hőmérséklet részt vehet az anyagcsere hatékonyságának növelésében a következő módszerekkel: alacsonyabb alapszintű alaphőmérséklet; nagyobb éjszakai hőmérsékletesés; kisebb hőmérséklet-emelkedés edzés közben; kisebb étkezés utáni hőmérséklet-emelkedés; és nagyobb hőmérséklet-csökkenés éhgyomorra vagy csökkent energiafogyasztás, mint a terápiás fogyókúrában. Egyes embereken végzett vizsgálatok alacsonyabb testhőmérsékletre utalnak az elhízottak esetében, mások azonban nem (35–37).

Mennyiségi jelentőség.

Érdekes néhány durva becslés a hőmérséklet energiaegyensúlyra gyakorolt hatásáról. A 3500–4000 Kcal pozitív kalóriamérleg egy font zsír lerakódását eredményezi. Egy mérföld megtétele kb. 100 kcal ég. A maghőmérséklet egy C fokos emelkedése az anyagcsere sebességének 10–13% -os növelésével 100–130 Kcal/nap kalóriakiadások növekedését eredményezné, feltételezve, hogy a napi kalóriabevitel 2000 Kcal, és feltételezve, hogy a hőmérséklet A teljes energiatermelés 50% -a. Ez növelné az étrendi bevitel tartományát, amely alatt az egyén megfelelő mennyiséggel fenntarthatja az energiaegyensúlyt. Ezzel szemben egy C fokkal alacsonyabb hőmérséklet 100–130 Kcal/nap termogén hátrányt okozna, ami havonta 3000–4000 kcal vagy egy font zsír lehet. Ezek a számítások csak bruttó közelítések, de arra utalnak, hogy az alacsonyabb hőmérsékletek jelentősen hozzájárulhatnak az anyagcsere hatékonyságához. A hőmérséklet tehát egy takarékos metabolikus fenotípus alkotóeleme lehet.

Összegzés: A maghőmérséklet és az elhízás patogenezise

Az „evés és a lazaság”, az evés és a mozgáshiány miatt nyilvánvalóan fontos szerepet játszik az elhízás kialakulásában. De az a döntő bizonyíték, hogy az egyének különböznek az anyagcsere hatékonyságában, azt jelzi, hogy más tényezők is játszanak szerepet. Az itt összefoglalt bizonyítékok arra utalnak, hogy az elhízottak alacsonyabb belső hőmérséklete egy ilyen tényező lehet. Az elhízottak testhőmérsékletének vizsgálata különböző körülmények között (testmozgás, alvás, étkezés után) megvalósítható, és fontos különbségeket tárhat fel a sovány és az elhízott között. Ha ez bebizonyosodik, új terápiás célpont, a testhőmérséklet alakulhat ki.

Lábjegyzetek

Potenciális összeférhetetlenség: Nincsenek közzétéve.

VITA

Luke, Cincinnati: A feokromocitózisok és a tirotoxikózis magasabb hőmérsékletet okoznak. Ez összefügg ezzel?

Landsberg, Chicago: Nos, mindkettőnél jelentősen megnő az anyagcsere sebessége különböző mechanizmusok által, gyakran a mag hőmérsékletén keresztül, de ez nem kizárólag a mag hőmérsékletén alapul, mert sokat izzadnak; és így védik a hőmérsékletüket, de nagyon megnő az energiatermelés.

Chapman, Jackson: A testhőmérséklet általában alacsonyabb azoknál a betegeknél, akiknél veseelégtelenség van, urémiás. Voltak-e tanulmányok az urémiában előforduló súlygyarapodásról?

Landsberg, Chicago: Ez egy jó pont. Nincs tudomásom egyikről sem. Talán a nephrológusok közül néhányan tudják.

Boyer, New Haven: Érdekes beszélgetés, Leu. Van néhány friss izgalmas adat Franciaországból, amely azt jelzi, hogy az epesavak befolyásolják a termogenezist, gondolom, a pajzsmirigy szabályozásának valamilyen módszerén keresztül. Ez talán megmagyarázná az éhomi táplálás hatásait, mivel az éhezés során az epesavak az epehólyagban maradnak, nem pedig keringenek; és ez magyarázhatja az ursodeoxycholsav-terápia szövődményeit is, ahol a súlygyarapodás az egyik csökkenő epe hidrofób jellege. Tudna megjegyzést fűzni ehhez a lehetőséghez?

Landsberg, Chicago: Érdekes dolog ezt folytatni. Nem tudjuk, mi áll ezeknek a változásoknak a hátterében. Gyanítom, hogy a pajzsmirigyhormon fontos szerepet játszik, és hogy a pajzsmirigy által szabályozott mitokondriális anyagcsere az egész test sejtjeiben fontos lehet.

Boyer, New Haven: Talán az epesav enterohepatikus keringésének változásai szerepet játszhatnak itt a terápia célpontján keresztül.

Hochberg, Baltimore: Tehát az egyik ilyen metabolikus hatékonyságú és alaposan tanulmányozott populáció a dél-nyugati Pima-indiánok, különösen Arizonában, és a NIDDK-n keresztül rengeteg adat található kutatóállomásukról. Tudja, hogy valaki megnézte-e már a testhőmérsékletet ebben a csoportban?

Landsberg, Chicago: Ez az egyetlen csoport, amelyre ilyen módon tekintettek, és két jelentésük volt az elhízott Pimas hőmérsékletéről. Az egyik arról számolt be, hogy megnövekedett, egy pedig arról, hogy csökkent. Attól függ, hogyan nézel rá. Tehát úgy gondolom, további tanulmányokra van szükségünk.