Csökkentett energiafogyasztás: a hosszú és egészséges élet titka?

Bronwen Martin

1 Idegtudományi Laboratórium, Országos Öregedési Intézet Kutatási Program, 5600 Nathan Shock Drive, Baltimore, MD 21224

Erin Golden

1 Idegtudományi Laboratórium, Országos Öregedési Intézet Kutatási Program, 5600 Nathan Shock Drive, Baltimore MD 21224

Josephine M Egan

2 Klinikai Vizsgálati Laboratórium, Országos Öregedési Intézet Kutatási Program, 5600 Nathan Shock Drive, Baltimore, MD 21224

Mark P Mattson

1 Idegtudományi Laboratórium, Országos Öregedési Intézet Kutatási Program, 5600 Nathan Shock Drive, Baltimore MD 21224

3 Idegtudományi Tanszék, Johns Hopkins Egyetem Orvostudományi Kar, 725 N. Wolfe Street, Baltimore, MD 21205

Stuart Maudsley

1 Idegtudományi Laboratórium, Országos Öregedési Intézet Kutatási Program, 5600 Nathan Shock Drive, Baltimore, MD 21224

Absztrakt

A csökkent energiafogyasztás vagy a kalória-korlátozás (CR) ismert, hogy számtalan fajon meghosszabbítja az élettartamot és késlelteti az életkorral összefüggő egészségi állapotromlást, beleértve a fonálférgeket, a legyeket, a halakat, az egereket és a patkányokat. A CR élettartamát meghosszabbító és az egészséget meghosszabbító hatásainak pontos mechanizmusa nem világos. Kimutatták azonban, hogy a CR javítja az inzulinérzékenységet, csökkenti az oxidatív stresszt és megváltoztatja a neuroendokrin reakciókat és a központi idegrendszer (CNS) működését állatokban. Ebben az áttekintő cikkben átfogó áttekintést nyújtunk a CR állatfiziológiára gyakorolt hatásairól, és megvitatunk néhány lehetséges molekuláris mechanizmust és utat, amelyek révén a csökkent energiafogyasztás növelheti az egészséget és az élettartamot. Annak jobb megértése, hogy az energiafogyasztás hogyan befolyásolhatja az öregedési folyamatokat, új stratégiákhoz és terápiákhoz vezethet az életkorral összefüggő hanyatlás csökkentésére és az egészségi állapot növelésére.

Az energiafogyasztás hatása az egészségre és az élettartamra

A csökkent energiatartalmú étrenden tartott rágcsálók általában kisebbek és karcsúbbak, és kevesebb testzsírjuk és kisebb szerveik vannak, mint az ad libitum táplált állatoknak [53]. A CR-diétát folytató állatok általában aktívabbak, ami összefüggésben lehet az élelmiszer-keresés szükségességével [20, 34], és a fizikai aktivitás normális, életkorral összefüggő csökkenése jelentősen csökken a CR-állatoknál [39]. A CR laboratóriumi állatokra gyakorolt hatásainak áttekintését lásd az 1. ábrán.

Az emlõsök energia-korlátozásával járó fiziológiai változások némelyike.

Immunfunkció

Kimutatták, hogy az energiafogyasztás csökkentése jótékony hatással van az immunrendszer működésére. Számos tanulmány adatai azt mutatták, hogy a csökkentett energiatartalmú és a csökkentett étkezési gyakoriságú diéták [24] csökkenthetik a gyulladásos reakciókat, elsősorban azáltal, hogy csökkentik a tumor nekrózis faktor (TNF) termelését a makrofág sejtekből [51]. Ezenkívül kimutatták, hogy egyes elterjedt allergénekre, például a poratka-antigénre gyakorolt allergiás reakciók csökkentek a rágcsálóknál korlátozott energiájú étrend esetén [9]. Általánosságban elmondható, hogy a rágcsálók enyhe és mérsékelt csökkentett kalóriabevitelének hatása az immunrendszer működésére jótékony hatású. A CR ezen immunfunkcióra gyakorolt jótékony hatása magában foglalja a fertőző ágensek felszámolását, miközben a gyulladásos válasz csökkentésével korlátozza az összes szövetkárosodást.

Rák

Nem inzulinfüggő cukorbetegség és szív- és érrendszeri betegségek

A nem túl inzulinfüggő (2. típusú) cukorbetegség vagy a szív- és érrendszeri betegségek kialakulásának kockázatát nagymértékben növeli a túlzott táplálékfelvétel és az elhízás. Több tanulmány kimutatta, hogy a CR hatékonyan elősegíti az euglikémiát és növeli az inzulinérzékenységet [2, 52, 55]. Egy hím patkányokon végzett longitudinális vizsgálat azt mutatta, hogy a CR körülbelül 24 mg/dl-rel csökkentette az átlagos 24 órás plazma glükózkoncentrációt, és a keringő inzulinszintet körülbelül 50% -kal. Így a CR étrendi rendszerben lévő patkányok ugyanolyan arányban használták a glükózt, mint az ad libitum étrendet tápláló patkányok, az alacsonyabb plazma glükóz- és inzulinszint ellenére [36]. Ezért azt javasolták, hogy a CR jelentős hatása a glükóz és az inzulin keringési szintjére szerepet játszhat a CR jótékony és életet meghosszabbító hatásában.

Az érelmeszesedést ma már széles körben elismerték gyulladásos rendellenességként [46], és az érelmeszesedés előrehaladásának kezdő eseménye az endotheliális diszfunkció kialakulása. Az endothel diszfunkció és az érelmeszesedés lehetséges okozó tényezői közé tartozik a szabad gyökök képződése, az oxidatívan módosított LDL megnövekedett keringési szintje, a magas vérnyomás, a cukorbetegség és a keringő homocisztein emelkedett szintje. Egy nemrégiben végzett emberkutatás kimutatta, hogy a hosszú távú CR csökkentheti az érelmeszesedés kockázatát [15]. A csökkent energiafogyasztásról kimutatták, hogy csökkenti a vérnyomást elhízott embereknél, és a CR a plazma noradrenalinszint csökkenésével, a katekolaminok kiválasztásának csökkenésével és a szimpatikus aktivitás csökkenésének bizonyítékával is összefüggésben áll [26, 27].

Neurodegeneratív rendellenességek

A kalória-korlátozás lehetséges molekuláris mechanizmusai

Az élelmiszer- és energiaforrások megszerzése az egyik legfontosabb és legfontosabb viselkedési tulajdonság, ezért az élelmiszer- és energiaforrások eltávolítása vagy korlátozása bizonyos mértékű fiziológiai és érzelmi stresszt okoz a szervezetben. Jelenleg még nem tisztázottak azok a pontos mechanizmusok, amelyek révén a csökkentett kalóriabevitel mellett az étrend növelheti az egészségi és az élettartamot. Úgy gondolják, hogy a CR jótékony hatásaiban rengeteg potenciális mechanizmus vesz részt, ezek a következők: a stresszválaszok megváltoztatása (azaz a CR enyhe stresszreakciót válthat ki, feltehetően a csökkent glükóz-hozzáférhetőség miatt, amely megvédi a sejteket az oxidatív stressztől és az excitotoxikusaktól inzulinok), a ketontestek fokozott képződése, a glükóz és az inzulin jelátvitelének megváltozása, a citokin jelátvitel és az immunfunkció megváltozása, a jóllakottság és a zsír által generált hormonok, a sirtuin jelátvitel, a peroxiszóma proliferátorok által aktivált receptor (PPAR) jelzés és a FoxO transzkripciós faktor aktiválás és jelzés [áttekintés lásd: 33.].

A kalóriakorlátozás káros hatásai

Bár a CR növelheti az élettartamot és csökkentheti számos fő betegség előfordulását, a CR számos káros következményét jelentették. A CR-étrenden tartott patkányokban a sebgyógyulás károsodott, ami a bőrsejtek kollagéntermelésének csökkenésével jár együtt [44]. Az immunfunkció bizonyos aspektusait a CR is veszélyeztetheti. Például a szarvas egerek antigén (immunológiai memória) újbóli expozíciója során immunválaszt generáló képessége károsodott, amikor CR diétán tartották [35]. Egy másik tanulmány kimutatta, hogy a CR növeli az öreg egerek mortalitását, amelyet az influenza vírusnak való kitettség okoz [16].

Így míg a CR javítja a legtöbb szövet és szerv működését és élettartamát, van néhány kivétel. Érdekes, hogy a szövetben lévő sejtek különböző alcsoportjait is különböző módon befolyásolhatja a CR. Például az agy számos idegsejt típusát pozitívan befolyásolja a CR olyan módon, amely növelheti az Alzheimer-, Parkinson- és Huntington-kórval szembeni ellenálló képességüket [33]. A gerincvelő motoros idegsejtjeit azonban hátrányosan befolyásolhatja a CR olyan módon, amely növeli sebezhetőségüket az amiotróf laterális szklerózis ellen [37]. Végül jelentős bizonyítékok vannak arra vonatkozóan, hogy a CR negatívan hat a nők reproduktív és neuroendokrin rendszerére. Így a CR-nek kitett nőknél amenorrhoea alakulhat ki, és jelentősen megnövelheti spontán testmozgásukat, ami anorexia nervosa-t eredményezhet [14, 34]. Annak jobb megértése, hogy a CR nagysága, beleértve az étkezés méretét és gyakoriságát, az egyes sejttípusokra és szervrendszerekre gyakorolt hatást, szükség lesz olyan specifikus CR-rendszerek kialakításához, amelyek életkoruktól, nemüktől és aktivitási szintjüktől függően személyre szabottak.

Kalóriakorlátozás emberekben - Működne-e és megvalósítható-e?

Az egyik figyelmeztetés, amelyet figyelembe kell venni a CR vizsgálatok adatainak vizsgálata során, az az, hogy az energiában korlátozott állatok többségét összehasonlítják az ad libitum táplált állatokkal. Azok a laboratóriumi patkányok és egerek, akik ad libitum mennyiségű standard rágcsáló-táplálékkal táplálkoznak, hajlamosak túlevni, túlsúlyosak vagy elhízottak. A laboratóriumi állatok emellett mind a szellemi, mind a fizikai aktivitás hiányát tapasztalják. Ezért nem teljesen meglepő, hogy egy alacsonyabb testtömegű és több fizikai és szellemi tevékenységet végző állat (mivel az állatok megpróbálják keresni az ételt otthoni ketrecükben) egészsége és élettartama hosszabb, mint a túlsúlyos ad libitum etetés laboratóriumi állat. Még mindig nem tisztázott, hogy az egészséges testtömegű, elegendő fizikai és szellemi aktivitással rendelkező állat energiafogyasztásának csökkentése növeli-e az egészség és a maximális élettartamot. Ez továbbra is fontos kérdés, amelyet a jelenlegi CR kutatói közösség kezel.

Egy másik tényező, amelyet figyelembe kell venni a CR étrendi rendszer laboratóriumi rágcsálóktól emberig történő közvetlen fordításakor, a megfelelés. A CR-étrendi rendszer betartása, például a teljes kalóriabevitel 20% -kal vagy 40% -kal történő csökkentése jelentős étrendi és életmódbeli változtatásokat igényel. Lehetséges, hogy ezek a változások nem praktikusak abban a nagy stresszű, gyors iramú környezetben, amelyben ma élünk. Figyelembe véve, hogy az elhízás gyakorisága gyorsan növekszik mind az iparosodott, mind a fejlődő országokban, továbbra is meg kell nézni, hogy sok ember képes lenne-e megfelelni egy olyan szigorú étrendi rendszernek, mint a 20% vagy a 40% CR. Talán az egészséges táplálkozás, valamint a fizikai és szellemi tevékenység ösztönzésével széles körű hozzáférést biztosítva az egészséges táplálkozás oktatási programjaihoz, olcsó és könnyen elérhető egészséges és tápláló ételekhez, valamint elegendő időhöz a mindennapi testmozgáshoz és testmozgáshoz, potenciálisan növelhetjük az egész életet és csökkenteni kell a betegségek, például a 2-es típusú cukorbetegség, az étrenddel kapcsolatos rákos megbetegedések és a szív- és érrendszeri megbetegedések kockázatát, sokkal nagyobb mértékben, mint bármely szigorú kalóriakorlátozás vagy energiakorlátozási étrendi rendszer képes lenne erre.

Köszönetnyilvánítás

Ezt a munkát az Országos Öregedési Intézeti Kutatási Intézet támogatta.