Csontanyagcsere az elhízásban és a fogyásban

Absztrakt

Az elhízás miatti túlsúly súlya hagyományosan pozitív hatással van a csontra; az újabb eredmények azonban arra utalnak, hogy a csontok minősége sérül. Az elhízás és a kalóriakorlátozás egyaránt növeli a törés kockázatát, és azokat endokrin faktorok és citokinek szabályozzák, amelyek közvetlen és közvetett hatással vannak a csont és a kalcium felszívódására. A súlycsökkentés csökkenti a csonttömeget és az ásványi anyagsűrűséget, de ez az egyén életkorától, nemétől és zsírosságától függően változik. Az étrend módosítása, a testmozgás és a gyógyszerek kimutatták, hogy csillapítják a súlycsökkenéssel járó csontvesztést. A jövőbeni elhízási és súlycsökkenési vizsgálatoknak előnyös lenne a kulcsfontosságú hormonok, a kalcium felszívódását szabályozó adipokin és bél peptidek, valamint a csont ásványi sűrűségének és minőségének értékelése érzékeny technikák alkalmazásával a magas kockázatú populációkban.

BEVEZETÉS

Az elhízás és a csontritkulás világszerte egyre növekvő aggodalomra ad okot, és mindkettő oka a helytelen étrend, a túlzott kalóriabevitel és/vagy az alacsonyabb fizikai aktivitás. Becslések szerint 1,5 milliárd ember volt elhízott a 2008-as évben világszerte (191), az Egyesült Államokban pedig a lakosság 34% -a elhízott, 68% -a pedig túlsúlyos vagy elhízott. Ez több társbetegség, többek között a szív- és érrendszeri betegségek (CVD), a 2-es típusú cukorbetegség és bizonyos rákos megbetegedések fokozott kockázatához vezetett (48). A csontritkulást gyakran néma betegségnek nevezik, és ezért ellentétes az elhízás magas láthatóságával. Az Egyesült Államokban az oszteoporózis az 50 év feletti lakosság 55% -át érinti (116). Három nőből egy törést szenved el, mint ötödik férfiból, de a halálozás utána nagyobb a férfiaknál. Sem az elhízás, sem az oszteoporózis nem tekinthető a normális öregedés részének, és mindkét állapotban közös hormonális elváltozások vannak, és fokozott gyulladásos citokinek és oxidatív stressz társulnak hozzájuk. Ezek a tényezők hozzájárulnak a fokozott zsírszerzéshez és a csonttömeg csökkenéséhez.

A testtömeg közvetlenül összefügg a csont ásványi sűrűségével (BMD). Az alacsony testtömeg-indexet (BMI) az alacsonyabb BMD fontos rizikófaktoraként határozták meg, és nagyobb csontvesztést jósol idősebb korban (118, 138) és fiatalabb személyekben menstruáció és/vagy étkezési rendellenesség hiányában (113). . Másrészt a magas testtömeg oka lehet a megnövekedett fizikai aktivitás vagy az elhízás, és mindkettő megnöveli a BMD-t, de egyre több bizonyíték áll rendelkezésre arról, hogy az adipozitás miatti túlsúly káros a csont- és törési kockázat szempontjából. Ezen túlmenően, bár a testsúlycsökkentés ajánlott az elhízással járó társbetegségek csökkentésére, ez idősebb egyéneknél csontvesztést is okoz és növeli a törés kockázatát. Az étrendi tényezők, a testmozgás és egyes gyógyszerek csillapítják a súlycsökkenés miatti csontvesztést. Ez az áttekintés foglalkozik azzal, hogy a nagyobb zsírtartalom és a súlycsökkenés miatti elhízás külön-külön és együttesen hogyan befolyásolja a csont minőségét, a csontforgalmat és a csontvesztést, és megvizsgálja, hogy az intervenciók hogyan befolyásolják a csontanyagcserét a súlycsökkentés során.

ELHÍZÁS ÉS CSONT

Az adipozitás és a csont sejtkapcsolata

A pluripotens stromasejt érett sejttípusokká differenciálódik - adipociták, oszteoblasztok és kondrociták. Mivel a stromasejt oszteoblaszt vagy adipocita lehet, ez végül meghatározhatja a csont és a zsírszövet egyensúlyát. Ez még több olyan klinikai állapotban is nyilvánvaló, amelyek összefüggést mutatnak a csontvelő zsír és a BMD között. Mind az oszteoporózis, mind az öregedéssel összefüggő csontvesztés a velő adipogenezisének növekedésével jár (108), ami a stromális sejtek átalakulását sugallhatja adipocitává, nem pedig oszteoblasztokká. Nem világos, hogy az adipociták és az oszteoblasztok egyedi és esetleg ellentétes módon reagálnak-e ugyanarra a tényezőre, amely a differenciálódást szabályozza, hogy végső soron befolyásolja a csont és a zsír kapcsolatát.

A peroxiszóma-proliferátor-aktivált receptor-δ (PPARδ) központi szerepet játszik az adipogenezis elindításában és az osteoblastogenesis gátlásában (145). Számos gyógyszer a PPARδ ligandumaként működik. Ide tartoznak az antidiabetikus gyógyszerek (azaz a roziglitazon) tiazolidinedion-osztálya, amelyek növelik az inzulinérzékenységet (175), és azt is kimutatták, hogy növelik az adipozitást, csökkentik a csonttömeget és növelik a törés kockázatát (68). Az osteoblast differenciálódás rovására az adipozitást, különösen a zsigeri zsírt növelő gyógyszerek másik példája a glükokortikoid. Ezenkívül az alacsony sűrűségű lipoprotein oxidációs termékek elősegítik az oszteoporotikus csontvesztést azáltal, hogy a progenitor velő sztrómasejtjeit oszteogén differenciálódás helyett adipogén hatásra irányítják (127). Továbbá az immobilizáció vagy inaktivitás miatti csontváz kirakodás növeli az adipocita differenciálódást és gátolja az osteoblast differenciálódást (1). Bizonyíték van arra is, hogy az elhízás magasabb zsírtartalma alacsonyabb csontképződési sebességgel jár (126). Összességében az adipocyták és az oszteoblasztok közötti sejtes kapcsolat további megértése olyan gyógyszereket eredményezhet, amelyek gátolják a velő adipogenezisét és csillapítják az életkorral összefüggő csontvesztést.

A csontot befolyásoló tényezők az elhízásban

Hormonális és mechanikus terhelés

Az elhízás magasabb BMD-jét és csontásvány-tartalmát (BMC) több tényezőnek tulajdonítják (153). Ezek közé tartozik a csont nagyobb mechanikai terhelése (53, 198), a megváltozott hormonális miliő és az elhízással járó magasabb szérum adipokinek szintje (41, 153, 197). Egyéb genetikai és környezeti tényezők, mint például a dohányzás, az étrend bevitele és az életmód, szintén független szerepet játszanak az elhízás csonttömegének befolyásolásában.

A karcsúbb személyekkel összehasonlítva, elhízott embereknél magasabb a szérum ösztrogén és a mellékpajzsmirigy hormon (PTH) szintje, alacsonyabb a 25 hidroxi-D-vitamin (25OHD) és a nemi hormon-kötő globulin (SHBG) szintje, és esetleg alacsonyabb az 1,25-es dihidroxi-D3-vitamin (1,25) (OH) 2D3) megtalálhatók (95, 153, 197), és mindegyiknek specifikus hatása van a csontra. Az elhízott posztmenopauzás nőknél és férfiaknál a szérum ösztrogének magasabb szintje a soványabb egyénekhez képest nagyrészt a keringő androszténdion zsírszövet általi metabolizmusából származik. Az elhízás esetén a 25OHD alacsonyabb szérumszintje valószínűleg a zsírszövetben történő tárolásnak köszönhető (193). Ezzel szemben nem világos, hogy a testfelesleg miért kapcsolódik a magasabb PTH-hoz (16, 131), de a PTH befolyásolja a kalcium anyagcserét és az előgyulladásos citokineket (65, 164), amelyek káros hatással lennének a csontra.

Az elhízás a hasnyálmirigy-hormonok, például az inzulin, az amilin és a preptin (86) magasabb szintjével is társul, amelyek anabolikusak a csontra (21, 30, 35). Számos zsírszármazékból származó peptid és enzim, például aromatáz, hidroxil-szteroid-dehidrogenáz, leptin és rezisztin szintje nagyobb az elhízásban, és specifikus anabolikus vagy katabolikus hatást gyakorol az oszteoblasztra (87, 129, 130). Az adiponektin csökken az elhízásban (5), és az in vitro megfigyelések azt mutatják, hogy növeli az oszteoblaszt aktivitást (104), azonban a klinikai vizsgálatok nem feltétlenül támasztják alá a csontra (6, 7, 85, 100) vagy a törés kockázatára gyakorolt pozitív hatást. Az elhízás a gyulladásos citokinek, például az interleukin-6 (IL-6), a monocita kemoattraktáns fehérje-1 és a C-reaktív fehérje (CRP) magasabb keringő koncentrációival is társul (67). Karcsúbb populációkban a magasabb gyulladásos citokinek magasabb csontforgalommal járnak (11, 83, 93, 114), és az elhízás szempontjából a csontok szabályozásában betöltött szerepük valószínűleg szintén fontos (159), de nem egyértelműen tisztázott. Lehetséges, hogy az elhízás krónikus gyulladásának alacsony szintjét ellensúlyozzák zsírszármazékokból származó ösztrogén és/vagy más tényezők, például súlyt viselő tevékenységek a karcsúbb populációkban előforduló csontvesztés megelőzése érdekében.

Mechanikus terhelés

A csontváz nagyon reagál mechanikai környezetére, és a törzs fenntartja az ásványi homeosztázist (52). Ezenkívül a mechanikus terhelés az apoptózis csökkentésével, valamint az oszteoblasztok és oszteociták proliferációjának és differenciálódásának fokozásával is serkenti a csontképződést (43). A mechanikus terhelés valójában az osteoblastogenezist kedvez az adipogenezis rovására azáltal, hogy a PPARδ-t a csontvelő sztrómasejtjeiben csökkenti (37). Megalapozott, hogy az izomösszehúzódás miatti dinamikus terhelések anabolikusabbak a csontokra, mint a statikus terhelések (177), amelyeket a zsírszövet feleslege indukál, és ezeknek a szöveteknek a differenciális mechanosztatikus érzékenységére vonatkozik (52, 156). Így az elhízás nem biztosíthat mechanikai előnyt a csont számára, ha nem kíséri nagyobb sovány tömeg és fizikailag aktív (nem aktív) életmód.

Testösszetétel és csont

Csonttömeg, minőség és törés

Elhízott gyermekeknél a növekedés során nagyobb a kalcium-visszatartás (74) és elhízott felnőtteknél nagyobb a csonttömeg (197). Nem meglepő, hogy az elhízás magasabb BMD-je nem arányos a testtömeg növekedésével, mert a túlsúly növekedés fő összetevője az adipozitás. Ezért a testtömeg-egységre eső BMD alacsonyabb az elhízásban (38). Valójában a vizsgálatok azt sugallják, hogy a felesleges zsírszövet negatívan befolyásolhatja felnőttek és gyermekek csontminőségét (80, 132, 165, 198). Emellett a tanulmányok alacsonyabb csontképződést mutatnak az elhízottak reszorpciós markereihez képest, a felnőttek (27, 126) és a gyermekek (40) karcsúbb populációihoz képest. A túlzott zsírosság és a magas zsírtartalmú étrend különösen ronthatja a BMD-t és a csont minőségét a növekedés során, amint azt rágcsáló-vizsgálatok mutatják (24, 128, 190).

A csontminőség a BMD (kortikális és trabekuláris), a csontgeometria és a csontszilárdság együttese, és a törés kockázatának meghatározó tényezője. Számos technikát alkalmaznak a BMD (19) és a csontminőség egyéb aspektusainak mérésére. A DXA az arealis BMD (aBMD), a BMC és a lágyrész-összetétel mérésének arany standard módszere. Az alacsony aBMD megjósolja a töréseket, de a jóslat érzékenysége és specificitása alacsony, mivel az összes törés több mint fele osteoporosis nélküli személyekben fordul elő, az aBMD meghatározása szerint. Az újabb, nem invazív képalkotó technikák, ideértve a csontsűrűség (vBMD) és a geometria, a csont rekeszek (trabekuláris és kortikális) és a mikroarchitektúra volumetrikus értékelését, valamint a csont szilárdságának mérése, például a végeselem elemzés, becslést nyújtanak a csont törékenységéről (19). Ezek az in vivo nagyfelbontású csontképalkotási technikák, például a QCT és a nagy felbontású mágneses rezonancia képalkotás axiális (csípő és gerinc) vagy perifériás (sugár és sípcsont) helyeken, DXA-val kombinálva javíthatják a csont szilárdságának és törési kockázatának becslését a jövőben.

Bizonyíték van arra, hogy az elhízás megváltoztatja a csont minőségét. Az elhízottak alacsonyabb kortikális BMD-vel rendelkeznek, a perifériás QCT-vel mérve, összehasonlítva az életkornak megfelelő soványabb egyénekkel (132, 165, 169, 188). A szérum PTH, amelynek fokozott az elhízása (16, 165), ismert katabolikus hatást gyakorol a kortikális csontra, kevesebb bizonyíték van a trabecularis csontra gyakorolt hatásra (25). Más elhízás által kiváltott tényezők is befolyásolhatják a csont minőségét, és hozzájárulhatnak az adott BMD-nél a vártnál magasabb töréskockázat kialakulásához ebben a populációban (133). Nem ismert, hogy a megváltozott csontminőség és/vagy egyensúly milyen mértékben járul hozzá az elhízottak töréseihez, és ezt prospektív vizsgálatokkal kell megvizsgálni.

Következetes bizonyítékok vannak az elhízott gyermekpopulációban a magasabb töréskockázatra, amely a csontminőség megváltozásával vagy mineralizációval magyarázható (40). Nem világos, hogy az elhízott gyermekeknek miért van nagyobb törési kockázata, de összefüggésbe hozható a kóros csontmineralizációval (39, 40), a rossz egyensúly (62) vagy az eséskor fellépő erővel, ami nagyobb kockázatot jelent a sérülésekre és a törésekre (62, 137) ). Idősebb nőknél magasabb a helyspecifikus töréskockázat, a humerusnál magasabb a BMI, a bokánál pedig mind a férfiaknál, mind a nőknél (58, 78, 32, 134), és a magasabb törési kockázat normális jelenlétében jelentkezik. BMD (119, 133) (1. ábra). Ezzel szemben alacsonyabb a csípő, a csigolya és az alkar törésének kockázata magasabb BMI mellett (58, 78). Ezenkívül a BMD-hez igazított BMI magasabb csípőtörési kockázattal jár, ha a BMI nagyobb, mint 35 kg/m 2 (38). Az elhízás magas BMI – törés kapcsolatát befolyásolhatja a megváltozott csontminőség, az eleséskor jelentkező eltérő mintázatok vagy erők, vagy a zsírszövet nagyobb tömése a specifikus csontok helyén.