Elhízás: A mobilitás és a környezettel való navigáció hatása a fogadó rendszerekre

1. Kineziológiai Kar és Humán Teljesítmény Laboratórium, Calgary Egyetem, Calgary, Kanada
2. Sebészeti Osztály, University of Calgary, Calgary, Kanada
3. McCaig Institute for Bone & Joint Research, University of Calgary, Calgary, Kanada
4. Alberta Health Services, Bone & Joint Health Strategic Clinical Network, Calgary, Kanada
5. Biokémiai és Molekuláris Biológiai Tanszék, Calgary Egyetem, Calgary, Kanada
6. Ortopédiai Sebészeti Osztály, Washington Egyetem, St. Louis, St. Louis, Missouri, USA
* Levelezés a [email protected] címre

A szerzők nem jelentettek be összeférhetetlenséget.

A szerzők laboratóriumi tanulmányait az Alberta Egészségügyi Szolgáltatások Stratégiai Klinikai Hálózati Programja, a Kanadai Egészségügyi Kutatóintézetek, a Kanadai Kutatószék Program, a Killam Alapítvány és a Brazíliai Oktatási Minisztérium (CAPES Alapítvány támogatása) támogatta.

Beérkezett: 19.02.18 Elfogadva: 19.10.18 Idézet

Minden cikk a Creative Commons Nevezd meg - Nem Kereskedelmi 4.0 licenc feltételei szerint elérhető.

Absztrakt

Az elhízásról ismert, hogy a fejlett országokban mind a felnőttek, mind a gyermekek nagy százalékát érinti. Az elhízott személyek számos társbetegség, valamint a metabolikus szindróma kialakulásának a kockázatát jelentik, ami alacsony fokú szisztémás gyulladásos állapotot hozhat létre, amely tovább súlyosbítja a társbetegségek kialakulásának kockázatát. Két olyan rendszer, amely hajlamos az elhízással összefüggő hatásokra: a mozgásszervi rendszer, amely hozzájárul a mobilitáshoz a csontokon, az izmokon, az inakon és az ízületeken keresztül, valamint a szem, amely hozzájárul a mobilitáshoz a környezettel való navigáció hűségén keresztül. Ezt követően ezekben a rendszerekben az integritás elvesztése ülő magatartáshoz, mozgásképtelenséghez és a szív- és érrendszeri és légzőszervi betegségek kialakulásának fokozott kockázatához, megismerés elvesztéséhez és esésekhez vezethet. Ez a felülvizsgálat az elhízásnak a mozgásszervi rendszerre és a szemre gyakorolt hatására összpontosít, különös tekintettel a gyulladás bevonására és arra, hogy ez hogyan befolyásolhatja a mobilitást és a navigációt. Végül a prebiotikumok alkalmazását az elhízással járó gyulladásos állapot megváltoztatására a bél mikrobiomján keresztül tárgyaljuk, mint a mobilitás és a navigáció kérdéseinek egyik megközelítését.

BEVEZETÉS

Az elhízás sokak szerint járványgá vált, az egyének> 35% -át elhízottnak vagy elhízottnak tekintik a fejlett világban. 1 Ez a járvány a felnőtteket, a gyermekeket és a serdülőket is érinti, és az egyre növekvő számú egyén vezetett ahhoz, hogy az állapotot hivatalosan betegségként ismerjék el. Ez azonban nagyon heterogén betegség, mivel nagyszámú gén kapcsolódik az elhízáshoz vagy az elhízás kockázatához. 2-5 Bár ennek a járványnak a gyökere, amely az elmúlt 40 évben megjelent és tapadást nyert, nem világos, a magas zsír- és cukortartalmú étrendek, valamint az ülő viselkedés, valamint a genetika és az epigenetika is érintettek. 1,6,7

Az elhízással kapcsolatos központi kérdés nem maga az elhízás, hanem az állapot következményei több gazdarendszerre; ezek közé tartozik az inzulinrezisztencia és a 2-es típusú diabetes mellitus (T2DM), a szív- és érrendszeri betegségek megnövekedett kockázata, az osteoarthritis (OA) és az ízületi károsodások fokozott kockázata, a kognitív integritás csökkenése, a szarkopénia, a zsíros májbetegség és a bél integritásának elvesztése. 1,7,8 Ezen elhízással kapcsolatos kockázatok megvalósulása gyakran függ más, bizonyos szövetekhez vagy szervekhez kapcsolódó genetikai vagy epigenetikai kockázatoktól is. 9-12

Ekkor felmerül a kérdés, hogy a fent említett elhízással kapcsolatos kockázatok mindegyike vagy a legtöbb független kockázati tényező, vagy vannak-e olyan közös elemek az elhízással, amelyek hatással lehetnek a célszövetek vagy szervek sokféleségére, hogy közvetítsék ennek a kockázatnak a nagy részét. Noha nem végleges, az egyik lehetséges magyarázat az elhízással társult metabolikus szindróma (MetS) kialakulása kísérő alacsony fokú gyulladásos állapottal. 7,8 Ez a gyulladásos állapot a szisztémás gyulladásos folyamatok gazdaszabályozásának megváltozásában és a zsírraktárak étrendből történő túlzott energia- vagy zsírbevitel útján történő aktiválásában rejlik, de a bél mikrobiomjának étrend által kiváltott változásainak is következménye lehet, mediátorok, például bakteriális lipopoliszacharid (LPS) felszabadulásával, amelyek a diéta következtében egy „szivárgó” bélen át transzlokálnak a szisztémás keringésbe. 7,8 Tehát a krónikus elhízásban szenvedő egyének gyulladásos állapota a gazdarendszerre gyakorolt közvetlen étrendi hatások kombinációjának eredménye, a mikrobiomra és a kapcsolódó bélszövetekre gyakorolt hatása mellett.

Ez a két közreműködő a megzavart gyulladásos szabályozásban szétválasztható preklinikai modellekkel, amelyekben az elhízást kiváltó környezetre adott rövid távú válaszok értékelhetők. Így a patkányok nagyon rövid ideig tartó magas zsírtartalmú, magas szacharóztartalmú étrendnek való kitettsége néhány napon belül gyulladásos változásokhoz vezethet, 13 mielőtt a plazma LPS-koncentrációja kimutatható változásokat észlelne. Idővel a bélhez kapcsolódó paraméterek és a gazdaparaméterek hozzájárulhatnak a megváltozott gyulladásos szabályozás krónikus állapotához. Az, hogy ez utóbbi állapot teljesen visszafordítható-e, továbbra is nyitott kérdés, mert a krónikussággal együtt jár az epigenetikai változások kockázata is, amelyek kizárhatják a teljes reverzibilitást.

Mivel az elhízás és a vele járó gyulladásos folyamatok diszregulációja összetett, egyes rendszerek megszakadása interaktív lehet, és idővel szinergikus következményekkel járhat (pl. T2DM és izom- vagy szív- és érrendszeri helyreállítás során fellépő gyulladás), és nem mindenkinek vannak megszakítva a MetS ugyanazok az összetevői. 7,8 Mindazonáltal az érintett potenciális területek kezelése meghaladja a felülvizsgálat kereteit. Ezért ez a felülvizsgálat azokra a rendszerekre összpontosul, amelyekre az elhízás társult gyulladása hat, és amelyek az emberi élet közös és alapvető folyamatához kapcsolódnak: a mobilitáshoz és a környezettel való navigációhoz. Így az izmok, a csontok, a szív- és érrendszer, az artikuláló ízületek és a megismerés integritásának elvesztése mind a hatástalan mobilitás kockázataként szerepel. A mobilitás elvesztésével együtt jár e rendszerek integritásának gyorsabb elvesztése, a testmozgás útján történő fogyás és a funkció helyreállításának képtelensége, sokak számára pedig a korai halálig tartó lefelé irányuló spirál. Az emberek rendkívül mozgékony fajokká fejlődtek, és a mozgásszegény viselkedés és a mobilitás elvesztése káros minden rendszerre. Ezért ennek az elhízási járványnak a leküzdéséhez aktívnak, mozgékonynak kell lennie, és el kell érnie az anyagcsere szabályozását, vagy ellenőrizni és helyreállítani a funkciót.

AZ IZOM INTEGRITÁSA AZ ELSŐSÉGGEL

A krónikusan elhízott egyének gyakran izomkárosodást és veszteséget mutatnak, amelyet elhízás szarkopéniájának neveznek. A 14-16 izmok a glükóz metabolizmusának fő célpontjai, és a T2DM és az izomban lévő zsír felhalmozódása, valamint az azt követő fibrózis és a kontraktilis anyag elvesztése együtt járhat a sajátos izomfunkció, különösen az alsó végtagok elvesztésével, ami következményekkel járhat a mozgásért felelős mozgásszegmensek integritása.

Az elhízás, a gyulladás és az izomintegritás egy másik kérdése arra vonatkozik, hogy a gyulladás közvetlenül vagy közvetve befolyásolja-e a neuromuszkuláris kontrollrendszerek integritását. Mivel az izmok idegi inputot igényelnek a működés befolyásolásához, ennek az ellenőrzésnek a megzavarása atrófiához, elhízás esetén pedig az integritás szisztémás elvesztéséhez vezethet. Az izomműködés idegi összetevőjének elvesztése, közvetlenül a quadriceps komplex izmaiba juttatott botulinum toxin injekciókkal, az izom integritásának elvesztéséhez vezet, zsíros lerakódások és fibrózis kialakulásával. 19,20 Ezért további kutatások indokoltak az elhízással összefüggő gyulladás működésének idegi hatására vonatkozóan.

A csont és az ín megváltozik az elhízással

Az elhízás mind a rágcsáló modellek, mind az emberek csontjaiba beszivároghat a zsírba, 21-24, ami hozzájárulhat a csontok integritásának elvesztéséhez. Érdekes, hogy a mozgásszegény viselkedés, például az elhúzódó fekvőtámasz, zsírhoz vezethet a csontvelőben, amely testmozgással megelőzhető, 25,26 még elhízás hiányában is. Hasonlóképpen, a Nemzetközi Űrállomáson az űrhajósok csontvelőjében felhalmozódhat a zsír, és ezáltal a mikrogravitáció elhúzódó expozíciója az elhízás hiányában is változásokhoz vezethet, valószínűleg a csontvelő mezenhimális őssejtjeinek alapértelmezett differenciálódása miatt. 27 Ezért az elhízás hatással van a csontokra; azonban a gyulladás pontos szerepét a folyamatban emberben még tisztázni kell. 7,22

Az étrend okozta elhízás preklinikai modelljeiben kimutatták a zsír lerakódását és aktiválódását a szubkondrális csontban. 21 Így a csont integritása veszélybe kerül a csonthoz szorosan kapcsolódó szövetek (pl. A csontvelő) változásai következtében. Az elhízás, valószínűleg alacsony szintű szisztémás gyulladás révén, szintén befolyásolhatja a csontok egészségét olyan betegségek kialakulásával, mint az oszteoporózis. 23,28 Így a zsír közvetlen hatása a csontban és a velőüregben, vagy közvetetten az elhízással járó gyulladás, valamint az adipokinek és citokinek egyidejű expressziója, amelyek megkönnyítik a csontok felszívódását, az elhízás többféleképpen is befolyásolhatja a csontok egészségét. Mivel az elhízás hiányában a nőknél nagyobb a csontritkulás kialakulásának kockázata, ez a populáció kedvezőtlenebb hatással lehet, mint a férfi populáció. A csontritkulás után az esések és a törések kockázata áll fenn, és a járásszabályozással kapcsolatos károsodási problémákkal 29,30 ez a kockázat súlyosbodhat.

Az inak kritikus szerepet játszanak a mobilitásban azáltal, hogy izomerőket továbbítanak a csontok mozgatására, és az elhízásban az inak integritása szintén alapvető fontosságú a mozgásszegmens funkciójának fenntartásában. Embereken végzett vizsgálatok kimutatták, hogy a magasabb elhízási fokúak bokájának inai a tendinopathiákkal kapcsolatos több tulajdonságot mutatnak. 31 Nemrégiben beszámoltak arról, hogy ultrahanganalízis alapján az Achilles-ín integritását érintő tünetmentes zavarok korrelálhatnak az elhízással. 32 Fairley és mtsai. 33 összefüggésről számolt be a patellaris tendinopathia és az elhízás között, és arra a következtetésre jutott, hogy a kapcsolat mechanikus, mert összefügg a BMI-vel és nem a zsírtömeggel. Ezek a szerzők azonban nem értékelték a MetS-ben szenvedő betegeket. Így a mozgásszegmens több elemének (izom, ín és csont) integritásának elhízással kapcsolatos zavarai hozzájárulhatnak a mobilitás és a stabilitás megsértéséhez.

A KÖZÖS KÁROK FEJLESZTÉSE AZ TÖBBÉLEN

Az elhízott személyek nagyobb kockázattal járnak az ízületi betegségek, például a térd osteoarthritisének kialakulásában, mint a nem elhízottak. 7,34,35 Ez a kockázat az ízületekre, például a térdre gyakorolt megnövekedett mechanikai terhelésben, a szabályozatlan gyulladásos állapotban vagy mindkét tényező kombinációjában rejlik. Egyes beszámolók azonban azt mutatják, hogy az elhízott egyéneknél nagyobb a kéz OA kialakulásának kockázata, és a kezet nem lehet fokozott terhelésnek kitenni, így talán az elhízás kockázata inkább a gyulladásos diszregulációban rejlik. 7,8

A LÁTÁS LEHETSÉGES VÁLTOZTATÁSAI TÖLTSÉGGEL

Az elhízással küzdő egyéneknél bizonyos szembetegségek kialakulásának kockázata áll fenn, 45 például makula degeneráció, 46,47 szürkehályog, 48,49 retina betegség 50 (esetleg cukorfogyasztással kapcsolatos), 51 és mások. 52 Az elhízás és a szürkehályog-kockázat tekintetében a megállapítások még mindig kissé ellentmondásosak, mert egyes jelentések negatív összefüggést jeleztek egy koreai lakosság vonatkozásában. 53

Az sem világos, hogy ez a kockázat összefügg-e a zsír közvetlen hatásával, a szabályozatlan gyulladásos állapottal, vagy a T2DM-hez és a finomított cukorfogyasztáshoz kapcsolódó elhízás másodlagos következményével. A szem immun kiváltságos hely, 54,55 és a homeosztázis megzavarása egy szabályozatlan gyulladásos rendszer révén hozzájárulhat az ilyen kiváltságok elvesztéséhez, és lehetővé teheti a nem megfelelő gyulladásos vagy immunaktivitásokat a szemen belül (pl. Az üvegtesten keresztül [VH])., valamint a szaruhártya szintjén. A közelmúltban a szerzők arról számoltak be, hogy az étrend által kiváltott elhízás indukcióját követően a VH sejtekben megváltoznak a génexpressziós minták, és hogy egy fehérje tömb módszertan alapján ennek a folyadéknak a fehérje homeosztázisa megszakad a gyulladásos mediátorok fokozott jelenlétével. 56 Bár ezek az eredmények még nem korreláltak a preklinikai modell nyílt betegségfolyamataihoz kapcsolódó szembeváltozásokkal vagy a navigáció megzavarásával, ez az aktív kutatási terület.

Ezenkívül egyelőre nem lehet közvetlenül az étrend által kiváltott elhízott patkányok VH-változásának tulajdonítani a detektált szisztémás gyulladásos elváltozásokat. Az ilyen változások a diéta által kiváltott elhízás kiváltása után bekövetkező ízületi károsodás közvetett hatásai is lehetnek. 21,41 Ezenkívül, mivel a legutóbbi patkányvizsgálatok csak a táplálkozás utáni elhízást követő 12 hetes időpontot használták az ízületi károsodások és a VH-változások felmérésére, még nem tudni, hogy az ízületi károsodás megelőzte-e a szem, függetlenül attól, hogy párhuzamosan fejlődtek-e, vagy a szemváltozások megelőzték-e az ízület károsodását. A kérdés megoldása folyamatos kutatás tárgyát képezi.

Az elhízás során bekövetkező szembesülésnek ez a kérdése valószínűleg klinikailag releváns, mivel az emberek a szemeikkel navigálnak a környezetükben. Mint ilyen, a mobilitás kritikus, de a navigáció talán még inkább. Azt azonban egyelőre nem tudni, hogy a boka vagy a csípő sérülése a szem változásához is vezet-e, vagy van-e sajátos térd-szem vagy mobilitás-navigációs tengely. 57 Ez az aktív kutatás területe, annak meghatározása, hogy ez a potenciális tengely egyirányú (térdtől szemig) vagy kétirányú (szintén szemtől térdig). Így a mobilitás elválaszthatatlanul integrálódik a navigációval. Továbbá, csontvázban érett felnőttként az emberek meghatározzák, hol vannak az űrben, miközben mobilak, anélkül, hogy nyíltan gondolkodnának rajta, de aktívabb gondolkodásra lehet szükségük, miközben megtanulják, hogy kisgyerekként legyenek mobilisak, vagy idősebb korban, amikor az integrált rendszerek hanyatlanak. sértetlenség. Érdekes módon az idősek testtartási kontrollját hátrányosan befolyásolják a látássérülések. 58 Ez a mobilitás utóbbi aspektusa valószínűleg magában foglalja a memóriához vagy az agy bizonyos területeihez kapcsolódó agyi elemeket is, például a hipotalamust 59 vagy más központokat. 60

A MOBILITÁS INTEGRITÁSÁNAK ÉS A NAVIGÁCIÓS FIDELITÁS VESZTESSÉGÉNEK KAPCSOLATOS KOCKÁZATÁNAK MEGHATÁROZÁSÁHOZ, HATÉKONYSÁGÁNAK HATÁSA

Az előző megbeszélésből egyértelműen kiderül, hogy az elhízás és az azzal összefüggő gyulladásos állapot (azaz MetS) valószínűleg hatással van a gazdaszövetekre, amelyek hozzájárulnak a hatékony és energiahatékony mobilitáshoz és navigációhoz. Ide tartoznak a mobilitásban közvetlenül érintett szövetek (izmok, inak és csontok), valamint mások, amelyek hozzájárulnak a mobilitás hűségéhez, mint például a szem és a perifériás idegrendszer/agy (a mozgás memória vezérlésével, az izmok idegi kontrolljával) és a mozgásban részt vevő különféle szövetek működésének integrálása propriocepció, kétoldalú koordináció és a kockázat elkerülése révén).

Az anyagcsere-kontroll helyreállításának lehetséges beavatkozásai közé tartozik a fogyás diétával vagy bariatrikus műtéten keresztül; testmozgás, önmagában vagy étrend- és táplálkozási változásokkal együtt; vagy prebiotikumok (olyan szubsztrátok, amelyeket a gazdaszervezet mikroorganizmusai szelektíven alkalmaznak, és amelyek egészségre gyakorolják az előnyöket) 68 önmagában vagy más módozatokkal kombinálva. Egyes lehetőségek egyes betegeknél jobban működhetnek, mint mások, valószínűleg a kockázatot elősegítő tényezők eltérése miatt. Az a következtetés, hogy az elhízásnak nincs „gyors megoldása”, alátámasztja az elhízáshoz kapcsolódó gének nagy száma, valamint az a tény, hogy az elhízás és a MetS-hez kapcsolódó gyulladás kialakulásában és előrehaladásában az epigenetikai mechanizmusok is szerepet játszanak. 9-12 Az sem világos, hogy az elhízás vagy a MetS okozta károsodások és változások mennyire reverzibilisek a mozgásszervi és/vagy a szemszövetekben. Így az elhízás valószínűleg több szinten is bonyolult az irányításában, és ennélfogva egyedibb megközelítésekre lehet szükség.

Az is világos, hogy a prebiotikus vegyületek (általában az oligofruktóz és az inulin) használata elősegítheti az anyagcsere szabályozásának helyreállítását. Az ilyen prebiotikumokat az ember nem metabolizálja, hanem a bél mikrobiota felhasználja a mikrobaközösség átirányításához a jelenlévő baktériumfajok megváltoztatásával és a szivárgó bél szindróma kijavításával, amely lehetővé teszi a bakteriális LPS átjutását a gazdaszervezetbe. 68,73 Mivel az LPS gyulladásgátló molekula, az ilyen változások közvetlenül befolyásolhatják a MetS gyulladásos összetevőjét. Egy ilyen hatás helyreállíthatja az izom integritását, az inzulinrezisztenciát és a jobb mobilitáskontrollt. Meg kell még határozni, hogy az ilyen prebiotikumok befolyásolhatják-e a VH normálisabb állapotba való visszatérését és potenciálisan helyreállíthatják-e a navigációs integritást. Másodszor, a prebiotikumok baktériumok általi felhasználása rövid láncú zsírsavak képződéséhez vezet, amelyek felszívódhatnak és hatással lehetnek a gazdarendszerekre (74–76), és hogy a metabolitok befolyásolhatják-e a szemet, vagy a javasolt áramkör még tisztázatlan. Így ennek a prebiotikus megközelítésnek viszonylag alacsony költségei vannak, és előnyös út lehet az elhízás hatásának néhány aspektusának kezelésére.