Van-e bizonyíték egy meghatározott pontra, amely szabályozza az emberi test súlyát?

Manfred J Müller

1 Christian-Albrechts Egyetem Emberi Táplálkozási és Élelmiszertudományi Intézete, Düsterbrooker Weg 15-17, 24221 Kiel, Németország

Anja Bosy-Westphal

1 Christian-Albrechts Egyetem Emberi Táplálkozási és Élelmiszertudományi Intézete, Düsterbrooker Weg 15-17, 24221 Kiel, Németország

Steven B Heymsfield

2 Pennington Biomedical Research Center, Baton Rouge, LA 70808, USA

Absztrakt

Bevezetés és kontextus

Úgy tűnik, sok embernek állandó a testsúlya a felnőtt élet során. Az intervenciós vizsgálatok azonban azt sugallják, hogy az emberek egy meghatározott pontja „laza” (pl. Felső és alsó határokat tartalmaz), nem pedig szigorúan ellenőrzött [3]. A klasszikus minnesotai éhezési vizsgálatban [4] az alanyok 24 hetes éhezés hatására elvesztették kezdeti zsírtömegük 66% -át (azaz 50% -kal csökkentett energiafogyasztás mellett), de az ad libitum újratáplálás visszanyerést eredményezett. a zsírtömeg eléri az éhezés előtti értékek 145% -át (vagyis a zsírtömeg túllépése történt, amelyet felzárkóztató zsírjelenségnek neveznek) [5]. Így a testtömeg ingadozása, amely az alultápláltságból és a túltáplálásból adódik, jelentősen megváltoztatja a hipotetikus alapértéket, legalábbis éhezés, újratáplálás és túlevés után. A testtömeg-szabályozás alternatív modelljei ezért (a) több testtömeg-egyensúlyi állapotot, úgynevezett „ülepítési pontokat” tartalmaznak, az energiafelvétel visszacsatolásos szabályozása nélkül [1], vagy (b) olyan aszimmetrikus vagy küszöbérték-szabályozó rendszert terjesztenek, amely reagál a negatívra csak az energiamérleg [2].

A minnesotai éhezési kísérleti adatok további szimulációja azt sugallta, hogy az újratáplálás után több mint egy évbe telhet, amíg a zsírtömeg a kezdeti érték 5% -ára csökken [6,7]. Ezek az adatok az étvágyszabályozás (és ezáltal a testtömeg-szabályozás) átmeneti veszteségére utalnak az újratáplálás és a túltáplálás első hónapjaiban. Az éhezés előtti (és feltehetően egészséges) életmódhoz való visszatérés hosszabb ideig tarthat, mivel a test helyreállítja vagy visszaállítja testtömeg-szabályozó rendszerét. Ez a megállapítás vezethet egy általánosabb hipotézishez, miszerint a testtömeg-szabályozás biológiáját hiperfágia (és feltehetően nyugati életmód) álcázza.

Az energiafogyasztás ellenőrzése összetett téma, és ezt a szabályozást sok túlsúlyos ember hosszú távon elveszíti. Ezt tükrözi az elhízott betegek szinte összes fogyási tapasztalata, akik idővel elvesztik étrendjük betartását [8]. Nyilvánvaló, hogy csökkentett testsúly esetén nehéz új (beállítani vagy beállni) pontot megállapítani (vagy nehéz megvédeni). Számítások szerint csökkent testsúlyú, elhízott betegeknél a fogyás fenntartása akkor valósulhatott volna meg, ha az energiafogyasztás 2 év alatt 170 kcal/nap (0,7 MJ/nap) alacsonyabb lett volna, mint a fogyókúra előtt [7]. Ezeknek a kis változásoknak az étrendben való megtartása és ezáltal a súlycsökkenés meghiúsulása bizonyítékként szolgálhat súlykontroll-rendszerünk pontatlanságára vagy akár hatástalanságára az „új” beállási pont védelmében. Alternatív megoldásként a testtömeg programozott visszanyerése bizonyítéknak tekinthető egy magas beállított pontra is, amelyet úgy tűnik, hogy a legtöbb elhízott beteg jól véd.

Randomizált, kontrollált farmakológiai súlycsökkentő vizsgálatok adatai megkérdőjelezik a testtömeg-szabályozó rendszer létezését. Ha önmagában az étrendi korlátozással hasonlítjuk össze, akkor egy kannaboid-1 receptor blokkoló jelentős súlyvesztést okozott 2 év alatt (-6,3 kg versus -1,6 kg szemben a vizsgálat előtti súlyokkal) [9]. Azok a betegek azonban, akiket a gyógyszer második évében az étrend csoportjára cseréltek, visszanyerték a testsúlyukat, és a második év után majdnem azonos súlyveszteséget értek el (-2,7 kg versus -2,9 kg csak diétával összehasonlítva a vizsgálat előtti súlyokkal). [9]. Ezeket az adatokat különböző elszámolási pontok bizonyítékaként lehet felhasználni. Alternatív megoldásként a súlyváltozások egyszerűen követték az energiafogyasztást (amely alacsonyabb volt a gyógyszeres kezelés alatt, mint egyedül a diéta alatt), és a végső testtömeg új és nulla energiaegyensúlyt tükröz.

Néhány bizonyíték arra utal, hogy a hagyományos alapjel elmélet túlságosan leegyszerűsítettnek tűnik. Ez a cikk a következő kérdésekre irányul:

Van-e bizonyíték egy meghatározott pontra a test alkotóelemeiben (nem pedig a testsúlyában)?

Van-e „halmaz” az energia-egyensúlyban és a makrotápanyagok anyagcseréjében?

A leptin testtömeg-szabályozó jel, és mi bizonyítja a testtömeg aszimmetrikus szabályozását?

Álcázza-e a nyugati életmód a testtömeg biológiai szabályozását?

Legutóbbi előlegek

A legújabb előrelépések a testösszetétel részletes kutatásának területén, valamint a testtömeg genetikai, epigenetikai és endokrin kontrolljának legújabb eredményei (vagyis a leptin, mint a testtömeg-szabályozó rendszer része). Ezeknek az adatoknak a szemléletbe helyezéséhez az új eredményeket az integratív fiziológia néhány régebbi eredményének összefüggésében kell megvitatni, amelyeket gyakran elhanyagoltak a testtömeg genetikai kontrolljának korszerű kutatásaiban.

A génvariánsok hozzájárulása a testtömeg-szabályozáshoz jelenleg kicsi, és a genom egészére kiterjedő asszociációs eredmények olyan markerekre vonatkoznak, amelyek nincsenek ismert génekben [10]. Ezenkívül az anyagcsere programozása és az epigenetikus hatások növelik a testtömeg szabályozását. Az egészségügyi és a betegség hipotézisének fejlődési eredete (azaz a magzat programozási hipotézise) azt feltételezi, hogy az anya túl- és alultápláltsága befolyásolja a méhen belüli környezetet, ezáltal magzati adaptív válaszokat vált ki, amelyek elősegítik az étvágyszabályozó központok hipotalamusi áramköreinek hosszú távú és tartós változásait, -szülési túl táplálkozás és túlsúly növekedés az utódokban [10]. A genomi imprinting (beleértve a DNS metilezését és a hiszton módosítását) későbbi eltéréseket eredményez a program által várt metabolikus válaszok és a környezet között. Ezt az elgondolást támasztja alá egy nemrégiben készült tanulmány, amely azt találta, hogy az elhízott anyák utódainak összehasonlításával az elhízott anyákéval, akik fogyást szenvedtek a biliopancreatikus bypass műtétet követően, a túlsúlyos utódok előfordulása 52% -kal csökkent az anyai biliopancreatic bypass műtét után [11]. Ezek az adatok rámutatnak az epigenetikus tényezők szerepére a testsúly szabályozásában.

A közelmúlt egyik legnagyobb előrelépése a súlyváltozások számítási modellezése az anyagcsere fluxusai és azok biológiai kontrollja alapján. Ez kiegészíti a túlsúlyos vagy alulsúlyos klinikai problémák farmakológiai és nem farmakológiai kezelésének jövőbeli stratégiáit. Ma valószínűnek tűnik, hogy a fenotípus (azaz egy elhízott testtömeg-index [> 30]), amelyet meghatározott vagy beállási pontok befolyásolnak, a genetikai hatások (DNS), az epigenetikus hatások (örökölhető tulajdonságok, amelyek nem járnak változással a DNS) és a környezet.

Van-e bizonyíték a testösszetevők egy meghatározott pontjára, nem pedig a testsúlyára?

A testtömeg heterogén, mivel sok különböző szervet és szövetet tartalmaz. Kétkamrás modellben a testtömeg a testzsír és a sovány vagy zsírmentes tömeg összege. A sovány tömeg csontból, extracelluláris vízből és testsejtek tömegéből áll; a testsejtek tömege magában foglalja az intracelluláris vizet, a glikogént és a fehérjét. Anatómiailag a sovány szövet számos különféle szervet vagy komponenst tartalmaz, mint például vázizom, máj, agy, szív és vesék. Egy 70 kg-os hímben ezek az összetevők a testtömeg 40% -át, 2,6% -át, 2,0% -át, 0,5% -át és 0,4% -át teszik ki [12]. Néhány komponens súlya összefügg egymással (például pozitív korreláció van az izomtömeg és a csonttömeg között), de más komponensek (beleértve a csontot és az agyat is) súlya nincs összefüggésben egymással [13]. Az asszociáció hiánya az egyes szervek és szövetek tömegének, és így a teljes testtömegnek a közös szabályozása ellen szól. Ehelyett valószínűbbnek tűnik, hogy az egyes szervek és szövetek tömege eltérően szabályozott.

Van-e „halmaz” az energia-egyensúlyban és a makrotápanyagok anyagcseréjében?

A leptin visszacsatoló jel a testtömeg-szabályozásról? Mi a bizonyíték az aszimmetrikus kontrollra?

Az elmúlt 15-20 évben az étvágy és a jóllakottság neurobiológiájának megértésében elért haladás a hormonok, peptidek és monoaminok lenyűgöző hálózatainak jellemzéséhez vezetett az étvágyszabályozó rendszer részeként. Az energiafogyasztás endogén szabályozása azonban még mindig nincs teljesen jellemezve, és a külső tényezők (vagyis az elhízást elősegítő környezet) felülírhatják az endogén kontrollokat. Jelenleg nem ismert, hogy a biológiai tényezők (pl. Hormonok) hogyan kapcsolódnak külső tényezőkhöz (pl. Élelmiszerellátás) az ételbevitel szabályozásához. Ezenkívül még jellemezni kell a metabolikus alkalmazkodás energiára és makrotápanyag-bevitelre gyakorolt hatását.

A testtömeg-szabályozással kapcsolatos legújabb kutatások többsége azon az elgondoláson alapul, hogy az agyi központok, beleértve a hipotalamuszban találhatókat is, perifériás jeleket kapnak, amelyek tükrözik az energia- és zsírraktárakat. A korai parabiosis vizsgálatok első erőteljes bizonyítékot szolgáltattak arra vonatkozóan, hogy a genetikailag elhízott egereknek nem volt szekréciós jele a zsírszövetből, ami visszaszorította az étel bevitelét [34]. A testtömeg (vagy zsírtömeg) szabályozásában az egyik releváns homeosztatikus jel az adipokin-leptin prototípusa [35,36]. A leptin a zsírsejtekből származik a zsírtömeg arányában, és a leptin egyik feladata, hogy jeleket küldjön a zsírtömeg szintjéről (vagy a zsírtömeg változásáról) a hipotalamusz felé, ami viszont szabályozza az energiafogyasztás csökkenését és a növekedést az energiafelhasználásban. Ez egy példa az arányos visszacsatolás-szabályozásra, mivel a táplálékfelvételt és az energiafogyasztást a plazma leptin-koncentráció és a beállított alapérték közötti különbség arányában állítják be [1]. A jelenlegi bizonyítékok azonban arra utalnak, hogy a leptin elsősorban nem védi a testet a zsírtömeg növekedésétől, hanem megvédi a testet a zsírvesztéstől, így csak negatív energiamérleg esetén működik (azaz aszimmetrikus vagy küszöbértékű válasz van a leptinre a csak alacsony koncentrációban) [2,37,38].

Az alacsony leptinszint, ami az élelmiszerhiányra és a kimerült zsírraktárakra utal, jelzés arra, hogy alkalmazkodó biológiai hatásokat váltson ki, ami az energiafogyasztás növekedéséhez vezet (ami nem fordul elő vagy nem fordul elő táplálékhiány vagy étkezési rendellenességek esetén), valamint az energiafelhasználás csökkentésére [39,40]. Például a korrelációs vonal, amely demonstrálja a leptin és a REE kapcsolatát, zsírmentes tömeghez igazítva, alacsony leptin-szintnél meredek, normál leptin-szintnél sík, ami arra utal, hogy a leptin REE-re gyakorolt hatása különböző leptin-koncentrációknál különbözik egy termikus hatása csak alacsony koncentrációnál [40]. Ez a példa kiemeli, hogy az egyes testalkatrészek tömegének (például a zsírnak) az ellenőrzése az energiamérlegtől függ, és hatékony lehet a negatív energiamérlegre és csak a böjtre reagálva. Az aszimmetrikus kontrollrendszer összhangban van azzal a tapasztalattal, hogy könnyebb hízni, mint lefogyni. Míg az utóbbit szigorúan ellenőrzik, úgy tűnik, hogy az előbbit nem kompenzálják teljes mértékben. Ez az ötlet megkérdőjelezi azt a hipotézist is, miszerint a leptin-rezisztencia, amelyet a magas plazma leptin-szintek sugallnak, elhízást okoz.

Álcázza-e a nyugati életmód a testtömeg biológiai szabályozását?

A klinikai gyakorlat következményei

A klinikai gyakorlatot illetően át kell gondolni mind a fogyás, mind a súlygyarapodás étrendi megközelítését. Alacsony testsúlyú betegeknél a súlygyarapodást biológiai mechanizmusok támogatják, amelyeket részben agresszív hiperalimentáció képes elnyomni. Ezzel szemben a súlycsökkenés által kiváltott túlszabályozási ellenszabályozás leküzdésére a biológiai jeleket (vagyis a plazma leptin és a T3 [trijód-tironin] szintek súlyveszteséggel összefüggő csökkenését) kell figyelembe venni. A bizonyítékok arra utalnak, hogy a leptinpótlás segíthet a biológiai kontroll helyreállításában. Ezenkívül a testsúlyváltozások modellezése (pl. Cachektikus rákban szenvedő betegeknél) [49], a testtömeg biológiai kontrollján alapuló, új fogalmakat kínál az alsúlyosok farmakológiai és nem farmakológiai kezelésében.

A „beállítási pont és az ülepítési pont” helyett a „beállítási pont és az ülepedési pont”

Köszönetnyilvánítás

Saját adatainkat a Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium (FKZ: 01GI0821) és a Deutsche Forschungsgemeinschaft (Német Kutatási Alapítvány) (DFG Mü 714/8-3 és DFG Bo3296/1- 1).