Сетевое издание
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

РОЛЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО БАЛАНСА В ПАТОГЕНЕЗЕ ОЖИРЕНИЯ

Шуклин Г.О. 1 Шуклина А.А. 1 Япаров А.Э. 1
1 ФГБОУ ВО «Пермский государственный медицинский университет им. академика Е.А. Вагнера»
За последние несколько десятилетий распространенность ожирения в мире резко возросла, создав серьезную угрозу для здоровья человека. Ожирение связано с рядом серьезных сопутствующих заболеваний, таких как сахарный диабет, сердечно-сосудистые заболевания, заболевания опорно-двигательного аппарата; онкологические заболевания; синдром Пиквина; заболевания, связанные с Т-клеточным иммунодефицитом и др., вносящих значительный вклад в структуру заболеваемости и смертности. Ожирение связанно со значительным уменьшением жизни в среднем от 3-5 лет при небольшом избытке массы тела, до 15 лет при выраженном ожирении. Патогенез ожирения состоит в нарушении регуляции взаимных отношений между потреблением энергии и ее расходом, что влияет на ежедневный энергетический баланс и в долгосрочной перспективе приводит к патологическому увеличению массы тела (МТ). Однако полученные в различных исследованиях результаты противоречивы и указывают на сложное взаимодействие между расходом энергии (РЭ) и ее получением с пищей, которые могут по-разному влиять на изменение МТ у разных людей. В последнее время исследования, оценивающие адаптивный ответ организма на изменения энергетического баланса, выявили существование ряда метаболических фенотипов (феномен «траты» и феномен «экономности»), возникающих в результате переедания или недоедания человека, а также ряд чувствительных к изменению энергетического баланса механизмов, которые могут объяснить склонность человека к увеличению МТ. Более глубокое понимание патофизиологических механизмов, лежащих в основе увеличения МТ, важно для определения новых стратегий профилактики и лечения.
ожирение
энергетический баланс
механизмы возникновения ожирения
патогенез ожирения.
1. Березина М.В., Михалева О.Г., Бардымова Т.П. Ожирение: механизмы развития // Сибирский медицинский журнал, 2012, №7. – С.15-18. URL.:https://cyberleninka.ru/article/n/ozhirenie-mehanizmy-razvitiya (дата обращения: 03.02.2019).
2. Гуляева И.Л., Соболь А.А., Смирнова Е.Н., Турунцева О.Н. Оценка композитного состава тела и вегетативного статуса у женщин с ожирением в ранний постменопаузальный период с гипотиреозом//Сборник тезисов VII Всероссийского диабетологического конгресса «Сахарный диабет в XXI веке – время объединения усилий», 2015. – М: УП Принт, 2015. – С. 254.
3. Гуляева И.Л., Турунцева О.Н., Соболь А.А., Степанова Т.А. Композитный состав тела и функция эндотелия у женщин с ожирением в ранний постменопаузальный период// Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6; URL: http://www.science-education.ru/120-16214 (дата обращения: 15.01.2019).
4. Дедов И.И., Мельниченко Г.А., Романцова Т.И. Патогенетические аспекты ожирения // Ожирение и метаболизм 1'2004. – С.3-9. URL.:https://cyberleninka.ru/article/n/patogeneticheskie-aspekty-ozhireniya (дата обращения: 03.02.2019).
5. Родионова Т.И., Тепаева А.И. Ожирение- глобальная проблема современного общества // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 12-1. – С. 132-136;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=30779 (дата обращения: 03.02.2019).
6. Романцова Т.И. Эпидемия ожирения: очевидные и вероятные причины // Ожирение и метаболизм №1 - 2011. – С. 5-19.URL: https://cyberleninka.ru/article/n/epidemiya-ozhireniya-ochevidnye-i-veroyatnye-prichiny.(дата обращения: 03.02.2019).
7. Смирнова Е.Н., Гуляева И.Л., Степанова Т.А., Соболь А.А., Турунцева О.Н. Оценка показателей гемостаза и функции эндотелия у женщин с ожирением в раннем постменопаузальном периоде// Тромбоз, гемостаз и реология. 2016. Т. 67. № S3. С. 137-139.
8. Чурилов Л.П. Новое о патогенезе ожирения // Мир Медицины N 3-4 2001. – С. 19-20. URL.:https://dspace.spbu.ru/bitstream/11701/5544/1/Ozirenie1.pdf(дата обращения: 03.02.2019).
9. Piaggi P.,Vinales K.L.,.Basolo A, Santini F. ,.Krakof (2017) Energy expenditure in the etiology of human obesity: spendthrift and thrifty metabolic phenotypes and energy sensing mechanisms. J Endocrinol Invest DOI 10.1007/s40618-017-0732-9
10. Wright SM, Aronne LJ. (2012) Causes of obesity. Abdom Imaging. 2012 Oct;37(5):730-2. DOI:10.1007/s00261-012-9862-x
11. Williams EP, Mesidor M, Winters K, Dubbert PM, Wyatt SB (2015) Overweight and Obesity: Prevalence, Consequences, and Causes of a Growing Public Health Problem. Curr Obes Rep. 2015 Sep;4(3):363-70. Doi: 10.1007/s13679-015-0169-4
12. Fruh SM (2017) Obesity: Risk factors, complications, and strategies for sustainable long-term weight management. J Am Assoc Nurse Pract. 2017 Oct;29(S1):S3-S14. Doi: 10.1002/2327-6924.12510.
13. Weyer C, Snitker S, Rising R, Bogardus C, Ravussin E (1999) Determinants of energy expenditure and fuel utilization in man: efects of body composition, age, sex, ethnicity and glucose tolerance in 916 subjects. Int J Obes Relat Metab Disord 23(7):715–722
14. Bogardus C, Lillioja S, Ravussin E, Abbott W, Zawadzki JK, Young A, Knowler WC, Jacobowitz R, Moll PP (1986) Familial dependence of the resting metabolic rate. N Engl J Med 315(2):96–100. doi:10.1056/NEJM198607103150205
15. Ravussin E, Lillioja S, Knowler WC, Christin L, Freymond D, Abbott WG, Boyce V, Howard BV, Bogardus C (1988) Reduced rate of energy expenditure as a risk factor for bodyweight gain. N Engl J Med 318(8):467–472. doi:10.1056/ NEJM198802253180802
16. Luke A, Durazo-Arvizu R, Cao G, Adeyemo A, Tayo B, Cooper R (2006) Positive association between resting energy expenditure and weight gain in a lean adult population. Am J Clin Nutr 83(5):1076–1081
17. Seidell JC, Muller DC, Sorkin JD, Andres R (1992) Fasting respiratory exchange ratio and resting metabolic rate as predictors of weight gain: the baltimore longitudinal study on Aging. Int J Obes Relat Metab Disord 16(9):667–674
18. Votruba SB, Thearle MS, Piaggi P, Knowler WC, Hanson RL, Krakof J (2014) Weight maintenance from young adult weight predicts better health outcomes. Obesity 22(11):2361–2369. doi:10.1002/oby.20854
19. Piaggi P, Krakof J, Bogardus C, Thearle MS (2013) Lower “awake and fed thermogenesis” predicts future weight gain in subjects with abdominal adiposity. Diabetes 62(12):4043–4051. doi:10.2337/ db13-0785
20. Weyer C, Vozarova B, Ravussin E, Tataranni PA (2001) Changes in energy metabolism in response to 48 h of overfeeding and fasting in Caucasians and Pima Indians. Int J Obes Relat Metab Disord 25(5):593–600. doi:10.1038/sj.ijo.0801610
21. Schlogl M, Piaggi P, Pannacciuli N, Bonfglio SM, Krakof J, Thearle MS (2015) Energy expenditure responses to fasting and overfeeding identify phenotypes associated with weight change. Diabetes 64(11):3680–3689. doi:10.2337/db15-0382
22. Reinhardt M, Thearle MS, Ibrahim M, Hohenadel MG, Bogardus C, Krakof J, Votruba SB (2015) A human thrifty phenotype associated with less weight loss during caloric restriction. Diabetes 64(8):2859–2867. doi:10.2337/db14-1881
23. Ortega E, Pannacciulli N, Bogardus C, Krakof J (2007) Plasma concentrations of free triiodothyronine predict weight change in euthyroid persons. Am J Clin Nutr 85(2):440–445

Цель исследования – оценка роли энергетического баланса в регуляции МТ, и разбор физиологических механизмов регуляции энергетического баланса, способных объяснить склонность человека к увеличению МТ.

Материалы и методы: Повествовательный обзор, основанный на поисках литературы в текстовой базе данных медицинских и биологических публикаций PubMed, а также в российской научной электронной библиотеке eLIBRARY до февраля 2019 года без ограничений по срокам. Поиск включал такие термины, как «ожирение», «этиология ожирения», «патогенез ожирения», «избыточный вес», «сопутствующая ожирению патология», «диабет», «сердечно-сосудистая система».

Основная часть

Основополагающий принцип энергетического баланса организма заключается в том, что потребление энергии с пищей и ее расход являются уравновешивающими факторами, которые и определяют МТ. Например, состояние постоянного положительного энергетического баланса, когда потребление энергии с пищей постоянно превышает ее расход ведет к увеличению МТ и в конечном итоге к ожирению, так как энергия в организме откладывается преимущественно в виде жира. Это в свою очередь объясняется тем, что способность организма запасать энергию в виде жира является одной из основных жизненно важных функций, особенно при ограничении поступления энергии [8,9].

Как на поступление энергии с пищей, так и на ее расход могут оказывать влияние самые различные факторы, такие как экологические, генетические, психологические и социальные факторы, а также параметры тела человека и многое другое, что затрудняет измерение энергетического баланса [9].

Поскольку РЭ представляет собой более стабильную сторону энергетического баланса, за последние 40 лет он был тщательно изучен, чтобы оценить его влияние на изменение МТ и получить представление о его роли в патогенезе ожирения.

РЭ измеряется в энергетическом балансе как предиктор будущего изменения МТ, он может быть непрерывно и точно измерен с помощью метода непрямой, как правило 24-часовой калориметрии, осуществляемой в дыхательной или метаболической камере [9].

Известные детерминанты 24-часового РЭ включают массу организма без жира («обезжиренную»), массу жира в организме, возраст, пол, этническую принадлежность, толерантность к глюкозе, а также наследственность. Все вместе физиологические детерминанты объясняют более 80% дисперсии расхода энергии между различными индивидами в данной популяции, оставшиеся (необъяснимое) отклонения в РЭ после статистической корректировки характеризуют индивида как потенциального предиктора будущего изменения МТа основе уравнения энергетического баланса [1,2,13].

Тем не менее в различных исследованиях были получены противоречивые результаты о роли РЭ в изменении МТ. Согласно принципам энергетического баланса, относительно низкий РЭ является предиктором долгосрочного увеличения МТ, что и было показано в исследовании на американских индейцах, проживающих на юго-западе США [15].

Аналогичным образом, снижение РЭ, предсказывающее увеличение МТ и развитие ожирения также наблюдалось в итальянской популяции и в исследовании детей [9].

Противоположные результаты были получены при изучении населения Нигерии, где более высокий РЭ был связан с увеличением МТ человека с течением времени [16].

 Наконец, в нескольких исследованиях показано отсутствие связи между РЭ и изменением МТ человека. [14].

Возможные объяснения этих противоречивых результатов, полученных в разных исследованиях, могут включать популяционные особенности организмов, генетические и экологические факторы. Разница в исследовательской обстановке и различная продолжительность наблюдения также может играть определенную роль.

Например, дефицит в ежедневном РЭ, сохраняющийся в течение нескольких лет, может привести к увеличению МТ из-за постоянного положительного энергетического баланса, даже если удается достичь и сохранить стабильность МТ в краткосрочной перспективе. В долгосрочном исследовании, проведенном в индейской популяции, проживающей в Фениксе (штат Аризона, США), где подавляющее большинство людей в зрелом возрасте постоянно набирают МТ, небольшой, но устойчивый положительный ежедневный энергетический баланс из-за относительно более низкого РЭ оказывает решающее значение на регуляцию массы тела [9,18].

Напротив, более высокий относительный РЭ (как показано в исследование нигерийского населения) может привести к небольшому ежедневному отрицательному энергетическому балансу, который в свою очередь может способствовать чрезмерному питанию с целью восстановить энергетическое равновесие, вызывая тем самым увеличение МТ, если большее поступление энергии с пищей поддерживается в течение более длительного периода времени и последовательно преодолевает суточную энерготрату [9].

Тем не менее, степень связи между РЭ и будущим изменением МТ (независимо от направленности) очень мала, что указывает на то, что потребление энергии с пищей является более мощной детерминантой ежедневного энергетического баланса, тем самым сильно влияя на изменение МТ у людей.

Расточительные и бережливые метаболические фенотипы одно из основных ограничений измерения РЭ. Энергетический баланс редко достигается в условиях свободного проживания, в основном из-за ежедневных колебаний в приеме пищи (поступлении энергии), которые могут стать более мощным фактором в пользу увеличения МТ у людей по сравнению с РЭ. Поскольку энергетический баланс представляет собой статическую и идеалистическую ситуацию, которая редко достигается в повседневной жизни, исследователи сосредоточились на изучении расхода энергии в условиях энергетического дисбаланса, придерживаясь гипотезы, что в зависимости от регуляции энергетического баланса могут быть выявлены субъекты, более склонные к увеличению / снижению МТ по сравнению с другими [9].

Причина этого изменения была оправдана тем фактом, что регулирование энергетического баланса является динамическим процессом, при котором возмущения одного компонента (поступление энергии с пищей или расход энергии) может вызывать биологическую и / или поведенческую компенсацию (адаптацию) в другом компоненте системы. Учитывая, что в нормальной жизни человек испытывает большие колебания в ежедневном потреблении пищи и изучая реакцию РЭ на экстремальные изменения в потреблении пищи, такие как голод или переедание можно пролить свет на предрасположенность или устойчивость людей к ожирению [9].

Среди всех компонентов 24-часового РЭ выделяют скорость метаболизма во сне (минимально необходимая энергия для поддержания нормальных метаболических функций организма), необходимые затраты на бодрствование и тепловой эффект пищи (в совокупности называются термогенезом «бодрствуй и питайся») и затраты энергии на физическую активность (обеспечивает наиболее варьирующий расход энергии) [8,9,19].

Термический эффект пищи определяется как увеличение РЭ после приема пищи и составляет примерно 10% от 24-часового расхода, состоит из обязательных затрат на усвоение питательных веществ, а также предлагаемого факультативного компонента, который может объяснить разные реакции людей на избыточное или уменьшенное потребление пищи, определить в конечном итоге изменение МТ [9].

Одним из проведенных в США перекрестных исследований было показано, что в условиях голодания энергетические затраты в среднем за 24 часа снизились примерно на 10% от своего базового значения в условиях энергетического баланса и увеличились на 10% при переедании [20].

Вероятно, данные эффекты уравнивают колебания в суточных поступлениях энергии с пищей с целью предотвращения ожирения или истощения организма, они могут достигаться организмом за счет торможения или активации термогенеза и холостых метаболических путей [4].

Интересно, что в этом же исследовании индивидуальные ответы РЭ на голодание и переедание показали широкую изменчивость и были тесно связаны друг с другом. Так ряд исследуемых, демонстрировавших большее снижение РЭ при голодании имели тенденцию к меньшему увеличению РЭ при переедании (метаболически экономные люди) другие исследуемые имели меньшее снижение РЭ при голодании и большее увеличение при переедании (метаболически расточительные люди). Эти результаты указывают на существование двух метаболических фенотипов человека: более метаболически эффективный тип, который тратит меньше энергии при переедании или недоедании (экономный), и менее эффективный тип, который, даже при переедании или голодании, расходует больше энергии.

Результаты исследования, определившего эти бережливые и расточительные метаболические фенотипы на основе расхода энергии в ответ на голодание и переедание были недавно воспроизведены в двух других независимых исследованиях с испытуемыми из разных этнических групп. В соответствии с результатами, полученными в одном из этих исследований, ответы РЭ на голодание и переедание (среднее значение ответов РЭ по четырем типам диет, которые включали в себя: сбалансированную диету, диету с высоким содержанием жиров, диету с высоким содержанием углеводов и диету с низким содержанием белка) в группе из 37 человек были строго коррелированы и большее снижение расхода энергии в ответ на голодание было связано с меньшим увеличением РЭ в ответ на переедание. Большее снижение РЭ при голодании, и меньшее увеличение РЭ при переедании в большей степени проявилось при диете с низким содержанием белка, а большее увеличение РЭ наблюдалось при диете с высоким содержанием углеводов [9,20].

Ответ РЭ на низко-белковые и высокоуглеводные диеты с перееданием не зависел друг от друга при прогнозировании изменения МТ, тогда как ответ РЭ на голодание зависел от реакции РЭ на переедание с низким содержанием белка [21]. В другом независимом исследовании 12 тучным, но в остальном здоровым людям проводили 24-часовые измерения РЭ внутри метаболической камеры во время энергетического баланса (100% потребностей в энергии для поддержания МТ), переедания сбалансированной диетой (200% потребности в энергии) и голодания в случайном порядке с последующим 50-недельным ограничением калорийности. При этом в течение 6 недель исследуемые находились в стационаре. Более метаболически экономные индивидуумы (то есть те, у кого снижение 24-часового РЭ при голодании значительное) показали меньшую потерю МТ после периода ограничения калорийности по сравнению с более расточительными индивидуумами (показавшие меньшее снижение РЭ во время голодания), которые показали большую потерю МТ за 6 недель голодания [22]. Результаты трех вышеупомянутых исследований подтверждают существование четко определенных фенотипов, связанных с поддержанием МТ у людей. Данные фенотипы существуют как у людей с нормальной МТ, так и у людей с ожирением: энергоэффективный («экономный») фенотип, характеризующийся более низким 24-часовым РЭ, и имеет большую склонность к самопроизвольному увеличению МТ и / или меньшей потере МТ во время ограничения калорийности по сравнению с более «расточительным» фенотипом.

Физиологические механизмы, лежащие в основе изменения РЭ в ответ на диетическое вмешательство, которые определяют два метаболических профиля, найденные в человеческой популяции, еще предстоит выяснить, но они могут быть связаны с процентным содержанием жира в организме, его распределением, температурой тела, гормональными медиаторами, такими как гормоны аппетита, тонусом симпатической нервной системы и генетическим полиморфизмом [3,7,9].

Энерго - чувствительные механизмы

Предполагается, что РЭ может быть основной движущей силой потребления пищи в соответствии с гипотезой что РЭ является указанием на потребность организма в энергии и может регулировать потребление пищи посредством централизованной модуляции голода. С эволюционной точки зрения, связь между РЭ и потреблением пищи гарантирует то, что организм будет испытывать физиологическое стремление найти достаточно пищи для поддержания жизнедеятельности.

Хотя у предрасположенных к полноте коренных американцев обнаружена обратная связь между относительно более низким расходом энергии во время энергетического баланса и будущим изменением массы тела, другое исследование, проведенное с нигерийским населением, показало, что относительно более высокий РЭ предрасполагает к увеличению МТ в будущем. Это может быть объяснимо тем, что относительно более высокий РЭ может увеличить чувство голода и поведение по поиску пищи у большинства людей, возможно, даже приводя в некоторых случаях к большему, чем необходимо, потреблению пищи и увеличению МТ. Поддерживая эту гипотезу, исследователи нашли прямую связь между РЭ в состоянии покоя и приема пищи, а также ощущением голода, измеренным в течение 3-месячных испытаний [9].

Эффекты от энерготрат при приеме пищи могут частично действовать через центральные пути, способные модулировать аппетит. Это возможно путем обмена различных тканей и гипоталамуса сложными гормональными сигналами, способными воздействовать на активные центры [5,9].

Центры голода и насыщения локализованы соответственно в вентро-латеральных и вентро-медиальных ядрах гипоталамуса. Эмоционально-поведенческие аспекты приема пищи регулируются центрами, расположенными в кортикальной части лимбической системы (гиппокамп, поясная извилина, инфраорбитальная область), а также в миндалине, при разрушении которой возникает психическое безразличие к предлагаемой пище [5].

Гормональные сигналы, информирующие об энергетических потребностях организма от периферии, могут передавать ряд веществ, включая адипокины, высвобождаемые из жировой ткани, и миокины, высвобождаемые из скелетных мышц, или другие факторы, выделяемые из различных тканей. К первым относятся адипонектин и лептин - белки, выделяемые адипоцитами для индикации состояния запасов энергии в организме. Лептин (пептидный гормон) вырабатывается адипоцитами в «сытом» состоянии, его количество пропорционально массе жировой ткани. Он увеличивает продукцию тормозных сигналов, адресованных вентролатеральным центрам голода, в которых уменьшается выработка нейропептида Y, стимулирующего аппетит и пищевое поведение [5]. Поскольку снижение уровня лептина при ограничении калорийности или потере МТ активирует пути стимулирования аппетита в организме, включая путь меланокортина [9], концентрация лептина может также регулировать связь между РЭ и приемом пищи, например, притупляя связь, когда организм уже имеет достаточные запасы энергии или усиливая ее, приводя к увеличению потребления пищи при дефиците энергии в организме. Около 20% больных ожирением имеют абсолютную лептиновую недостаточность. Более 80% больных характеризуются выраженной гиперлептинемией, вероятно, связанной с лептинорезистентностью [5]. Еще одним медиатором, продуцируемым жировой тканью, является интерлейкин-6, содержание которого увеличивается пропорционально массе жира в организме [4,5].

Одним из медиаторов энергетического баланса может являться глюкоза, артерио-венозная разница по которой возбуждает глюкорецепторы вентромедиальных ядер гипоталамуса (центр насыщения), индуцируя чувство насыщения [5].

Концентрации желудочно-кишечных гормонов, которые, как известно, стимулируют чувство голода, такие как грелин, или действуют как агенты сытости, включая глюкагоноподобный пептид 1, глюкагон, инсулин, пептид YY и полипептид поджелудочной железы, также являются возможными медиаторами оценки энергии организмом [9].

Еще одним потенциальным медиатором может быть гормон щитовидной железы трийодтиронин (Т3), который был связан с РЭ, так как его концентрация увеличивается и уменьшается при увеличении и уменьшении МТ [23].

Все эти гормональные посредники могут действовать согласованно с влиянием гомеостатической связи между РЭ и ее поступлением с пищей, отражая энергетические потребности организма. Но при нарушении данной согласованности под влиянием различных факторов, таких как чрезмерный избыток субстрата, эндокринные разрушители, могут возникнуть патологические сдвиги в энергетическом обмене, приводящие к ожирению [1,6,9].

Заключение

Исследования, оценивающие адаптивный ответ одного компонента (РЭ или прием пищи) к изменения другого компонента энергетического баланса, выявили как существование различных метаболических фенотипов людей, так и энергетических механизмов, связывающих РЭ с ее поступлением с пищей, которые могут объяснить склонность человека к увеличению МТ. Более глубокое понимание сложного взаимодействия между метаболизмом организма и потреблением пищи может дать представление о патофизиологических механизмах, лежащих в основе увеличения веса, что в конечном итоге может послужить основой для успешной профилактики и лечения ожирения.


Библиографическая ссылка

Шуклин Г.О., Шуклина А.А., Япаров А.Э. РОЛЬ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО БАЛАНСА В ПАТОГЕНЕЗЕ ОЖИРЕНИЯ // Международный студенческий научный вестник. – 2019. – № 1. ;
URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=19556 (дата обращения: 03.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074