PDF Предварителни бележки Енергийна хомеостаза Глюкостатичната теория Липостатичната теория
Кратко описание
Изтеглете предварителни бележки Енергийна хомеостаза Глюкостатичната теория Липостатичната теория. 05.
Описание
Модул CME регулиране на енергийната хомеостаза - фокус върху мозъка Предварителни бележки ……… . …………………… . …………………. ………………… . 02 Енергийна хомеостаза.… . …………………… . …………………. ………………… . 03 Глюкостатичната теория…. ……………… . …………………. ………………… . 04 Липостатичната теория …………………. ……………… . ……….…. ……… . ……. 05 Невроендокринен контрол на енергийната хомеостаза ……. ……………. ……….… . 07 Промяна на парадигмата при изследване на затлъстяването ……………. …………….
Предварителни бележки Жителите на западните държави с прекомерното им предлагане на храна все повече показват проблема със затлъстяването. Разпространението на затлъстяването като възможна причина за непоносимост към глюкоза непрекъснато се увеличава в Германия. При ИТМ ≥ 30 в момента около 21% от възрастните мъже и почти 20% от възрастните жени са с наднормено тегло. Ако смятате наднорменото тегло по отношение на ИТМ ≥ 25, половината от всички мъже и 1/3 от жените са с наднормено тегло [1]. Страшна тенденция в детството и юношеството дава представа за измеренията на нарастващата тежест на разходите и затрудненията в предлагането в здравната система. В допълнение към генетичната предразположеност, наддаването на тегло и затлъстяването са значими рискови фактори за развитието на нарушена глюкозна хомеостаза.Увеличението на един килограм телесно тегло е свързано с увеличаване на разпространението на диабета с 9%. Метаболитният синдром предлага на изследователски групи в цял свят многобройни отправни точки за разбиране на патомеханизмите на този болестен комплекс. От известно време насам етиологията на диабета заема съвсем нова перспектива: мозъкът е фокусът на метаболизма на енергията и глюкозата.
Енергийна хомеостаза Всяко хранене се различава по своето количество и хранителен състав. От една страна, външни влияния, като напр Б. социални и емоционални фактори, фактор време и разходи, от друга страна степента на глад или ситост. Въпреки тази изключително колеблива енергийна консумация, тялото успява да поддържа баланса между енергийния прием и изхода в дългосрочен план. Говори се за енергийна хомеостаза. Нарушаването на тази хомеостаза осигурява основата за увеличаване на теглото и свързаните с него вторични заболявания (метаболитен синдром). Досега класическата диабетология се основава на две теории за развитието на затлъстяването като рисков фактор за захарен диабет тип 2:
глюкостатичната теория липостатичната теория.
Тези механизми за ситост информират тялото за неговите енергийни резерви. Измерването на запасите от гликоген предоставя информация за краткосрочното съхранение на енергия. Нивото на запълване на мастните запаси (висцерален или подкожен модел на разпределение) предоставя информация за дългосрочното енергийно депо. Този вход дава възможност на мозъка да адаптира метаболитния си статус към баланса на енергията и кръвната захар. Хипоталамусът служи като централна превключваща точка.
Глюкостатичната теория Глюкостатичната теория е създадена от ЖАН МАЙЪР още през 50-те години [2]. Той описва цикъла на регулиране на кръвната захар. Хипоталамусът регистрира концентрацията на глюкоза в кръвта. Сензорите са хипоталамусни неврони, глюкозните сензори. Това са u. а. откриваем и в черния дроб. Там те определят концентрацията на глюкоза в кръвта, достигаща черния дроб от червата през порталната вена, и регистрират колебанията в концентрацията, които зависят от приема на храна. Информацията от тези периферни глюкозни сензори се предава в ЦНС чрез блуждаещия нерв. Ендокринологични промени като Според тази теория инсулинът, глюкагонът и кортизолът са отговорни предимно за поддържане на концентрацията на глюкоза, която се определя в тесни граници. Това се постига чрез регулиране на приема на храна чрез модифициране на чувството за глад и ситост. Високите концентрации на глюкоза допринасят за ситостта, ниските допринасят за развитието на глад. Друг механизъм на регулиране на кръвната захар е производството на чернодробна глюкоза или усвояването на глюкоза в тъкани като Б. скелетните мускули.
Липостатичната теория Липостатичната теория също води началото си през 50-те години. GORDON C. KENNEDY описва веригата за контрол на мазнините [3]. Циркулиращите метаболитни продукти и хормони сигнализират на хипоталамуса колко пълни са мастните депа и по този начин предоставят информация за дългосрочното енергийно състояние на организма и текущата метаболитна ситуация. Тук също хипоталамусът е централната превключваща точка, за да поддържа депата на телесните мазнини на постоянно ниво на пълнене. Така наречената липостаза се контролира чрез коригиране на приема на храна.
Фигура 1: Принцип на централната регулация на енергийния и глюкозния метаболизъм (модифициран от [4])
Тялото поддържа енергийния прием и енергията в баланс. Говори се за енергийна хомеостаза.
Нарушаването на тази хомеостаза води до увеличаване на теглото и свързаните с него вторични заболявания (метаболитен синдром).
Магазините за гликоген предоставят информация за краткосрочното съхранение на енергия.
Мозъкът регулира телесната маса, като контролира приема на храна.
Високите концентрации на глюкоза допринасят за ситостта, ниските допринасят за развитието на глад.
дорзомедиалното хипоталамусно ядро (DMH), дъговидното ядро (ARC) и паравентрикуларното ядро (PVN),
е процесът на интеграция. Това означава, че популациите на специфични неврони компенсират многобройните хуморални и невронни сигнали от периферията. Те предоставят информация за състоянието на запълване на собствените енергийни запаси на тялото с информация за приема на храна [9,10]. В отговор импулсите се изпращат обратно в периферията, за да контролират чувството на глад и ситост, да регулират консумацията на енергия и да регулират нивото на кръвната захар. Някои от невронните системи и невропептидите, които регулират приема на храна, вече са разгледани в модула Причини и диагностика на затлъстяването. Според предишни проучвания дъговидното ядро на хипоталамуса е седалището на две доминиращи популации на неврони:
невроните, продуциращи проопиомеланокортин (POMC неврони), свързаните с агути протеини и невропептид Y-продуциращи хормони (AgRP/NPY неврони) 7
Фигура 2: Принцип на регулиране на енергийния и глюкозния метаболизъм в хипоталамуса (модифициран от [4])
Фигура 2 показва принципа на тези популации на чувствителни към хормони и хранителни вещества неврони за централната регулация на енергийния и глюкозния метаболизъм. След стимулиране на POMC невроните u. а. системата реагира на лептин с освобождаването на алфа-MSH [11]. Този силно мощен метаболит POMC води до намален прием на храна и повишена енергийна мощност (катаболни превключващи пътища). Това води до загуба на тегло в дългосрочен план. За разлика от тях, AgRP и NPY стимулират приема на храна и намаляват консумацията на енергия (анаболни превключващи пътища). Експресията на тези невротрансмитери се стимулира от липса на лептин или от гладуване [12]. Настъпва наддаване на тегло. Излишъкът на лептин обаче не води непременно до намаляване на апетита. Говори се за лептинова резистентност. Той се среща при затлъстели хора с повишени нива на лептин [13] и е полезен, когато хората все още са зависими от мастните натрупвания поради липса на храна. Лептинът не предпазва тялото от прекомерен прием на храна, както се подозира. Напротив: работата на Лептин е да предотврати липсата на храна. 8-ми
Подобно на лептина, инсулинът преминава кръвно-мозъчната бариера. Чрез свързване с инсулиновите рецептори, разположени в мозъка, той стимулира производството на медииращ ситостта невротрансмитер POMC. Производството на медииращия глада невротрансмитер AgRP се намалява от инсулина [14]. Кратък преглед на участващите сигнални молекули е полезен за илюстриране на сложността на зависимите от храненето механизми за обратна връзка. Въз основа на ефекта им върху различните целеви невронови популации, те се разделят на медииращи за ситостта (аноректични или анорексигенни) и медииращи глада (оректични или орексигенни) вещества (табл. 1).
Таблица 1: Невропептиди, които влияят върху приема на храна (модифициран от [7]).
Невропептид Y (NPY) Меланин концентриращ хормон (MCH) Агути свързан пептид (AgRP) Галанин Орексин А и В Бета-ендорфин Опиод Норепинефрин (алфа2-рецептор) Гама-амино-маслена киселина (GABA) Грелин Канабиноиди Глюкокортикоиди
Меланоцитен стимулационен хормон (Alpha-MSH) Кортикотропин освобождаващ фактор (CRF) Кокаин и амфетамин-регулиран транскрипт (CART) Глюкагон като пептид-1 (GLP-1) Тиротропин освобождаващ хормон (TRH) Холецистокинин (CCK) Невротензин Ентеростатин Амилин Серотонин Доролин (Алфа1 рецептор, Бета1 рецептор) пептид PYY 36
Чрез тези сигнали централната нервна система получава информация за състоянието на запълване на енергийните депа, както и за качеството и количеството на погълнатата храна. В отговор на поглъщането на храна в стомашно-чревния тракт се произвеждат хормони и паракринни фактори (включително CCK, GLP-1, грелин), които основно медиират своите ефекти чрез блуждаещия нерв. Последните изследвания обаче показват, че някои от тези хормони се синтезират в самия мозък. Глюкагон като пептид-1 се синтезира не само от епителните клетки в илеума и дебелото черво, но също така и в N. tractus solitarius. Тази популация от неврони се проектира в хипоталамуса и амигдалата. Настъпва спиране на приема на храна.
POMC невроните са анорексични.
AgRP/NPY невроните имат орексигенен ефект.
Чрез информационни вещества ЦНС получава сигнали за състоянието на запълване на мастните натрупвания, както и за качеството и количеството на консумираната храна.
Работата на Лептин е да предотвратява хранителни дефицити.
Затлъстелите хора с повишени нива на лептин имат лептинова резистентност.
Синтезът на периферно произведени хормони и паракринни фактори също се осъществява отчасти в самия мозък (напр. GLP-1).
Предишните хипотези имат общо предположението, че мозъкът автоматично получава достатъчен запас от енергия, като поддържа запасите от мазнини или кръвната глюкоза постоянни. Според глико- и липостатичната теория това е пасивен процес. В допълнение, и двете теории търсят причината за затлъстяването в дефект в затворената регулаторна система, в който областите и невронните популации на хипоталамуса представляват най-високото ниво на мазнини, глюкоза и по този начин енергийна хомеостаза. Все още остават отворени много въпроси относно етиологията на затлъстяването и диабета. Това е причината някои изследователски групи да създадат изцяло нова теория за енергийното снабдяване на организма: Мозъкът е върховният регулаторен орган. Той „егоистично“ първо регулира собствените си изисквания за АТФ чрез активно снабдяване с енергия. Примките за контрол на кръвната захар и мазнини играят подчинена роля. 10
Мозъкът може да съхранява енергия само по много ограничен начин. Мозъкът зависи главно от глюкозата като АТФ субстрат; Мозъкът може да задоволи енергийните си нужди само с мастни киселини в средносрочен и дългосрочен план (напр. На гладно). Мозъкът е изолиран от периферията чрез кръвно-мозъчната бариера. Централното изискване за глюкоза може да бъде изпълнено само с помощта на инсулинозависим (GLUT1) транспортер.
За да отговори на своите огромни енергийни нужди, мозъкът трябва да се конкурира с други органи за наличните енергийни ресурси. Доказателства за това вече могат да бъдат намерени в разследванията на МАРИ КРИГЕР от 1921 г.
Патолог от Йена е изследвал мозъка на починалия, който е умрял от глад и е бил изтощен. Докато вътрешните органи като черния дроб, бъбреците и далака губят до 40% от масата си, мозъчната маса намалява само с 2%. Въз основа на тази работа може да се докаже „егоизмът“ на мозъка. Тези открития обаче бяха забравени в продължение на няколко десетилетия. В ситуации на дефицит снабдяването на мозъка има основен приоритет и е за сметка на всички останали органи.
Забележка: Специалното положение на мозъка се характеризира с а. от през:
разграничаването му към периферията
неговата висока консумация на енергия
неговият нисък капацитет за съхранение на енергия
неговата функция като интеграционен орган
Фигура 3: Модел на теорията за егоистичния мозък (модифициран от [18])
Плътни стрелки = стимулация. Пунктирани стрелки = инхибиране. Жълто = контролиране на популациите на невроните
Експериментите с животни показват, че непокътнатото изтегляне на мозъка ефективно предпазва от наддаване на тегло. Докато мозъкът може да задоволи глада си за глюкоза, няма нужда тялото да увеличава приема на храна. С други думи, независимо от предлагането на храна, затлъстяването не трябва да се проявява при нормални условия. Но защо има толкова много хора с наднормено тегло? Според теорията за егоистичния мозък причината за това е нарушаване на обработката на сигнала на нивото на мозъчните полукълба.
Затлъстяване поради неуспешно разпределение Според теорията за егоистичния мозък причината за наддаването на тегло не се крие в регулирането на кръвната захар и мазнините, както е описано по-горе. По-скоро вината е локализирана в по-високите нива на мозъчните полукълба. Нарушение на функцията на невроните в амигдалата, хипокампуса или хипоталамуса може да доведе до нарушаване на предаването на сигнала. Затлъстяването е последица от такава неизправност. Има различни причини за смущения в контролните центрове на мозъка [19]:
механични дефекти (травма, тумори) генни дефекти (напр. липса на рецептори на лептин или липса на рецептори за невротрофичен фактор (BDNF)), програмиране на живопис (посттравматично стресово разстройство, хранителни разстройства) антидепресанти на хроничен стрес, лекарства, алкохол, подсладители и др.
Поддържането на енергийните нива на мозъка е основен приоритет.
Централните контролни центрове са мозъчните полукълба.
Енергията се изисква активно чрез механизмите за изтегляне на мозъка: „Енергия при поискване“.
Причината за затлъстяването е нарушаване на централните контролни центрове. Възниква неуспех на разпределението. Получената хипергликемия причинява захарен диабет тип 2.
Състоянието на инсулиновата терапия при захарен диабет тип 2 се поставя под въпрос. Инсулинът също така предпазва мозъка от спешно необходимо усвояване на глюкоза.