Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 10
1.1 Исторический очерк 10
1.2 Физиологические особенности адипоцита и пищевого поведения 11
1.3 Роль генетических мутаций в нарушении массы тела 29
1.4 Микрофлора кишечника и ожирение 30
1.5 Особенности пубертатного периода с позиции эндокринолога .31
1.6 Методы оценки нарушения массы тела 32
Глава 2. Материал и методы исследования 35
2.1 Дизайн исследования 35
2.2 Скрининг 37
2.3 Антропометрическое исследование 39
2.4 Лабораторная диагностика .46
2.5 Статистический анализ .47
Глава 3. Результаты 49
3.1 Гендерно-возрастные и семейные особенности развития нарушения массы тела 49
3.2 Оценка репрезентативности измерений ИМТ и биоимпендансометрии при ожирении 55
3.3 Сравнительная чувствительность разных методов БИ 61
3.4 Влияние индивидуальных факторов на риск развития ожирения .65
Глава 4. Метаболические изменения при развитии ожирения в подростковом возрасте 73
4.1 Влияние избыточного содержания жировой ткани на различия биохимических показателей 73
4.2 Влияние характера питания и содержания жировой ткани на изменение биохимических показателей .75
4.3 Гендерные различия изучаемых метаболических параметров 78
Обсуждение 85
Заключение .94
Выводы 96
Практические рекомендации .97
Список сокращений .98
Список литературы 100
Приложения 116
- Физиологические особенности адипоцита и пищевого поведения
- Гендерно-возрастные и семейные особенности развития нарушения массы тела
- Влияние индивидуальных факторов на риск развития ожирения
- Гендерные различия изучаемых метаболических параметров
Физиологические особенности адипоцита и пищевого поведения
Современные знания в сфере биохимии и физиологии указывают на тончайшие взаимодействия различных систем организма, влияющих на липидный обмен и эндокринную активность жировой ткани. На схеме 1.1. отражена хронологическая последовательность (суммарные данные по литературе) наиболее важных открытий в области изучения механизмов развития нарушения массы тела, начиная с середины XX века.
С позиции современных знаний метаболическая активность адипоцита выражается в изменении его функций в ответ на нейрогуморальные влияния. Поскольку основной функцией адипоцита, помимо способности запасать энергию, является секреция гормонов в кровь (молекулы, синтезируемые адипоцитами, принято называть адипокинами, или адипоцитокинами), имеет смысл более подробно остановиться на строении и функции некоторых из них.
В исследованиях было установлено, что лептин секретируется в кровь адипоцитами [36]. В кровеносном русле часть лептина связывается с белками плазмы, а часть находится в свободном состоянии. Именно свободный лептин, связываясь с рецепторами, оказывает свои физиологические эффекты.
Рецепторы к лептину обнаружены во многих тканях, в том числе в ядрах гипоталамуса [146]. Центральное действие лептина представлено тормозящим влиянием на нейроны, синтезирующие нейропетид Y (см. далее). Таким образом лептин воздействует на пищевое поведение (ПП) [121], подавляя аппетит.
Периферическое действие лептина более многогранно. В мышечной ткани лептин стимулирует поглощение глюкозы и ее метаболизм [104]. При активации гепатоцитов - продукция глюкозы de novo (глюконеогенез) и путем распада гликогена (гликогенолиз) [24]. Воздействуя на Р-клетки поджелудочной железы, лептин тормозит секрецию инсулина [59].
Действие лептина, как и любого гормона, обусловлено наличием и нормальным функционированием его рецепторов. В настоящее время известно 6 изоформ рецептора (рисунок 1.2), представленных в разных тканях:
самый короткий рецептор - ObRe. Это циркулирующий в крови лептинсвязывающий и презентирующий белок;
ObRa, с и d - трансмембранные белки;
ObRf и ObRl(long)/ObRb - трансмембранные белки с цитоплазматическим доменом, наиболее длинные формы;
ObRa и ObRb (представлены только в гипоталамусе) [45].
В таблице 1.2.1 приведены суммарные данные литературы о присутствии рецепторов лептина в различных тканях. В исследованиях также было показано, что уровень лептина положительно коррелирует с массой подкожной жировой ткани, независимо от процентного содержания висцерального жира [92]. Содержание лептина, оказывающего липостатическое действие, достоверно выше у женщин, чем у мужчин, что, возможно, связано с липогенным влиянием эстрогенов [124]. В более поздних исследованиях обнаружено влияние лептина на транспорт глюкозы в адипоциты [39].
В японском исследовании доказано, что у мужчин мутация Q223R LEPR была связана с гиперлипемией липопротеидов низкой плотности (ЛПНП) и гиполипемией липопротеидов высокой плотности, а также невысоким терапевтическим эффектом симвастатина [136].
О концентрации лептина у подростков из литературы известно следующее. M. Ahmed и соавт., ученые из Оксфорда [100], на протяжении 8 лет исследовали плазменный уровень лептина у 40 детей (20 девочек и 20 мальчиков), учитывая композиционный состав тела и степень полового развития по Таннеру. Были получены следующие результаты: у девочек концентрация лептина достоверно повышалась непосредственно перед и при наступлении половой зрелости, в то время как у мальчиков уровень лептина снижался. Авторы предположили связь лептина с инициацией полового созревания у девочек. Благодаря аналогичным исследованиям, подтвердившим данные результаты, Kiss-peptide и лептин теперь рассматриваются как триггеры пубертата. Возможно, это объясняет, почему при чрезмерных физических нагрузках и недостаточной калорийности питания у девочек, профессионально занимающихся спортом, происходит задержка полового созревания.
Примечание к рисунку 1.2.2 Extracellular – надмембранная часть, Intracellular – внутриклеточная часть рецептора. Box1 – внутриклеточный домен. Цифры под каждым из рецепторов обозначают количество аминокислот. Y – аминокислота тирозин.
О концентрации лептина у подростков из литературы известно следующее. M. Ahmed и соавт., ученые из Оксфорда [100], на протяжении 8 лет исследовали плазменный уровень лептина у 40 детей (20 девочек и 20 мальчиков), учитывая композиционный состав тела и степень полового развития по Таннеру. Были получены следующие результаты: у девочек концентрация лептина достоверно повышалась непосредственно перед и при наступлении половой зрелости, в то время как у мальчиков уровень лептина снижался. Авторы предположили связь лептина с инициацией полового созревания у девочек. Благодаря аналогичным исследованиям, подтвердившим данные результаты, Kiss-peptide и лептин теперь рассматриваются как триггеры пубертата. Возможно, это объясняет, почему при чрезмерных физических нагрузках и недостаточной калорийности питания у девочек, профессионально занимающихся спортом, происходит задержка полового созревания.
Адипонектин – белок, состоящий из последовательности 244 аминокислот, продукт гена ADIPOQ. Этот белок был описан независимо друг от друга 4 разными исследовательскими группами [97, 127, 107, 80].
Синтезируется адипонектин в жировой ткани, после чего полноразмерная молекула молекулярной массой 30 кДа (fAd) секретируется в кровь. В крови fAd подвергается действию фермента, в результате чего образуется более короткая молекула – глобулярный адипонектин – gAd (моно тригексамерные формы). Образовавшиеся продукты были обнаружены у людей и экспериментальных мышей. gAd и fAD характеризуются одинаковыми эффектами, однако gAd обладает более высокой метаболической активностью [116].
Секреция и синтез адипонектина зависят от нескольких факторов. В исследовании in vitro на адипоцитах висцеральной жировой ткани человека было показано, что инсулиноподобный ростовой фактор (ИРФ-1) и инсулин увеличивают экспрессию гена адипонектина. Агонисты PPAR- также увеличивают концентрацию мРНК адипонектина [98]. Фактор некроза опухоли альфа (ФНО), интерлейкины (ИЛ), катехоламины угнетают экспрессию адипонектина [53]. При СД2 снижена концентрация адипонектина. Однако возникает ли это вследствие формирования инсулинорезистентности (ИР), висцерального ожирения, или первичное снижение экспрессии гена адипонектина влечет за собой метаболические нарушения и развитие СД2, пока выяснить не удалось.
Гендерно-возрастные и семейные особенности развития нарушения массы тела
Для решения задач, поставленных в диссертационной работе было обследовано 200 человек. На первом этапе мы анализировали результаты анкетирования (анкеты ВОЗ, см. (см. Приложение №3) и антропометрических измерений. Сравнив их между собой, была отмечена достоверная связь изучаемых параметров с учетом полового диморфизма. Юноши опережали девушек в показателях роста, веса, ИМТ и, напротив, имели достоверно меньшую жировую массу. У девушек среднее значение роста стоя равнялось 170 см, у юношей этот показатель составил 176,2 см. Недостаток массы тела был отмечен у 17% девушек. Среди юношей старше 18 лет недостатка массы тела зарегистрировано не было, минимальный ИМТ в этой возрастной группе составил 18,7 кг/м2. В ходе исследования у юношей было зарегистрировано достоверно более высокое САД по сравнению с девушками. Значения САД у юношей приближалось к верхней границе возрастной нормы - 136 мм рт. ст. Колебания цифр АД в разных возрастных группах вероятнее всего отражают нормальные физиологические процессы, связанные с ростовым «скачком» и половым созреванием [7].
У девушек выявлено достоверно более высокое содержание общей жировой ткани по сравнению с юношами (таблица 3.2): 31,7% против 18,9%, но меньшее содержание висцерального жира: 2,1% и 3,03%, соответственно (средние значения в каждой из групп). Подобное распределение является физиологичным, в силу неравновесной роли эстрогена и тестостерона. Под действием возрастающей концентрации эстрогенов происходит пролиферация преадипоцитов в зрелые адипоциты преимущественно в подкожной жировой ткани [91], тогда как, повышающаяся концентрация тестостерона обуславливает дифференцировку мышечной ткани и адипоцитов висцеральной жировой ткани. Высокая активность окислительно восстановительных реакций в мышечной ткани способствует более легкому и быстрому сжиганию подкожного жира. Положительный эффект на эти процессы, по данным независимых исследований, оказывают половые гормоны прогестерон и тестостерон. Справедливо предположить, что относительная прогестероновая недостаточность у здоровых девушек в пубертатном периоде может предрасполагать к избыточному накоплению ПЖТ [103, 64, 120]. В таблице 3.4 с гендернообусловленным формированием групп анализа представлены различия атропометрических показателей.
Исходя из полученных данных, именно в возрасте 18-25 лет девушки имеют более высокий риск набора веса за счет действия эстрогенов. Возможно, этим объясняется отсутствие у принявших участие в исследовании девушек недостатка ЖТ, даже при ИМТ ниже возрастной нормы. В отличие от девушек, среди представителей мужского пола недостаток жировой ткани встречается часто (у 35% исследуемых). При дальнейшем исследовании показателей удалось соотнести и выявить положительную корреляцию среди параметров «процент общей жировой ткани» и окружность кисти (r=0,64). При этом не было выявлено корреляции с ИМТ.
В исследовании также было отмечено, что с 17 лет начинается увеличение содержания висцеральной жировой ткани в обеих гендерных группах (таблица 3.3). При этом как критический должен рассматриваться возраст 18 лет. Подобной положительной связи возроста и количества общей жировой массы отмечено не было. Возможно это объясняется тем, что для формирования общего ожирения достаточно изменения питания и физической активности, тогда как висцеральное ожирение связано не только с образом жизни, но и завершением ростового скачка.
По мере взросления все изучаемые параметры достоверно изменялись. Такая динамика прослеживалась и в общей выборке и отдельно у участников исследования обоих полов (рисунки 3.2,3.3). В ходе статистического анализа были отмечены значимые отличия состава жировой ткани при завершении пубертата. Ниже, в таблицах 3.5 и 3.6 представлены взаимосвязь ССС и жировой ткани при сравнени групп 15 и 16 лет и 15 и 18 лет. Наиболее выражен прирост общей и висцеральной жировой ткани и снижение цифр ДАД, и сооответственно, разницы САД и ДАД.
Как и ожидалось в начале исследования, были отмечены достоверные гендерные и возрастные расхождения в таких показателях как рост, вес, АД, окружность шеи, талии бедер. Это отражает процесс нормального физического развития (рис 3.4).
Таким образом, на данном этапе было показано, что изменения, происходящие в организме в период взросления, оказались статистически значимыми, что позволило выделить «возрастной предел». В период 16 –ти лет начинается статистически значимое увеличение доли общей жировой ткани (рисунк 3.3). 18-летний возраст представляет собой рубеж, после которого начинается отложение висцерального жира, не связанного с ожирением и стабилизация показателей АД (рис. 3.4).
Влияние индивидуальных факторов на риск развития ожирения
На данном этапе исследования была изучена совокупность индивидуальных факторов развития и анамнеза каждого из участников, включающие в себя данные анкетирования (таблицы ВОЗ по питанию и уровню физической активности, см. приложение 1) и данные анамнеза:
Ожирение у одного или обоих родителей
Случаи ИМ в семье
Случаи АГ в семье
СД2 у ближайших родственников (родители, бабушки, дедушки).
Отягощенный онкологический анмнез в семье
Рост при рождении
Вес при рождении
Сопоставиление групп происходило поданным анамнеза; по уровню физической активности и характеру питания.
Связь физической активности с риском развития ожирения
Для стратификации факторов риска развития нарушения массы тела был оценен образ жизни участников. Как и предполагалось, были выявлены связи сразу нескольких показателей. Так повышенное содержание общей жировой ткани связано с характером питания, а уровень физической активности достоверно взаимосвязано с количеством висцерального жира в организме. Как видно из данных таблицы 3.9, характер физической активности влияет на количество висцерального жира. Так ВЖТ достоверно выше в группе с низкими показателями физической активности. Помимо этого, высокое содержание висцеральной жировой ткани сочетается с более высоким САД и ДАД.
Влияние семейных случаев АГ на риск развития ожирения
По данным анамнеза всего было зарегистрировано 34 случаев АГ у членов семьи участников. Среднее значение САД и ДАД в группе c отягощенным анамнезом составило 129±18,41 мм рт ст и 76±7,83 мм рт ст, соответственно. Но отличий этих показателей от группы без отягощенного анамнеза не было выявлено. Последующий расчет показал отсутствие значимых корреляций с такими параметрами как ОЖТ и ВЖТ. В то же время, в группе с отягощенным анамнезом достоверно больше окружность талии: 75±1,79 см против 70,3±6,7 см (таблица 3.10).
Связь ожирения с наличием и отстутствием семейных случаев СД 2
Всего по данным анамнеза было зарегистрировано 58 случаев СД2 у членов семьи участников. В результате вычислений была обнаружена сходимость показателей веса при рождении: в группе с отягощенным анамнезом по СД2 он был достоверно ниже (р 0.05). Данные приведены в таблице 3.11.
Достоверной связи с ОЖТ или ВЖТ и семейными случаями СД2 выявлено не было. Однако следует отметить, что среднее значение в группе с отягощенным анамнезом было выше: 2.7% против 2,2%
Связь семейных случаев ИМ с риском развтия ожирения
Всего по данным анамнеза было зарегистрировано 55 случаев ИМ у членов семьи участников. Среднее значение ОЖТ в группе с отягощенным анамнезом составло 24%, а ВЖТ 2,9%, что больше, чем в группе без отягощенного анамнеза. Последующий расчет показал отсутствие значимых различий по большей части изучаемых параметров. Так не было выявилено связи ОЖТ и семейными случаями ИМ, но была выявена тенденция к более высокому содержанию ВЖТ в группе с отягощенным анамнезом. Так же не было зарегистрировано качественной связи с уровнем АД и ЧСС. Но получены достоверно более высокие показатели ИМТ и веса в группе с отягощенным анамнезом (таблица 3.12).
Связь отягощенного онко-анамнеза с риском развития ожирения
По данным анкетирования было выявлено 12 случаев онкологических заболеваний у ближайших родственников участников исследования. Данные статистической обработки, как и у предыдущих сравнений, не дали большого количества достоверных сходимостей. Из всех параметров были обнаружены достоверно более высокие значения окружности талии в группе с отягощенным анамнезом (таблица 3.13).
Связь семейных случаев ожирения на риск развития нарушения массы тела
Согласно полученным анамнестическим данным, у 41 участника был отягощен семейный анамнез по ожирению. В группе с отягощенным анамнезом среднее содержание ОЖТ составило 27±17%, ВЖТ 2,5±1,3%, что соответствует таковым показателям в группе ИМ. При статистической обработке данных отмечено, что окружности шеи достоверно меньше в группе без семейных случаев ожирения, чем в группе с ожирением (таблица 3.14).
Таким образом, на данном этапе исследования была установлена связь уровня физической активности с содержанием ВЖТ и питания с ОЖТ. В популяции с отягощенным семейным анамнезом по ИМ было отмечено достоверно более высокое значение ИМТ (22,1 2,7кг/м ). В группе с ± 2 отягощенным семейным анамнезом по гипертонии отмечено достоверно большее значение окружности талии по сравнению с группой безотягощенного семейного анамнеза. В группе с отягощенным семейным анамнезом по ожирению выявлен достоверно более высокий показатель окружности шеи по сравнению с группой без отягощеннного семейного анамнеза. Помимо этого, выявлена положительная связь между отягощенным онко-анамнезом и окружностью талии. Многочисленные данные литературы указывают на корреляцию висцерального ожирения с онкозаболеваниями (колоректальный рак, рак молочной железы) [47]. В контексте с полученными результатами можно говорить о том, что процесс формирования жировой массы, стартующий именно по завершении пубертата – это ключевой момент для определения здоровья в более позднем возрасте.
Проведенные в данной главе результаты показывают большую степень рапространенности ожирения в подростковой популяции. Выявлено большое количество факторов, влияющих на степень нарушения массы тела. С этой точки зрения наиболее значимыми являются: пол, возраст, физическая активнось, питание и семейный анамнез.
Гендерные различия изучаемых метаболических параметров
Выше, в разделе 4.1, говорилось о том, что развитие ожирения влияет на изучаемые показатели по-разному у юношей и у девушек. На данном этапе исследованя внимание было сосредоточено на анализе тендерной дисперсии без учета наличия или осутствия избытка ЖТ. Результаты представлены в таблице 4.4.
Как видно из рисунка 4.1, проведенные исследования с гендернообусловленным формированием групп анализа позволили выявить значимые отличия среди большинства изучаемых параметров. У юношей наблюдаются достоверно более высокие показатели роста, веса, отношения грелин/лептин и мочевой кислоты.
Не были обнаружены гендерные разаличия в уровне грелина, инсулина, индекса HOMA-IR и показателей липидного спектра (холестерин, ЛПНП, ЛПВП, ТГ). Однако, следует отметить, что в отношении ЛПВП и триглицеридов была отмечена тенденция к отличию средних показателей (р=0,59 и 0,6 соответственно).
Первоначально, при анализе выборки достоверной корреляции грелина не было обнаружено ни для одного параметра: пол, характер питания, содержание жировой ткани, отягощенный анамнез. Но была обнаружена ассоциация показателя грелин/лептин в выборке, разделенной по полу: у девушек данный показатель достоверно выше. Было сделано предположение, что уровень грелина может достоверно меняться в зависимости от содержания жировой ткани, но для оценки этих изменений необходимо формирование более узких рамок выборки.
Так как ранее в исследовании были показаны изменения в развитии жировой ткани по мере взросления, то было решено проанализировать как изучаемые параметры могут изменяться от возраста. Для детального анализа разделили участников исследования по возрасту с шагом в 3 года и по наличию или отсутствия избытка массы тела (таблица 4.5) Как видно, во всех возратных группах концентрация грелина при избытке массы тела достоверно ниже, чем при нормальном содержании жировой ткани, но имеет тенденцию к увеличению с возрастом. Отношение грелин/лептин оказалось достоверно больше при наличии избытка массы тела во всех возрастных группах. Таким образом, можно сделать вывод о том, что роль грелина в ожирении у подростков менее значима, нежели у взрослых. Вероятно, в возрасте старше 18 лет включаются такие адаптивные реакции как подавление грелина, что ведет к подавлению аппетита на центральном уровне через ядра гипоталамуса. Тем не менее, сниженная концентрация грелина может приводить к замедлению метаболизма, действуя опосредованно через гормон роста [49]. Таким образом, подавление грелина может быть с одной стороны защитной адаптивной реакцией при ожирении, и одним из звеньев в порочном круге нарушения массы тела с другой.
Отмечена инверсия плазменной концентрации лептина с возрастом: при нормальном содержании жировой ткани – рост показателя, при избыточном– снижение; грелин с возрастом растет быстрее в группе с нормальным весом, отношение грелин/лептин быстрее растет в группе с избытком массы тела, индекс HOMA-IR отличается только в 15-18 лет, инсулин существенно выше в группе с избытком в возрасте 15-18 лет.
Изменения липидограммы характеризуются инверсией уровня ТГ: в возрасте 15-18 лет показатель больше в группе с избытком, в возрасте 19-21 -ниже, в группе 22-25 лет - выше; JlllHll - выше в группе с избытком массы тела и ожирением; мочевая кислота неизменно выше в группе с избыточным содержанием жировой ткани.
Ранее уже было отмечено, что полученные результаты позволяют судить о наличии «точки отсчета» в формировании висцеральной жировой ткани у подростков. По достижении 18 лет, независимо от уровня физической активности, повышается доля висцерального жира. Наблюдаемая «интактность» подростков до возраста 18 лет оказалась одним из наиболее заинтересовавших нас результатов. То есть при незначительных погрешностях в диете и относительно невысокой физической активности, подростки до 18 лет не продемонстрировали избыточного содержания ЖТ и отклонений в биохимическом анализе крови. Метаболические нарушения при сохранении низкой физической активности, неправильном питании, реализуются в более позднем возрасте. Таким образом, отсутствие значимого снижения грелина при избытке жировой ткани в возрасте до 18 лет так же указывает на существование дополнительных механизмов саморегуляции и «ускользания» от неблагоприятных экзогенных и наследственных факторов.
Так как большинство обследованных на третьем этапе были юноши, то расчет был продублирован с шагом 3 года отдельно для представителей мужского пола (таблица 4.6).
По мере взросления концентрация грелина возрастает. При этом в возрасте 18 лет - 22 года концентрация грелина положительно коррелирует с содержанием жировой ткани, а в возрастной группе 22-25 лет, наоборот, концентрация грелина ниже в группе с избытком жировой ткани, чем в группе с нормальным содержанием жира. Отношение грелин/лептин достоверно повышается у юношей с избытком жировой ткани по сравнению с нормальной массой тела во всех трех возрастных группах. Максимальное значение этого показателя отмечено в старшей из исследованных групп (22-25 лет), надо заметить, что такая динамика прослеживается как среди юношей, так и в общей выборке. Таким образом отношение грелин/лептин в полной мере может рассматриваться как маркер избыточного содержания жировой ткани в возрастной группе 18-25 лет. Так как лептин и грелин являются реципрокными гормонами, ответственными за пищевое поведение – изменение этого показателя косвенно демонстрирует нарушение пищевого поведения.
Описанное ранее предположение о том, что подавление грелина при ожирении может быть с одной стороны защитной адаптивной реакцией в виде подавления аппетита, и одним из звеньев в порочном круге ожирения с другой (замедление основного обмена), справедливо как для общей выборки (таблица 4.5), так и для юношей (таблица 4.6).
Таким образом, в возрастной группе 16-25 лет концентрация ацетилированного грелина возрастает по мере взросления. Уровень грелина в возрастной группе 19-25 лет достоверно ниже при избыточном содержании жировой ткани, нежели чем при нормальной массе тела. Данная особенность не сохраняется в возрастной группе 16-18 лет. Уровень лептина в обследованной популяции является маркером избыточного содержания жировой ткани, в большей степени у лиц женского пола. У обследованного контингента с избыточной массой тела и ожирением соотношение грелин/лептин достоверно меняется в зависимости от содержания жировой массы. Повышенное содержание инсулина отмечено при избыточном содержании жировой ткани среди девушек, но тем не менее, не влечет на данном этапе изменений глюкозы крови и индекса HOMA-IR.