Homeostaza i regulacja bilansu energetycznego

Homeostaza energetyczna to zbiór procesów fizjologicznych, dzięki którym organizm długoterminowo dopasowuje spożycie energii do jej wydatku, utrzymując zapasy energetyczne w obronionym zakresie. Zamiast świadomego śledzenia kalorii, mózg otrzymuje sygnały hormonalne proporcjonalne do zapasów tłuszczu w organizmie i dostosowuje apetyt oraz wydatek energetyczny, aby ustabilizować masę ciała.

Definition

Homeostaza energetyczna to regulowane utrzymanie zapasów energii w organizmie, w którym sygnały hormonalne proporcjonalne do tkanki tłuszczowej działają na obwodowe ośrodki ośrodkowego układu nerwowego, aby dostosować spożycie pokarmu i wydatek energetyczny, tak aby spożycie i wydatek były długoterminowo dopasowane.

Scope

Temat ten wyjaśnia, w jaki sposób sygnały dotyczące tkanki tłuszczowej, takie jak leptyna i insulina, informują mózg o zapasach energii, jak obwodowe ośrodki podwzgórza integrują je z krótkoterminowymi sygnałami sytości, i jak ta pętla sprzężenia zwrotnego broni masy ciała. Jest to fizjologia referencyjna, opisująca system regulacyjny, a nie porady dotyczące zarządzania masą ciała u konkretnej osoby.

Core questions

• Skąd mózg wie, ile energii zgromadził organizm?
• Które hormony sygnalizują wielkość zapasów energii w organizmie?
• Jak długoterminowe sygnały dotyczące tkanki tłuszczowej są integrowane z krótkoterminowymi sygnałami sytości?
• Dlaczego organizm dąży do obrony określonego zakresu masy ciała?

Key concepts

• Homeostaza energetyczna
• Sygnały dotyczące tkanki tłuszczowej (leptyna, insulina)
• Podwzgórzowe ośrodki regulacji apetytu
• Krótkoterminowe sygnały sytości
• Negatywne sprzężenie zwrotne w obronie zapasów energii
• Asymetryczna obrona przed utratą masy ciała

Key theories

Lipostatyczna (sprzężenie zwrotne dotyczące tkanki tłuszczowej) regulacja masy ciała

Zapasów tłuszczu w organizmie są wykrywane za pomocą krążących sygnałów, których stężenie śledzi wielkość tkanki tłuszczowej; sygnały te działają na mózg, hamując spożycie i wspierając wydatek, gdy zapasy są wysokie, oraz zwiększając spożycie, gdy zapasy spadają. Identyfikacja leptyny w 1994 roku dostarczyła molekularnych podstaw dla tej od dawna hipotetycznej pętli sprzężenia zwrotnego.

Mechanisms

Leptyna, wydzielana przez tkankę tłuszczową proporcjonalnie do masy tłuszczu, oraz insulina, która również śledzi wielkość tkanki tłuszczowej, krążą do mózgu, gdzie działają na neurony podwzgórza, które pobudzają lub hamują jedzenie; spadające poziomy sygnalizują wyczerpanie zapasów i stymulują spożycie, jednocześnie zmniejszając wydatek (Zhang, 1994; Friedman, 1998). Te długoterminowe sygnały dotyczące tkanki tłuszczowej są integrowane z krótkoterminowymi sygnałami sytości z jelit oraz z sygnałami sensorycznymi i nagrody, aby ustalić spożycie pokarmu i wydatek energetyczny (Schwartz, 2000). System dąży do obrony przed utratą masy ciała silniej niż przed przyrostem masy ciała, więc zmniejszone zapasy energii wyzwalają kompensacyjne zwiększenie apetytu i zmniejszenie wydatku energetycznego (Leibel, 1995).

Clinical relevance

Ta ramowa struktura regulacyjna wyjaśnia, dlaczego masa ciała jest biologicznie obroniona i dlaczego celowa zmiana masy ciała prowokuje reakcje kompensacyjne, co stanowi podstawę do zrozumienia otyłości i niedożywienia w naukach o zdrowiu. Materiał ten stanowi opisową treść referencyjną dotyczącą fizjologii i nie jest wskazówką do diagnozowania ani leczenia żadnej osoby.

History

Koncepcja, że tkanka tłuszczowa jest regulowana przez krążący sygnał, została zaproponowana w połowie XX wieku na podstawie eksperymentów na zwierzętach, ale cząsteczka pozostawała nieznana do czasu klonowania pozycyjnego genu otyłości (leptyny) w 1994 roku (Zhang, 1994). Kolejne prace mapowały, jak leptyna i insulina działają na obwodowe ośrodki podwzgórza i jak te długoterminowe sygnały łączą się z krótkoterminowymi sygnałami sytości, przekształcając masę ciała jako wynik centralnego systemu regulacyjnego, a nie pasywny bilans kalorii (Friedman, 1998; Schwartz, 2000).

Debates

Punkt nastawczy a punkt ustalenia

Debatuje się, czy masa ciała jest obroniona wokół ustalonego biologicznego punktu nastawczego, czy też ustala się na poziomie wspólnie określonym przez biologię i środowisko sprzyjające otyłości; rozróżnienie to ma znaczenie dla tego, jak silnie masa ciała jest uważana za odporną na zmiany środowiskowe.

Key figures

• Jeffrey Friedman
• Michael W. Schwartz
• Rudolph Leibel
• Stephen Woods

Seminal works

• zhang-1994
• friedman-1998
• schwartz-2000

Frequently asked questions

Czym jest leptyna i co robi?

Leptyna jest hormonem uwalnianym przez tkankę tłuszczową proporcjonalnie do ilości zmagazynowanego tłuszczu. Sygnalizuje mózgowi o rezerwach energii w organizmie; wysokie poziomy wskazują na obfite zapasy i mają tendencję do zmniejszania apetytu, podczas gdy niskie poziomy sygnalizują wyczerpanie i zwiększają apetyt.

Dlaczego organizm bardziej opiera się utracie masy ciała niż jej przyrostowi?

System regulacyjny ewoluował w celu ochrony przed wyczerpaniem energii, dlatego spadek zapasów energii wyzwala silne kompensacyjne zwiększenie apetytu i zmniejszenie wydatku energetycznego. Mechanizmy obronne przed przyrostem masy ciała są stosunkowo słabsze, co przyczynia się do trudności w utrzymaniu długoterminowej utraty masy ciała.