การใช้พลังงานและการสร้างความร้อน

การใช้พลังงานคืออัตราที่ร่างกายใช้พลังงาน และการสร้างความร้อนคือการผลิตความร้อนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการใช้พลังงานนั้น ทั้งสองสิ่งนี้รวมกันเป็นด้านหนึ่งของสมการสมดุลพลังงาน: องค์ประกอบของการใช้พลังงานในแต่ละวัน และความสามารถของเนื้อเยื่อบางชนิดในการกระจายพลังงานในรูปของความร้อน ช่วยกำหนดว่าพลังงานจะถูกเก็บสะสมเป็นไขมันหรือถูกเผาผลาญไป

Definition

การใช้พลังงานคือปริมาณพลังงานทั้งหมดที่ร่างกายใช้ไปในช่วงเวลาหนึ่ง ซึ่งประกอบด้วยอัตราการเผาผลาญพื้นฐาน (ขณะพัก) ผลกระทบทางความร้อนของอาหาร และพลังงานที่ใช้ไปกับกิจกรรมทางกาย การสร้างความร้อนคือการสร้างความร้อนจากการเผาผลาญ ซึ่งรวมถึงความร้อนที่จำเป็นจากการเผาผลาญ และความร้อนที่สร้างขึ้นโดยเนื้อเยื่อ เช่น เนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาล

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมองค์ประกอบของการใช้พลังงานทั้งหมดในแต่ละวัน ชีววิทยาของเนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาลและสีเบจ บทบาทของการแยกตัวของไมโทคอนเดรียในการผลิตความร้อน และการสร้างความร้อนแบบปรับตัวหลังจากการเปลี่ยนแปลงน้ำหนัก เนื้อหาถูกนำเสนอในเชิงสรีรวิทยาที่เกี่ยวข้องกับสมดุลพลังงานและโรคอ้วน ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• องค์ประกอบของการใช้พลังงานทั้งหมดในแต่ละวันและขนาดสัมพัทธ์ของแต่ละองค์ประกอบคืออะไร?
• ไขมันสีน้ำตาลและสีเบจสร้างความร้อนได้อย่างไร และมีส่วนช่วยมากน้อยเพียงใดในผู้ใหญ่?
• เหตุใดการใช้พลังงานจึงลดลงหลังจากการลดน้ำหนัก และสิ่งนั้นบ่งบอกอะไรเกี่ยวกับการรักษาน้ำหนัก?

Key concepts

• การใช้พลังงานทั้งหมดในแต่ละวัน (อัตราพื้นฐาน, ผลกระทบทางความร้อนของอาหาร, กิจกรรม)
• อัตราการเผาผลาญพื้นฐานและขณะพัก
• เนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาลและโปรตีน UCP1 (uncoupling protein 1)
• เซลล์ไขมันสีเบจ (brite adipocytes)
• การแยกตัวของไมโทคอนเดรียและการสร้างความร้อนที่ไม่ใช่การสั่นสะเทือน
• การสร้างความร้อนแบบปรับตัวหลังการเปลี่ยนแปลงน้ำหนัก

Mechanisms

การใช้พลังงานทั้งหมดในแต่ละวันส่วนใหญ่มาจากอัตราการเผาผลาญพื้นฐาน โดยมีส่วนร่วมที่น้อยกว่าจากผลกระทบทางความร้อนของอาหารและกิจกรรมทางกาย องค์ประกอบที่แตกต่างกันและเป็นทางเลือกคือการสร้างความร้อนที่ไม่ใช่การสั่นสะเทือนในเนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาล ซึ่งโปรตีน UCP1 (uncoupling protein 1) จะลัดวงจรการไล่ระดับโปรตอนของไมโทคอนเดรีย ทำให้การออกซิเดชันของสารตั้งต้นผลิตความร้อนแทนที่จะเป็น ATP การสัมผัสความเย็นจะกระตุ้นเนื้อเยื่อนี้ผ่านการส่งสัญญาณของระบบประสาทซิมพาเทติก และการศึกษาด้วยภาพแสดงให้เห็นว่าไขมันสีน้ำตาลที่ทำงานทางเมตาบอลิซึมยังคงมีอยู่ในผู้ใหญ่ หลังจากการลดน้ำหนัก การใช้พลังงานจะลดลงมากกว่าที่คาดการณ์ไว้สำหรับขนาดร่างกายใหม่ ซึ่งเป็นการตอบสนองการสร้างความร้อนแบบปรับตัวที่ส่งเสริมการกลับมาของน้ำหนัก

Clinical relevance

เนื่องจากการใช้พลังงานเป็นปัจจัยหนึ่งที่กำหนดสมดุลพลังงาน สรีรวิทยาของมันจึงเป็นพื้นฐานของความยากลำบากในการรักษาน้ำหนักที่ลดลง และความสนใจในเนื้อเยื่อที่สร้างความร้อนในฐานะเป้าหมายการวิจัย บทความนี้อธิบายกลไกและผลการศึกษาเพื่อการอ้างอิงทางการศึกษา และไม่ได้กำหนดการแทรกแซงหรือปริมาณยา

Evidence & guidelines

หลักฐานในหัวข้อนี้มีตั้งแต่การศึกษาในห้องเผาผลาญที่ควบคุมได้เกี่ยวกับการใช้พลังงานหลังการเปลี่ยนแปลงน้ำหนัก ไปจนถึงการศึกษาด้วยภาพที่ยืนยันการมีอยู่ของเนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาลที่ทำงานได้ในผู้ใหญ่ การศึกษาเหล่านี้เป็นการศึกษาทางสรีรวิทยาเบื้องต้นและบทความทบทวน หัวข้อนี้สรุปผลการศึกษาเหล่านั้นแทนที่จะแปลเป็นคำแนะนำทางคลินิก

History

เนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาลเคยถูกมองว่าเกี่ยวข้องกับทารกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดเล็กเป็นหลัก ในขณะที่การใช้พลังงานของมนุษย์วัยผู้ใหญ่ส่วนใหญ่ศึกษาผ่านการวัดปริมาณความร้อน ในปี 2009 การศึกษาด้วยภาพแสดงให้เห็นไขมันสีน้ำตาลที่ถูกกระตุ้นด้วยความเย็นและทำงานทางเมตาบอลิซึมในผู้ใหญ่ ซึ่งทำให้เกิดความสนใจในการสร้างความร้อนในฐานะองค์ประกอบของสมดุลพลังงานของมนุษย์อีกครั้ง และงานวิจัยต่อมาได้ทำแผนที่การควบคุมระดับโมเลกุลของเซลล์ไขมันสีน้ำตาลและสีเบจ

Debates

เนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาลมีส่วนช่วยในสมดุลพลังงานของผู้ใหญ่มากน้อยเพียงใด?

ไขมันสีน้ำตาลที่ทำงานได้มีอยู่ในผู้ใหญ่ แต่การมีส่วนร่วมเชิงปริมาณต่อการใช้พลังงานทั่วร่างกายและศักยภาพในการนำมาใช้เพื่อต่อสู้กับโรคอ้วนยังคงเป็นคำถามที่กำลังมีการศึกษาอยู่

Key figures

• Rudolph Leibel
• C. Ronald Kahn
• Shingo Kajimura
• Wouter van Marken Lichtenbelt

Seminal works

• leibel-1995
• cypess-2009
• vanmarkenlichtenbelt-2009

Frequently asked questions

องค์ประกอบหลักของการใช้พลังงานคืออะไร?

องค์ประกอบที่ใหญ่ที่สุดคืออัตราการเผาผลาญพื้นฐาน (ขณะพัก) ตามด้วยพลังงานที่ใช้ไปกับกิจกรรมทางกายและผลกระทบทางความร้อนของอาหาร โดยมีการสร้างความร้อนแบบทางเลือกเป็นองค์ประกอบเพิ่มเติมที่มีขนาดเล็กกว่า

เหตุใดการลดน้ำหนักจึงทำให้รักษาน้ำหนักที่ลดลงได้ยากขึ้น?

หลังจากการลดน้ำหนัก การใช้พลังงานจะลดลงมากกว่าที่คาดการณ์ไว้สำหรับร่างกายที่เล็กลง ซึ่งเป็นการตอบสนองการสร้างความร้อนแบบปรับตัวที่ทำให้ร่างกายมีแนวโน้มที่จะกลับมามีน้ำหนักเท่าเดิม