Гомеостаз та регуляція енергетичного балансу

Гомеостаз енергії — це сукупність фізіологічних процесів, за допомогою яких організм у довгостроковій перспективі узгоджує споживання енергії з її витратами, підтримуючи запаси енергії в захищеному діапазоні. Замість свідомого відстеження калорій мозок отримує гормональні сигнали, пропорційні жировим запасам організму, і регулює апетит та витрати для стабілізації маси тіла.

Definition

Гомеостаз енергії — це регульоване підтримання запасів енергії в організмі, за якого гормональні сигнали, пропорційні адипозності, діють на центральні нервові контури для регулювання споживання їжі та витрат енергії таким чином, щоб споживання та витрати узгоджувалися в довгостроковій перспективі.

Scope

Ця тема пояснює, як сигнали адипозності, такі як лептин та інсулін, інформують мозок про запаси енергії, як гіпоталамічні контури інтегрують їх із короткостроковими сигналами насичення, і як цей зворотний зв'язок захищає масу тіла. Це довідкова фізіологія, що охоплює регуляторну систему, а не поради щодо контролю ваги для будь-якої окремої особи.

Core questions

• Звідки мозок знає, скільки енергії запасено в організмі?
• Які гормони сигналізують про розмір запасів енергії в організмі?
• Як довгострокові сигнали адипозності інтегруються з короткостроковими сигналами насичення?
• Чому організм прагне підтримувати певний діапазон ваги?

Key concepts

• Енергетичний гомеостаз
• Сигнали адипозності (лептин, інсулін)
• Гіпоталамічні контури апетиту
• Короткострокові сигнали насичення
• Негативний зворотний зв'язок для захисту запасів енергії
• Асиметричний захист від втрати ваги

Key theories

Ліпостатична (зворотний зв'язок адипозності) регуляція маси тіла

Запаси жиру в організмі відчуваються через циркулюючі сигнали, концентрація яких відстежує адипозність; ці сигнали діють на мозок, пригнічуючи споживання та підтримуючи витрати, коли запаси високі, і збільшуючи споживання, коли запаси падають. Ідентифікація лептина у 1994 році надала молекулярну основу для цієї давно гіпотезованої петлі зворотного зв'язку.

Mechanisms

Лептин, що секретується жировою тканиною пропорційно до маси жиру, та інсулін, який також відстежує адипозність, циркулюють до мозку, де діють на нейрони гіпоталамуса, що стимулюють або пригнічують харчування; зниження рівнів сигналізує про виснажені запаси та стимулює споживання, одночасно зменшуючи витрати (Zhang, 1994; Friedman, 1998). Ці довгострокові сигнали адипозності інтегруються з короткостроковими сигналами насичення з кишечника та з сенсорними сигналами та сигналами винагороди для встановлення споживання їжі та витрат енергії (Schwartz, 2000). Система прагне захищати від втрати ваги сильніше, ніж від набору ваги, тому зниження запасів енергії викликає компенсаторне збільшення апетиту та зменшення витрат (Leibel, 1995).

Clinical relevance

Ця регуляторна система пояснює, чому маса тіла біологічно захищена і чому навмисна зміна ваги викликає компенсаторні реакції, що є основою для розуміння ожиріння та недоїдання в медичних науках. Матеріал є описовим довідковим контентом з фізіології і не є керівництвом для діагностики чи лікування будь-якої особи.

History

Ідея про те, що жир в організмі регулюється циркулюючим сигналом, була запропонована в середині двадцятого століття на основі експериментів на тваринах, але молекула залишалася невідомою до позиційного клонування гена ожиріння (лептин) у 1994 році (Zhang, 1994). Подальші дослідження показали, як лептин та інсулін діють на гіпоталамічні контури та як ці довгострокові сигнали поєднуються з короткостроковими сигналами насичення, переосмислюючи масу тіла як результат центральної регуляторної системи, а не пасивний баланс калорій (Friedman, 1998; Schwartz, 2000).

Debates

Точка встановлення проти точки осідання

Чи захищається маса тіла навколо фіксованої біологічної встановленої точки, чи натомість осідає на рівні, спільно визначеному біологією та обірогенним середовищем, є предметом дискусій; відмінність має значення для того, наскільки сильно вага, як вважається, чинить опір змінам навколишнього середовища.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Що таке лептин і що він робить?

Лептин — це гормон, що виділяється жировою тканиною пропорційно до кількості збереженого жиру. Він сигналізує мозку про енергетичні резерви організму; високі рівні вказують на достатні запаси та мають тенденцію зменшувати апетит, тоді як низькі рівні сигналізують про виснаження та збільшують апетит.

Чому організм чинить більший опір втраті ваги, ніж набору ваги?

Регуляторна система еволюціонувала для захисту від виснаження енергії, тому падіння запасів енергії викликає сильне компенсаторне збільшення апетиту та зменшення витрат енергії. Захист від набору ваги є порівняно слабшим, що сприяє складності тривалої втрати ваги.