Cân bằng nội môi và điều hòa năng lượng

Cân bằng nội môi năng lượng là tập hợp các quá trình sinh lý mà qua đó cơ thể điều chỉnh lượng năng lượng nạp vào phù hợp với lượng năng lượng tiêu hao trong dài hạn, giữ cho kho dự trữ năng lượng của cơ thể trong một phạm vi được bảo vệ. Thay vì theo dõi lượng calo một cách có ý thức, não bộ nhận các tín hiệu hormone tỷ lệ với lượng mỡ dự trữ của cơ thể và điều chỉnh sự thèm ăn cũng như mức tiêu hao để ổn định trọng lượng cơ thể.

Definition

Cân bằng nội môi năng lượng là sự duy trì có điều hòa các kho dự trữ năng lượng của cơ thể, trong đó các tín hiệu hormone tỷ lệ với mức độ béo phì tác động lên các mạch thần kinh trung ương để điều chỉnh lượng thức ăn nạp vào và mức tiêu hao năng lượng sao cho lượng nạp vào và tiêu hao được cân bằng trong dài hạn.

Scope

Chủ đề này giải thích cách các tín hiệu béo phì như leptin và insulin thông báo cho não bộ về kho dự trữ năng lượng, cách các mạch dưới đồi tích hợp chúng với các tín hiệu no ngắn hạn, và cách phản hồi này bảo vệ trọng lượng cơ thể. Đây là sinh lý học tham khảo bao gồm hệ thống điều hòa, không phải lời khuyên về việc quản lý cân nặng ở bất kỳ cá nhân nào.

Core questions

• Làm thế nào não bộ biết cơ thể đã dự trữ bao nhiêu năng lượng?
• Những hormone nào báo hiệu kích thước kho dự trữ năng lượng của cơ thể?
• Các tín hiệu béo phì dài hạn được tích hợp với các tín hiệu no ngắn hạn như thế nào?
• Tại sao cơ thể có xu hướng bảo vệ một phạm vi cân nặng cụ thể?

Key concepts

• Cân bằng nội môi năng lượng
• Tín hiệu béo phì (leptin, insulin)
• Mạch điều hòa sự thèm ăn ở vùng dưới đồi
• Tín hiệu no ngắn hạn
• Phản hồi âm bảo vệ kho dự trữ năng lượng
• Bảo vệ bất đối xứng chống lại việc giảm cân

Key theories

Điều hòa trọng lượng cơ thể theo cơ chế lipostatic (phản hồi béo phì)

Kho dự trữ mỡ cơ thể được cảm nhận thông qua các tín hiệu lưu thông có nồng độ theo dõi mức độ béo phì; các tín hiệu này tác động lên não bộ để ức chế lượng thức ăn nạp vào và hỗ trợ tiêu hao khi kho dự trữ cao, và để tăng lượng thức ăn nạp vào khi kho dự trữ giảm. Việc xác định leptin vào năm 1994 đã cung cấp cơ sở phân tử cho vòng phản hồi đã được giả thuyết từ lâu này.

Mechanisms

Leptin, được tiết ra bởi mô mỡ tỷ lệ với khối lượng mỡ, và insulin, cũng theo dõi mức độ béo phì, lưu thông đến não bộ nơi chúng tác động lên các tế bào thần kinh vùng dưới đồi thúc đẩy hoặc ức chế việc ăn uống; mức giảm báo hiệu kho dự trữ cạn kiệt và kích thích ăn uống đồng thời giảm tiêu hao (Zhang, 1994; Friedman, 1998). Các tín hiệu béo phì dài hạn này được tích hợp với các tín hiệu no ngắn hạn từ ruột và với các tín hiệu cảm giác và phần thưởng để thiết lập lượng thức ăn nạp vào và mức tiêu hao năng lượng (Schwartz, 2000). Hệ thống này có xu hướng chống lại việc giảm cân mạnh hơn là tăng cân, do đó, kho dự trữ năng lượng giảm sẽ kích hoạt sự gia tăng bù đắp trong sự thèm ăn và giảm tiêu hao (Leibel, 1995).

Clinical relevance

Khung điều hòa này giải thích tại sao trọng lượng cơ thể được bảo vệ về mặt sinh học và tại sao việc thay đổi cân nặng có chủ đích lại gây ra các phản ứng bù đắp, điều này là nền tảng để hiểu về béo phì và suy dinh dưỡng trong khoa học sức khỏe. Tài liệu này là nội dung tham khảo mô tả về sinh lý học và không phải là hướng dẫn để chẩn đoán hoặc điều trị bất kỳ cá nhân nào.

History

Ý tưởng rằng lượng mỡ cơ thể được điều hòa bởi một tín hiệu lưu thông đã được đề xuất vào giữa thế kỷ XX từ các thí nghiệm trên động vật, nhưng phân tử này vẫn chưa được biết đến cho đến khi gen béo phì (leptin) được nhân bản vị trí vào năm 1994 (Zhang, 1994). Các công trình tiếp theo đã mô tả cách leptin và insulin tác động lên các mạch dưới đồi và cách các tín hiệu dài hạn này kết hợp với các tín hiệu no ngắn hạn, định hình lại trọng lượng cơ thể như là kết quả của một hệ thống điều hòa trung tâm chứ không phải là sự cân bằng thụ động của calo (Friedman, 1998; Schwartz, 2000).

Debates

Điểm đặt so với điểm ổn định

Việc trọng lượng cơ thể được bảo vệ xung quanh một điểm đặt sinh học cố định hay thay vào đó ổn định ở một mức độ được xác định chung bởi sinh học và môi trường gây béo phì vẫn đang được tranh luận; sự khác biệt này quan trọng đối với mức độ mà trọng lượng được cho là chống lại sự thay đổi của môi trường.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Leptin là gì và nó có tác dụng gì?

Leptin là một hormone được giải phóng bởi mô mỡ tỷ lệ với lượng mỡ dự trữ. Nó báo hiệu cho não bộ về lượng năng lượng dự trữ của cơ thể; nồng độ cao cho thấy kho dự trữ dồi dào và có xu hướng giảm sự thèm ăn, trong khi nồng độ thấp báo hiệu sự cạn kiệt và tăng sự thèm ăn.

Tại sao cơ thể chống lại việc giảm cân nhiều hơn là tăng cân?

Hệ thống điều hòa tiến hóa để bảo vệ chống lại sự cạn kiệt năng lượng, do đó, sự sụt giảm trong kho dự trữ năng lượng sẽ kích hoạt sự gia tăng bù đắp mạnh mẽ trong sự thèm ăn và giảm tiêu hao năng lượng. Khả năng phòng vệ chống lại việc tăng cân tương đối yếu hơn, điều này góp phần vào khó khăn trong việc giảm cân bền vững.