Отделение по кардиология, Катедра по вътрешни болести, Медицинско училище в Тексаския университет в Хюстън, Хюстън, Тексас

Отделение по кардиология, Катедра по вътрешни болести, Медицинско училище в Тексаския университет в Хюстън, Хюстън, Тексас

Отделение по кардиология, Катедра по вътрешни болести, Медицинско училище в Тексаския университет в Хюстън, Хюстън, Тексас

Адрес за заявки за повторно отпечатване и друга кореспонденция: H. Taegtmeyer, Univ. на Тексаското медицинско училище в Хюстън, катедра по вътрешни болести, Div. по кардиология, 6431 Fannin, MSB 1.246, Houston, TX, 77030 (e-mail: [имейл защитен]).

Резюме

тази статия е част от колекция на Сърдечно-съдов отговор на затлъстяването и диабета. Други статии, които се появяват в тази колекция, както и пълен архив на всички колекции, могат да бъдат намерени онлайн на http://ajpheart.physiology.org/.

Концепцията за сърдечните реакции на метаболитното натоварване

В един от последните си статии след дълга кариера в метаболитните изследвания, Ханс Кребс заяви, че „в конкурентна среда шансовете за оцеляване са най-големи, ако ресурсите са оптимални“ (3). Подходящ пример е „Хипотезата за пестелив ген“ на Джеймс Нийл (58), която постулира, че затлъстяването и диабет тип 2 са еволюционно предимство по време на глад (7). Въпреки това, в съвремието, когато има свръхпредлагане на горива, неспособността на организма да разпознае и да се адаптира към промените в околната среда и начина на живот е направила способността му непрекъснато да съхранява енергия в недостатък.

Пристрастието на индивида към затлъстяването и развитието на свързани усложнения е многофакторно и продиктувано от експозицията на индивида, дефинирана като сбор от всички експозиции на околната среда от зачеването нататък. Според Rappaport и Smith (69) експозициите на индивида включват тези, които влизат в тялото от околната среда, като храна, както и тези, които впоследствие се генерират в излишък в тялото от възпаление, оксидативен стрес и метаболитна дисрегулация, като циркулация свободни мастни киселини и адипокини. Кумулативното въздействие на експозома води до отклонение от здравословното състояние на хомеостазата до състояние на хронично заболяване като затлъстяване (69). В повечето случаи, какъвто е случаят със затлъстяването, тялото се опитва да възстанови хомеостатичното равновесие, процес, който Макюен нарича „алостаза” (52).

Специфичните механизми, които тялото използва в опит да възстанови хомеостазата, се наричат ​​неговите „алостатични реакции“. Първоначалният алостатичен отговор на тялото към излишното гориво е да го разпредели в мастна тъкан, за да намали метаболитната тежест върху основните си органи като сърцето. Когато обаче капацитетът за съхранение на мастната тъкан е надвишен, излишната енергия се съхранява извънматочно като мазнина в жизненоважни органи, включително сърцето (16, 83). В противен случай излишното телесно тегло в крайна сметка се разлива, за да създаде „липотоксична“ среда в немастната тъкан. В сърцата на жени, които са били със затлъстяване в продължение на повече от десетилетие (12 ± 5 години), трайното увеличаване на използването на сърдечни мастни киселини, измерено с образна томография с позитронна емисия, е свързано с повишена консумация на миокарден кислород и намалена механична ефективност (65). Такива проучвания са помогнали да се установи затлъстяването като независим предиктор за повишена консумация на кислород в миокарда и намалена сърдечна ефективност. Не е изненадващо, тъй като затлъстяването продължава да се увеличава (79), рискът от преждевременна смърт и инвалидност от сърдечно-съдови заболявания се увеличава, тъй като сърцето е подложено на нарастване на хемодинамичното, неврохуморалното и метаболитното натоварване (1, 7, 15, 23, 34, 54) (Фиг. 1).

хирургия

Фиг. 1.Предложена връзка на експозома, податливост на алостатично налягане и повишено натоварване на сърцето при затлъстяване. Експозомът обхваща генетичните и епигенетичните фактори, които диктуват чувствителността на индивида към алостатично налягане. Когато способността на индивида да възстанови хомеостатичното равновесие (алостаза) е надвишена, сърцето се подлага на повишено хемодинамично, неврохормонално и метаболитно натоварване и възниква сърдечно заболяване.

В обобщение, свръхпредлагането на енергийно осигуряващи субстрати при затлъстяване подлага сърцето на повишено метаболитно натоварване и нарушава вътрешната среда на здравото човешко сърце. Постоянното заливане с излишно гориво надвишава способността на организма да съхранява излишната енергия, която в крайна сметка се пренася в периферните органи като сърцето. След като капацитетът на сърцето да се справи с горивната тежест е надвишен, настъпва сърдечна дисфункция и сърдечна недостатъчност. Сега изследваме потенциала за операция за отслабване (WLS) за метаболитно разтоварване на стресираното сърце при затлъстяване.

Последици от WLS за сърцето

Предвид нарастващия брой WLS, които се извършват всяка година и наблюдаваното положително въздействие на загубата на тегло върху затлъстяването, диабета и сърдечните заболявания, ние сме в състояние да оценим сърдечния отговор на бързата загуба на тегло. Изследването на обратимостта на сърдечните усложнения в отговор на загуба на тегло ще даде по-нататъшно разбиране на адаптивните и дезадаптивни процеси на сърцето към промените във вътрешната среда.

Фиг. 2.Представително маслено-червено-О петно ​​на проба за биопсия на wideus lateralis и нива на транскрипт на иРНК на пируват дехидрогеназа киназа 4 (pdk4) и човешка стеароил КоА десатураза 1 (scd-1) при пациенти със затлъстяване в изходно ниво, 3 месеца и 9 месеца след бариатрична хирургия. Горна част: маслено-червено-O оцветяване на изходно ниво и 3 и 9 месеца след операцията (P


Фиг. 3.Фракционна промяна в масата на лявата камера (LVM) и метаболитни маркери на затлъстяването до 24 месеца след бариатрична хирургия. Намаляването на LVM е линейно, докато намаляването на метаболитните маркери на затлъстяването се стабилизира след 9 месеца. HOMA-IR, модел на хомеостаза оценка на инсулинова резистентност; CRP, С-реактивен протеин. Получено е разрешение за повторно използване на фигурно изкуство от Algahim et al. (2).

В крайна сметка WLS води до принудителна загуба на тегло и активиране на биохимичните пътища в опит да възстанови енергийната хомеостаза и да облекчи алостатичния стрес от затлъстяването. Това се изразява в намалена мастна тъкан и обръщане на метаболитен и неврохормонален стрес за разтоварване на сърцето и сърдечна дисфункция, свързана с обратното затлъстяване. Сега обсъждаме екзогенните метаболитни и хуморални ефектори, които регулират както структурата, така и функцията на сърцето в отговор на WLS.

Концепцията за метаболитно разтоварване на сърцето

Освен подобренията в сърдечния метаболизъм, намаляването на излишното телесно тегло и симпатиковия тонус след WLS облекчават и сърцето от претоварване с налягане. При пациенти със сърдечна недостатъчност и сънна апнея е доказано, че корекцията на нарушено сънно дишане подобрява фракцията на изтласкване на ЛН, намалява базалния пулс и понижава кръвното налягане (35). Тези ефекти вероятно допринасят и за подобряване на сърдечната функция след WLS. Всъщност подобренията в LVH и сърдечната функция след WLS също са свързани с подобряване на аортната еластичност след WLS (29, 71).

Заключения

WLS води до ранната корекция на метаболитните и неврохуморалните пътища, които се стремят да поддържат енергийната хомеостаза и впоследствие водят до обръщане на свързаните със затлъстяването хемодинамични, метаболитни и сърдечни дисфункции. Предлагаме, че е необходима нова рамка за проучване, за да се оценят тези фактори и сърдечният отговор на бързите и внезапни промени в теглото.

Въпреки че WLS обръща усложненията, свързани със затлъстяването, не е задължително да коригира затлъстяването само по себе си. Разглеждането на експозома и неговото въздействие върху алостазата подчертава динамичния характер на процесите, които управляват развитието (и обръщането) на затлъстяването и хроничните заболявания. Трайните благоприятни ефекти на WLS върху LVM и функцията може да са нов модел за оценка на ролята на околната среда върху сърдечно-съдовата физиология.

Работата от лабораторията на авторите беше подкрепена от Националните институти за сърдечни, белодробни и кръвни изследвания R01-HL-073162 и R01-HL-61483 и Национална здравна институция T32 Програма за обучение: Център за клинични и транслационни науки.