Резюме

Традиционно се счита, че излишното телесно тегло поради затлъстяване има положителен ефект върху костите; по-новите открития обаче показват, че качеството на костите е нарушено. Както затлъстяването, така и ограничаването на калориите увеличават риска от фрактури и се регулират от ендокринни фактори и цитокини, които имат пряко и косвено въздействие върху абсорбцията на костите и калция. Намаляването на теглото ще намали костната маса и минералната плътност, но това варира в зависимост от възрастта, пола и затлъстяването на индивида. Доказано е, че диетичните модификации, упражненията и лекарствата намаляват загубата на костна маса, свързана с намаляване на теглото. Бъдещите проучвания за затлъстяване и отслабване биха се възползвали от оценка на ключови хормони, адипокин и чревни пептиди, които регулират абсорбцията на калций, и костната минерална плътност и качество чрез използване на чувствителни техники при високорискови популации.

костен

ВЪВЕДЕНИЕ

Затлъстяването и остеопорозата стават все по-загрижени в световен мащаб и двете се дължат на лоша диета, излишен калориен прием и/или по-ниска физическа активност. Приблизително 1,5 милиарда души са били със затлъстяване през 2008 г. в световен мащаб (191), а в Съединените щати 34% от населението е със затлъстяване, а 68% е или с наднормено тегло, или със затлъстяване. Това доведе до повишен риск от няколко съпътстващи заболявания, включително сърдечно-съдови заболявания (ССЗ), диабет тип 2 и някои видове рак (48). Остеопорозата често се нарича тиха болест и поради това контрастира с високата видимост на затлъстяването. В САЩ остеопорозата засяга 55% от населението на възраст над 50 години (116). Една на всеки три жени ще получи фрактура в сравнение с една на всеки пет мъже, но смъртността след това е по-голяма при мъжете. Нито затлъстяването, нито остеопорозата се считат за част от нормалното стареене и двете състояния имат общи хормонални промени и са свързани с повишени проинфламаторни цитокини и оксидативен стрес. Тези фактори допринасят за повишено усвояване на мазнини и загуба на костна маса.

Телесното тегло е пряко свързано с костната минерална плътност (КМП). Индексът с ниска телесна маса (ИТМ) е идентифициран като важен рисков фактор за по-ниска КМП и предсказва по-голяма костна загуба в по-напреднала възраст (118, 138) и при по-млади хора при липса на менструация и/или хранително разстройство (113) . От друга страна, високото телесно тегло може да се дължи на повишена физическа активност или затлъстяване и двете ще увеличат КМП, но има все повече доказателства, че наднорменото тегло поради затлъстяване е вредно за риска от кости и фрактури. Освен това, въпреки че се препоръчва намаляване на теглото за намаляване на съпътстващите заболявания, свързани със затлъстяването, това също води до загуба на костна маса и увеличава риска от фрактури при по-възрастни индивиди. Диетичните фактори, упражненията и някои лекарства ще смекчат загубата на костна маса поради намаляване на теглото. Този преглед разглежда как затлъстяването поради по-голямото затлъстяване и намаляване на теглото поотделно и заедно влияят върху качеството на костите, костния обмен и загубата на кост и изследва как интервенциите влияят върху костния метаболизъм по време на намаляване на теглото.

ЗАТЪЛВАНЕ И КОСТИ

Клетъчна връзка на затлъстяването и костите

Плурипотентната стромална клетка се диференцира в зрели клетъчни типове - адипоцити, остеобласти и хондроцити. Тъй като стромалната клетка може да се диференцира в остеобласт или адипоцит, това в крайна сметка може да определи баланса между костта и мастната тъкан. Това е допълнително очевидно при множество клинични състояния, които показват връзка между мазнините в костния мозък и КМП. Както остеопорозата, така и загубата на костна маса, свързани със стареенето, са свързани с увеличаване на адипогенезата на костния мозък (108), което може да предполага превръщане на стромалните клетки в адипоцити, а не в остеобласти. Остава неясно дали адипоцитите и остеобластите реагират по уникален и вероятно противоположен начин на същия фактор, който регулира диференциацията, за да повлияе в крайна сметка на връзката между костите и мазнините.

Активираният от пероксизомен пролифератор рецептор-5 (PPARδ) играе централна роля в инициирането на адипогенеза и инхибирането на остеобластогенезата (145). Няколко лекарства действат като лиганди за PPARδ. Те включват клас на антидиабетни лекарства тиазолидиндион (т.е. розиглитазон), които повишават инсулиновата чувствителност (175) и също така е доказано, че увеличават затлъстяването, намаляват костната маса и увеличават риска от фрактури (68). Друг пример за лекарства, които увеличават затлъстяването, особено висцералната мазнина, за сметка на диференциацията на остеобластите са глюкокортикоидите. В допълнение, продуктите за окисляване на липопротеини с ниска плътност насърчават остеопоротичната костна загуба, като насочват прогениторните мозъчни стромални клетки към адипогенна, вместо остеогенна диференциация (127). Освен това скелетното разтоварване поради обездвижване или бездействие увеличава диференциацията на адипоцитите и инхибира диференциацията на остеобластите (1). Съществуват също доказателства, че по-голямото затлъстяване при затлъстяване е свързано с по-ниска скорост на костно образуване (126). Като цяло, по-нататъшното разбиране на клетъчната връзка между адипоцитите и остеобластите може да доведе до лекарства, които инхибират адипогенезата на костния мозък и намаляват свързаната с възрастта костна загуба.

Фактори, влияещи върху костите при затлъстяване

Хормонално и механично натоварване

По-високата BMD и съдържанието на костни минерали (BMC) при затлъстяване се дължат на множество фактори (153). Те включват по-голямо механично натоварване на костите (53, 198) и променената хормонална среда и по-високи серумни нива на адипокини, свързани със затлъстяването (41, 153, 197). Други генетични и екологични фактори като тютюнопушене, прием на храна и начин на живот също играят независима роля за въздействие върху костната маса при затлъстяване.

В сравнение с по-слаби индивиди, при затлъстели лица по-високи нива на серумен естроген и паратиреоиден хормон (PTH), по-ниски 25 хидроксивитамин D (25OHD) и глобулин, свързващ половите хормони (SHBG), и вероятно по-ниски 1,25 дихидроксивитамин D3 (1,25 (OH) 2D3) са открити (95, 153, 197) и всички имат специфични действия върху костите. По-високите нива на серумни естрогени при жени със затлъстяване в постменопауза и мъже в сравнение с по-слаби индивиди до голяма степен се дължат на метаболизма на циркулиращия андростендион от мастната тъкан. По-ниските серумни нива на 25OHD при затлъстяване вероятно се дължат на съхранение в мастната тъкан (193). За разлика от това, не е ясно защо излишните телесни мазнини са свързани с по-висок PTH (16, 131), но PTH влияе върху метаболизма на калция и провъзпалителните цитокини (65, 164), което би имало вреден ефект върху костите.

Затлъстяването е свързано и с по-високи нива на панкреатични хормони като инсулин, амилин и прептин (86), които са анаболни на костите (21, 30, 35). Нивата на няколко пептиди и ензими, получени от мастна тъкан, като ароматаза, хидроксилстероидна дехидрогеназа, лептин и резистин са по-високи при затлъстяване и имат специфични анаболни или катаболни действия върху остеобласта (87, 129, 130). Адипонектинът намалява при затлъстяване (5) и наблюденията in vitro показват, че повишава остеобластната активност (104), но клиничните проучвания не подкрепят непременно положителен ефект върху костите (6, 7, 85, 100) или риска от фрактури. Затлъстяването е свързано и с по-високи циркулиращи концентрации на възпалителни цитокини, като интерлевкин-6 (IL-6), моноцитен хемоаттрактант протеин-1 и С-реактивен протеин (CRP) (67). При по-слабите популации по-високите възпалителни цитокини са свързани с по-висок костен обмен (11, 83, 93, 114) и тяхната роля в регулирането на костите при затлъстяване вероятно също е важна (159), но не е ясно разбрана. Възможно е ниското ниво на хронично възпаление при затлъстяване да се компенсира от естроген, получен от мастна тъкан и/или други фактори, като например дейности, които носят тегло, за да се предотврати загуба на кост, която се случва при по-слаби популации.

Механично натоварване

Скелетната тъкан реагира силно на механичната си среда и щамът ще поддържа минералната хомеостаза (52). В допълнение, механичното натоварване също стимулира образуването на кости чрез намаляване на апоптозата и увеличаване на пролиферацията и диференциацията на остеобласти и остеоцити (43). Всъщност механичното натоварване благоприятства остеобластогенезата за сметка на адипогенезата чрез понижаване на регулирането на PPARδ в стромалните клетки на костния мозък (37). Добре установено е, че динамичните натоварвания, дължащи се на мускулна контракция, са по-анаболни на костите, отколкото статичните натоварвания (177), индуцирани от излишната мастна тъкан и се отнасят до диференциалната механостатична чувствителност на тези тъкани (52, 156). По този начин затлъстяването може да не предостави механично предимство на костта, ако не е придружено от по-голяма чиста маса и физически активен (неседактивен) начин на живот.

Състав на тялото и костите

Костна маса, качество и фрактура

Има по-голямо задържане на калций по време на растеж при затлъстели деца (74) и по-висока костна маса при затлъстели възрастни (197). Не е изненадващо, че по-високата КМП при затлъстяване не е пропорционална на нарастването на телесното тегло, тъй като затлъстяването е основният компонент на наддаването на наднормено тегло. Следователно, BMD на единица BMI е по-нисък при затлъстяване (38). Всъщност проучванията показват, че излишната мастна тъкан може да има отрицателно въздействие върху качеството на костите при възрастни и деца (80, 132, 165, 198). Също така, проучванията показват по-ниско образуване на кост по отношение на маркерите за резорбция при затлъстели в сравнение с по-слаби популации при възрастни (27, 126) и деца (40). Излишното затлъстяване и диетата с високо съдържание на мазнини могат да бъдат особено вредни за КМП и качеството на костите по време на растеж, както е показано в проучвания върху гризачи (24, 128, 190).

Качеството на костите е съставна част от КМП (кортикална и трабекуларна), костна геометрия и здравина на костите и се счита за основен фактор, определящ риска от фрактури. Няколко техники се използват за измерване на КМП (19) и други аспекти на качеството на костите. DXA е златният стандартен метод за измерване на ареалния BMD (aBMD), BMC и състава на меките тъкани. Ниският aBMD предсказва фрактури, но чувствителността и специфичността на прогнозата са ниски, тъй като повече от половината от всички фрактури се наблюдават при лица без остеопороза, както е определено от aBMD. По-новите неинвазивни образни техники, включително обемни оценки на костната плътност (vBMD) и геометрията, костните отделения (трабекуларни и кортикални) и микроархитектурата, както и измерванията на костната здравина като анализ на крайни елементи, дават оценки на костната крехкост (19). Тези in vivo техники за изобразяване на кости с висока разделителна способност, като QCT и магнитно-резонансна томография с висока разделителна способност, оценени в аксиални (тазобедрени и гръбначни) или периферни (радиус и пищял) места, комбинирани с DXA, могат да подобрят оценките на здравината на костите и риска от фрактури в бъдеще.

Има доказателства, че качеството на костите се променя при затлъстяване. Затлъстелите имат по-ниска кортикална МПК, измерена чрез периферна QCT в сравнение с по-слаби индивиди (132, 165, 169, 188). Серумният PTH, който е повишен при затлъстяване (16, 165), има известни катаболни действия върху кортикалната кост, с по-малко доказателства за ефект върху трабекуларната кост (25). Други фактори, предизвикани от затлъстяването, също могат да повлияят на качеството на костите и могат да допринесат за риска от фрактури, по-висок от очакваното при дадена КМП при тази популация (133). Степента, до която промененото качество на костите и/или балансът допринасят за фрактури при затлъстяване, не е известна и трябва да се разгледа в проспективни проучвания.

Съществуват постоянни доказателства за по-висок риск от фрактури при затлъстялата педиатрична популация, което може да се обясни с променено качество на костите или минерализация (40). Не е ясно защо децата със затлъстяване имат по-висок риск от фрактури, но това може да бъде свързано с необичайна костна минерализация (39, 40), лош баланс (62) или сила при падане, създавайки по-голям риск за нараняване и фрактура (62, 137 ). При по-възрастните жени има по-висок специфичен за мястото риск от фрактури с по-висок ИТМ в раменната кост, както при мъжете, така и при жените в глезена (58, 78, 32, 134), а по-високият риск от фрактури се проявява при наличие на нормална BMD (119, 133) (Фигура 1). За разлика от това, има по-малък риск от фрактури на тазобедрената става, гръбначния стълб и предмишницата с по-висок ИТМ (58, 78). В допълнение, ИТМ, коригиран за КМП, е свързан с по-висок риск от фрактура на тазобедрената става, когато ИТМ е по-голям от 35 kg/m 2 (38). Високата връзка на ИТМ-фрактура при затлъстяване може да бъде повлияна от променено качество на костите, различни модели или сили при падане или по-голямото подплащане от мастната тъкан на определени костни места.