въздействието

1. Факултет по кинезиология и лаборатория за човешка ефективност, Университет в Калгари, Калгари, Канада
2. Катедра по хирургия, Университет в Калгари, Калгари, Канада
3. Институт за изследвания на костите и ставите на McCaig, Университет в Калгари, Калгари, Канада
4. Alberta Health Services, Bone & Joint Health Strategic Clinical Network, Калгари, Канада
5. Катедра по биохимия и молекулярна биология, Университет в Калгари, Калгари, Канада
6. Катедра по ортопедична хирургия, Вашингтонски университет в Сейнт Луис, Сейнт Луис, Мисури, САЩ
* Кореспонденция на [email protected]

Авторите не са декларирали конфликт на интереси.

Проучванията от лабораториите на авторите са подкрепени от Програмата за стратегическа клинична мрежа на Alberta Health Services, Канадските институти за здравни изследвания, Програмата на канадския изследователски стол, Фондация Killam и Министерството на образованието-Бразилия (CAPES Foundation Grant).

Получено: 19.02.18 Прието: 19.10.18 Цитиране

Всяка статия се предоставя при условията на лиценза Creative Commons Attribution-Non Commercial 4.0.

Резюме

Известно е, че затлъстяването засяга висок процент както на възрастни, така и на деца в развитите страни. Хората със затлъстяване са изложени на риск от развитие на редица съпътстващи заболявания, както и метаболитен синдром, който може да създаде нискостепенно системно възпалително състояние, което допълнително изостря риска от развитие на съпътстващи заболявания. Две системи, които са податливи на ефекти, свързани със затлъстяването, са мускулно-скелетната система, която допринася за подвижността през костите, мускулите, сухожилията и ставите и окото, което допринася за мобилността чрез вярност на навигацията през околната среда. Впоследствие загубата на целостта в тези системи може да доведе до заседнало поведение, невъзможност за упражнения и повишен риск от развитие на сърдечно-съдови и дихателни заболявания, загуба на познание и падания. Настоящият преглед се фокусира върху въздействието на затлъстяването върху елементи на опорно-двигателния апарат и окото, с особен акцент върху участието на възпалението и как това може да повлияе на мобилността и навигацията. И накрая, употребата на пребиотици за промяна на възпалителното състояние, свързано със затлъстяването, чрез чревния микробиом се обсъжда като един от подходите за справяне с проблеми, свързани с мобилността и навигацията.

ВЪВЕДЕНИЕ

Според мнозина затлъстяването се е превърнало в епидемия, като> 35% от хората са определени като затлъстели или със затлъстяване в развития свят. 1 Тази епидемия засяга възрастни, както и деца и юноши, а нарастващият брой на засегнатите лица доведе до официално признаване на заболяването като болест. Това обаче е силно хетерогенно заболяване, тъй като голям брой гени са замесени в затлъстяването или риска от затлъстяване. 2-5 Въпреки че коренът на тази епидемия, която се появи и придоби популярност през последните 40 години, не е ясен, диетите с високо съдържание на мазнини и захар са замесени, както и заседналото поведение и генетиката и епигенетиката. 1,6,7

Основен проблем, свързан със затлъстяването, не е самото затлъстяване, а последиците от състоянието върху множество системи за приемане; те включват инсулинова резистентност и захарен диабет тип 2 (T2DM), повишен риск от сърдечно-съдови заболявания, повишен риск от остеоартрит (ОА) и увреждане на ставите, спад в когнитивната цялост, саркопения, мастна чернодробна болест и загуба на интегритет на червата. 1,7,8 Осъществяването на тези рискове, свързани със затлъстяването, често зависи и от други генетични или епигенетични рискове, свързани със специфични тъкани или органи. 9-12

Тогава възниква въпросът дали всички или повечето от гореспоменатите рискове, свързани със затлъстяването, са независими рискови фактори, или има общи елементи, свързани със затлъстяването, които биха могли да повлияят на разнообразен набор от целеви тъкани или органи, за да медиират голяма част от този риск. Макар и да не е окончателно, едно от възможните обяснения е развитието на метаболитен синдром, свързан със затлъстяването (MetS) с придружаващо нискостепенно възпалително състояние. 7,8 Това възпалително състояние може да претърпи промени в регулирането на приемника на системни възпалителни процеси и активиране на мастните депа чрез прекомерна консумация на енергия или мазнини от диетата, но може да бъде и следствие от индуцирани от диетата промени в чревния микробиом, с освобождаването на медиатори, като бактериален липополизахарид (LPS), които се транслоцират в системното кръвообращение чрез „течащо“ черво в резултат на диетата. 7,8 По този начин възпалителното състояние на индивид с хронично затлъстяване е резултат от комбинация от директни диетични ефекти върху гостоприемните системи, в допълнение към въздействието му върху микробиома и свързаните чревни тъкани.

Тези двама участници в нарушената регулация на възпалението могат да бъдат разделени с помощта на предклинични модели, при които могат да бъдат оценени краткосрочните отговори на среда, предизвикваща затлъстяване. По този начин, много краткосрочното излагане на плъхове на диета с високо съдържание на мазнини с високо съдържание на захароза (HFS) може да доведе до възпалителни промени в някои мускули в рамките на дни, 13 преди да могат да бъдат открити промени в плазмените концентрации на LPS. С течение на времето параметрите, свързани с червата и параметрите на гостоприемника, могат да допринесат за хронично състояние на променена възпалителна регулация. Дали това последно състояние е напълно обратимо остава отворен въпрос, тъй като с хронифицирането идва и рискът от епигенетични промени, които могат да попречат на пълна обратимост.

Тъй като затлъстяването и свързаната с него дисрегулация на възпалителните процеси е сложно, прекъсването на някои системи може да бъде интерактивно и да има синергични последствия с течение на времето (напр. T2DM и възпаление по време на възстановяване на мускулите или сърдечно-съдовата система) и не всеки има същите компоненти на MetS нарушени. 7,8 Въпреки това, да се обърне внимание на всички потенциални засегнати области е извън обхвата на този преглед. Следователно този преглед е фокусиран върху онези системи, които са засегнати от възпаление, свързано със затлъстяването и свързано с общ и основен процес на човешкия живот: мобилност и навигация през околната среда. По този начин загубата на целостта на мускулите, костите, сърдечно-съдовата система, артикулиращите стави и познанието са замесени като рискове от неефективна мобилност. Със загубата на подвижност идва ускорена загуба на целостта на тези системи, неспособност за отслабване и възстановяване на функцията чрез упражнения и спирала надолу към ранна смърт за мнозина. Хората са се превърнали в силно подвижен вид и заседналото поведение и загубата на подвижност са вредни за всички системи. Следователно, за да се борим с тази епидемия от затлъстяване, трябва да бъдем активни, мобилни и да постигнем метаболитна регулация или контрол и възстановяване на функцията.

МУСКУЛНА ИНТЕГРИТЕТНОСТ СЪС ЗАТЪЛВАНЕ

Хронично затлъстелите хора често демонстрират увреждане и загуба на мускули, наречени саркопения на затлъстяването. 14-16 Мускулите са основна цел за метаболизма на глюкозата и комбинацията от T2DM и натрупване на мазнини в мускулите с последваща фиброза и загуба на контрактилен материал може да доведе до загуба на специфична мускулна функция, особено на долните крайници, с последствия за целостта на сегментите на движение, отговорни за мобилността.

Друг въпрос относно затлъстяването, възпалението и целостта на мускулите е свързан с това дали възпалението пряко или косвено влияе върху целостта на нервно-мускулните системи за контрол. Тъй като мускулите се нуждаят от нервен принос, за да повлияят на функцията, нарушаването на този контрол може да доведе до атрофия и, в случай на затлъстяване, системна загуба на целостта. Загубата на нервния компонент на мускулната функция, използвайки инжекции с ботулинов токсин директно в мускулите на квадрицепсния комплекс, води до загуба на мускулна цялост с развитие на мастни натрупвания и фиброза. 19,20 Следователно са необходими повече изследвания, свързани с невронното въздействие на свързаното със затлъстяването възпаление върху функцията.

КОСТНИ И СЛОВЕННИ ПРОМЕНИ СЪС ЗАТЪЛВАНЕ

Затлъстяването може да доведе до проникване на мазнини в костите както на моделите на гризачи, така и на хората, 21-24, което може да допринесе за загуба на целостта на костите. Интересно е, че заседналото поведение, като продължително легло, също може да доведе до мазнини в костния мозък, което може да бъде предотвратено чрез упражнения, 25,26 дори при липса на затлъстяване. По същия начин мазнините могат да се натрупват в костния мозък на астронавтите в Международната космическа станция и по този начин продължителното излагане на микрогравитация също може да доведе до промени в отсъствието на затлъстяване, вероятно поради диференциацията по подразбиране на мезенхимните стволови клетки на костния мозък. 27 Следователно затлъстяването оказва влияние върху костите; все още остава да се изясни точната роля на възпалението в процеса при хората. 7,22

В предклинични модели на диета, предизвикано затлъстяване, е установено отлагане и активиране на мазнини в субхондралната кост. 21 По този начин целостта на костите е изложена на риск в резултат на промени и промени в тъканите, тясно свързани с костта (напр. Костния мозък). Затлъстяването, вероятно чрез системно възпаление на ниско ниво, може също да повлияе на здравето на костите чрез развитие на заболявания като остеопороза. По този начин, чрез пряко въздействие на мазнини в костите и кухината на мозъка или индиректно чрез възпаление, свързано със затлъстяване и съпътстваща експресия на адипокини и цитокини, които могат да улеснят костната резорбция, затлъстяването може да повлияе на здравето на костите по много начини. Тъй като жените са изложени на по-голям риск от развитие на остеопороза при липса на затлъстяване, тази популация може да бъде по-неблагоприятно засегната от мъжката популация. На второ място след остеопорозата е рискът от падания и фрактури и, при проблеми с увреждането, свързани с контрола на походката, 29,30 този риск може да се усложни.

Сухожилията играят критична роля в мобилността чрез предаване на мускулни сили за придвижване на костите, а целостта на сухожилията при затлъстяване също е от съществено значение за поддържане на функцията на сегмент на движението. Проучванията при хора показват, че сухожилията на глезените на тези с по-високи нива на затлъстяване показват повече характеристики, свързани с тендинопатиите. 31 Наскоро бе съобщено, че въз основа на ултразвуков анализ, асимптоматичните нарушения на целостта на ахилесовото сухожилие могат да бъдат свързани с наднорменото тегло. 32 Fairley et al. 33 съобщават за връзки между пателарната тендинопатия и затлъстяването и заключават, че връзката е механична, тъй като корелира с ИТМ, а не с мастна маса. Тези автори обаче не са направили оценка на пациентите за MetS. По този начин, свързаното със затлъстяването нарушаване на целостта на множество компоненти на сегмента на движение (мускул, сухожилие и кост) може да допринесе за нарушена мобилност и стабилност.

РАЗВИТИЕ НА СЪВМЕСТНИТЕ ЩЕТИ ПРИ ЗАТЪЛВАНЕ

Хората със затлъстяване са изложени на по-висок риск от развитие на ставни заболявания, като остеоартрит на коляното, отколкото индивидите, които не са със затлъстяване. 7,34,35 Този риск може да се крие в повишеното механично натоварване, поставено върху ставите като коленете, в нерегулирано възпалително състояние или комбинация от двата фактора. Въпреки това, някои доклади показват повишен риск от развитие на ОА на ръцете при лица със затлъстяване и ръката може да не бъде подложена на повишено натоварване, така че може би рискът от затлъстяване зависи повече от възпалителната дисрегулация. 7,8

ПОТЕНЦИАЛНИ ПРОМЕНИ В ЗРЕНИЕТО СЪС ЗАТЪЛВАНЕ

Съобщава се, че хората със затлъстяване са изложени на риск от развитие на някои очни заболявания, 45 като дегенерация на макулата, 46,47 катаракта, 48,49 заболявания на ретината 50 (вероятно свързани с консумацията на захар), 51 и други. 52 Що се отнася до затлъстяването и риска от катаракта, констатациите все още са противоречиви, тъй като някои доклади показват отрицателна корелация за корейско население. 53

Също така не е ясно дали този риск е свързан с пряк ефект от мазнините, нерегулираното възпалително състояние или вторична последица от затлъстяването, свързано с T2DM и консумацията на рафинирана захар. Окото е привилегировано имунно място, 54,55 и нарушаването на хомеостазата чрез нерегулирана възпалителна система може да допринесе за загубата на такава привилегия и да позволи неподходящи възпалителни или имунни дейности в окото (например чрез стъкловидното тяло [VH]), както и на нивото на роговицата. Наскоро авторите съобщиха, че след индуцирането на диета, индуцирано затлъстяване, моделите на генна експресия се променят в VH клетките и че въз основа на методология на протеиновия масив, протеиновата хомеостаза на тази течност се нарушава с повишеното присъствие на възпалителни медиатори. 56 Въпреки че тези резултати все още не са свързани с очните промени, свързани с явни болестни процеси в предклиничния модел или нарушена навигация, това е област на активни изследвания.

В допълнение, все още не е възможно промените във VH на индуцираните от диетата затлъстели плъхове директно да бъдат приписани на установените системни възпалителни промени. Такива промени могат да бъдат и косвен ефект от увреждането на ставите, настъпило след индукция на диета, предизвикано от затлъстяване. 21,41 В допълнение, тъй като последните проучвания на плъхове използват само 12-седмичното затлъстяване, предизвикано от диета, за оценка на увреждането на ставите и измененията на VH, все още не е известно дали ставното увреждане е предшествало промените в VH на око, независимо дали се развиват паралелно, или промените в очите предшестват увреждането на ставите. Решаването на този въпрос е предмет на текущи изследвания.

Този проблем с участието на очите при затлъстяване вероятно ще бъде от клинично значение, тъй като хората използват очите си, за да се придвижват през заобикалящата ги среда. Като такава мобилността е от решаващо значение, но навигацията е възможно дори повече. Все още обаче не е известно дали нараняването на глезена или тазобедрената става също води до промени в окото, или има специфична ос коляно-око или подвижност-навигация. 57 Това е област на активно изследване, както и определяне дали тази потенциална ос е еднопосочна (коляно към око) или двупосочна (също око към коляно). По този начин мобилността е неразривно интегрирана с навигацията. Освен това, като скелетно зрели възрастни, хората определят къде се намират в космоса, докато са подвижни, без открито да мислят за това, но може да изискват по-активно мислене, докато се учат да бъдат мобилни като малко дете или по-възрастни, когато интегрираните системи намаляват в интегритет. Интересното е, че постуралният контрол при възрастните хора се влияе неблагоприятно от зрителни увреждания. 58 Последният аспект на мобилността вероятно включва и мозъчни елементи, свързани с паметта или специфични области на мозъка, като хипоталамуса 59 или други центрове. 60

АДРЕСИРАНЕ НА НУЖДАТА ОТ ЕФЕКТИВНИ ИНТЕРВЕНЦИИ ЗА ПРЕДОТВРАТЯВАНЕ ИЛИ ЗАБРАНЯВАНЕ НА ЗАТЪЛБОЧЕНИЯ РИСК ОТ ЗАГУБА НА МОБИЛНОСТТА И НАВИГАЦИЯ

От предишната дискусия става ясно, че затлъстяването и свързаното с него възпалително състояние (т.е. MetS) вероятно влияят върху гостоприемните тъкани, които допринасят за ефективна и енергийно ефективна мобилност и навигация. Те включват тъкани, пряко участващи в подвижността (мускули, сухожилия и кости), както и други, които допринасят за вярността на подвижността, като очите и периферната невронна система/мозък (чрез контрол на паметта на движението, нервен контрол на мускулите и интегриране на функционирането на различните тъкани, участващи в движение чрез проприоцепция, двустранна координация и избягване на риска).

Потенциалните интервенции за възстановяване на метаболитния контрол включват загуба на тегло чрез диета или бариатрична хирургия; упражнения, самостоятелно или в комбинация с диета и промени в храненето; или използването на пребиотици (субстрати, които селективно се използват от микроорганизмите гостоприемници, предоставящи полза за здравето), 68 самостоятелно или в комбинация с други условия. Някои опции могат да работят по-добре за някои пациенти, отколкото други, вероятно поради разликата във факторите, допринасящи за риска. Изводът, че няма „бързо решение“ за затлъстяването, се подкрепя от големия брой гени, които са замесени в затлъстяването, и факта, че епигенетичните механизми също играят роля в развитието и прогресирането на затлъстяването и свързаното с MetS възпаление. 9-12 Също така не е ясно до каква степен уврежданията и промените поради затлъстяване или MetS са обратими в мускулно-скелетната и/или очната тъкан. По този начин затлъстяването вероятно е сложно при контрола му на множество нива и като такова може да са необходими по-индивидуализирани подходи.

Също така е ясно, че употребата на пребиотични съединения (обикновено олигофруктоза и инулин) може да помогне за възстановяване на метаболитната регулация. 69-72 Такива пребиотици не се метаболизират от хората, но се използват от чревната микробиота за преориентиране на микробната общност чрез промяна на наличните бактериални видове и коригиране на синдрома на пропускащите черва, което позволява на бактериалния LPS да премине в гостоприемника. 68,73 Тъй като LPS е провоспалителна молекула, такива промени могат да повлияят директно възпалителния компонент на MetS. Подобно въздействие може да възстанови целостта на мускулите, инсулиновата резистентност и по-добър контрол на мобилността. Остава да се определи дали такива пребиотици могат да повлияят на връщането на VH в по-нормално състояние и потенциално да възстановят целостта на навигацията. На второ място, използването на пребиотици от бактериите води до генерирането на късоверижни мастни киселини, които могат да се абсорбират и да повлияят на гостоприемните системи, 74-76 и дали такива метаболити могат да повлияят на окото или предложената схема остава да се изясни. По този начин този пребиотичен подход има сравнително ниска цена и би могъл да бъде полезен начин за справяне с някои аспекти на въздействието на затлъстяването.