Барбара Щрасер

1 Отдел по медицинска биохимия, Биоцентър, Медицински университет в Инсбрук, Инсбрук, Австрия.

Дитмар Фукс

2 Отдел по биологична химия, Биоцентър, Медицински университет в Инсбрук, Инсбрук, Австрия.

Резюме

Асоциация между нарушение на настроението, невъзможност за загуба или спиране на напълняването и жажда за въглехидрати се проявява от много хора с наднормено тегло или те стават такива. В скорошно проучване установихме, че нискокалоричната диета за отслабване значително понижава не само нивата на лептин, но и нивата на незаменими аминокиселини триптофан (TRP). Нарушеният метаболизъм на TRP може да повлияе на биосинтеза на серотонин и по този начин може да увеличи чувствителността към нарушения на настроението и желание за въглехидрати, увеличавайки вероятността за спиране на програмите за намаляване на теглото. Алтернативно, умереното физическо упражнение - мощен стимул за модулиране (намаляване/нормализиране) на възпалителните цитокини, които могат да повлияят на нивата на TRP - може да бъде полезно за подобряване на състоянието на настроението и предотвратяване на неконтролирано наддаване на тегло. За разлика от това, прекомерното физическо натоварване може да предизвика разграждане на TRP, когато се стимулират възпалителни каскади заедно с TRP-разграждащия ензим индолеамин 2,3-диоксигеназа-1, което може да доведе до невропсихиатрични симптоми като умора и лошо настроение.

Въведение

Повече от 2,1 милиарда души - близо 30% от световното население - днес са с наднормено тегло или затлъстяване. 1 Следователно затлъстяването може да се разглежда като глобална епидемия и следователно като основен проблем на общественото здраве. Както наднорменото тегло, така и затлъстяването се характеризират с натрупване на прекомерни нива на телесни мазнини и това създава повишен риск от сърдечно-съдови заболявания, някои видове рак и обща смъртност. 2 Последните доказателства показват подобни неблагоприятни ефекти на затлъстяването върху мозъка. 3 По-специално, коремното затлъстяване е свързано със значителни метаболитни промени, които засягат централната нервна система при дори по-млади, неклинични (= общи) популации в средата на живота. Освен това затлъстяването е замесено да играе роля в когнитивните дефицити при пациенти с деменция 5 и психични разстройства. 6 Основните причини за затлъстяване не са добре разбрани; обаче е вероятно както гените, така и факторите на околната среда, особено свързаното с възрастта намаляване на физическата активност, да допринесат за този проблем. 7

Модификацията на начина на живот, по-специално промените в диетата, физическата активност и упражненията се считат за крайъгълен камък на управлението на затлъстяването. 16 Придържането на жертвите към режими на хранене и упражнения обаче често е ограничено и те могат да се откажат след първите шест месеца, преди да постигнат целите си. 17 Наскоро забелязахме, че нискокалоричната диета за отслабване значително понижава не само нивата на лептин, но и нивата на TRP. 18 Нарушеният метаболизъм на TRP може да повлияе на биосинтеза на серотонин и по този начин да увеличи чувствителността към нарушения на настроението и желание за въглехидрати, увеличавайки вероятността за спиране на програмите за намаляване на теглото (Фиг. 1). От друга страна, умерените физически упражнения - мощен стимул за модулиране на възпалителни цитокини, които могат да повлияят на нивата на TRP - могат да бъдат полезни за подобряване на състоянието на настроението и предотвратяване на неконтролирано наддаване на тегло. 19.

упражнения

Диетата с ниско и много ниско съдържание на калории води до дефицит на незаменима аминокиселина триптофан поради недостатъчен хранителен прием (горна графика), докато съотношението KYN към TRP (долна графика) не се влияе. 18.

Целта на този преглед е да даде кратък преглед на ефектите от диетата и упражненията върху контрола на теглото и да опише важната роля на метаболизма на TRP по време на диетични интервенции, комбинирани или не с физически упражнения. Преглед на литературата беше извършен чрез базата данни PubMed, за да се идентифицират съответните изследвания, особено публикувани през последните 10 години. Следните ключови думи бяха използвани самостоятелно или в различни комбинации: диета, упражнения, настроение, триптофан, загуба на тегло и поддържане. Референтните списъци от оригинални и рецензионни статии също бяха прегледани, за да се идентифицират допълнителни съответни изследвания.

Диета - Загуба на тегло, предизвикано от упражнения

Като често следствие, диетите за отслабване с калории, особено ако се основават на съдържание на макронутриенти, което е с ниско съдържание на въглехидрати и високо съдържание на протеини, карат много хора, които се хранят, да се върнат към старите си хранителни навици, да ядат повече и да използват богати на въглехидрати храни, за да се чувстват по-добре, което е честа причина за увеличаване на теглото, така наречения йо-йо ефект. 45 В скорошно проучване 18 концентрации на незаменима аминокиселина TRP намаляват значително с диета за отслабване с калории и най-ниските концентрации на TRP се наблюдават в групата на хората с най-нисък прием на калории. Намаляването на нивата на TRP може да се отнесе към намаления му прием по време на диета за ограничаване на калориите, тъй като това не е свързано със състоянието на имунната активация на индивидите, което остава непроменено. Възможно е обаче да има различия между половете в отговора на плазмения TRP на диета. Например при жените, но не и при мъжете, диетата значително понижава общия и свободния TRP в плазмата, което показва, че диетите променят мозъчната серотонинова функция при жените, може би като следствие от намаляването на наличността на TRP в плазмата. 46

Ограничаването на калориите намалява почивката и общия разход на енергия. 47 Спадът в енергийните разходи, благоприятстващ възстановяването на загубеното тегло, продължава и след периода на динамично отслабване. 48 Констатации от проучването POUNDS LOST потвърди намаляване на общите енергийни разходи, допринесено главно от намаляване на енергийните разходи в покой, както при мъжете, така и при жените. 49 Освен това авторите установяват намаляване на енергийните разходи от физическа активност, тъй като диетичните въглехидрати намаляват, последвано от намаляване на чистата телесна маса с диета с високо съдържание на мазнини.

По този начин загубата на тегло води както до физиологични, така и до психологически промени, които насърчават последващото възстановяване на теглото. Пътят за преодоляване на тази тенденция за възстановяване на теглото може да включва упражнения и диетични стратегии, които подобряват придържането, противодействат на физиологичните и поведенчески адаптации и възстановяват баланса между приема и разходите. 50

Подобряване поддържането на загуба на тегло

Въпреки че много хора имат успех в отслабването с диета, поддържането на теглото е предизвикателство, независимо от първоначалния начин, използван за отслабване. Дългосрочното спазване на ограничителните диети е затруднено поради намаляването на енергийните разходи, причинено от загуба на тегло, но също и поради промени в периферните хормонални сигнали, които увеличават апетита. 51 Следователно повечето хора, които спазват диета, впоследствие възвръщат голяма част или всички загубени килограми. Упражненията и поведенческите интервенции могат да помогнат на хората да поддържат загуба на тегло, тъй като програмите за упражнения модифицират реакциите в посока, която се очаква да подобри ситостта и да позволи загуба на тегло и/или поддържане. 50

Механизмите за възстановяване на теглото след отслабване

Загубата на тегло води до компенсаторни промени в хомеостатичните процеси, включително промени в енергийните разходи, метаболизма на субстрата и хормоналните пътища, участващи в регулирането на апетита, което води до повишен глад и съхранение на енергия, благоприятстващо възстановяването на теглото. 51 В скорошно ревю MacLean et al. 52 обобщи адаптациите към енергийно ограничена загуба на тегло, за които се смята, че насърчават възстановяването на теглото. По време на загуба на тегло метаболитните нужди намаляват като функция от (i) загубена телесна маса, (ii) намалена консумация на храна и (iii) повишена метаболитна ефективност на периферните тъкани. Невроендокринните сигнали от периферията прехвърлят съобщение за изчерпване на енергията и ниска наличност на хранителни вещества - благоприятстващи сигнали за глад - към хипоталамуса и задния мозък, които служат като първични контролни центрове за регулиране на енергийния баланс. Отговорът е, че апетитът се увеличава и разходът на енергия намалява, наречен като енергийна празнина. 52 За да се поддържа намаленото тегло, приемът на храна трябва да бъде ограничен до нивото, което изразходваната енергия се потиска или придържането към упражненията трябва да се засили, за да се намали разликата между апетита и разходите.

Противодействие на биологията с физически упражнения

TRP е не само предшественик на биохимичния път на серотонина, но и ключовият елемент за образуването на никотинамид аденин динуклеотиди, NAD и NADH, по пътя на KYN. 80 Потенциалните сигнали по време на тренировка включват повишен NAD +/NADH. С увеличаване на интензивността на упражненията, цитозолното съотношение NAD +/NADH намалява с натрупването на лактат. 81 NAD + регулира експресията на сиртуини (SIRT) и активиран от пероксизома пролифератор рецептор-γ коактиватор (PGC-1α). Подобрените дейности на SIRT1 и PGC-1α са свързани с подобрена митохондриална функция и ефективност на упражненията 82 и защита срещу обезогенно хранене. 83 Наскоро беше открит механизъм, чрез който свръхекспресията на PGC-1α1 в мускулите имитира антидепресантни ефекти на упражненията чрез насърчаване на експресията на KYN аминотрансфераза. По този начин се предотвратява преминаването на KYN през кръвно-мозъчната бариера и нарушаването на невронната пластичност. 84

Трябва обаче да се разграничи развлекателната физическа активност (дейност, с която хората се занимават през свободното си време, която хората се наслаждават и която хората признават като социално изкупителни ценности) от многократни тренировки на високо ниво или интензивни спортове за издръжливост. Въпреки че развлекателната физическа активност, извършвана през ден максимум, ще окаже гореспоменатото положително въздействие върху физиологичните пътища и параметри, многократните дейности на високо ниво могат лесно да се обърнат към отрицателен нетен ефект. Изчерпателната физическа активност значително влияе върху възпалителните каскади, които включват няколко проинфламаторни цитокини, като интерферон-γ и биохимични пътища надолу по течението. 96, 97 Това включва също промени в аминокиселинните профили, например, по време и след половин триатлон желязо. 91 Такива данни се вписват добре в наблюдението, че интензивното обучение е свързано с ускорено разрушаване на TRP и повишена KYN/TRP. 79

Интересното е, че интензивните спрямо умерените физически дейности също могат да окажат контрастиращи ефекти върху невропсихиатричните вериги (фиг. 2). Острите и умерени физически упражнения, като неконкурентни физически упражнения като джогинг, повишават активността на GTP-циклохидролаза-1 (GCH1) и допринасят за увеличеното производство на производни на птеридин. 98 За разлика от това, в нашето скорошно проучване е отбелязан спад в концентрациите на фенилаланин и PHE/TYR чрез изчерпателни упражнения, 79 което показва намалена активност на PAH, която може да се дължи на спад в тетрахидробиоптерина (BH4). 99 В същата популация нивата на нитрити спадат (непубликувани данни), което може да представлява друга последица от намаленото производство на NO •, свързано с намаления BH4. За съжаление директните измервания на BH4 са почти невъзможни, тъй като само много строгите аналитични мерки могат да ограничат окислителната загуба на това съединение и практически да ограничат мониторинга му до лабораторни изследвания върху животни или in vitro.

Хипотеза за въздействието на умереното (горна графика) спрямо интензивното (долна графика) физическо упражнение върху разграждането на триптофан и производството на 5-хидрокситриптамин (серотонин) при здрав индивид: Физическото упражнение предизвиква проинфламаторен имунен отговор, който е свързан с индукция на IDO1. Успоредно с това се активира GCH1, което води до производството на BH4, необходимия кофактор на няколко аминокиселинни хидроксилази, включително триптофан 5-хидроксилаза. В умерена ситуация (горна графика), увеличаването на BH4 е в състояние да компенсира възможна загуба на триптофан поради активност на IDO1, повишената наличност на серотонин ще подобри настроението. Въпреки това, в ситуацията след продължително или тежко (= интензивно) упражнение (долна графика), това вече не е вярно. Производството на ROS на високо ниво може да намали продължителността на живота на BH4 и спортистите могат да бъдат изправени пред недостатъчно снабдяване със серотонин и лошо настроение.

И все пак данните се вписват добре в съществуващата литература, която показва, че острите упражнения за издръжливост могат да увеличат наличността на серотонин, както е отразено в периферията от повишената концентрация на свободен TRP. 100 Патогенезата на отрицателното настроение със сигурност е многофакторна, TRP и метаболизмът на серотонина могат да бъдат от по-голямо значение, а засягащите реактивни кислородни видове (ROS) и BH4 в момента все още са доста спекулативни, въпреки че вече няколко години се съобщава за успешна терапия на депресия с BH4 по-рано. 101

Може да се заключи, че умерените физически упражнения усилват производството на невротрансмитери, като серотонин, норадреналин, адреналин и допамин, и по този начин могат да допринесат за повишаване на настроението. 102 Обаче само спортовете, изпълнявани от време на време с интервал от два или три дни, когато се извършват като развлекателна дейност, изглежда оказват този благоприятен ефект върху общото благосъстояние, докато интензивните тренировки по-скоро ще повлияят неблагоприятно както на настроението, така и на функцията на имунната система. 104

Заключение

Бележки под линия

АКАДЕМИЧЕН РЕДАКТОР: Gilles Guillemin, главен редактор

ПРЕГЛЕД НА ВРЪЗКИ: Петима партньори допринесоха за доклада за партньорска проверка. Докладите на рецензенти са общо 1896 думи, с изключение на всякакви поверителни коментари към академичния редактор.

ФИНАНСИРАНЕ: Авторите не разкриват външни източници на финансиране.

КОНКУРЕНТНИ ИНТЕРЕСИ: Авторите не разкриват потенциален конфликт на интереси.

Хартия подлежи на независим експертен сляп партньорски преглед Всички редакционни решения, взети от независим академичен редактор. При изпращане ръкописът е подложен на антиплагиатско сканиране. Преди публикуването всички автори са дали подписано потвърждение на съгласието за публикуване на статията и спазването на всички приложими етични и правни изисквания, включително точността на информацията за автора и сътрудниците, разкриване на конкуриращи се интереси и източници на финансиране, спазване на етичните изисквания, свързани с хората и животните участниците в проучването и спазването на изискванията за авторски права на трети страни. Това списание е член на комисията по публикационна етика (COPE). Произход: авторите бяха поканени да изпратят този доклад.

Принос на автора

Създаден и проектиран преглед: BS, DF. Написа първия проект на статията: BS. Допринесъл за написването на статията: BS, DF. Съвместно разработиха структурата и аргументите за статията: BS, DF. Направи критични ревизии и одобри окончателната версия: BS, DF. И двамата автори прегледаха и одобриха окончателната статия.