Douglas R. Moellering

1 Departamentul de Științe Nutritive, Universitatea din Alabama la Birmingham, Birmingham, AL, SUA

2 Centrul de cercetare și formare a diabetului, Universitatea din Alabama la Birmingham, Birmingham, AL, SUA

Daniel L. Smith, Jr.

1 Departamentul de Științe Nutritive, Universitatea din Alabama la Birmingham, Birmingham, AL, SUA

3 Nutrition Obesity Research Center, Universitatea din Alabama la Birmingham, Birmingham, AL, SUA

Abstract

Homeotermele mențin o temperatură optimă a corpului, care este de cele mai multe ori peste mediul înconjurător sau temperatura ambiantă. Pe măsură ce temperatura ambiantă scade, consumul de energie (și aportul de energie) trebuie să crească pentru a menține homeostazia termică. Odată cu adoptarea pe scară largă a controlului climatului, oamenii din societatea modernă sunt tamponați de la temperaturi extreme și petrec o cantitate tot mai mare de timp într-o stare confortabilă din punct de vedere termic, în care cerințele energetice sunt minimizate. Se presupune că acest lucru va contribui la creșterea contemporană a ratelor de obezitate. Sunt discutate studii care raportează expunerea animalelor și a oamenilor la diferite temperaturi ambientale. Se acordă o atenție suplimentară răspunsurilor metabolice și fiziologice potențial modificate la subiecții obezi față de cei slabi la o temperatură dată. Datele sugerează că temperatura mediului ambiant contribuie semnificativ atât la aportul de energie, cât și la consumul de energie și că această variabilă ar trebui explorată mai amănunțit în studiile viitoare, ca potențial contribuitor la susceptibilitatea obezității.

Introducere

Temperatura ambiantă: cheltuieli de energie și consum de energie

Este simplu să recunoaștem că, dacă o persoană mănâncă mai multe calorii decât cheltuie, rezultatul ar trebui să fie creșterea în greutate. În plus, un aport caloric constant concomitent cu o scădere semnificativă a cheltuielilor de energie - asociat cu o activitate fizică redusă (sau un stil de viață sedentar) - ar putea fi de asemenea de așteptat să ducă la creșterea în greutate. În ciuda acestor predicții evidente și a contribuțiilor fiecăruia la echilibrul energetic, a fost dificil să se atribuie una sau ambele ca fiind singura cauză a incidenței crescute a excesului de greutate/obezitate în societatea contemporană. Acest lucru i-a determinat pe unii cercetători să facă ipoteza că factori mai subtili, dar potențial semnificativi, contribuie individual sau în cooperare la o schimbare în economia echilibrului energetic și la creșterea ratelor de obezitate.

Pentru a contribui semnificativ la actuala epidemie de obezitate, orice dezechilibru energetic, oricât de mare sau de mic, trebuie să persiste pe o perioadă extinsă de timp. Acest lucru a fost clar ilustrat prin modelarea impactului unui exces caloric fix (sau a unei cheltuieli reduse) asupra creșterii în greutate corporală [8; 9]. Dezechilibrul inițial are ca rezultat acumularea suplimentară de masă corporală (atât grăsime, cât și masă slabă), iar un nou echilibru energetic se stabilește într-o perioadă relativ scurtă de timp în care caloriile care anterior erau în exces sunt acum necesare pentru menținerea greutății corporale datorită creșterii mărimea corpului [9]. În schimb, dacă un exces caloric relativ este menținut constant în timp, se va obține o creștere lentă, dar consistentă, la o greutate corporală mai mare.

Un factor omniprezent care influențează atât consumul de energie, cât și aportul de energie este temperatura ambientală sau de mediu în care trăim. Organismele homeoterme, inclusiv oamenii, mențin o temperatură optimă a corpului într-un interval destul de îngust în condiții normale la

ambientală

Cheltuieli de energie și consum de energie la diferite temperaturi ambientale. Zona termoneutrală (zona cutiei) este definită ca cheltuiala minimă de energie bazală atunci când este odihnită în absența termogenezei active sau a disipării căldurii. Observați că pe măsură ce Ta scade sub TNZ, cheltuielile de energie (linia albastră) cresc. În schimb, pe măsură ce Ta crește peste TNZ, crește și cheltuielile cu energia. Aportul de alimente (linia verde) este modelat pe toată gama Ta pe baza datelor de la mamifere mici și la om. Protecția împotriva Ta, cum ar fi adăugarea de îmbrăcăminte sau modificări ale compoziției corpului (de exemplu, obezitate/exces de adipozitate) schimbă curba de cheltuială a energiei spre stânga (linia roșie), reprezentând un răspuns energetic modificat la același Ta pentru indivizii cu greutăți și adipozități corporale diferite. . Astfel, se poate aștepta ca TNZ-ul individului obez să se deplaseze la un interval mai mic de Ta (zona cutiei).

Temperatura ambiantă și termogeneza indusă de dietă

Temperatura ambientală și țesutul adipos maro

60% din totalul populației ca BAT pozitiv [45; 61-63]. În timp ce BAT este în mod clar protector împotriva obezității și a afectării metabolice legate de dietă (și compromisă la modelele de obezitate și diabet) la modelele animale [64], rămâne de demonstrat relevanța clinică la om [60; 65]. Deoarece tehnologiile suplimentare au fost dezvoltate pentru a măsura cantitatea și activitatea BAT in vivo [66-68], studiile viitoare vor clarifica rolul, dacă există, BAT poate juca în reglarea greutății corporale și prevenirea bolilor.

Estimarea temperaturii ambiante și a zonei termoneutrale

Reducerea temperaturii ambientale la subiecții slabi și obezi

Temperatura ambientală redusă

Luați în considerare un scenariu al doi indivizi de vârstă similară, dar compoziția corporală foarte diferită (una slabă cu un procent scăzut de grăsime corporală și cealaltă obeză cu un procent ridicat de grăsime corporală) expuse la aceleași temperaturi ale mediului. După cum sa discutat anterior, efectele cunoscute ale frigului sunt creșterea ratei metabolice și a aportului de alimente. Având în vedere o temperatură termoneutrală de

Temperatura ambientală ridicată

În cazul unui individ slab expus la un nivel ridicat de Ta, metabolismul ar fi crescut în timp ce aportul de alimente ar fi scăzut. În studiile pe termen scurt, acest lucru a dus la un echilibru energetic negativ și la greutatea corporală și pierderea de grăsime. În mod similar, la un individ obez, expunerea la Ta peste TNZ (despre care susținem că ar putea fi mutată la o limită superioară mai mică a Ta datorită adipozității crescute) ar crește și metabolismul, deoarece procesele sunt activate pentru a crește disiparea căldurii împotriva unui gradient termic mai mic. Aportul alimentar ar fi redus, rezultând un echilibru energetic negativ și pierderea în greutate corporală/grăsime. În ambele condiții „hipertermice”, contribuția relativă a DIT la cheltuielile de energie (și echilibrul energetic) ar fi redusă, deoarece aportul de alimente este redus și mecanismele termogene precum BAT ar fi suprimate în timpul oricărei aclimatizări cronice a expunerii la căldură.

În cele din urmă, luați în considerare separarea Ta în timpul meselor față de activitățile zilnice și somn/odihnă. Deoarece expunerea acută la Ta poate crește aportul de energie, dacă mesele au fost consumate în condiții reci, urmate de o tranziție la un Ta mai cald, ar putea apărea o apariție nefericită de aport și cheltuieli nepotrivite. Dacă acest lucru ar duce la creșterea excesivă în greutate la oameni și dacă indivizii obezi cu DIT suprimat ar fi mai susceptibili ar putea fi explorat în viitor.

Temperatura ambiantă și modele animale - Precauții și considerații

Efectele și interacțiunile Ta, nutriția și creșterea în greutate pot fi cel mai bine cercetate în modele animale, inclusiv rozătoare, găini și porcine. În timp ce fiecare demonstrează modificări dependente de Ta în consumul și consumul de energie [12; 84; 85], aplicabilitatea pentru prezicerea răspunsurilor umane suferă de câteva limitări. De relevanță pentru termogeneza indusă de frig și dietă, atât porcii, cât și găinile posedă celule asemănătoare BAT, dar nu au o genă funcțională de decuplare a proteinei 1 [86; 87]. Având în vedere interesul revigorat pentru semnificația BAT și contribuția sa la cheltuielile de energie în condiții de stimulare la rece și dietă, ar trebui să se aplice prudență în rezultatele generalizării excesive de la ambele organisme la oameni, deși utilitatea lor ca model al funcției BAT afectate poate totuși fi exploatat. În timp ce majoritatea rozătoarelor posedă BAT, raportul dintre suprafață și volum (sau masă) este semnificativ mai mare decât la om, rezultând o provocare termică semnificativ mai mare în cadrul unei expuneri date la Ta [11; 12; 29]. Acest lucru este dovedit de masa BAT proporțional mai mare în raport cu greutatea corporală totală (

De 10 ori mai mare la șoareci decât la oameni) ceea ce este asociat cu o creștere metabolică semnificativ mai mare ca răspuns la stimularea SNS BAT [11; 12]. Cu toate acestea, carcasa termoneutrală poate atenua parțial acest efect indus de frig și poate îmbunătăți utilitatea modelului pentru cercetarea translațională [29; 88].

Concluzie

Care este răspunsul metabolic al subiecților slabi versus obezi într-o gamă largă de temperaturi ambientale? Este TNZ pur și simplu mutat mai jos sau extins în starea obeză?

Reducerea Ta poate schimba echilibrul energetic suficient pentru a induce pierderea în greutate în absența controlului alimentar la om? Creșterea Ta peste TNZ ar putea fi utilizată ca un regim de supresie dietetică, de slăbire?

Răspunsurile fiziologice și metabolice la Ta peste și sub TNZ sunt un factor de risc pentru complicații cardiovasculare?

Care este profilul de expunere Ta, disponibil 24 de ore pe zi, pentru oameni în societatea modernă? Se poate utiliza Ta redusă noaptea pentru a crește consumul de energie și pentru a stimula potențialul termogen pentru echilibrul energetic și menținerea greutății? Cum influențează îmbrăcămintea, așternutul, activitatea și alte variabile asupra acestor expuneri? Cum se schimbă expunerile Ta odată cu anotimpurile?

Ar putea expunerile acute intermitente la Ta rece (în afara orelor de masă) să ofere un stimul suficient pentru a promova consumul prelungit de energie și extinderea țesutului adipos maro sau este necesară expunerea cronică?

Expozițiile de Ta în timpul creșterii și dezvoltării influențează metabolismul pe termen lung și creșterea în greutate la oameni?

În timp ce sunt necesare mai multe cercetări, devine din ce în ce mai evident că temperatura mediului ambiant poate avea un impact semnificativ asupra cheltuielilor noastre de energie, asupra consumului de energie și, prin urmare, asupra bilanțului nostru energetic. Ca o întoarcere la diete variate, cu ingrediente naturale, este propusă pentru sănătate, astfel încât expunerea la o gamă variată și naturală de temperaturi ambientale poate fi exact ceea ce avem nevoie.