Coraz powszechniejsze stosowanie diet odchudzających wśród ludzi ma związek ze stale narastającą epidemią otyłości wśród społeczeństwa. Jeśli chodzi o etiologię tego schorzenia to jest ona niezwykle złożona i obejmuje ona aspekty psychologiczne, np. brak silnej woli, „zajadanie stresu”, genetyczne, a także siedzący tryb życia oraz trudność pozbywania się tkanki tłuszczowej mimo stosowania diet redukcyjnych. Proces odchudzania nigdy nie jest zależnością prostolinijną i często pojawiają się etapy, w których waga przestaje spadać, co wiąże się często z demotywacją do dalszego działania. Stosowanie diet ubogoenergetycznych, nawet ze względnie niewielkim deficytem może spowodować zahamowanie utraty tkanki tłuszczowej. Jest to uwarunkowane termogenezą adaptacyjną, która polega na adaptacjach metabolicznych powodujących mniejsze zużycie energii przez organizm.
Czym jest termogeneza?
W celu lepszego zrozumienia czym jest termogeneza adaptacyjna należy najpierw zrozumieć zagadnienie termogenezy. Ogólnie pojęcie termogenezy oznacza wytwarzanie ciepła przez organizm w celu utrzymania odpowiedniej temperatury ciała, co wiąże się ze zużyciem energii. Istnieje wiele typów termogenezy, np. drżeniowa, która opiera się na zamianie energii chemicznej (w postaci ATP) na kinetyczną, co powoduje uwolnienie prawie całej energii w postaci ciepła. Dlatego w wyniku zbyt dużego ochłodzenia pojawiają się dreszcze, które maja na celu podniesienie temperatury ciała. Istnieje również termogeneza niedrżeniowa, za którą odpowiada brunatna tkanka tłuszczowa charakteryzująca się unikalnymi właściwościami metabolicznymi – mitochondria w niej zawarte wyprodukowaną energie rozpraszają w postaci ciepła, dzięki obecności w nich specjalnego białka – termogeniny. U człowieka brunatna tkanka tłuszczowa występuje głównie u niemowląt, co ma związek z ich budową – dużym stosunkiem powierzchni ciała do jego objętości, co przyczynia się do znacznie szybszej utraty ciepła [1].
Termogeneza poposiłkowa
Termogeneza indukowana dietą oznacza najprościej rzecz ujmując wzrost produkcji ciepła przez organizm następujące po spożyciu posiłku. Przyczynia się to do wzrostu całkowitego dziennego wydatku energetycznego. [2, 3] Proces ten ma związek ze stymulacja procesów wymagających energii w okresie poposiłkowym, tzn. wchłanianie składników pokarmowych w jelitach, początkowe etapy ich metabolizmu oraz magazynowanie wchłoniętych, ale nie natychmiast utlenionych składników odżywczych. TEF (thermic effect of food) u zdrowych osób stosujących dietę mieszaną wynosi około 10% spożywanych kalorii. Natomiast na jego wielkość ma zawartość poszczególnych składników w codziennym jadłospisie. Energię wymaganą do strawienia każdego makroskładnika, czyli jego TEF można wyrazić jako procent dostarczanej energii przez dany makroskładnik.- tłuszcze – zapewniają 9 Kcal / g, a ich TEF wynosi 0-3%- węglowodany – zapewniają 4 Kcal / g a ich TEF wynosi 5-10% – białka – zapewniają 4 Kcal / g a ich TEF wynosi 20-30% [9]Na podstawie tych wartości można wysnuć wniosek, że u osób stosujących dietę o wyższej zawartości białka termogeneza indukowana dietą będzie większa. [7, 8]
Odpowiedni poziom witamin z grupy B to niezbędnik prawidłowego metabolizmu energetycznego
Termogeneza adaptacyjna
Zainteresowanie reakcją organizmu w odpowiedzi na głód jest w środowisku naukowym obecne od dawna. Energię możemy wydawać wykonując pracę lub produkując ciepło (termogeneza), dlatego termogeneza w aspekcie utraty masy ciała jest czynnikiem, który wpływa na efekty procesu odchudzania. Jest to szczególnie ważne w leczeniu otyłości i powinno być brane pod uwagę przez żywieniowców dokonujących tej interwencji. Termogeneza adaptacyjna, która określana jest również jako fakultatywna jest to wytwarzanie ciepła w odpowiedzi na temperaturę otoczenia lub sposób odżywiania i ma na celu ochronę organizmu przed zimnem oraz regulację bilansu energetycznego po zmianie diety. [5]
Czynniki wpływające na termogenezę adaptacyjną:
Ekspozycja na zimno
Wydatki energetyczne w spoczynku zmieniają się znacznie pod wpływem temperatury otoczenia. Zaobserwowano, że zużycie tlenu w przypadku narażenia na zimno ulega znacznemu zwiększeniu. Jest to wynikiem przede wszystkim pojawiających się dreszczy, do których niezbędne jest wykorzystanie ATP. [5]
Regulacja nerwowa
Spadek temperatury jest bodźcem do aktywacji ośrodków kontrolujących rozpraszanie energii, które wpływają za pośrednictwem układu współczulnego na główne tkanki termogeniczne, tzn. brązowa tkanka tłuszczowa oraz mięśnie szkieletowe. Tłumaczy to zaburzenie w utrzymaniu temperatury ciała u zwierząt, którym podawano blokery współczulnego układu nerwowego oraz wzrost zużycia energii w przypadku podawania, tzw. symaptykomimetyków (substancji pobudzających układ współczulny). Mózg również wpływa na wydatek energetyczny poprzez oś podwzgórze – przysadka – tarczyca, gdyż hormony tarczycy odgrywają niezwykle istotną rolę w procesach bioenergetycznych komórki. [6]
Restrykcje kaloryczne
Niezwykle ważnym czynnikiem jest ilość przyjmowanych pokarmów. Spadek tempa metabolizmu wiąże się ze zmniejszeniem przyjmowania pokarmu oraz spadkiem masy ciała. Fakt ten udowodniono w wielu eksperymentach. Jednym z nich było badanie przeprowadzone w Minnessocie przez Ancel Keys, w którym wzięło udział 32 zdrowych mężczyzn. Ochotnicy byli poddani 24 tygodniowej diecie redukcyjnej, w wyniku której utracili ok. 16,8 kg masy ciała. Wyniki końcowe pokazały, ze ich wydatek energii spoczynkowej (REE) spadł o ok. 19,5 % w przeliczeniu na jednostkę tkanki aktywnej metabolicznie, a termogeneza indukowana dieta i wydatek energetyczny codziennych czynności również uległy redukcji odpowiednio o 55% i 71%. Termogeneza adaptacyjna podczas niedożywienia ma na celu zmniejszenie ogólnego tempa metabolizmu energetycznego w celu oszczędzenia energii poprzez oszczędzanie zarówno beztłuszczowej masy ciała, jak i tłuszczowej masy ciała. [4]
Regulacja hormonalna
Głównymi hormonami determinującymi zmiany metaboliczne zachodzące podczas redukcji masy ciała są: leptyna oraz hormony tarczycy. W wyniku zmniejszenia spożycia węglowodanów następuje spadek stężenia zarówno trijodotyroniny – T3, jak i leptyny. [5] Hormony tarczycy wpływają na wzrost podstawowej termogenezy poprzez przyspieszenie procesów metabolicznych. Wykazano, że u szczurów z niedoczynnością gruczołu tarczowego termogeneza wywołana zimnem praktycznie w ogóle nie zachodzi. Zatem hormony tarczycy mają znaczący wpływ w regulacji termogenezy organizmu. [5] Dane naukowe wskazują jasno, że podczas głodu adipocyty zmniejszają wydzielanie leptyny. Leptyna jest hormonem, który przyczynia się do hamowania przyjmowania pokarmu oraz wpływa na większe zużycie tlenu przez komórki, a także oddziałuje na oś podwzgórze-przysadka-tarczyca powodując zmniejszenie wydzielania T3. [5].
Termogeniki
Termogeniki to substancje powszechnie znane w branży fitness jako spalacze tłuszczu. Ich działanie opiera się na stymulacji termogenezy, a poprzez to wzrost zużycia energii przez organizm na produkcję ciepła. [10]
Kofeina
Jest jednym z najbardziej popularnych substancji, które znane są ze swoich właściwości termogenicznych. Dodatni efekt jej działania wykazano w badaniu, w którym wzięło udział dwunastu zdrowych mężczyzn, którym podawano 50 mg kofeiny i innych substancji o domniemanych właściwościach termogenicznych. Wyniki pokazały, że kofeina indukowało odpowiedź termogeniczną o 6 % powyżej wartości wyjściowej, a co więcej nie wykazano znaczących różnic hemodynamicznych po jej spożyciu u badanych ochotników. [11]
Guarana – naturalne źródło standaryzowane na kofeinę
Imbir
Dowody naukowe jasno pokazują, że imbir wykazuje wiele cennych właściwości, działa on m.in. przeciwzapalnie. W celu zbadania jego wpływu na kontrolę masy ciała przeprowadzono doświadczenie, w którym wykazano, że wraz z konsumpcją imbiru następuje wzrost termogenezy oraz zmniejszenie uczucia głodu, co może mieć wpływ na modulowanie apetytu w procesie odchudzania. [12]
Ekstrakt z kłącza imbiru standaryzowany na 5% ginngeroli
Kapsaicyna
Jest to kolejny przykład substancji uważanej jako środek wspomagający redukcje masy ciała. Przeprowadzano szereg badań, w których wykazano jej wpływ na stężenie białek związanych z metabolizmem tłuszczów oraz termogenezy. Kapsaicyna przyczynia się do zmniejszenia transkrypcji genów kodujących białka, które biorą udział w adipogenezie, czyli tworzenia białej tkanki tłuszczowej oraz pobudza transkrypcję genów białek odpowiedzialnych za termogenezę. Dodatkowo zwiększa wytwarzanie ciepła w organizmie poprzez stymulacje wydzielania amin katecholowych z rdzenia nadnerczy, tj. adrenaliny i noradrenaliny. [13]
Podsumowanie
Termogeneza jest procesem, który warunkuje zużycie energii niezbędnej do produkcji ciepła. Jej nasilenie następuje w wyniku spadku temperatury otoczenia, a także duże spożycie protein. W wyniku wprowadzenia restrykcji kalorycznych, zarówno tych wysokich, jak i niskich powoduje obniżenie termogenezy, a co za tym idzie spadek całkowitego wydatku energetycznego. Jest to związane w dużej części ze spadkiem hormonów kluczowych dla metabolizmu człowieka, czyli hormonów tarczycy, a także leptyny, której poziom w wyniku deficytu energetycznego ulega zmniejszeniu. Układ nerwowy również odgrywa niebagatelnie znaczenie w regulacji tego procesu, gdyż zmniejszenie aktywności układu współczulnego powoduje mniejsze nasilenie tego procesu. Możemy poniekąd wpływać na stymulacje tego procesu, a co za tym idzie zwiększyć wydatki energetyczne stosując substancje indukujące termogenezę – kofeinę, imbir oraz kapsaicynę, jednakże nie przynosi to spektakularnych efektów, ale może stanowić dodatek podczas odchudzania.
Bibliografia:
[1] P. Trayhurn, „Encyclopedia of Food Sciences and Nutrition (Second Edition)”
[2] Ken K Y Ho „Diet-induced Thermogenesis: Fake Friend or Foe?”
[3] Klaas R Westerterp „Diet induced thermogenesis”
[4] M.J. Müller A. Bosy‐Westp „Adaptive thermogenesis with weight loss in humans”
[5] Miriam O, et al. „Thyroid hormone–sympathetic interaction and adaptive thermogenesis are thyroid hormone receptor isoform–specific”
[6] B B Lowell 1, B M Spiegelman „Towards a Molecular Understanding of Adaptive Thermogenesis”
[7] Swaminathan R, et al. „Thermic effect of feeding carbohydrate, fat, protein and mixed meal in lean and obese subjects.”
[8] Jequier E. „Thermogenic responses induced by nutrients in man: their importance in energy balance regulation.”
[9] Tappy L. „Thermic effect of food and sympathetic nervous system activity in humans.”
[10] Examine.com „fat loss suplements”
[11] A Belza, S Toubro & A Astrup „The effect of caffeine, green tea and tyrosine on thermogenesis and energy intake”
[12] Muhamad S Mansour „Ginger Consumption Enhances the Thermic Effect of Food and Promotes Feelings of Satiety Without Affecting Metabolic and Hormonal Parameters in Overweight Men: A Pilot Study”
[13] Tomasz Pieńko „Kapsaicyna – właściwości, zastosowania, perspektywy”
[14] Margriet Westerterp-Plantenga et al. „Metabolic effects of spices, teas, and caffeine”
Zdjęcie: <a href=”https://www.freepik.com/free-vector/flat-infographic-metabolism-level-scale-with-arrow-measurement-value_26195125.htm#query=metabolism&position=3&from_view=keyword&track=sph”>Image by redgreystock</a> on Freepik
