Как образуется жир в организме человека: Как превратить белый жир в бурый и почему это важно

Содержание

разбираемся в биохимии жиросжигания — Ozon Клуб

Для того чтобы решить свои «наболевшие» вопросы с ожирением, фигурой или какими-либо патологиями, причины которых лежат в лишнем весе, не рекомендуем вам руководствоваться советами звезд шоу-бизнеса, диетологов «от народа», модных фитнес-тренеров. Лучше всего обратитесь к научным данным.

Прежде чем приступить к жиросжиганию, хорошо было бы понять физиологию этого процесса и избавиться от многих иллюзий, на основе которых строятся многие методики по похудению, не приносящие никаких результатов. Здесь мы с максимально возможной простотой объясним, что такое процесс жиросжигания и как его «запускать».

Вы это должны знать, прежде чем начнете посещать спортзал и изводить себя нагрузками, которые не дадут вам никакого результата, если не навредят.

Где обитает жир

Если задать вопрос «какой самый большой орган у человека?», то те которые помнят школьный курс биологии, ответят: кожа. Нет. Самый большой орган человека — жировой слой или жировая ткань (ЖТ). И это не наш недостаток и не наше косметическое наказание, это орган эндокринной системы. Он бывает 3-ех видов:

— белая жировая ткань

Говоря о лишнем весе и ожирении, имеется ввиду как раз белая ЖТ. Ее больше всего. Мы расскажем как «сжигать» ее.

Бурой ЖТ мало в организме человека и в ее клетках много митахондрий — «станции сжигания» жиров и поэтому проблем она не доставляет, она является источником тепла и энергии и ее много у животных, которые впадают в зимнюю спячку. Этот вид ЖТ сконцентрирован, в основном, в области грудной клетки, и из-за высокого содержания железа в клетках имеет буроватый цвет.

О буреющей ЖТ известно весьма немного, ее еще меньше чем бурой, и поэтому рассматривать ее мы вообще не будем.

Мы будем рассматривать белую жировую ткань, потому что именно она является основой нашей подкожной жировой прослойки и чтобы уменьшить эту прослойку, надо разобраться в ее структуре, как происходит ее увеличение.

Жировая ткань состоит из клеток, которые называются адипоцитами. Запомните это слово! Структура ЖТ гораздо сложнее, но нам это не надо, мы рассматриваем то, что касается непосредственно жиросжигания и поэтому максимально упрощаем понимание этого механизма.

В адипоцитах концентрируются триглицериды, которые и есть суть жира. Что они из себя представляют? Триглицериды это глицерин (в качестве основы), к которому «крепятся» три жирные кислоты. Триглицериды «собираются в кучу» и формируют так называемую каплю жира, которая находится в самом центре адипоцита и окружена цитоплазмой, т.е. адипоцит по сути является «резервуаром» для хранения триглицеридов — жиров.

Этапы жиросжигания

Процесс «сжигания» жиров непростой, и даже упрощая его в нашем рассказе, мы вынуждены его разбить на этапы, чтобы у вас было правильное представление о нем, а не примитивное, которое является причиной появления множества программ по похудению, не приносящих никаких результатов.

1. Первый этап процесса расщепления жиров — это расщепление триглицеридов в адипоцитах на глицерин и жирные кислоты (ЖК) и выделение их в кровь. Только в таком виде ЖК можно транспортировать к месту их утилизации. В противном случае, если триглицериды «выдавить» из адипоцита в «сохранности», они «уйдут» в другой адипоцит — просто поменяют себе «дом» и все. Именно по этой причине все антицеллюлитные массажи бесполезны.

2. Второй этап жиросжигания — транспортировка жирных кислот к месту их «сжигания» — к митохондриям. Для этого они (ЖК) должны принять специальную «транспортную форму». Для этого они соединяются со специальными белками — альбуминами, которые их «транспортируют» к конечному пункту назначения.

3.Третий этап — попадание жирных кисло в «биологические электростанции» — митохондрии. И в этом им помогают так называемые жиросжигатели, к примеру, карнитин. Следует понимать, что эти препараты не расщепляют жиры, как думают многие, а просто помогают попасть жирным кислотам в митохондрии.

4. Четвертый этап жиросжигания — утилизация жирных кислот в митохондриях, их «сжигание». В результате этого «сжигания» жирных кислот образуется аденозинтрифосфат (АТФ) — по сути «сгусток» энергии, углекислый газ и вода.

Вот кратко и очень упрощенно описано каким образом жиры «превращаются» в энергию (углекислый газ и вода выводятся из организма) или, как мы привыкли говорить — «сжигаются».

Вот это и есть полный цикл жиросжигания. Подводя итог, можем сказать, что есть 3 вещи, которые необходимы для того, чтобы скорректировать свой вес. Это: правильное питание, физические нагрузки и специальные препараты. Никакие антицеллюлитные массажи, изнурительные диеты, голодание и даже оперативное вмешательство не приведут к устойчивому результату, да еще и без негативных последствий для организма — запомните это.

(PDF) ЖИРОВАЯ ТКАНЬ, РЕДОКС СИСТЕМА И СТАРЕНИЕ

который переносит протоны, электроны, метильные, ацетильные и

фосфатные группы. Сопряженная редокс система становится троичной, когда

в нее встраивается молекула кислорода. В такой троичной системе донором

протонов является путь окисления метильной группы, акцептором – путь

восстановления кислорода до воды, а равновесным колебательным контуром

– окисление и восстановление аминогруппы. В клетке восстановление

кислорода происходит двумя способами. Один реализуется в ЭТЦ

митохондрии, где электроны переносятся на кислород в протоновой помпе, а

протоны от донора, которым является ацетат, сначала поступают на ЭТЦ с

помощью посредника НАДН, а затем — на молекулу кислорода. Этот способ

позволяет запасать энергию направленного движения электрона в помпе в

форме АТФ. Второй способ требует ферментов, содержащих переходные

металлы. Они располагаются на мембранах эндоплазматического ретикулума

(ЭПР) и в пероксисомах. Пероксисомы представляют собой особые

структурные образования из мембран того же ЭПР. В этом случае металлы

отдают электроны непосредственно молекуле кислорода, которая

восстанавливается до перекиси водорода, а та затем – до воды. При этом

энергия не запасается, так как электроны не проходят через каскад

понижающегося электрохимического потенциала. Восстановленная молекула

кислорода, супероксиданион, готова принять протоны, но при этом вода

образуется в несколько этапов, проходя стадию получения перекиси

водорода. Электроны на молекулу кислорода переносит двухвалентное

железо, фермент супероксиддисмутаза, содержащая медь и цинк, делает из

супероксиданиона перекись водорода, а фермент каталаза, содержащий

железо, производит из перекиси водорода воду. Каталаза участвует также в

окислении метильной группы, «обезвреживая» АМК и муравьиную кислоту.

Супероксиддисмутаза локализуется в ЭПР, каталаза – в пероксисомах.

Недавние исследования показали, что в пероксисомах происходит не только

окисление полиненасыщенных жирных кислот для получения эйкозаноидов и

синтез холестерина, но и бета-окисление жирных кислот до ацетата, который

затем окисляется в митохондрии. Жирные кислоты, окисляемые в

пероксисоме, извлекаются из триглицеридов, синтезируемых в ЭПР.

Внутриклеточный липолиз триглицеридов происходит в липидных тельцах в

цитоплазме, а к ним, подчиняясь стремлению к соединению подобного

(гидрофобного) с подобным, движется пероксисома. Если снижается

липолиз триглицеридов в тельцах, что вызвано дисфункцией пероксисом,

накопление внутриклеточных липидов приводит к быстрому старению

клетки, некрозу или апоптозу. Между тем, в клетках, синтезирующих

триглицериды (адипоциты), экспрессируются гены, кодирующие

пролифераторы пероксисом и их рецепторы, например тот же PPARγ. Без

этого рецептора адипоцит не будет аккумулировать триглицериды. Жирные

кислоты синтезируются из глюкозы, и когда их производится много,

необходимо предотвратить расход глюкозы на получение ацетата, который

вместо сжигания и производства энергии, уходит из митохондрии на синтез

жирных кислот. Вероятно, именно эту функцию выполняет пероксисома,

Глюкоза – главный источник энергии

Глюкоза – главный источник энергии для клеток, это — топливо для нормальной работы всех органов и систем человеческого организма. Содержание глюкозы в крови — достаточно лабильный показатель, однако в организме здоровых людей этот показатель поддерживается в довольно узком диапазоне и редко снижается менее 2,5ммоль/л и повышается выше 8ммоль/л (даже сразу после приема пищи). Поддерживает необходимый уровень глюкозы в крови особый гормональный механизм.

Глюкоза попадает в организм с пищей. Продукты питания расщепляются в желудочно-кишечном тракте, после чего глюкоза всасывается в кровь. Для того, чтобы глюкоза попала в клетку, нужен инсулин. Этот гормон вырабатывается в специальных клетках поджелудочной железы и увеличивает проницаемость клеточных мембран для глюкозы. Если клетки поджелудочной железы не вырабатывают достаточное количество инсулина или клетки организма перестают воспринимать инсулин, то глюкоза остается в крови. Клетки органов и тканей в этом случае не получают энергии и «голодают».

Если глюкоза поступает в организм в избыточном количестве, она трансформируется в запасы энергии. Глюкоза превращается в гликоген — мобильный запас углеводов в организме, который содержится в печени и мышцах. Печень взрослых людей содержит
запас глюкозы в виде гликогена, достаточный для поддержания нормального уровня глюкозы в крови в течение 24 ч после последнего приема пищи. У детей дошкольного возраста гликогена хватает на 12 ч и менее. Если же запасы гликогена и так достаточно велики, тогда глюкоза начинает превращаться в жир.

При полном отсутствии углеводов в пище (при голодании или безуглеводных диетах) глюкоза образуется в организме из жиров, белков и при расщеплении гликогена. Повышение уровня глюкозы в крови возникает под действием нескольких гормонов: глюкагона, продуцируемого клетками поджелудочной железы; гормонов надпочечников; гормонов роста гипофиза и гормонов щитовидной железы.

Колебания концентрации глюкозы в крови, отличные от нормальных значений, воспринимаются рецепторами гипоталамуса (область мозга, которая регулирует постоянство внутренней среды организма). Благодаря влиянию гипоталамуса на вегетативную нервную систему, происходит срочное повышение или снижение выработки инсулина, глюкагона и других гормонов.

5 советов о правильном усвоении глюкозы

Принимайте пищу 4-6 раз в день. Если нет времени на полноценный прием пищи, сделайте перекус. Перекусить «на ходу» можно фруктами, жидкими кисломолочными продуктами, очищенными семечками, орехами, хлебцами и др.
Употребляйте свежие овощи и фрукты не менее 400-500 г в день.
Если Вы сладкоежка, отдавайте предпочтение сладостям с низким гликемическим индексом: горький шоколад ≥75% какао, кэроб, урбеч без сахара.
Перейдите на натуральные растительные сахарозаменители: стевию, сиропы топинамбура и агавы, кэроб.

Регулярно гуляйте на свежем воздухе и занимайтесь спортом.

Информацию для Вас подготовила:

Гречкина Алла Павловна, врач-эндокринолог. Ведет прием в корпусе клиники на Озерковской.

Причины лишнего веса. Как и почему в организме образуется жир. | YamDiet – Свежая диетическая еда | Доставка здоровой еды

Обратимся к невеселой статистике

В настоящее время более 2,2 млрд. человек имеют избыточный вес, то есть эта проблема коснулась каждого третьего человека на земле. Из них 775 млн. страдаютвыраженныможирением, при чем 125 млн составляют дети.За последние 30 лет это число людей с избыточным весом возросло вдвое! По прогнозам, если данная проблема будет расти с такой же скоростью, то уже через 10-15 лет с ней столкнется половина населения земного шара.

Мировые рейтинги 2017 года ставят Россию на 6 место по ожирению после США, Китая, Индии, Бразилии и Мексики. По данным Организации экономического сотрудничества и развития число людей в России от 15 лет и старше, страдающих ожирением составляет 19.6%, большинство из них – женщины.

Почему это происходит именно сейчас?

Резкое снижение физической активности в развитых странах: многие процессы автоматизируются, мы все чаще используем для передвижения транспорт, а отдыхаем сидя перед телевизором или компьютером.
Наше питание сильно поменялось: появилось много продуктов с высокой калорийностью, быстрым приготовлением и легкой доступностью, основная часть питания происходит вечером после работы. Также много людей все реже питаются едой, приготовленной дома, заменяя ее на полуфабрикаты или фаст-фуд «на ходу»
Все чаще встречается генетическая предрасположенность к «запасательному генотипу» (риск развития этого у ребенка при имеющемся ожирении у одного родителя от 30 до 70 %, у обоих-от 70 до 90 %), которая включает предрасположенность еще и к метаболическому синдрому.
Эндокринологические проблемы ( гипотиреоз, сахарный диабет 2 тип и др), причем обычно «в компании» абдоминального ожирения, гиперхолистеринемии и высокого артериального давления

Откуда берется жировая ткань?

Жир образуется из жирных кислот, которые поступают в наш организм из вне в составе жирной пищи, а также простых углеводов. Поэтому зачастую одержимость обезжиренными продуктами не дает результатов при высоком содержании простых углеводов. Лишь сбалансированный рацион по основным макро-нутриентам (белкам, жирам, углеводам) и ограничение калорийности дневного рациона (она не должна превышать ваших энерго-затрат),приводит к здоровому и долгосрочному снижению веса. Задумайтесь прямо сейчас о том, что вы едите и доверьте свое тело и здоровье профессионалам. Вы можете прямо сейчас заказать бесплатную консультацию с нашим диетологом и обсудить с ним все волнующие вас вопросы по питанию.

Получайте полезные новости в наших социальных сетях:

Instagram | Facebook | VK | Блог

Липолитический массаж. Что это такое?

Суть массажа – проработка локальных жировых отложений (бедра, ягодицы, живот).
Техника массажа бывает разной, но эта разница не существенная.
Любой лечебный массаж, который проводится в области бедер и ягодиц (по самым разным показаниям — остеохондроз, заболевания суставов) обязательно будет приводить к уменьшению жировых отложений и выравнивать рельеф тканей. Точно также липолитический массаж будет улучшать состояние суставов.
Снижение веса – это не основная цель липолитического массажа. Прежде всего, такой массаж улучшает общее состояние человека.
Насколько снизится вес, прогнозировать сложно. Обещать снижение веса – не совсем честно. Большое значение в снижении веса имеет конституция человека, состояние эндокринной системы (особенно щитовидной железы), наличие заболеваний внутренних органов. Если снижение массы тела актуально для человека, то работать надо в сотрудничестве с другими специалистами: диетологом, эндокринологом.

Как накапливается жир и почему он приобретает структуру, напоминающую апельсиновую корку?

Локальные отложения жира – это резерв питательных веществ на «черный день», предусмотренный природой.
Жир удерживает воду в тканях (поэтому в местах скопления жира есть отечность). Застой жидкости ухудшает питание тканей, нарушает обменные процессы, поэтому в местах отложения жира возникает нарушение оттока лимфы и ухудшение кровотока.
В условиях нарушенного кровоснабжения и замедленного обмена веществ жировые клетки активно увеличиваются в размере. Вместе с этим происходит разрастание соединительной ткани, которая «упаковывает» жировые клетки в соединительно-тканные пакеты (образуются «целлюлитные камни» — болезненные уплотнения). При этом могут ущемляться нервные окончания – ткани становятся болезненными, что особенно ощутимо при проведении массажа на внутренней поверхности бедер.
Немало усилий нужно приложить, чтобы остановить эти неблагоприятные процессы.

Что может сделать липолитический (лимфодренажный) массаж?

Улучшить кровоснабжение тканей, заставить кровь активно циркулировать.
Улучшить отток лимфы, которая выводит из тканей продукты обмена веществ и токсины.
Повысить местную температуру в тканях (за счет механической работы): повышение температуры на 1-15 градуса достаточно для того, чтобы активировать процесс липолиза (разрушение жировых клеток).
Улучшить общее состояние организма (массаж запускает сложные биохимические механизмы): ускоряются процессы восстановления в организме и обмен веществ, повышается тонус мышц, активируется образование белков соединительной ткани – коллаген и эластин (кожа становится более упругой, эластичной). Внешний вид кожи также улучшается из-за отшелушивания клеток наружного слоя — эпидермиса.

Сколько нужно сеансов липолитического массажа для получения результатов?

Курс составляет 10-15 процедур.

Идеально повторять курс липолитического массажа через 3 месяца (на протяжении курса массажа в организме образуется особый класс белков, которые поддерживают состояние тканей в течение 3 месяцев).

Как липолитический массаж влияет на общее состояние и самочувствие?

Липолитический массаж часто приводит к снижению артериального давления, оказывает седативное (успокаивающее) действие, поэтому после такого массажа надо с осторожностью водить машину или не садиться за руль.
Не стоит принимать препараты, стимулирующие нервную систему, пить кофе.
Нужно увеличить количество выпиваемой жидкости, чтобы вывести токсины из организма.
После одного-двух сеансов массажа может наблюдаться значительное уменьшение объема — это эффект от лимфодренажа (выведение жидкости из тканей). Этот эффект кратковременный, не стоит останавливаться на этом.

Имеются ли противопоказания к липолитическому массажу?

Да, и нужно всегда об этом предупреждать пациента.

Повышение температуры тела
Обострение любого хронического заболевания.
Артериальная гипертония

Автор: Наталья Пахтусова, невролог, кандидат медицинских наук, директор Клиники неврологии.

Коварные гормоны. Где собирают на теле жир инсулин, пролактин и кортизол? | Здоровая жизнь | Здоровье

Жировые отложения — то, с чем люди вынуждены бороться все время. Они переживают, если где-то такие накопления начинают выпячиваться. При этом, как отмечают специалисты, для каждого человека характерно то или иное количество жира, а также есть и стандартные зоны, где он накапливается чаще и больше всего — например, у женщин это бедра и живот.

Жир для организма — запас источника энергии. Но чтобы не было переизбытка в одном месте, тело откладывает избытки, полученные в процессе переваривания пищи, по телу. Специалисты отмечают, что есть три типа жира:

подкожный;
висцеральный;
внутримышечный.

Первый вариант при физнагрузках уходит первым. Второй — отложения вокруг внутренних органов, вследствие чего считается достаточно опасным. Третий вариант — жир, откладывающийся внутри волокон мышц, распространен реже.

Именно подкожный жир распределяется по организму при различных сбоях в работе организма. Многие стремятся списать накопление отложений на гормональные сбои. При этом не все знают, какой гормон где может спровоцировать отложения — а связь есть. О том, какие гормоны где откладывают жировые накопления в организме, АиФ.ru рассказала гинеколог-эндокринолог Евгения Назимова.

Жировая ткань

В организме человека два вида жировой ткани: белая и бурая. У взрослого человека основная масса жира представлена белой жировой тканью. В небольшом количестве она необходима, т. к. выполняет опорную и защитную функцию для тканей и органов.

Эволюционно жировая ткань предназначалась для поддержания тепла и обеспечения стратегических запасов на случай длительного отсутствия пищи. В современном мире человек скорее страдает от перегрева и переизбытка пищи. В наших квартирах круглый год жарко, у всех есть теплая одежда и горячая еда, поэтому организм не может потратить ни грамма для поддержания тепла. И количество потребленной с пищей энергии у большинства людей преобладает над энергетическими тратами. Поэтому в современном мире жировая ткань — накопитель, куда организм с утра до вечера «расталкивает» все лишнее, что мы съели, чтобы защитить организм от серьезных метаболических проблем.

Бурая жировая ткань, напротив, активно потребляет энергию, вызывая расщепление жиров. Но только в двух случаях — переохлаждении и регулярных физических нагрузках. При этих условиях происходит трансформация белой жировой ткани в бурую и активация расщепления жира.

Бурая жировая ткань располагается в области шеи, верхней части спины, подмышечных впадинах и вокруг активно кровоснабжаемых органов. Чем больше ее количество, тем выше основной обмен — количество энергии, потребляемой в покое. Белая жировая ткань у разных людей откладывается по-разному.

Гормональные отложения

Есть конституциональный жир, обусловленный больше генетическими особенностями. Например, к такому жиру относится отложения жира в области бедер и ягодиц у женщин, так называемые галифе и «попины уши». Отложение этого жира стимулируется гормонами эстрогенами, но только у предрасположенных к этому женщин. Этот жир не несет никакой метаболической опасности и уходит в последнюю очередь, в случае полного истощения жирового депо.

Отложение жира в верхней половине туловища — на лице, руках и верхнем плечевом поясе — может быть связано с избытком в организме гормонов надпочечника — кортизола. Чаще всего такой тип связан с развитием болезни, синдромом Иценко — Кушинга или длительным приемом глюкокортикостероидов.

Отложение жира в области молочных желез, в том числе у мужчин с формированием гинекомастии, часто связано с избытком в организме гормона пролактина, вырабатываемого в гипофизе. Причиной может быть либо патологический процесс в гипофизе, либо другие причины, вызывающие повышение гормона — хронический стресс, травма груди и т. д.

Равномерная прибавка массы тела, сочетающаяся с отечностью, преимущественно в области лица и конечностей, часто возникает при гипотиреозе — дефиците гормонов щитовидной железы. Такой дефицит часто возникает вследствие недостаточного поступления йода в организм или при заболеваниях щитовидной железы, например аутоиммунном тиреоидите.

Самым распространенным видом ожирения в современном мире является абдоминальное ожирение, при котором жир откладывается преимущественно на животе и боках, формируя своеобразный «спасательный круг» или «пивной живот». Такой вариант отложения жира свидетельствует о нарушении обмена углеводов в организме и связан с гормоном инсулином. Причем данная ситуация может встречаться у мужчин и женщин с нормальным индексом массы тела. Поэтому для диагностики подобного варианта ожирения используется измерение окружности талии. В норме у мужчин талия не должна быть больше 93 см, а у женщин — 79 см. Как правило, в этом случае имеет место инсулинорезистентность, когда ткани теряют чувствительность к инсулину. При этом все, что вы съели, преобразуется в жир, а клетки все время остаются полуголодными, требуя снова поесть. Такая ситуация провоцирует неадекватную прибавку веса даже при соблюдении диеты и физических нагрузках. Разорвать порочный круг возможно при резком ограничении количества потребляемых углеводов и регулярной физической нагрузке.

Кроме того, развитие инсулинорезистентности провоцируется дефицитом половых гормонов (эстрогены, тестостерон), витаминов, прежде всего витамина Д, и микроэлементов (цинка, хрома и др.).

Снижение уровня половых гормонов провоцирует развитие инсулинорезистентности, а инсулинорезистентность, в свою очередь, нарушает баланс половых гормонов. Избыток инсулина блокирует овуляторную функцию яичника, угнетая образование прогестерона и провоцируя развитие гормонозависимых заболеваний: миомы матки, эндометриоза, полипов и гиперплазии эндометрия. А из тестостерона в жировой ткани на животе образуется много эстрона. У мужчин в результате развивается преобладание эстрогенов над тестостероном: изменяется фигура, нарушается потенция, повышается риск рака простаты. У женщин же усугубляется преобладание эстрогенов над прогестероном, что может, помимо уже перечисленных гормонозависимых заболеваний, привести к развитию рака матки и молочной железы.

Поэтому стоит сдать анализы, чтобы определить внутренние проблемы. Особенно актуально это для тех, кто старается, но никак не может похудеть. При коррекции специальными препаратами ситуация вполне может сдвинуться с места.

Значение жиров в организме

Жиры в организме выполняют энергетическую, пластическую, защитную функции, роль депо. Из жиров также образуются элементы клеточных структур, ряд биологически активных веществ, например, гормоны, простагландины, витамины А и Д. Защитная функция жиров заключается в предохранении кожи от высыхания и от действия воды, а так же защиты организма от механических воздействий от переохлаждения. Роль депо жиров заключается в том, что они составляют резерв энергии и воды. При окислении 100 г жира образуется 110 г воды и освобождается 930 ккал энергии. Жиры синтезируются из жирных кислот и глицерина, из аминокислот и моносахаридов.

Биологическая ценность жиров, поступающих в организм, зависит от наличия в них заменимых и особенно незаменимых жирных кислот, от соотношения жиров животного и растительного происхождения, содержания витаминов А, Д, Е.

Линолевая и линоленовая кислоты являются незаменимыми, так как они не синтезируются в организме человека из других органических соединений. Они составляют около 1% от общего количества жиров. Заменимые жирные кислоты (насыщенные) — олеиновая, пальметиновая, стеариновая и другие — синтезируются в организме.

Оптимальный вариант соотношения в пищевом рационе жиров животного и растительного происхождения следующее — 70% животных жиров, 30% — растительных. При этом около 30% энерготрат организма должно покрываться за счет жиров.

Потребность организма в жирах составляет около 110 г в сутки. При недостатке жира в организме развиваются примерно те же нарушения, что и при недостаточном поступлении незаменимых жирных кислот: наблюдаются поражения кожи и волос, нарушение синтеза простагландинов, страдают все функции организма. При недостаточном поступлении в организм только незаменимых жирных кислот развиваются такие же нарушения, а также гипер-холестеринемия, что способствует развитию атеросклероза.

При избыточном поступлении жиров в организм развиваются ожирение, атеросклероз (преждевременно). Ожирение является фактором риска развития сердечно-сосудистых заболеваний и их осложнений (инфаркт миокарда, инсульт и др.), ведет к снижению продолжительности жизни.

Значение жирных кислот в физиопатологии человеческого тела

2. Физиология жирных кислот

\ n

Жирные кислоты широко распространены по всему человеческому организму, и их можно найти в различных формах: жирные кислоты в свободном обращении или этерифицированные, принимая форма:

триацилглицеринов (или триглицеридов) при этерификации глицерином,
фосфолипидов при этерификации фосфорной кислотой,
гликолипидов в сочетании с глюкозой или другими сахаридами
и т.п.

\ n

Большое значение жирных кислот заключается в том, что они являются основными составляющими человеческой клетки. Тип жирной кислоты, насыщенная или ненасыщенная, длинноцепочечная или короткоцепочечная, может влиять на физиологию клетки, как это будет описано ниже.

\ n

2.1. Жирные кислоты в клетке человека

\ n

Каждая клетка человека состоит из мембраны, цитоплазмы и ядра. Мембрана, барьер, который не только защищает клетку от внешнего мира, но также играет роль в транспортировке питательных веществ внутри и вне клетки, состоит из бислоя липидов, играющих роль в пассивном транспорте, и белков, играющих роль в активный транспорт (рис. 1) [5].

\ n

Рисунок 1.

Различная текучесть клеточных мембран в зависимости от насыщенности жирными кислотами: насыщенные жирные кислоты образуют вязкую мембрану (вверху), ненасыщенные цис-жирные кислоты образуют жидкую мембрану (внизу).

\ n

Этот двойной слой липидов, который обеспечивает основную структуру клеточной мембраны, состоит из двух слоев фосфолипидов. В этом случае фосфорная кислота этерифицируется диацилглицерином (R1, R2), который может содержать одинаковые или разные остатки жирных кислот, а другой остаток (R3), непосредственно связанный с фосфорной кислотой, представляет собой другой тип молекулы (Рисунок 2).Таким образом, молекула фосфолипида приобретает амфифильный характер, что означает, что она одновременно гидрофильна из-за фосфорной «головы» и гидрофобна из-за «хвостов» жирных кислот. В клеточной мембране фосфолипиды ориентированы в бислое с гидрофильной головкой к внешней стороне слоя, тогда как гидрофобные хвосты остаются внутри бислоя, как показано на рисунке 1.

\ n

Рисунок 2.

Общие положения структура фосфолипида.

\ n

Тип жирных кислот, присутствующих в структуре клеточной мембраны, может влиять на ее текучесть, стабильность и функции.Во-первых, насыщение [6] жирных кислот влияет на текучесть мембран. Таким образом, если мембрана состоит в основном из насыщенных жирных кислот, которые имеют прямую жесткую цепь, фосфолипиды будут образовывать более жесткий бислой, тогда как мембрана, образованная множеством цис -ненасыщенных жирных кислот, будет более гибкой (Рисунок 1). . Этот факт может объяснить благотворное влияние полиненасыщенных жирных кислот на стенки артерий и вен, увеличивая их гибкость и оказывая положительное влияние при сердечно-сосудистых заболеваниях.

\ n

Можно было подумать, что высокое содержание полиненасыщенных жирных кислот в клеточных мембранах может подвергнуть их окислительному стрессу и, как следствие, окислению липидов и перекисному окислению [7], но в Клинике A [8] была раскрыта теория «тройного действия». синергия клеточной мембраны », в котором говорится, что жирные кислоты в фосфолипидах в мембранах окружены защитными антиоксидантами. Кажется, что эта сверхтекучесть мембран достигается в бислоев, богатых докозагексаеновой кислотой (DHA) [6], и необходима в клетках с высокой и быстрой активностью, таких как диски родопсина или аксоны.В случае дисков родопсина высокая текучесть мембраны (~ 50% DHA), по-видимому, способствует быстрому транспорту родопсина с двух сторон мембраны, облегчая инициирование зрительного каскада. В случае аксонов, придерживаясь теории сверхтекучести мембран с высоким содержанием DHA, это помогает увеличить их проницаемость и избежать образования островков гелевой фазы, что могло бы произойти в случае менее ненасыщенных жирных кислот или даже насыщенных, что привело бы к резкому изменению электрохимическое поведение аксона.В то же время, богатая DHA мембрана обеспечивает дифференциацию Na ⁺ (вне клетки) и K ⁺ (внутри клетки), необходимую для передачи сигнала.

\ n

Более того, исследования показали [9], что докозагексаеновая кислота, обнаруженная в структуре бислоя мембраны, может влиять на активность насоса Na ⁺ -K ⁺ -ATPase в той же мембране; содержание DHA в значительной степени коррелировало с помповой активностью в тканях сердца и почек, но не в тканях мозга.Однако в тканях мозга как концентрации DHA, так и Na ⁺ -K ⁺ -ATPase оказались самыми высокими, что указывает на то, что содержание DHA увеличивается в тканях с высокими потребностями в энергии. Авторы [10] упомянули другие белки ионного транспорта, которые модулируются концентрацией DHA, такие как потенциал-зависимые каналы K ⁺, потенциал-чувствительные каналы Na ⁺ в клетках миокарда или L-тип Ca ^{2. +} каналов.

\ n

В то же время на активность мембранного белка могут влиять внешние жирные кислоты, выделяемые другими клетками или экзогенным источником (диета) [11].Исследования показали, что активность синтаксина-3 зависит от наличия омега-6 арахидоновой кислоты. Синтаксин-3, белок клеточной мембраны, ответственный за рост нейритов, активируется путем образования комплекса с синаптосомальным белком 25 кДа (SNAP25). (SNAP25). Было обнаружено, что образование этого комплекса зависит от присутствия арахидоновой кислоты при полумаксимальной эффективной концентрации ~ 100 мкМ. Другие омега-3, такие как докозагексаеновая и линолевая кислоты, омега-6 и линоленовая кислота, показали такую же способность активировать мембранный синтаксин-3.Это может объяснить особую значимость жирных кислот омега-3 и омега-6 для нормального функционирования мозга, регенерации нейронов, разрастания нейритов и их благотворного воздействия при дегенеративных неврологических заболеваниях. Содержание DHA, по-видимому, связано с его противораковым действием, влияющим на активность сфингомиелиназы. Сообщалось, что активность протеинкиназы C (PKC) повышается при высоких уровнях DHA в мембранах, где DHA включается в комплексы с фосфатидилэтаноламином и, в меньшей степени, с фосфатидилхолином [10].Другие белки, на которые влияет присутствие и / или концентрации DHA, представляют собой фосфолипазы A2 и C, цитохром P450SCC или рецептор инсулина.

\ n \ n

2.2. Омега-3 и омега-6 жирные кислоты

\ n

Омега-3 и омега-6 жирные кислоты представляют собой длинноцепочечные полиненасыщенные жирные кислоты с первой двойной связью, расположенной соответственно на третьем шестом атоме углерода, относящемся к метилу. конец, имеющий конфигурацию cis . Семейства ПНЖК омега-3 и омега-6 являются незаменимыми жирными кислотами у человека, потому что они не могут быть синтезированы de novo . Омега-6 жирные кислоты являются преобладающими ПНЖК во всех диетах, и линолевая кислота является их представителем. Α-линоленовая жирная кислота представляет собой омега-3 ПНЖК, которая является предшественником других длинноцепочечных полиненасыщенных жирных кислот омега-3 (ЖК-ПНЖК) [12].

\ n

Для метаболизма омега-3 и омега-6 жирные кислоты используют один и тот же путь, включая одни и те же ферменты. Линолевая кислота превращается в арахидоновую кислоту посредством стадий, представленных на рисунке 3. Эта жирная кислота является наиболее важной полиненасыщенной жирной кислотой омега-6.Арахидоновая кислота (АК) также может высвобождаться из клеточных мембран под действием фосфолипазы А ₂ и служит предшественником для синтеза биологически активных эйкозаноидов. Эти эйкозаноиды — простагландины (PG), тромбоксаны и лейкотриены. Есть три типа PG: PG1, PG2 и PG3. Первый имеет множество полезных эффектов, он уменьшает воспаление и помогает организму восстановиться после травм, уменьшая отек и покраснение. PG2 имеет эффект, прямо противоположный PG1.Это увеличивает воспаление, сужение сосудов и свертываемость крови. PG3 выполняет в организме ряд функций, наиболее важная из которых заключается в способности уменьшать воспаление, вызванное PG2. Дигомо-γ-линоленовая кислота (DGLA), промежуточный метаболит пути омега-6, может превращаться либо в противовоспалительный PG1, либо в арахидоновую кислоту, предшественник PG2. Для этой трансформации требуется фермент ∆5-десатураза, активность которого может быть ограничена. Кроме того, активность ∆6-десатуразы может быть снижена во время воспалительных состояний.На активность обоих этих ферментов влияют диета и факторы окружающей среды. В рационах с высоким содержанием омега-3 жирных кислот большая часть фермента ∆5-десатуразы будет использоваться в пути омега-3, поэтому DGLA будет превращаться в противовоспалительный PG1. Напротив, диета с низким содержанием омега-3 жирных кислот преобразует DGLA в АК, и, таким образом, воспаление усилится. Следовательно, для хорошего здоровья необходим баланс омега-3 и омега-6 жирных кислот [13].

\ n

Рисунок 3.

Пути метаболизма омега-3 и омега-6.

\ n

Конкуренция между жирными кислотами омега-6 и омега-3 происходит при образовании простагландинов. Эйкозапентаеновая кислота (EPA) конкурирует с арахидоновой кислотой за синтез простагландинов и лейкотриенов на уровне циклооксигеназы и липоксигеназы. Метаболизм арахидоновой кислоты с помощью фермента циклооксигеназы приводит к образованию простагландинов и тромбоксанов 2-го ряда, а с помощью пути 5-липооксигеназы (LOX) образуются гидроксильные, гидропероксипроизводные и 4-й ряд лейкотриенов (рис. 4) [13].

\ n

Рис. 4.

Про- и противовоспалительные метаболиты омега-3 и омега-6 жирных кислот.

\ n \ n

3. Жирные кислоты с патологическими последствиями

\ n

Воспалительный процесс возникает, когда человеческий организм пытается бороться с инфекцией и / или восстанавливать поврежденные ткани. В большинстве случаев этот процесс носит защитный характер, но иногда он может трансформироваться в хроническое воспаление, которое может привести к развитию или прогрессированию некоторых хронических заболеваний, включая ревматоидный артрит, ишемическую болезнь сердца, рак и неврологические заболевания [14].Жирные кислоты из рациона могут влиять на состояние здоровья людей, а также ухудшать или замедлять развитие некоторых заболеваний. Ученые пытаются идентифицировать биомаркеры различных заболеваний, чтобы иметь возможность наблюдать за их развитием, различать те, которые имеют похожие симптомы, и иметь возможность поставить точный диагноз. Согласно Biomarkers Definitions Working Group, 2001 [15], эти биомаркеры определены как «измеримые характеристики, которые отражают биологическую функцию или дисфункцию, реакцию на терапевтическую меру или показатель естественного прогрессирования заболевания.«Они не только полезны для определения риска заболевания, но также чрезвычайно полезны при постановке диагноза. Идеальный диагностический биомаркер должен надежно отражать in vivo патологию с высокой чувствительностью и специфичностью, в то время как скрининговый биомаркер сочетает по крайней мере умеренную чувствительность с высокой специфичностью и низкой стоимостью.

\ n

3.1. Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ)

\ n

За прошедшие годы стало хорошо известно, что жирные кислоты омега-3 оказывают сильное влияние на здоровье и играют важную роль в профилактике сердечно-сосудистых заболеваний.По данным Американской кардиологической ассоциации, заболевания сердца и кровеносных сосудов связаны с процессом, называемым атеросклерозом, который может вызвать сердечный приступ или инсульт. Роль воспаления в процессе атеросклероза хорошо известна, так же как и тот факт, что омега-3 жирные кислоты могут благоприятно модифицировать воспалительные каскады, что может быть важным фактором их защитной роли. Их положительные эффекты в отношении сердечно-сосудистых заболеваний опосредованы их антиаритмическими, гиполипидемическими, антитромботическими и противовоспалительными свойствами.

\ n

На основании крупных рандомизированных контрольных исследований и in vitro молекулярных экспериментов были предложены различные гипотезы о механизме действия этих жирных кислот в отношении сердечно-сосудистых заболеваний. Несколько исследований на животных показали, что омега-3 ПНЖК оказывают благотворное влияние на сердечно-сосудистую систему, включая антитромботические, эндотелиальные релаксации и антифиброзные эффекты [16]. Один из наиболее важных, антиатеросклеротический эффект жирных кислот, можно объяснить их противовоспалительным действием и их влиянием на окислительный стресс, эндотелиальную дисфункцию и гомеостаз.Атеросклероз характеризуется не только воспалением, но и дисфункцией эндотелия. Это вызвано эпоксидной гидролазой, которая превращает эпоксиэйкозатриеновые кислоты (EET) в дигидроксиэйкозатриеновые кислоты (DHET). Снижение активности этого фермента и увеличение соотношения EET / DHET может иметь положительный эффект на функцию эндотелия [17]. Эпоксиэйкозатриеновые кислоты, образующиеся из АК, вызывают расширение сосудов, стимулируют ангиогенез и защищают сердце от ишемии. Монооксигеназа CYP450 также превращает EPA и DHA в эпоксиэйкозатетраеновые кислоты (EpETE) и эпоксидокозапентаеновую кислоту (EpDPA), которые обладают свойствами, аналогичными EETs [16].

\ n

На основании клинических испытаний было замечено, что жирные кислоты омега-3 могут снижать синтез триглицеридов в печени и увеличивать клиренс циркулирующих [17]. В соответствии с этим они могут играть важную роль в лечении гиперлипидемии III типа.

\ n

Помимо этих ролей, омега-3 жирные кислоты обладают важным антиаритмическим действием, поскольку они стабилизируют частично деполяризованные ишемические миоциты, сокращая продолжительность потенциала действия и замедляя проведение импульсов [17].Благодаря своей длине и увеличенному количеству двойных связей они могут влиять на функцию различных мембранных белков и могут модулировать функцию натриевых каналов в кардиомиоцитах, что приводит к антиаритмическому эффекту. EPA и DHA также модулируют активность кальциевых каналов L-типа, что приводит к снижению свободного цитозольного иона кальция, который стабилизирует электрическую возбудимость миоцитов [16].

\ n

Однако наиболее изученным эффектом омега-3 и омега-6 жирных кислот является воспалительный эффект.Противовоспалительные свойства омега-3 ПНЖК традиционно связывают с их способностью взаимодействовать с основными воспалительными сигнальными путями и с их подавляющим действием на продукцию воспалительных цитокинов [18]. Метаболиты жирных кислот представлены различными типами медиаторов, обладающих как воспалительными, так и противовоспалительными свойствами. Существует два типа простагландинов: один, полученный из арахидоновой кислоты, с воспалительным действием, агрегацией тромбоцитов и сужением сосудов, и другой, полученный из EPA, с прямо противоположным эффектом.Помимо этого, EPA и DHA являются предшественниками липоксинов, резольвинов и протекинов, которые также регулируют сосудистый тонус и артериальное давление [17]. Резолвин E-серии синтезируется из EPA путем превращения 18-гидроксиэйкозапентаеновой кислоты (18-HEPE), а протектины, резолвин D-серии и марезины являются медиаторами, производными от DHA (Рисунок 5) [16]. Повышенный уровень омега-3 ПНЖК был связан со снижением циркулирующей концентрации воспалительных цитокинов, таких как фактор некроза опухоли (TNF), интерлейкин IL-1β и IL-6.

\ n

Рис. 5.

Новые липидные медиаторы: синтез резольвинов и липоксинов.

\ n

EPA и DHA подавляют экспрессию связанных с воспалением генов через ядерный рецептор, активируемый пролифератором пероксисом (PPARα / γ) [16]. Этот ядерный рецептор был связан с метаболизмом липидов in vivo и , учитывая, что его активация стимулирует β-окисление и снижает циркулирующие уровни триглицеридов и свободных ЖК, что предотвращает гипертрофию и гиперплазию адипоцитов [19].

\ n

Помимо всех этих механизмов, омега-3 жирные кислоты увеличивают выработку эндотелиального оксида азота, что приводит к вазодилататорной реакции [17]. Сводка всех этих сердечно-сосудистых эффектов омега-3 жирных кислот представлена на рисунке 6.

\ n

Рисунок 6.

Сердечно-сосудистые эффекты омега-3 полиненасыщенных жирных кислот.

\ n

Многие исследования показали важность индекса омега-3. Он был разработан Харрисом и фон Шаки и определяется как процент содержания EPA + DHA в мембранах красных кровяных телец.Индекс омега-3 менее 4% указывает на низкую кардиопротекцию. Низкий индекс омега-3 также связан с повышенным риском фибрилляции желудочков во время острой ишемической фазы инфаркта миокарда и внезапной сердечной смерти [17], тогда как уровни выше 8% обеспечивают кардиопротекцию. Курение, являющееся основным фактором риска развития сердечно-сосудистых заболеваний, и более высокая масса тела были связаны с более низкими уровнями EPA + DHA. Также была обнаружена обратная связь между уровнями триглицеридов и липопротеинов очень низкой плотности (ЛПОНП) и омега-3-индексом.

\ n

В отличие от положительного воздействия жирных кислот омега-3, потребление большого количества ЖК омега-6 увеличивает плазменные концентрации эйкозаноидов, полученных в результате метаболизма АК, в частности простагландинов, тромбоксана, лейкотриенов, гидроксилированных ЖК и липоксинов. Эти биоактивные продукты обладают важными воспалительными, тромбозными и атеросклеротическими свойствами и способствуют развитию аллергических и воспалительных заболеваний и чрезмерной пролиферации клеток [19]. Некоторые исследования подчеркивают важность соотношения омега-6 ПНЖК / омега-3 ПНЖК, поскольку высокое соотношение способствует патогенезу многих заболеваний, включая сердечно-сосудистые, но не только.Он также связан с воспалительными маркерами, включая С-реактивный белок и ИЛ-6. Низкое соотношение омега-6 / омега-3 благотворно влияет на пациентов с астмой и подавляет воспаление у пациентов с ревматоидным артритом.

\ n \ n

3.2. Ревматоидный артрит (РА)

\ n

Ревматоидный артрит (РА) — это аутоиммунное заболевание, которое вызывает хроническое воспаление суставов и прогрессирующее разрушение суставов. Точный механизм, почему иммунная система организма атакует суставы, до сих пор неясен, но многие исследования показали, что помимо иммунологической этиологии есть изменения различных метаболических путей.Изменения метаболизма в плазме могут прояснить патологический механизм [20]. Несколько исследований показали связь между синовиальным воспалением и повышенной концентрацией свободных жирных кислот в плазме, что демонстрирует ускорение метаболизма жиров при ревматоидном артрите [21]. Многие из них связаны с воспалением и могут считаться маркерами артритического воспаления на разных стадиях [20]. Одна из этих жирных кислот, стеариновая кислота, была обнаружена в более высоких уровнях у пациентов с установленным ревматоидным артритом, чем у пациентов на ранних стадиях [22].

\ n

Все эти метаболические изменения можно подтвердить с помощью метода ГХ-МС. Жирные кислоты извлекаются из различных биологических образцов с использованием органического растворителя или твердофазной экстракции. За этой стадией следует процесс дериватизации, когда получают метиловые эфиры жирных кислот. Основной анализ этих соединений может быть выполнен с использованием как полярных, так и неполярных капиллярных фаз, градиента температуры и гелия в качестве газа-носителя. Идентификацию и разделение свободных жирных кислот можно также проводить с помощью системы ВЭЖХ, используя различные подвижные фазы в изократическом / градиентном элюировании.

\ n

Защитный эффект докозагексаеновой кислоты, полиненасыщенной жирной кислоты омега-3, распознается при многих типах хронических воспалительных состояний, поскольку эта жирная кислота может метаболизироваться в биоактивные липидные медиаторы с противовоспалительным действием, как описано выше. Высокая концентрация омега-3 ПНЖК коррелирует с уменьшением утренней скованности, опухших суставов, боли или активности болезни. Также было показано, что эти жирные кислоты могут снизить частоту и тяжесть артрита, вызванного коллагеном.В дополнение к своим противовоспалительным свойствам они ингибируют образование активных форм кислорода и опосредованную АА индукцию рецептора фактора некроза опухоли типа I (TNFRI). Они обладают иммуномодулирующим действием и могут влиять как на функцию Т-клеток, так и на функцию В-клеток [21]. Не только ПНЖК, но и некоторые мононенасыщенные жирные кислоты, такие как олеиновая кислота, обладают благотворным действием благодаря своим противовоспалительным свойствам [20]. Пациенты с РА с усиленным воспалением имеют пониженный уровень всех этих жирных кислот: олеиновой, пальмитиновой, EPA, DHA кислоты по сравнению со здоровыми людьми из контрольной группы.Различия не были связаны с возрастом, полом или индексом массы тела (ИМТ) [22]. Помимо их противовоспалительной активности, омега-3 ПНЖК, включенные в фосфолипиды, могут приводить к образованию других липидных медиаторов (резольвинов, протекинов) с повышенной противовоспалительной активностью и измененной экспрессией генов цитокинов [14]. Однако высокий уровень омега-6 жирных кислот, в основном арахидоновой кислоты, положительно коррелировал с синовитом. Это произошло потому, что АК является основным субстратом для синтеза провоспалительных медиаторов, таких как цитокины и эйкозаноиды.

\ n

Соотношение фосфатидилхолин / лизофосфатидилхолин было ниже в сыворотке пациентов с РА по сравнению со здоровыми людьми, что может привести к более высокому уровню свободных жирных кислот. Другие липидные медиаторы, такие как оксилипины, также были обнаружены в плазме. Наиболее заметным эйкозаноидом пути LOX, обнаруженным в плазме, была 5-гидроксиэйкозатетраеновая кислота (5-HETE) [21]. Еще одним биомаркером воспаления можно считать индекс омега-3. Медиаторы воспаления, С-реактивный белок, моноциты и нейтрофилы, обратно коррелируют с DHA, индексом омега-3 и общим количеством ПНЖК омега-3 [14].

\ n \ n

3.3. Психоневрологические заболевания

\ n

Открытие новых биомаркеров в области психиатрии имеет огромное значение, потому что они могут прояснить этиологию психических проблем, подтвердить диагноз расстройства с похожими симптомами, спрогнозировать течение расстройства и определить, как его лечить. [15]. Нейродегенеративные заболевания вызываются несколькими факторами, включая генетические мутации, повреждение мембран, митохондриальную дисфункцию и нарушение метаболизма белков или липидов.

\ n

ПНЖК избирательно концентрируются в мембранах синаптических нейронов и регулируют сосудистые и иммунные функции, влияющие на центральную нервную систему. Более того, они выполняют важные функции в передаче сигналов нейромедиатора. Мозг — наиболее богатый липидами орган, содержащий несколько основных классов липидов, включая жирные кислоты. Омега-3 и омега-6 жирные кислоты составляют 30–35% от общего количества жирных кислот мозга и благотворно влияют на когнитивные функции. Во время развития мозга, особенно на эмбриональной стадии, полиненасыщенные жирные кислоты имеют решающее значение для пролиферации клеток и дифференцировки нейронов, а их депривация приводит к апоптозу.Нарушение регуляции жирных кислот также участвует в патогенезе многих заболеваний головного мозга, таких как нейродегенеративные заболевания, умственная отсталость, инсульт и травмы [2].

\ n

Болезнь Альцгеймера (БА) — хроническое нейродегенеративное заболевание, которое обычно поражает пожилых людей и вызывает слабоумие. Наиболее частым ранним симптомом является трудность запоминания недавних событий, но также распространены трудности с речью, неорганизованное мышление и потеря памяти. Наблюдались различные морфологические модификации мозга, такие как отложения внеклеточного бета-амилоида (Aβ) и аномалии тау-белка, образование нейрофибриллярных клубков внутри тел нервных клеток.В настоящее время принятые биомаркеры AD включают уровни химических веществ мозга, связанных с амилоидом или тау-белком, и полученные с помощью изображений оценки размера и метаболической активности конкретных областей мозга. Помимо этих модификаций белкового обмена, изменяется и липидный обмен, который характеризуется пониженным уровнем омега-3 жирных кислот.

\ n

Молекулярные изменения жирных кислот, которые сохраняются с доклинических стадий до фазы деменции, могут служить биомаркерами, которые могут помочь в ранней диагностике БА.На разных стадиях БА может быть разная экспрессия генов синтеза жирных кислот [2]. При этом заболевании ученые обнаружили изменения в путях метаболизма липидов и в белках-переносчиках липидов, таких как ApoE. Изменения липидного обмена наблюдались не только у пациентов с диагнозом Альцгеймера, но и у пациентов с другими когнитивными нарушениями. В каждом случае наибольшая разница между здоровыми добровольцами и пациентами была представлена уровнем докозагексаеновой кислоты.Однако другие жирные кислоты также имели измененный профиль. В различных исследованиях была показана низкая концентрация пальмитиновой кислоты (C16: 0), олеиновой кислоты (C18: 1n-9) и некоторых жирных кислот омега-3, таких как α-линоленовая кислота (C18: 3n-3), эйкозапентаеновая кислота (EPA, C20: 5n-3) и докозапентаеновая кислота (C22: 5n-3) [23].

\ n

Мононенасыщенные жирные кислоты, в основном олеиновая кислота, подавляют выработку Aβ и образование амилоидных бляшек как in vitro , так и in vivo .Напротив, арахидоновая кислота увеличивает продукцию Aβ и образование амилоидных бляшек [2]. Жирные кислоты способствуют модуляции структуры и функции биологических мембран, включая эластичность, организацию мембран и ионную проницаемость, и, следовательно, могут способствовать поглощению глюкозы мозгом, нейротрансмиссии и функции нейронов.

\ n

Докозагексаеновая кислота (C22: 6) незаменима для миелинизации нейронов и является важным предшественником синтеза жирных кислот с очень длинной цепью (C24: 6, C26: 6, C28: 6, C30: 6, C32: 6, C34: 6), обнаруженные в головном мозге.Он также участвует в нейрогенезе, нейротрансмиссии и защищает мозг от окислительного стресса. Он играет важную роль в поддержании целостности базальной мембраны и как сложный эфир фосфолипида поддерживает гибкость клеточной мембраны, помогая синаптической передаче, а также может регулировать скорость передачи сигнала. DHA может влиять на развитие мозга, поскольку он может регулировать экспрессию генов, моноаминергическую нейротрансмиссию или защиту от апоптотической гибели клеток [24].Во время беременности DHA накапливается в тканях мозга новорожденных человека с ускоренной скоростью в течение третьего триместра в связи с быстрыми изменениями в созревании кортикального слоя. Дефицит этой жирной кислоты на стадии развития мозга может привести к нарушению когнитивных функций [24].

\ n

Полиненасыщенные жирные кислоты, помимо их роли в поддержании целостности мембраны нервных клеток, участвуют в синтезе эйкозапентаеновой кислоты, из которой начинается синтез простагландина 3-го ряда и 5-лейкотриена.EPA обладает нейропротекторными, антиоксидантными и противовоспалительными свойствами [24].

\ n

Эта жирная кислота подавляет синтез простагландинов, полученных из жирных кислот омега-3, таких как PGE2 и PGF2α, что придает противовоспалительное свойство. В случае дефицита DHA и EPA изменяется проницаемость клеток, появляются митохондриальные дисфункции и воспаление, которые наряду с окислительным стрессом играют важную роль в прогрессировании заболевания. DHA и EPA могут играть роль в облегчении окислительного стресса и снижении риска нейродегенеративных заболеваний [25].Новая серия липидных медиаторов (резолвины, протектины и марезины) продемонстрировала свой защитный и положительный эффект при неврологических заболеваниях благодаря своим противовоспалительным и способствующим рассасыванию свойствам.

\ n

Одновременный дефицит LA и ALA создает серьезные проблемы в жирнокислотном составе мозга. Дефицит АЛК изменяет ход развития мозга и нарушает состав клеточных мембран мозга, нейронов, олигодендроцитов и астроцитов, а также субклеточных компонентов, таких как миелин, нервные окончания и митохондрии.

\ n

Старение характеризуется снижением экспрессии PPARα в различных тканях, что представляет собой ключевую мишень в профилактике заболеваний, связанных со старостью. Снижение активности PPARα-регулируемых генов, участвующих в β-окислении, сопровождается изменением состава ЖК в головном мозге. Это приводит к повышенному уровню насыщенных жирных кислот с очень длинной цепью (НЖК) (C20: 0, C22: 0, C24: 0), мононенасыщенных жирных кислот (MUFA) (C16: 1, C18: 1, C20: 1, C22: 1, C24: 1) и уменьшение LC-PUFA, AA и DHA, которые связаны с прогрессированием старения мозга.Было высказано предположение, что PPARα и их эндогенные лиганды играют роль в нейропротекции против окислительного стресса, который является ключевым при нейродегенеративных заболеваниях, способствуя нормальному старению мозга. Эти соображения предполагают, что эндогенные и экзогенные агонисты PPARα могут быть полезны в качестве меры профилактики нейродегенеративных заболеваний и ишемического повреждения, особенно у пожилых людей и / или у пациентов с высоким сердечно-сосудистым риском [19].

\ n

Некоторые другие неврологические расстройства проявляются измененным составом нейронов и жирных кислот в плазме, например депрессия, биполярное расстройство, шизофрения и синдром дефицита внимания с гиперактивностью.

\ n

Депрессия сопровождается активацией системы воспалительного ответа, на что указывает повышенная продукция воспалительных цитокинов и окислительного биомаркера. Производство цитокинов сопровождается повышенным окислительным стрессом, приводящим к повышенному производству активных форм кислорода (ROS) и оксида азота (NO) или снижению антиоксидантной защиты, такой как супероксиддисмутаза (SOD) и глутатионпероксидаза. Эпидемиологические исследования также показали, что низкое потребление и низкий уровень омега-3 ПНЖК в крови связаны с повышенным риском диагностирования большого депрессивного расстройства.Уровни эритроцитов C16: 0, C18: 0, EPA и индекс омега-3 были значительно ниже у пациентов с диагнозом большой депрессии, чем в контрольной группе, тогда как уровни эритроцитов C16: 1, C18: 3n6, C18: 3n3 , C18: 1t и C18: 2t были значительно выше [26]. Различные исследования показывают, что статус жирных кислот омега-3 влияет на развитие центральной серотониновой системы. Дефицит омега-3 жирных кислот приводит к нарушению высвобождения серотонина и поведенческим признакам депрессии и агрессии.У пациентов с большим депрессивным расстройством наблюдается дефицит DHA по сравнению со здоровыми людьми из контрольной группы [27]. Уровни фосфолипидов в плазме и эритроцитах у этих людей показали значительную и положительную корреляцию между соотношением АК / ЭПК и тяжестью депрессии и суицидального поведения.

\ n

У пациентов с диагнозом биполярное расстройство наблюдались более высокие концентрации всех насыщенных жирных кислот в плазме, чем в контрольной группе. Лигноцериновая кислота была более чем на 50% выше в группе пациентов, чем у здоровых добровольцев.При этом заболевании наиболее важные различия между двумя группами были представлены значительным снижением уровней DHA и сильным увеличением уровней EPA и ALA [28].

\ n

Имеющиеся в настоящее время литературные данные позволяют предположить, что метаболизм ПНЖК изменяется у больных шизофренией как в острой, так и в хронической стадиях заболевания. Измененная структура нейрональной мембраны и метаболизм могут способствовать возникновению некоторых симптомов шизофрении. Изменение липидного состава мембран в нейрональных клетках может повлиять на нейротрансмиссию и, таким образом, может повлиять на поведение при шизофрении.Исследования не показали разницы между пациентами с шизофренией и контрольной группой по вкладу омега-3 жирных кислот в липидный состав фосфолипидной фракции. Однако показано, что значения общих омега-6 ПНЖК и докозапентаеновой кислоты значительно ниже в случае пациентов с шизофренией, чем в случае контрольных субъектов. Липиды мембран, по-видимому, колеблются в разные фазы заболевания. Это может быть связано с изменениями нейровоспалительных и окислительных процессов, которые, как сообщается, способствуют прогрессированию заболевания и лежат в основе тяжести симптомов.В здоровой группе уровни ПНЖК стабильны по сравнению с группой пациентов. ПНЖК являются не только важными компонентами мембран нервных клеток, но также играют важную роль в регуляции воспаления за счет образования эйкозаноидов. Воспаление и окислительный стресс могут играть роль в прогрессировании заболевания через перекисное окисление липидов и окисление холестерина, что приводит к гибели нервных клеток [29]. Дефицит ПНЖК также ухудшает дофаминергическую и глутаматергическую нейротрансмиссию, что связано с негативными симптомами.

\ n

Основано на доказательствах того, что состав эритроцитов EPA + DHA с общим содержанием жирных кислот ниже 4% увеличивает риск внезапной сердечной смерти, а также доказательства того, что у большинства пациентов с психическими расстройствами индекс омега-3 ниже 4%. рецидивирующие психические расстройства могут повышать риск сердечно-сосудистых заболеваний, которые являются основной причиной повышенной преждевременной смертности у пациентов с расстройствами настроения и психотическими расстройствами [27].

\ n \ n

3.4. Другие патологии

\ n

Воспаление играет роль в этиологии многих типов рака.Сообщалось, что высокая концентрация в сыворотке фосфолипидов длинноцепочечных жирных кислот омега-3, в частности EPA и DHA, была связана с повышенным риском рака простаты высокой степени злокачественности. Однако высокие концентрации транс- -жирных кислот, которые, как известно, вызывают воспаление, связаны со снижением риска рака простаты [30]. Другие исследования проводились на тканях колоректального рака, из которых были отделены различные жирные кислоты. Анализ выявил высокие концентрации насыщенных жирных кислот и низкие уровни мононенасыщенных жирных кислот.По сравнению со здоровыми тканями в качестве контроля, злокачественные ткани имели низкое соотношение омега-3 / омега-6 ПНЖК [31]. Точно так же дисфункция липидного обмена из-за гепатоцеллюлярной карциномы может привести к изменению липидного профиля плазмы. Основные различия были обнаружены в случае C18: 2n-6, C20: 4n-6, C16: 0 и C18: 1n-9. Эти жирные кислоты можно рассматривать как потенциальные биомаркеры гепатоцеллюлярной карциномы [32].

\ n

Ожирение — это нарушение обмена веществ, которое увеличивает риск развития диабета, неалкогольной жировой болезни печени или других сердечно-сосудистых заболеваний.По сравнению со здоровыми добровольцами у пациентов с ожирением уровень жирных кислот в плазме повышен. Биомаркером этого заболевания является повышенный уровень ненасыщенных жирных кислот, особенно пальмитолеиновой кислоты (C16: 1) и дигомо-гамма-линоленовой кислоты (C20: 3) [33]. Исследования показывают, что у 40% людей с диагнозом диабет разовьются почечные или сердечно-сосудистые заболевания. Высокий уровень соотношения омега-3 / омега-6 связан с низким риском развития почечной недостаточности. Помимо ожирения, синдром поликистозных яичников (СПКЯ) может привести к инсулинорезистентности.В этом случае были идентифицированы два биомаркера: нервоновая кислота (C24: 1) для наличия СПКЯ и дигомо-гамма-линоленовая кислота для инсулинорезистентности [4]. Липолиз жирных кислот в жировой ткани также увеличивается, но β-окисление жирных кислот снижается. Таким образом увеличивается проницаемость клеток и инфильтрация воспалительных клеток. Это может объяснить, почему арахидоновая кислота считается биомаркером в плазме крови пациентов с диабетом, с различными стадиями нефропатии или без них.

\ n

Профиль жирных кислот изменяется и в случае инфекционного заболевания. В начальной стадии лихорадки денге наблюдалось снижение уровня C14: 0, C16: 0, C18: 0, C20: 4-n6 и C22: 6-n3 [4].

\ n

Из-за провоспалительных и иммуноактивных свойств арахидоновой кислоты высокая концентрация этой жирной кислоты и высокий уровень соотношения АК / ЭПК связаны с серповидно-клеточной анемией и кистозным фиброзом. Последнее — генетическое заболевание, при котором изменяется профиль жирных кислот.Концентрация LA и DHA снижается и увеличивается концентрация пальмитолеиновой кислоты и Δ5,8,11-эйкозатриеновой кислоты. В случае муковисцидоза концентрация АК увеличивается только при самом высоком соотношении LNA: ALA [4].

\ n

Патобиология серповидно-клеточной анемии начинается с эпизодической окклюзии сосудов, при которой адгезия циркулирующих клеток крови к эндотелию сосудов модулируется полиненасыщенными жирными кислотами. У пациентов с этим заболеванием изменен состав эритроцитов и ПНЖК.Это характеризуется повышенным уровнем АК, пониженным уровнем ДГК и ЭПК, и это может играть роль в аномальных взаимодействиях между кровью и эндотелиальными клетками [34].

\ n

Длинноцепочечные жирные кислоты обнаруживаются в плазме в низкой концентрации, поэтому их трудно идентифицировать. Они синтезируются из короткоцепочечных жирных кислот с помощью фермента элонгазы и расщепляются в пероксисоме ферментом β-оксидазой. При пероксисомальных расстройствах, таких как болезнь Зеллвегера или адренолейкодистрофия, жирные кислоты с очень длинной цепью накапливаются в плазме, что приводит к накоплению внутриклеточного кальция и снижает митохондриальное дыхание, что приводит к клеточной гибели олигодендроцитов и астроцитов.Важными биомаркерами этого заболевания являются C26: 0, C26: 1 и C26: 2 [35].

\ n

Хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) — это хроническое воспалительное заболевание дыхательных путей, при котором дыхательные пути сужаются, набухают и выделяют излишнюю слизь. Это может затруднить дыхание и вызвать кашель, хрипы и одышку. Считается, что астма вызывается сочетанием генетических факторов и факторов окружающей среды. Как только он установлен, начинается воспаление, в котором участвуют различные типы клеток и медиаторов.Курение является одним из основных факторов риска развития ХОБЛ, хотя существуют и другие факторы риска, такие как загрязнение воздуха и генетические факторы. Сообщалось о снижении уровня омега-3 ПНЖК как у курильщиков, так и у пациентов с ХОБЛ. C20: 5 и C22: 6 были наиболее значимо снижены, тогда как уровень мононенасыщенных жирных кислот C16: 1 был повышен при ХОБЛ по сравнению с некурящими [36]. Многие эпидемиологические исследования показали защитную роль DHA при аллергических заболеваниях, поскольку она подавляет эозинофильное воспаление дыхательных путей.Новое производное моноглицерида DHA и производное EPA показали свое защитное действие на воспаление дыхательных путей и выработку воспалительных цитокинов. У пациентов с тяжелой астмой наблюдается избирательная дисрегуляция пути 15-липооксигеназы, что является причиной того, что 5-липоксигеназозависимый метаболит арахидоновой кислоты, 5-HETE, был сходным у пациентов и здоровых людей [37]. В таблице 1 обобщены биологические эффекты наиболее важных жирных кислот.

\ n SC 902 902 чувствительность-L кислота (омега-3)

Классификация	Жирная кислота	Биологическое действие	Болезни
Профилактика ожирения и диабета 2 типа
Масляная кислота	Подавляет ангиогенез, антимикробное действие	Профилактика колоректального рака, синдрома раздраженного кишечника
MCFA	902-контроль веса	Лечение гиперлипидемий, профилактика ожирения
LCFA	Олеиновая кислота	Противовоспалительное действие, подавление выработки Aβ и образования амилоидных бляшек	Благоприятно при ревматоидном артрите, болезни Альцгеймера	Антистеатоз, противовоспалительный	Полезен при болезни Альцгеймера, профилактика сердечно-сосудистых заболеваний, увеличивает риск рака простаты
	EPA + DHA (omega-3)	Противовоспалительное, антиаритмическое , антиатеросклеротические	Профилактика ожирения, ССЗ, положительный эффект при болезни Альцгеймера, развитие мозга, ревматоидный артрит, диабет 2 типа
	Арахидоновая кислота (омега-6)	Воспалительное, агрегация тромбоцитов, вазоконстоз Свойства	Способствует синовиту, болезни Альцгеймера, диабету, серповидно-клеточной анемии, муковисцидозу

Таблица 1.

Сводная таблица биологических эффектов некоторых FA и их значения при некоторых патологиях.

\ n

Значительное потребление омега-3 ПНЖК приводит к снижению уровня арахидоновой кислоты в мембранах воспалительных клеток. Это приведет к снижению уровня провоспалительных эйкозаноидов. Существует большое количество литературы, основанной на исследованиях влияния омега-3 ПНЖК на воспаление и иммунную функцию. Большинство исследований посвящено изучению влияния рыбьего жира на здоровье человека.Соотношение омега-6 / омега-3 жирных кислот в современных диетах колеблется от 15: 1 до 17: 1, хотя должно быть 1: 1 [8]. Кардиозащитный эффект омега-3 жирной кислоты хорошо изучен, поэтому Американская кардиологическая ассоциация рекомендует 3 г / день EPA + DHA для снижения повышенного уровня триглицеридов [38]. Было опубликовано множество исследований о влиянии омега-3 ПНЖК на структуру и функции мозга. Большинство из них указывает на повышенную функциональную активацию у детей, хотя не все из них обнаружили какое-либо влияние омега-3 жирных кислот на когнитивные функции [24].

\ n \ n

3. Различные типы питательных веществ в огурце

Огурец содержит различные типы флавоноидов, такие как апигенин, диосметин, физетин, лулеолин, кверцетин, кемпферол, лютеолин, нарингенин, теафлаванозид I, висенин. Он также содержит различные типы лигнанов, пинорезинол, ларицирезинол и секоизоларицирезинол, а также тритерпены, такие как кукурбитацин A, кукурбитацин B, кукурбитацин C, кукурбитацин D.

3.1 Применение в медицине

Shrivastava et al. [10] сообщили, что ежедневное употребление огурцов может улучшить рост волос и успокоить кожу, уменьшить отек глаз.Сок огурца улучшает текстуру кожи и лечит кожные инфекции, экзему. Кусок огурца на голове у пациента, перенесшего солнечный удар, может уменьшить жар тела. Огурец помогает похудеть, а протертые семена с сахаром перед едой уменьшают количество кишечных глистов и ленточных червей. Порошки отварных листьев огурца и жареных семян тмина можно использовать при инфекциях горла. Кашиф и др. [11] сообщили, что в огурце содержится много калия, поэтому он помогает поддерживать нормальное кровяное давление.

3.2 Различные полезные для здоровья действия огурца

Sharma et al. [12] доказали, что огуречный сок может действовать против кислотности и сопротивляться изменению pH, а также обладает хорошим ветрогонным и антацидным действием. Огурец также обладает успокаивающим действием. Если вы держите ломтики огурца на глазах около 10 минут, это расслабляет глаза и уменьшает отечность вокруг глаз. Патил и др. [13] исследовали активность экстракта огурца на лабораторных животных. Они доказали, что выбранный водный экстракт огурца может уменьшить индуцированное заболевание кишечника и обладает активностью против язвенного колита.Патил и др. [14] исследовали, что сок огурца может иметь значительный эффект заживления ран.

3.3 Гепатопротекторная активность

Heidari et al. [15] исследовали активность сока огурца против окислительного стресса, вызванного гидропероксидом кумола, и доказали, что огурец может действовать как антиоксидант. Экстракты огурца обладают антиоксидантами и улавливают радикалы. Экстракт помогает образовывать внутриклеточные АФК.

3.4 Гипогликемическая и гиполипидемическая активность

Sharmin et al.[16] исследовали гипогликемические эффекты огурца и доказали, что белая тыква, тыква оказывает антигипергликемическое действие на крыс с аллоксановым диабетом (AIDR). Экстракт может уменьшить высокий липидный профиль в AIDR. Следовательно, экстракты огурца могут быть полезны при лечении диабета, гипергликемии и гиперлипидемии.

3.5 Увлажнение и детоксикация

Огурцы на 96% содержат воду. Таким образом, он помогает восполнить ежедневную потребность организма в воде и поддерживать его водный баланс.Летом люди склонны легко обезвоживаться. Употребление огурцов способствует увлажнению, а также действует как охлаждающая жидкость и избавляет от летней жары. Огурец и мяту можно использовать для детоксикации воды, которая эффективно выводит токсины из организма, улучшает гидратацию и, таким образом, приносит бесчисленные преимущества для здоровья.

3,6 Снижение артериального давления

Огурцы — хороший источник калия, магния и пищевых волокон. Эти питательные вещества, как известно, снижают кровяное давление, что снижает риск сердечных заболеваний.Исследования также доказали, что регулярное употребление сока огурца помогает снизить кровяное давление у пожилых людей с гипертонией.

3.7 Пищеварение

Огурцы действуют как охлаждающая жидкость для нашего желудка. Растворимая клетчатка в огурцах замедляет пищеварение. Кроме того, высокое содержание воды в огурце делает стул мягким, предотвращает запоры и поддерживает регулярность дефекации.

3,8 Снижает уровень сахара в крови

Известно, что огурцы снижают уровень сахара в крови, что помогает в лечении и профилактике сахарного диабета.

3.9 Потеря веса

Огурцы содержат 96% воды и низкокалорийны. В 100 г огурца содержится всего 15,5 калорий. Высокое содержание воды и низкое содержание калорий в огурцах способствует снижению веса.

3.10 Кожа

Огурцы могут улучшить красоту и улучшить кожу. Нанесение огуречного сока на кожу делает ее мягкой и сияющей. Противовоспалительное действие огурца естественным образом осветляет нашу кожу и уменьшает загар. Он также уменьшает морщины и тонкие линии.

3.11 Снижает риск рака

Клетчатка в огурцах защищает от колоректального рака. Также кукурбитацин, содержащийся в огурцах, обладает противораковыми свойствами. Tuama et al. [17] показали, что экстракт огурца богат биологически активными соединениями и обладает противораковой активностью с клеточными линиями (IC50) с MCF 715,6 ± 1,3 и HeLa 28,2 ± 1.

Модель открытого доступа применяется ко всем нашим публикациям и предназначена для исключить подписку и плату за просмотр. Такой подход обеспечивает бесплатный немедленный доступ к полнотекстовым версиям вашего исследования.

Если вы являетесь золотым издателем открытого доступа, сбор за публикацию в открытом доступе уплачивается при принятии рукописи после экспертной оценки. В свою очередь, мы предоставляем высококачественные издательские услуги и эксклюзивные преимущества для всех участников. IntechOpen — надежный издательский партнер более 128 000 ученых и исследователей со всего мира.

Взнос за публикацию в открытом доступе (OAPF) уплачивается только после того, как ваша полная глава, монография или монография Compacts приняты к публикации.

* Эти цены не включают налог на добавленную стоимость (НДС).Резиденты стран Европейского Союза должны добавлять НДС по ставке, установленной в их стране проживания. Учреждения и компании, зарегистрированные в качестве субъектов, облагаемых НДС в своей стране-члене ЕС, не будут платить НДС, если регистрационный номер НДС предоставляется в процессе подачи заявки. Это стало возможным благодаря методу обратной зарядки ЕС.

Ваш менеджер по обслуживанию авторов проинформирует вас о любых элементах, не покрываемых OAPF, и предоставит точную информацию об этих дополнительных расходах, прежде чем продолжить.

Чтобы изучить возможности финансирования и узнать больше о том, как вы можете профинансировать публикацию IntechOpen, перейдите на нашу страницу финансирования открытого доступа. IntechOpen предлагает экспертную помощь всем своим Авторам. Мы можем поддержать вас в обращении к финансирующим организациям и учреждениям по поводу платы за публикацию, предоставив информацию о соблюдении политики открытого доступа вашего спонсора или учреждения. Мы также можем помочь в распространении информации о преимуществах открытого доступа, чтобы поддержать и укрепить ваш запрос на финансирование, а также предоставить личные рекомендации в процессе подачи заявки.Вы можете связаться с нами по адресу [email protected] для получения дополнительной информации или помощи.

Для авторов, которые до сих пор не могут получить финансирование от своих институтов или организаций, финансирующих исследования для отдельных проектов, IntechOpen предлагает возможность подачи заявки на отказ для компенсации части или всей обработки фида. Подробную информацию о нашей Политике отказа можно найти здесь.

Если вы являетесь золотым издателем открытого доступа, сбор за публикацию в открытом доступе уплачивается при принятии рукописи после экспертной оценки.В свою очередь, мы предоставляем высококачественные издательские услуги и эксклюзивные преимущества для всех участников. IntechOpen — надежный издательский партнер более 128 000 ученых и исследователей со всего мира.

* Эти цены не включают налог на добавленную стоимость (НДС). Резиденты стран Европейского Союза должны добавлять НДС по ставке, установленной в их стране проживания.Учреждения и компании, зарегистрированные в качестве субъектов, облагаемых НДС в своей стране-члене ЕС, не будут платить НДС, если регистрационный номер НДС предоставляется в процессе подачи заявки. Это стало возможным благодаря методу обратной зарядки ЕС.

Чтобы изучить возможности финансирования и узнать больше о том, как вы можете профинансировать публикацию IntechOpen, перейдите на нашу страницу финансирования открытого доступа.IntechOpen предлагает экспертную помощь всем своим Авторам. Мы можем поддержать вас в обращении к финансирующим организациям и учреждениям по поводу платы за публикацию, предоставив информацию о соблюдении политики открытого доступа вашего спонсора или учреждения. Мы также можем помочь в распространении информации о преимуществах открытого доступа, чтобы поддержать и укрепить ваш запрос на финансирование, а также предоставить личные рекомендации в процессе подачи заявки. Вы можете связаться с нами по адресу [email protected] для получения дополнительной информации или помощи.

Наука о жировых клетках: основные вены и сосуды: сосудистая и эндоваскулярная хирургия

Статистические данные показывают, что почти две трети взрослого населения США имеют избыточный вес или страдают ожирением, поэтому избыток жира в организме вызывает беспокойство у американцев.Многие американцы стремятся устранить его, будь то из соображений связанных с этим рисков для здоровья, таких как болезни сердца и диабет, или из чисто эстетических соображений. Но чтобы лучше решить эту проблему, важно лучше понимать, что такое жировые клетки и что происходит, когда человек набирает вес.

Что такое жир и как он развивается?

Жир, известный врачам как жировая ткань, встречается по всему человеческому телу. Большая его часть находится под кожей (также известна как подкожный жир), а небольшое количество находится в ваших мышцах.Взрослые мужчины, как правило, переносят больше жира в груди и животе, а женщины — в груди, бедрах и талии. Жировые клетки в этих областях формируются во время полового созревания, но половое созревание не вызывает образования большего количества жировых клеток — они просто становятся больше.

Существует два типа жира: белый жир, который важен для изоляции жизненно важных органов и смягчения мышц, и коричневый жир, который необходим для выработки тепла. Тем не менее, у большинства взрослых людей бурого жира практически нет, поэтому, когда речь идет о проблемах с весом, в центре внимания находится белый жир.Для упрощения представьте, что белые жировые клетки — это крошечные полиэтиленовые пакеты. В отличие от сложных клеток, таких как клетки крови, белые жировые клетки состоят из небольшого ядра и одной большой жировой капли, которая составляет около 85 процентов от общего объема клетки.

Жир попадает в организм с пищей, наряду со многими другими важными вещами, необходимыми человеческому организму для функционирования. Когда пища проходит через желудок и кишечник, она проходит сложный процесс расщепления и восстановления, поскольку молекулы жира слишком велики, чтобы пересечь клеточные мембраны.Во-первых, он смешивается с желчью желчного пузыря в процессе, называемом эмульгированием. Это разбивает большие капли жира на более мелкие капли, называемые мицеллами. Затем липазы поджелудочной железы расщепляют мицеллы на глицерин и жирные кислоты, которые затем всасываются в слизистую оболочку кишечника. Там части снова собираются в хиломикроны и попадают в лимфатическую систему, которая в конечном итоге снова присоединяется к кровотоку. Затем ферменты, называемые липопротеинами, расщепляют жиры на жирные кислоты, которые затем всасываются в жировые клетки, мышечные клетки и печень.

В течение дня, когда вы не едите, ваше тело не усваивает пищу. Однако он все еще использует энергию. Эта энергия поступает из внутренних запасов углеводов, жиров и белков. Основным источником энергии является глюкоза, только из которой некоторые клетки вашего тела могут получать энергию. Посредством процесса, называемого гликогенолизом, ваше тело расщепляет сложные углеводы и жиры непосредственно в энергию.

Похудение и потеря жира

Чтобы упростить ситуацию, ваш вес определяется скоростью, с которой вы накапливаете энергию из пищи, которую вы едите, и скоростью, с которой вы используете эту энергию.Если вы используете больше энергии, чем потребляете, вашему телу придется погрузиться в свои запасы жировых клеток, чтобы получить энергию, необходимую для повседневной жизни. Помните — по мере того, как ваше тело расщепляет жир, количество жировых клеток в нем остается неизменным. Каждая жировая клетка становится меньше, поскольку жир, хранящийся в ней, расщепляется на энергию.

Регулярные упражнения, сбалансированная диета и около 2000 калорий в день должны быть достаточными для поддержания здорового веса и предотвращения чрезмерного роста жировых клеток.Однако человеческое тело — сложная машина, и иногда немного лишнего жира неизбежно. Если вы хотите избавиться от него по косметическим причинам, процедуры коррекции фигуры, такие как truSculpt, нагревают жировые клетки снаружи и таким образом разрушают их. Если это похоже на то, что вам нужно, запишитесь на прием сегодня, позвонив по телефону 1-888-VEINCARE или воспользуйтесь нашей удобной формой онлайн-запроса на прием.

Услуги Medispa

Услуги Medispa Какому телу не требуется время от времени небольшая косметическая помощь? В Premier Vein & Vascular, сосудистых экспертах в Тампе и Ларго, штат Флорида, мы предлагаем нашим пациентам ассортимент эстетических процедур для здорового сияния всего тела.Почему бы не убедиться, что в ваш режим красоты входит один из наших простых и быстрых… Продолжить чтение

Премьер для вен и сосудов

Знаете ли вы цвет жира? — Клиника Кливленда

Жир получает плохую репутацию, но без него вы бы умерли. Ваш жир сохраняет жизненно важную энергию, обеспечивает изоляцию, защищает ваши внутренние органы и даже помогает удерживать ваши клетки вместе.

Клиника Кливленда — некоммерческий академический медицинский центр.Реклама на нашем сайте помогает поддерживать нашу миссию. Мы не поддерживаем продукты или услуги, не принадлежащие Cleveland Clinic. Политика

По словам эндокринолога и диабетолога Елены Борух, доктора медицины, жировые отложения могут быть полезными, в зависимости от того, о каком виде и сколько мы говорим.

«Но не позволяйте ничему из этого быть зеленым светом для отказа от здорового питания и физических упражнений, потому что слишком много жира также может быть фатальным», — говорит д-р Борух.

Вот все, что вы когда-либо хотели знать о жирах человеческого тела.Узнайте о разных цветах и их значении. И какой вид жира может вас убить — и что с этим делать.

Интересные факты о жирах

В. Полезен ли телесный жир для чего-нибудь?

A: Жир работает, но его слишком много также может быть фатальным. Вы можете сбросить лишний жир, больше тренируясь и соблюдая диету с высоким содержанием питательных веществ, белков и низким содержанием углеводов и сахара.

По данным Центра по контролю за заболеваниями США, около 42,4% взрослых американцев имеют избыточный вес — тревожная статистика о необходимости контролировать потребление жиров.

В: Что происходит с жировыми отложениями, когда вы худеете?

A: Вы выдыхаете. Жир метаболизируется в углекислый газ и немного воды. Аэробные упражнения увеличивают частоту выдоха, в результате чего вы теряете больше жира.

Q: Мой живот большой, но крепкий, так что я в порядке, правда?

A: Это еще не все мышцы. Ваш живот твердый, как камень, потому что весь жир скапливается под брюшной стенкой. Это невероятно опасно.

Разноцветный жир

Не все жиры одинаковы.Цвет жира во многом зависит от его функции. Вот еще несколько деталей, которые заставят вас задуматься о том, как управлять жиром, который образуется в вашем теле.

Белый

Большинство жировых клеток в вашем теле белые. Эти клетки впитывают диетический жир и сохраняют его для будущих энергетических потребностей. Но они также могут расти и расти. Накормите эти клетки слишком большим количеством диетического жира, и они будут продолжать расти — расти и расти до опасной дисфункции.

желтый

По правде говоря, большинство этих белых клеток действительно выглядят желтыми.Почему? Потому что люди не могут быстро усваивать желтый каротин, содержащийся в овощах и зернах. Таким образом, каротин мигрирует в наши жировые клетки и оседает там.

коричневый

Ew! Да, у нас есть коричневые жировые клетки. Эти жировые клетки взаимодействуют с белыми жировыми клетками, сжигая энергию в холодную погоду и создавая тепло. У худых людей бурого жира больше, чем у не худых. Некоторые ученые считают, что если им удастся найти способ стимулировать бурые жировые клетки, они могут помочь людям похудеть.

бежевый

Бежевые жировые клетки также смешаны с белым жиром.На самом деле у нас больше бежевого жира, чем коричневого. Бежевые жировые клетки неактивны, пока вы не простудитесь. Затем они начинают сжигать энергию, как коричневые жировые клетки, только не так хорошо. Бежевые клетки изучаются на предмет их способности регулировать инсулин и защищать такие органы, как печень.

Уродливая правда о животе

Избыточный жир в организме связан с сердечными приступами, диабетом, инсультом, раком груди и многими другими заболеваниями. Суть в том, что это опасно.Борух. Когда он отрастает и выталкивает вашу брюшную стенку, он вызывает классический «животик». Он также накапливается вокруг внутренних органов и накачивает вредные химические вещества, которые выводят ваш метаболизм из равновесия с катастрофическими последствиями.

«Вы отвечаете за то, как ваше тело усваивает и хранит жиры, содержащиеся в пище, а также за предотвращение избыточного накопления жира», — говорит доктор Борух. «Поэтому убедитесь, что вы правильно питаетесь и занимаетесь спортом, чтобы свести слишком много жира к минимуму. Держите потребление нездоровых жиров под контролем и ешьте достаточно хороших жиров в своем рационе, чтобы поддерживать правильный баланс жиров в организме.”

Динамика изменения массы тела человека

Образец цитирования: Chow CC, Hall KD (2008) Динамика изменения массы тела человека. PLoS Comput Biol 4 (3): e1000045. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1000045

Редактор: Филип Борн, Калифорнийский университет в Сан-Диего, Соединенные Штаты Америки

Поступило: 26 ноября 2007 г .; Принята к печати: 28 февраля 2008 г .; Опубликован: 28 марта 2008 г.

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями декларации Creative Commons Public Domain, которая предусматривает, что после размещения в общественном достоянии эта работа может быть свободно воспроизведена, распространена, передана, модифицированы, созданы на основе или иным образом использованы кем-либо в любых законных целях.

Финансирование: Это исследование было поддержано внутренней исследовательской программой NIH / NIDDK.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что никаких конкурирующих интересов не существует.

Введение

Ожирение, нервная анорексия, кахексия и голодание — это состояния, которые оказывают глубокое медицинское, социальное и экономическое влияние на нашу жизнь. Например, заболеваемость ожирением и сопутствующими ему заболеваниями быстро увеличивалась за последние два десятилетия [1], [2].Эти состояния характеризуются изменениями массы тела (массы), которые возникают из-за дисбаланса между энергией, получаемой из пищи, и энергией, расходуемой на поддержание жизни и выполнение работы. Однако основные механизмы того, как изменения в энергетическом балансе приводят к изменениям массы и состава тела, не совсем понятны. В частности, интересно понять, как состав тела распределяется между жировыми и постными компонентами при изменении массы тела и можно ли изменить это распределение энергии.Такое понимание было бы полезно для оптимизации лечения для снижения веса у субъектов с ожирением, чтобы максимизировать лечение по снижению веса или набора веса для пациентов с нервной анорексией и кахексией, чтобы максимально увеличить прирост безжировой ткани.

Для решения этих проблем и улучшения нашего понимания регуляции массы тела человека за последние несколько десятилетий неоднократно предпринимались попытки математического и компьютерного моделирования [3] — [19]. Здесь мы показываем, как модели состава тела и изменения массы могут быть поняты и проанализированы в области теории динамических систем и могут быть классифицированы в соответствии с их геометрической структурой на двухмерной фазовой плоскости.Мы начинаем с рассмотрения общего класса уравнений баланса потока макроэлементов и постепенно вводим допущения, которые ограничивают динамику модели. Мы показываем, что две модели жировой и мышечной массы можно разделить на два общих класса. В первом классе есть уникальный состав и масса тела (т. Е. Стабильная фиксированная точка), которая определяется диетой и расходом энергии. Во втором классе есть непрерывная кривая фиксированных точек (т.е.инвариантное многообразие) с бесконечным числом возможных составов и масс тела в устойчивом состоянии для той же диеты и уровня расхода энергии.Мы показываем, что почти все модели в литературе относятся ко второму классу. Удивительно, но имеющихся данных недостаточно, чтобы определить, какой из двух классов относится к людям. Для моделей с инвариантным многообразием мы показываем, что можно вывести эквивалентное одномерное уравнение для изменения состава тела. Мы приводим численные примеры и обсуждаем возможные экспериментальные подходы, которые могут различать классы.

Результаты

Общая модель баланса потоков макроэлементов и энергии

Человеческое тело подчиняется закону сохранения энергии [20], который может быть выражен как: (1) где Δ U — это изменение запасенной энергии в теле, Δ Q — изменение количества потребляемой или потребляемой энергии, и Δ W — изменение выходной энергии или расхода.Прием обеспечивается за счет энергетической ценности потребляемой пищи. Сжигание пищевых макроэлементов дает химическую энергию, и закон Гесса гласит, что выделяемая энергия одинакова независимо от того, происходит ли процесс внутри калориметра бомбы или через сложный процесс окислительного фосфорилирования в митохондриях. Таким образом, энергия, выделяемая при окислении пищи в организме, может быть точно измерена в лаборатории. Однако есть важный нюанс. Не все макроэлементы, содержащиеся в пище, полностью усваиваются организмом.Кроме того, всасываемый пищевой белок не полностью сгорает в организме, а производит мочевину и аммиак. При учете этих эффектов мы имеем в виду содержание метаболизируемой энергии пищевых углеводов, жиров и белков, которое немного меньше значений, полученных с помощью калориметрии бомбы. Норма расхода энергии включает работу по поддержанию основной метаболической функции (скорость метаболизма в состоянии покоя), перевариванию, поглощению и транспортировке питательных веществ в пище (термический эффект кормления), синтезу или расщеплению тканей и выполнению физической активности вместе с выделяемое тепло.Энергия хранится в форме жира, а также в мышечной ткани тела, такой как гликоген и белок. Для выполнения уравнения 1 тело не обязательно находится в равновесии. Хотя нас в первую очередь интересует изменение веса взрослых, уравнение 1 справедливо и для детского роста.

Чтобы выразить изменение накопленной энергии Δ U через массу тела M , мы должны определить содержание энергии на единицу изменения массы тела, то есть плотность энергии ρ _M .Затем мы можем установить Δ U = Δ (ρ _M M ). Чтобы смоделировать динамику изменения массы тела, мы разделим уравнение 1 на некоторый интервал времени и возьмем предел бесконечно малого изменения, чтобы получить одномерное уравнение баланса потока энергии: (2) где I = dQ / dt — скорость потребления метаболизируемой энергии, а E = dW / dt — скорость расхода энергии. Важно отметить, что ρ _M — это плотность энергии изменения массы тела, которая не обязательно должна быть постоянной, но может зависеть от состава тела и времени.Таким образом, чтобы использовать уравнение 2, также должна быть установлена динамика ρ _M .

Когда тело меняет массу, это изменение будет состоять из воды, белка, углеводов (в форме гликогена), жира, костей и следовых количеств микроэлементов, каждый из которых имеет свою собственную энергетическую плотность. Следовательно, средством определения динамики ρ _M является отслеживание динамики компонентов. Внеклеточная вода и минеральная масса костей не имеют метаболической энергии и мало изменяются при изменении массы тела у взрослых в нормальных условиях [21].Изменение внутриклеточной воды может быть определено изменениями в тканевом белке и гликогене. Таким образом, основными компонентами, влияющими на динамику ρ _M , являются макроэлементы — белки, углеводы и жир, в которых мы отделяем жир тела (например, свободные жирные кислоты и триглицериды) от жировой ткани, которая, кроме того, включает воду и белок. к триглицеридам. Затем мы представляем уравнение 2 в виде уравнений баланса потока макроэлементов для телесного жира F , гликогена G и белка P : (3) (4) (5) где ρ _F = 39.5 МДж / кг, ρ _G = 17,6 МДж / кг, ρ _P = 19,7 МДж / кг — плотности энергии [3], I _F , I _C , I _P — нормы поступления, а f _F , f _C , 1− f _F — f _C — доли полученного уровня расхода энергии от сжигания жира, углеводов (гликогена) и белка соответственно.Доли и уровень расхода энергии зависят от состава тела и нормы потребления. Их можно оценить с помощью косвенной калориметрии, которая измеряет потребляемый кислород и углекислый газ, производимый субъектом [22]. Нормы потребления определяются составом макроэлементов потребляемой пищи и эффективностью преобразования пищи в пригодную для употребления форму. Перенос между компартментами, например липогенез de novo , при котором углеводы превращаются в жир, или глюконеогенез, при котором аминокислоты превращаются в углеводы, можно учесть в формах f _F и f _C .Сумма Уравнений 3, 4 и 5 восстанавливает баланс потока энергии Уравнение 2, где масса тела M является суммой макроэлементов F , G , P с соответствующей внутриклеточной водой, и инертная масса, которая не изменяется, такая как внеклеточная вода, кости и минералы, и ρ _M = (ρ _F F + ρ _G G + ρ _P P ) / М .

Нормы потребления и расхода энергии являются явными функциями времени с быстрыми колебаниями по временной шкале от часов до дней [23].Однако нас интересует долгосрочная динамика по неделям, месяцам и годам. Следовательно, чтобы упростить уравнения, мы можем использовать метод усреднения, чтобы удалить быстрое движение и вывести систему уравнений для медленной динамики во времени. Мы делаем это явно в разделе «Методы» и показываем, что форма усредненных уравнений самого низкого порядка идентична уравнениям 3–5, за исключением того, что три компонента следует интерпретировать как медленно меняющуюся часть, а уровни потребления и расхода энергии изменяются. время усредняет по шкале времени дня.

Трехкомпонентная модель баланса потоков была использована Холлом [3] для численного моделирования данных классического эксперимента по голоданию человека в Миннесоте [21]. В модели Холла формы расхода энергии и дроби выбраны из физиологических соображений. При ограниченном приеме пищи состав тела приблизился к уникальному устойчивому состоянию. Модель также показала, что помимо кратковременных изменений, продолжающихся всего несколько дней, углеводный баланс точно поддерживается в результате ограниченной способности накапливать гликоген.Мы будем использовать это свойство, чтобы свести трехмерную систему к приблизительно эквивалентной двумерной системе, где методы динамических систем могут быть использованы для анализа динамики.

Уменьшенные модели

Модель с двумя отделениями для макроэлементов.

Трехкомпонентная модель баланса потока макронутриентов Уравнения 3–5 могут быть сведены к двухмерной системе для жировой массы F и мышечной массы L = M — F , где M — общая масса тела.Безжировая масса включает белок и гликоген с связанной внутриклеточной водой, а также массу, которая существенно не изменяется, например, внеклеточная вода и кости. Следовательно, скорость изменения безжировой массы определяется выражением (6), где h _P = 1,6 и h _G = 2,7 являются разумными оценками коэффициентов гидратации для внутриклеточной воды, связанной с белком и гликогеном соответственно. [3], [24]. (Отметим, что жир не связан с водой.) Емкость хранения гликогена чрезвычайно мала по сравнению с жировым и белковым отделами. Таким образом, медленный компонент гликогена можно считать постоянным (см. Методы). Другими словами, во временных масштабах, намного превышающих сутки, которые представляют интерес для изменения массы тела, мы можем считать, что гликоген находится в квазиравновесном состоянии, так что dG / dt = 0, как это наблюдается при численном моделировании [ 3]. Это означает, что f _C = I _C / E , что может быть подставлено в уравнение 5 для получения (7)

Подстановка уравнения 7 и dG / dt = 0 в уравнение 6 приводит к модели двухкомпонентного разделения макроэлементов (8) (9), где ρ _L = ρ _P / (1 + ч _P ) = 7.6 МДж / кг, I _F и I _L = I _P + I _C — нормы поступления в жировую и постную части соответственно, E = E ( I _F , I _L , F , L ) — общий расход энергии, а f = f ( I _F , I _L , F , L ) ≡ f _F — доля расхода энергии, относящаяся к использованию жира.

Мы отмечаем, что dG / dt = 0 может быть нарушено, если содержание гликогена пропорционально содержанию белка, что правдоподобно, поскольку большая часть массы гликогена хранится в мышечной ткани и может увеличиваться вместе с массой белка. Мы показываем, что это предположение приводит к той же двумерной системе. Подстановка (10) для константы пропорциональности k в уравнение 4 дает f _C E = I _C −ρ _C kdP / dt , которое вставлено в уравнение 5, приводит к (11) Подстановка уравнений 10 и 11 в уравнение 6 снова приведет к уравнению 9, но с ρ _L = (ρ _P + k ρ _C ) / ((1+ h _P + k + kh _G ).Для k = 0,044≪1, как было предложено Снайдером и др. [25] ρ _L имеет примерно такое же значение, как и раньше.

Предыдущие исследования рассматривали двумерные модели изменения массы тела, хотя они не были получены на основе трехмерной модели распределения макроэлементов. Альперт [5] — [7] рассматривал модель с E , линеаризованную в F и L , и различные f в зависимости от контекста. Форбс [8] и Ливингстон и др.[9] моделировали потерю веса как двойной экспоненциальный спад. Хотя они не учитывали баланс потока макроэлементов, динамика их моделей эквивалентна двухмерной модели с нулевым значением I _F и I _L и линейным E в F и L. .

Модель энергетической перегородки.

Двухкомпонентная модель распределения макроэлементов может быть дополнительно упрощена, если предположить, что траектории в фазовой плоскости L – F следуют заданным путям, удовлетворяющим (12), где α ( F , L ) является непрерывной функцией [10 ], [11], [26], что зависит от механизмов изменения массы тела.Forbes впервые выдвинул гипотезу об этом строгом ограничении после анализа данных о составе тела, собранных у большого числа испытуемых [26], [27]. Форбс постулировал это для взрослых (13) так, что (14) где D — свободный параметр, а мышечная масса и масса жира выражены в килограммах. Форбс обнаружил, что его общие отношения (14) были одинаковыми независимо от того, вызвана ли потеря веса диетой или упражнениями [27]. Возможно, что упражнения с отягощениями или значительное изменение содержания белка в рационе могут привести к иному соотношению для α [28] — [30].Рост ребенка — это пример, когда α плохо описывается соотношением Форбс. Джордан и Холл [11] использовали данные о продольном составе тела у растущих младенцев, чтобы определить подходящую форму для α в течение первых двух лет жизни.

Уравнение 12 описывает семейство кривых F в сравнении с L , параметризованных константой интегрирования (например, D в уравнении 14). В зависимости от исходного состояния состав тела движется по одной из этих кривых при выходе из энергетического баланса.Разделение Уравнения 8 на Уравнение 9 и наложение Уравнения 12 приводит к (15). Холл, Бейн и Чоу [10] показали, что двухкомпонентная модель разделения макроэлементов с Уравнением 15 с использованием закона Форбса (Уравнение 13) соответствует широкому диапазону данных без каких-либо регулируемые параметры.

Подстановка уравнения 15 в модель разделения макроэлементов 8 и 9 приводит к модели энергетического разделения : (16) (17) где p = p ( F , L ) = 1 / (1 + α) известен как p-отношение [31].В модели распределения энергии энергетический дисбаланс I — E разделен между отсеками в соответствии с функцией p ( F , L ), которая определяет долю, отнесенную к мышечной ткани тела (в основном, белку). . Большинство предыдущих моделей в литературе представляют собой разные версии модели распределения энергии [6], [12] — [18], хотя ни один из авторов не отметил связь с балансом потока макронутриентов и не проанализировал свои модели с использованием теории динамических систем.Некоторые из этих предыдущих моделей выражены в виде вычислительных алгоритмов, которые можно преобразовать в форму модели разделения энергии.

Несмотря на повсеместное распространение модели энергетического распределения, физиологическая интерпретация p-отношения остается неясной и ее трудно измерить напрямую. Это может быть выведено косвенно из f (которое может быть измерено с помощью косвенной калориметрии) с помощью уравнения 15 [10]. Предыдущее использование модели распределения энергии часто рассматривало p как константу [6], [12] — [18], что подразумевает, что распределение энергии не зависит от текущего состава тела и состава макроэлементов.Это противоречит данным по снижению веса, которые показывают, что доля потерянного жира зависит от состава тела, при этом теряется больше жира, если количество жира в организме изначально выше [26], [32], [33]. Однако, если α является слабой функцией состава тела, то постоянное p-соотношение может быть допустимым приближением для небольших изменений. Flatt [17] рассмотрел модель, в которой p-соотношение было постоянным, но включало динамику для гликогена. Его модель была бы полезна, когда интересует динамика в коротких временных масштабах.

Иногда может быть удобно выразить модель разделения макроэлементов с уникальной фиксированной точкой как (18) (19) для функции ψ = ψ ( I _F , I _L , F , L ), который равен нулю в фиксированной точке ( F ₀, L ₀).Мы используем эту форму в численных примерах ниже. Модель голодания Сонга и Томаса [19]) использовала эту форму с I = 0, а ψ была функцией F , представляющей производство кетона. Сравнение с уравнением 8 и 18 дает (20)

Одномерные модели.

Динамика модели энергетического разделения Уравнения 16 и 17 движутся по фиксированным траекториям в плоскости L — F . Таким образом, дальнейшее упрощение одномерной модели возможно путем нахождения функциональной взаимосвязи между F и L , так что одна переменная может быть исключена в пользу другой.Такая функция существует, если уравнение 12 имеет уникальное решение, которое гарантируется в некотором интервале L , если α ( F , L ) и ∂α / ∂ F являются непрерывными функциями F и . L на прямоугольнике, содержащем этот интервал. Это достаточные, но не необходимые условия.

Предположим, что соотношение F = φ ( L ) может быть найдено между F и L . Подставляя это соотношение в Уравнение 16 и Уравнение 17 и складывая два результирующих уравнения, получаем одномерное уравнение (21). Мы можем получить динамическое уравнение для массы тела, выразив массу тела как M = L + φ (L) .Если мы можем однозначно инвертировать это соотношение и получить L как функцию от M , тогда это можно будет подставить в уравнение 21, чтобы получить динамическое уравнение для M .

В качестве примера предположим, что p — константа, которая использовалась в [6], [12] — [18]. Это означает, что фазовые орбиты представляют собой семейство прямых линий вида F = β L + C ≡ φ ( L ), где β = ρ _L (1− p ) / ( ρ _F p ) и C — константа, которая задается исходным составом тела.Это приводит к (22) Линеаризующее уравнение 22 вокруг массы M ₀ дает (23) где ρ _M = ρ _F ρ _L / (ρ _L + (ρ _F −ρ _L ) p ), μ = I — E ( F ( M ₀), L ( M ) ₀)), и. Это форма, используемая в [18].

Если уравнения 16 и 17 подчиняются траекториям в фазовой плоскости закона Форбса, то также может быть выполнено сведение к одномерному уравнению.Использование уравнения 14 (т.е. φ ( L ) = D exp ( L / 10.4)) в уравнении 21 дает (24) Аналогичным образом одномерное уравнение для жировой массы имеет вид (25) Поскольку функции масс M = L + D exp ( L / 10.4) или M = F + 10.4log ( F / D ) не могут быть инвертированы в замкнутой форме, явное одномерное дифференциальное уравнение по массе не выводится. Однако динамику массы легко получить с помощью уравнения 24 или 25 вместе с соответствующей функцией массы.При больших изменениях состава тела динамика могла существенно отличаться от постоянной p моделей 22 или 23.

Одномерная модель дает динамику модели разделения энергии вдоль фиксированной траектории в плоскости F — L . Исходный состав тела задает константу C или D в приведенных выше уравнениях. Одномерная модель будет представлять модель распределения энергии, даже если скорость поступления зависит от времени.Только для возмущения, которое напрямую меняет состав тела, одномерная модель больше не применима. Однако после того, как возмущение прекратится, снова будет применяться одномерная модель с новой константой.

Наличие и устойчивость точек крепления веса тела

Различные модели баланса потоков могут быть проанализированы с использованием методов теории динамических систем, цель которой — понять динамику с точки зрения геометрической структуры возможных траекторий (ход компонентов тела во времени).Если модели являются гладкими и непрерывными, то глобальную динамику можно вывести из локальной динамики модели вблизи фиксированных точек (то есть там, где производные переменных по времени равны нулю). Чтобы упростить анализ, мы считаем, что скорость поступления ограничена постоянными значениями или задана заранее заданными функциями времени. Мы не рассматриваем контроль и изменение скорости приема пищи, которые могут возникнуть из-за обратной связи от состава тела или от внешних воздействий. Мы сосредотачиваемся только на том, что происходит с пищей после того, как она попадает в организм, и это проблема, не зависящая от контроля приема.Мы также предполагаем, что средний расход энергии не зависит явно от времени. Следовательно, мы не учитываем эффекты развития, старения или постепенных изменений в образе жизни, которые могут привести к явной медленной зависимости скорости расхода энергии от времени. Таким образом, наш последующий анализ в основном применим для понимания медленной динамики массы и состава тела при ограниченном приеме пищи и физической активности в течение периода времени от месяцев до нескольких лет.

Динамика в двух измерениях особенно проста для анализа и может быть легко визуализирована геометрически [34], [35].Одномерные модели являются подклассом двухмерной динамики. Трехмерные динамические системы, как правило, труднее анализировать, но Холл [3] обнаружил при моделировании, что уровни гликогена изменяются в течение небольшого интервала и усредняются до приблизительной константы в течение периодов времени, превышающих несколько дней, что подразумевает, что медленная динамика может быть эффективной. захвачены двухмерной моделью. Редукция к меньшему количеству измерений — часто используемая стратегия в теории динамических систем. Следовательно, мы сосредотачиваем наш анализ на двумерной динамике.

В двух измерениях изменения состава тела и массы представлены траекториями на фазовой плоскости L – F . Для постоянной I _F и I _L модель баланса потока представляет собой двухмерную автономную систему обыкновенных дифференциальных уравнений, и траектории будут течь к аттракторам. Единственно возможными аттракторами являются бесконечность, устойчивые неподвижные точки или устойчивые предельные циклы [34], [35]. Отметим, что неподвижные точки в контексте модели соответствуют состояниям баланса потоков.Двухкомпонентная модель распределения макроэлементов является полностью общей в том смысле, что все возможные автономные динамики в двумерной фазовой плоскости являются реализуемыми. Любая двухмерная или одномерная автономная модель изменения состава тела может быть выражена в терминах двухмерной модели распределения макроэлементов.

Физическая жизнеспособность требует, чтобы L и F были положительными и конечными. Для дифференцируемых f и E возможные траектории при фиксированной скорости всасывания полностью определяются динамикой около фиксированных точек системы.Геометрически фиксированные точки задаются пересечениями нулевых наклонов в плоскости L – F , которые задаются решениями I _F — fE = 0 и I _L = ( 1− f ) E = 0. Примеры нулевых линий и портретов фазовой плоскости модели макроэлементов показаны на рисунке 1. Если нулевые линии пересекаются один раз, то будет одна фиксированная точка, а если она стабильна, то устойчивое состояние. состав и масса тела определяются однозначно.Множественные пересечения могут дать несколько устойчивых фиксированных точек, что означает, что состав тела не уникален [4]. Если нулевые линии коллинеарны, тогда может существовать притягивающее одномерное инвариантное многообразие (непрерывная кривая неподвижных точек) в плоскости L — F . В этом случае существует бесконечное количество возможных составов тела для фиксированной диеты. Как мы покажем, модель энергетического разделения неявно предполагает инвариантное многообразие. Если одна фиксированная точка существует, но неустойчива, то вокруг нее может существовать устойчивый предельный цикл.

Рис. 1. Возможные траектории (сплошные линии) для различных начальных условий и нулевые наклоны (пунктирные линии) на фазовой плоскости L – F для моделей со стабильной фиксированной точкой (A), мультистабильностью с двумя устойчивыми фиксированными точками, разделенными одна неустойчивая седловая точка (B), притягивающее инвариантное многообразие (C) и аттрактор предельного цикла (D).

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1000045.g001

Условия неподвижной точки уравнений 8 и 9 могут быть выражены в терминах решений уравнения (26) (27), где I = I _F + I _L , и мы подавили функциональную зависимость от нормы поступления.Эти условия фиксированной точки соответствуют состоянию баланса потока постных и жировых компонентов. Уравнение 26 указывает на состояние энергетического баланса, тогда как уравнение 27 указывает, что доля используемого жира должна равняться доле жира в рационе. Устойчивость неподвижной точки определяется динамикой малых возмущений состава тела вдали от фиксированной точки. Если нарушенный состав тела возвращается к исходной фиксированной точке, фиксированная точка считается стабильной. Мы приводим условия устойчивости в Методах.

Функциональная зависимость E и f от F и L определяет наличие и устойчивость неподвижных точек. Как показано в разделе «Методы», изолированная стабильная фиксированная точка гарантируется, если f является монотонной возрастающей функцией F и монотонно убывающей функцией L . Если одно из условий неподвижной точки автоматически удовлетворяет другому, то вместо неподвижной точки будет непрерывная кривая неподвижных точек или инвариантное многообразие.Например, если условие 26 баланса энергии автоматически удовлетворяет условию 27 доли жира, то существует инвариантное многообразие, определяемое формулой I = E (F, L) . Модель энергетического разбиения обладает этим свойством и, следовательно, имеет инвариантное многообразие, а не изолированную неподвижную точку. Это можно увидеть, наблюдая, что для f , заданного уравнением 15, уравнение 26 автоматически удовлетворяет условию 27. Притягивающее инвариантное многообразие подразумевает, что тело может существовать в любом из бесконечного числа составов тела, заданных кривой I = E ( F , L ) для ограниченного потребления и расхода энергии (см. Рисунок 1C).Каждый из этих бесконечных возможных составов тела приведет к разной массе тела M = F + L (за исключением маловероятного случая, когда E является функцией суммы F + L ). Состав тела предельно устойчив в направлении инвариантного многообразия. Это означает, что при балансе потока состав тела будет оставаться в покое в любой точке инвариантного многообразия. Переходное возмущение вдоль инвариантного многообразия просто заставит состав тела переместиться в новое положение на инвариантном многообразии.Одномерные модели имеют устойчивую неподвижную точку, если инвариантное многообразие притягивает. Мы также показываем в Методах, что для существования нескольких стабильных фиксированных точек или предельного цикла, f должен быть немонотонным в L и быть точно настроенным. Требуемая тонкая настройка делает эти последние две возможности гораздо менее правдоподобными, чем единственная фиксированная точка или инвариантное многообразие.

Данные показывают, что E является монотонно возрастающей функцией F и L [36].Зависимость f от F и L не установлена, а форма f зависит от множества взаимосвязанных факторов. В общем, чувствительность различных тканей к изменяющейся гормональной среде будет иметь общее влияние как на поставку макроэлементов, так и на предпочтения субстратов различных метаболически активных тканей. Что касается предложения, мы знаем, что свободные жирные кислоты, полученные в результате липолиза жировой ткани, увеличиваются с увеличением массы жира тела, что, таким образом, увеличивает суточную фракцию окисления жира, f , по мере увеличения F [37].Кроме того, было продемонстрировано уменьшение F с потерей веса для уменьшения f [38]. Точно так же протеолиз всего тела и окисление белков увеличивается с увеличением безжировой массы тела [39], [40], подразумевая, что f должен быть убывающей функцией L . В подтверждение этой взаимосвязи, культуристы со значительно увеличенным L имеют пониженную суточную фракцию окисления жира по сравнению с контрольными субъектами с аналогичным F [41]. Таким образом, стабильная изолированная фиксированная точка согласуется с этим набором данных.

Последствия для изменения массы и состава тела

Мы показали, что все двухмерные автономные модели изменения состава тела в общем случае делятся на два класса — модели с неподвижными точками и модели с инвариантными многообразиями. В случае стабильной фиксированной точки любое временное изменение веса или состава тела будет со временем исправляться (т.е. при всех равных условиях тело вернется в исходное состояние). Инвариантное многообразие допускает возможность того, что временное возмущение может привести к постоянному изменению состава и массы тела.

На первый взгляд, эти разные свойства указывают на простой способ различения двух классов. Однако традиционные средства изменения веса, а именно диета или изменение расхода энергии с помощью аэробных упражнений, оказались неспособными выявить различие. Для инвариантного коллектора любое изменение расхода или расхода вызовет движение только по одной из предписанных траекторий F против L , подчиняющихся уравнению 12, примером которого является закон Форбса (14).Как показано на рисунке 2, изменение скорости потребления или расхода энергии изменит положение инвариантного коллектора. Состав тела, который изначально находится в одной точке на инвариантном многообразии, затем будет течь в новую точку на возмущенном инвариантном многообразии по траектории, предписанной (12). Если уровень потребления или расход энергии затем восстановится до исходного значения, тогда состав тела вернется по той же траектории к исходному устойчивому состоянию, как это было бы в модели с фиксированной точкой (см. Сплошные кривые на рисунке 2).Только возмущение, которое сдвигает состав тела с фиксированной траектории, могло различать эти два класса. В случае фиксированной точки (пунктирная кривая на рис. 2А) состав тела перейдет в такое же устойчивое состояние после возмущения состава тела, но для случая инвариантного многообразия (пунктирная кривая на рис. 2В) он перейдет в другое состояние. устойчивое состояние.

Рис. 2. Пример ситуации, когда уровень потребления или расхода энергии изменяется с одного фиксированного значения на другое, а затем возвращается.

(A) Корпус с фиксированной точкой. (B) Случай инвариантного многообразия. Пунктирные линии представляют нулевые линии. В обоих случаях состав тела следует фиксированной траектории и возвращается к исходному устойчивому состоянию (сплошные кривые). Однако, если состав тела нарушается напрямую (пунктирные кривые), то состав тела перетекает в ту же точку в (A), но в другую точку в (B).

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1000045.g002

Нарушения, которые смещают состав тела с фиксированной траектории, могут быть выполнены путем непосредственного изменения состава тела или изменения фракции утилизации жира f .Например, состав тела можно изменить непосредственно посредством липосакции, а f можно изменить путем введения таких соединений, как гормон роста. Упражнения с отягощениями могут вызвать увеличение мышечной ткани за счет жира. Экзогенные гормоны, соединения или инфекционные агенты, которые изменяют склонность к окислению жиров по сравнению с окислением углеводов (например, увеличивая пролиферацию адипоцитов и действуя как поглотитель жира, который недоступен для окисления [42] — [44]), также будут мешать состав тела от фиксированного F vs. L кривая путем изменения f . Если после такого возмущения состав тела вернулся в исходное состояние, тогда существует уникальная фиксированная точка. В противном случае может существовать инвариантное многообразие, хотя возможны также множественные неподвижные точки.

Мы нашли пример одного клинического исследования, которое касается вопроса о том, есть ли у людей фиксированная точка или инвариантное многообразие. Биллер и др. исследовали изменения состава тела до и после терапии гормоном роста у сорока мужчин с дефицитом гормона роста [45].Несмотря на значительные изменения состава тела, вызванные 18-месячным введением гормона роста, субъекты очень близко вернулись к своему первоначальному составу тела через 18 месяцев после прекращения терапии. Однако наблюдалось небольшое (2%), но значительное увеличение их безжировой массы тела по сравнению с исходным значением. Возможно, прошло недостаточно времени, чтобы мышечная масса вернулась к исходному уровню. В качестве альтернативы, увеличение безжировой массы могло быть результатом увеличения минеральной массы костей и увеличения внеклеточной жидкости, оба из которых являются известными эффектами гормона роста, но в моделях состава тела считались постоянными.Таким образом, это клиническое исследование предоставляет некоторые доказательства в поддержку фиксированной точки, но оно не было повторено, и результат не был окончательным. Используя данные эксперимента в Миннесоте [21] и лежащую в основе физиологию, Холл [3] предложил форму для f , которая предсказывает фиксированную точку. С другой стороны, Холл, Бейн и Чоу [10] показали, что модель инвариантного многообразия согласуется с существующими данными об изменении веса в продольном направлении, но эти эксперименты изменяли вес только за счет изменений в потреблении калорий, поэтому это не может исключить возможность фиксированного изменения веса. точка.Таким образом, кажется, что имеющихся данных недостаточно для решения вопроса.

Численное моделирование

Теперь рассмотрим несколько численных примеров с использованием модели распределения макроэлементов в форме, заданной уравнениями 18 и 19, с p-отношением, соответствующим закону Форбса (13) (т. Е. p = 2 / (2+ F ), где F — кг). Рассмотрим два случая модели. Если ψ = 0, то модель имеет инвариантное многообразие и состав тела движется по фиксированной траектории в плоскости L — F .Если ψ ненулевое, то может существовать изолированная неподвижная точка. Мы покажем пример, в котором при нарушении потребляемой энергии подход состава тела к устойчивому состоянию будет идентичным для обоих случаев, но если состав тела нарушен, тело перейдет в разные устойчивые состояния.

Для каждой модели с инвариантным коллектором может быть найдена модель с фиксированной точкой, при которой траектории в плоскости L – F , возникающие в результате возмущений поглощения энергии, будут идентичными.Все, что требуется, — это выбрать ψ в модели с неподвижной точкой таким образом, чтобы решение ψ ( F, L ) = 0 определяло фиксированную траекторию модели инвариантного многообразия. Используя закон Форбса (14), выбираем ψ = 0,05 ( F −0,4 exp ( L / 10,4)) / F . Затем мы берем вероятный уровень расхода энергии E = 0,14 L +0,05 F +1,55, где показатель энергии выражается в единицах МДж / день, а масса — в килограммах. Это выражение основано на сочетании данных поперечного сечения [36] для энергии покоя с вкладом физической активности человека, ведущего довольно малоподвижный образ жизни [3].Предыдущие модели предлагают аналогичные формы для расхода энергии [5], [7], [13], [18].

На рис. 3 показана зависимость массы тела от времени и траектории F в сравнении с L двух модельных примеров с учетом снижения скорости потребления энергии с 12 МДж / день до 10 МДж / день, начиная с тех же начальных условий. Временные курсы идентичны по составу тела и массе. Масса сначала линейно уменьшается во времени, но затем насыщается до новой устойчивой фиксированной точки. Пунктирная линия представляет такое же снижение нормы потребления, но с удалением 10 кг жира на 100-й день.Для модели инвариантного многообразия возмущение жировой ткани навсегда изменяет окончательный состав тела и массу тела, тогда как в модели с фиксированной точкой оно имеет только временный эффект. В модели с фиксированной точкой состав тела может в конечном итоге существовать только в одной точке, заданной пересечением нулевых линий (то есть решение I = E и ψ = 0). Для инвариантного коллектора состав тела может существовать в любой точке кривой I = E (пунктирная линия на рисунке 2D).Поскольку ψ всегда можно найти, так что модель с фиксированной точкой и модель с инвариантным многообразием имеют одинаковые временные ходы для состава тела и массы, возмущение в потреблении энергии никогда не сможет различить эти две возможности.

Рис. 3. Зависимость массы тела от времени и траектории F и L .

На всех рисунках сплошная линия обозначает снижение потребления с 12 МДж / день до 10 Дж / день, а пунктирная линия — такое же снижение, но с удалением 10 кг жира на 100-й день.Зависимость массы тела от времени для модели с неподвижной точкой (A). Траектории в фазовой плоскости F и L для модели с фиксированной точкой (B). Пунктирные линии — это нулевые линии. Временная зависимость (C) и фазовая плоскость (D) модели инвариантного многообразия для одних и тех же условий.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1000045.g003

Постоянная времени для достижения новой фиксированной точки при численном моделировании очень велика. Этот медленный подход к устойчивому состоянию (порядка нескольких лет для человека) неоднократно указывался ранее [3], [5], [7], [13], [18].Длительная постоянная времени затруднит проведение экспериментов по различению неподвижной точки и инвариантного многообразия. Экспериментальное воспроизведение этого примера потребовало бы усилий, но если бы изменение во времени норм потребления и уровней физической активности было небольшим по сравнению с индуцированным изменением, то качественно должен был бы возникнуть тот же результат. Кроме того, постоянная времени зависит от формы расхода энергии. Есть свидетельства того, что зависимость расхода энергии от F и L для индивидуума более крутая, чем для популяции, из-за эффекта, называемого адаптивным термогенезом [46], что сокращает постоянную времени.

Методы

Метод усреднения

Трехкомпонентный баланс потока макроэлементов Уравнения 3–5 представляют собой систему неавтономных дифференциальных уравнений, поскольку потребление и расход энергии явно зависят от времени. Пища принимается через определенные промежутки времени, а физическая активность в течение дня сильно варьируется. Однако эту быструю временную зависимость можно рассматривать как колебания или флуктуации на фоне медленно меняющегося фона. Именно эта более медленная временная зависимость определяет долгосрочные изменения массы и состава тела, которые нас интересуют.Например, если бы у человека был точно такой же график с одинаковым потреблением и расходом энергии каждый день, то при усреднении за день состав тела был бы постоянным. Если бы среднесуточное потребление и расход постепенно изменялись в более длительных временных масштабах, скажем, недель или месяцев, то произошло бы соответствующее изменение в составе тела и массе. Учитывая, что нас интересуют только эти более медленные изменения, мы устраняем краткосрочные колебания масштаба времени, используя метод усреднения для создания автономной системы из усредненных уравнений, применимых в более длительных временных масштабах.

Мы делаем это, вводя вторую «быструю» временную переменную τ = t / ε, где ε — небольшой параметр, который связан с медленными изменениями в составе тела, и позволяем всем зависящим от времени количествам быть функцией как t и τ. Например, если t измеряется в днях, а τ измеряется в часах, то ε∼1 / 24. Вставка в уравнения 3–5 и использование цепного правила дает (28) (29) (30) Затем мы рассматриваем три части тела, которые имеют расширение формы (31) (32) (33) где 〈 F ¹〉 = 〈 P ¹〉 = 〈 G ¹〉 = 0 для среднего значения времени, определяемого и T представляет собой шкалу усреднения времени дня.Быстрая временная зависимость может быть периодической или стохастической. Важно то, что среднее по времени для быстрых величин должно быть порядка ε или выше. Затем мы расширяем коэффициент расхода энергии и доли затрат до первого порядка по ε: (34) (35) где E ⁰ ( t , τ) ≡ E ( F ⁰, G ⁰, P ⁰, t , τ) + O (ε ²) и i ∈ { F , G, P }.Мы предполагаем, что доли расходов зависят от времени только по отсекам тела. Подставляя эти разложения в уравнения 28–30 и выбирая самый низкий порядок по ε, получаем (36) (37) (38)

Взяв скользящее среднее по времени уравнений 36–38 и потребовав, чтобы 〈∂ F ¹ / ∂τ〉, 〈∂ G ¹ / ∂τ〉 и 〈∂ P ¹ / ∂τ〉 имеют порядок ε или выше, приводит к усредненным уравнениям: (39) (40) (41) В основном тексте мы рассматриваем только динамику медленного временного масштаба, поэтому для простоты мы опускаем верхний индекс и скобки.Следовательно, система (3–5) может рассматриваться как представляющая уравнение баланса потока макроэлементов самого низкого порядка, усредненного по времени. Мы отмечаем, что помимо ежедневных колебаний приема пищи и физической активности, также могут быть колебания в приеме пищи изо дня в день [23]. Наша схема усреднения может использоваться для усреднения этих колебаний, а также путем увеличения времени усреднения T . Разница в выборе T приведет только к другой интерпретации усредненных величин.

Условия устойчивости стационарных точек

Динамика около фиксированной точки ( F ₀, L ₀) определяется расширением fE и (1− f ) E до линейного порядка в δ F = F — F ₀ и δ L = L — L ₀ [34], [35]. Предполагая, что решения имеют вид exp (λ t ), получаем задачу на собственные значения с двумя собственными значениями, заданными формулами где (42) и (43) Фиксированная точка устойчива тогда и только тогда, когда Tr J <0 и det J > 0.В случае инвариантного многообразия det J = 0, поэтому собственные значения равны Tr J и 0. Нулевое собственное значение отражает предельную устойчивость вдоль инвариантного многообразия, которое является аттрактором, если Tr J <0. Притягивающее инвариантное многообразие подразумевает устойчивую неподвижную точку в соответствующей одномерной модели. Неустойчивые неподвижные точки - это неустойчивые узлы, седловые точки или неустойчивые спирали. В случае нестабильных спиралей возможен предельный цикл, окружающий спираль, возникающий в результате бифуркации Хопфа, где Tr J = 0 и det J > 0.В этом случае состав и масса тела будут колебаться, даже если нормы потребления останутся постоянными. Частоту и амплитуду колебаний можно оценить вблизи надкритической бифуркации Хопфа, преобразовав уравнения к нормальной форме. Устойчивость фиксированной точки накладывает ограничения на форму f . Физиологические соображения и данные предполагают, что ∂ E / ∂ L > ∂ E / ∂ F > 0 [3], [36]. Таким образом, мы можем установить ∂ E / ∂ F = δ∂ E / ∂ L , где δ <1 (производные вычисляются в фиксированной точке).Тогда det J > 0 означает, что (44) и Tr J <0 влечет (45) где K = [δ f + γ (1− f )] (∂ E / ∂ L ) / E > 0 и γ = ρ _F / ρ _L ≈5,2. Следовательно, ∂ f / ∂ F > 0 и ∂ f / ∂ L <0 гарантирует стабильность фиксированной точки. Другими словами, если f монотонно увеличивается с F и монотонно уменьшается с L , тогда будет уникальная стабильная фиксированная точка.Для инвариантного коллектора f задается уравнением 15, которое сразу удовлетворяет det J = 0; Tr J <0 гарантируется, если E монотонно увеличивается в F и L . Для бифуркации Хопфа нам требуется ∂ f / ∂ F = γ∂ f / ∂ L — K и уравнение 44, подразумевая (γ − δ) ∂ f / ∂ L — К > 0. Поскольку γ> δ, f должен увеличиваться с L для возможности предельного цикла.Однако, чтобы гарантировать, что траектории остаются ограниченными, значение f должно уменьшаться на L для очень малых и больших значений L . Следовательно, f должен быть немонотонным в L для существования предельного цикла. Это также можно увидеть из применения критерия Бендиксона [35], который утверждает, что предельный цикл не может существовать в данной области плоскости L — F , если (46) не меняет знак в этой области. Кроме того, другие параметры должны быть точно настроены для предельного цикла (см. Рисунок 1D).Точно так же, как показано на рисунке 1C), для существования мультистабильности также требуются немонотонность и точная настройка.

6.2: Что такое липиды? — Медицина LibreTexts

Навыки для развития

Объясните роль липидов в общем состоянии здоровья.

Липиды — важные жиры, которые выполняют разные функции в организме человека. Распространенное заблуждение состоит в том, что жир просто полнеет. Однако, вероятно, именно из-за жира мы все здесь. На протяжении всей истории было много случаев, когда еды не хватало.Наша способность накапливать избыточную калорийную энергию в виде жира для использования в будущем позволила нам продолжать жить как биологический вид во время голода. Итак, нормальные жировые запасы — это сигнал о том, что обменные процессы идут эффективно и человек здоров.

Липиды — это семейство органических соединений, которые в основном нерастворимы в воде. Липиды, состоящие из жиров и масел, представляют собой молекулы, которые выделяют высокую энергию и имеют химический состав в основном из углерода, водорода и кислорода. Липиды выполняют три основные биологические функции в организме: они служат структурными компонентами клеточных мембран, функционируют как хранилища энергии и действуют как важные сигнальные молекулы.

Три основных типа липидов — это триацилглицерины (также называемые триглицеридами), фосфолипиды и стерины. Триацилглицерины (также известные как триглицериды) составляют более 95 процентов липидов в рационе и обычно содержатся в жареной пище, растительном масле, сливочном масле, цельном молоке, сыре, сливочном сыре и некоторых видах мяса. Натуральные триацилглицерины содержатся во многих продуктах питания, включая авокадо, оливки, кукурузу и орехи. Мы обычно называем содержащиеся в пище триацилглицерины «жирами» и «маслами».«Жиры — это липиды, твердые при комнатной температуре, а масла — жидкие. Как и большинство жиров, триацилглицерины не растворяются в воде. Термины «жиры», «масла» и «триацилглицерины» носят произвольный характер и могут использоваться как взаимозаменяемые. В этой главе, когда мы используем слово жир, мы имеем в виду триацилглицерины.

Фосфолипиды составляют лишь около 2 процентов пищевых липидов. Они водорастворимы и содержатся как в растениях, так и в животных. Фосфолипиды имеют решающее значение для создания защитного барьера или мембраны вокруг клеток вашего тела.Фактически, фосфолипиды синтезируются в организме с образованием мембран клеток и органелл. В крови и биологических жидкостях фосфолипиды образуют структуры, в которых жир заключен и транспортируется по кровотоку.

Рисунок 4.2.1: Типы липидов

Стерины — наименее распространенный тип липидов. Холестерин, пожалуй, самый известный стерол. Хотя холестерин имеет печально известную репутацию, организм получает лишь небольшое количество холестерина с пищей — организм производит большую часть этого холестерина.Холестерин является важным компонентом клеточной мембраны и необходим для синтеза половых гормонов, витамина D и солей желчных кислот.

Позже в этой главе мы рассмотрим каждый из этих липидов более подробно и узнаем, как функционируют их различные структуры, чтобы ваше тело работало.

Функции липидов в организме: запасание энергии

Избыточная энергия пищи, которую мы едим, переваривается и включается в жировую ткань или жировую ткань. Большая часть энергии, необходимой человеческому организму, обеспечивается углеводами и липидами.Как обсуждалось в главе 3 «Углеводы», глюкоза хранится в организме в виде гликогена. В то время как гликоген является готовым источником энергии, липиды в первую очередь служат в качестве энергетического резерва. Как вы помните, гликоген довольно объемный и содержит много воды, поэтому организм не может хранить слишком много воды надолго. В качестве альтернативы жиры плотно упакованы без воды и хранят гораздо большее количество энергии в ограниченном пространстве. Грамм жира плотно сконцентрирован с энергией — он содержит более чем в два раза больше энергии, чем грамм углеводов.Энергия необходима для того, чтобы приводить в действие мышцы для всей физической работы и игры, в которой участвует средний человек или ребенок. Например, накопленная в мышцах энергия подталкивает спортсмена по трассе, подстегивает ноги танцора, чтобы продемонстрировать последние модные шаги, и удерживает все движущиеся части тела работают без сбоев.

В отличие от других клеток организма, которые могут накапливать жир в ограниченных количествах, жировые клетки специализируются на хранении жира и могут увеличиваться в размерах почти до бесконечности. Избыток жировой ткани может вызвать чрезмерную нагрузку на организм и нанести вред вашему здоровью.Серьезным воздействием избыточного жира является накопление слишком большого количества холестерина в стенке артерий, что может утолщать стенки артерий и приводить к сердечно-сосудистым заболеваниям. Таким образом, хотя некоторые жировые отложения имеют решающее значение для нашего выживания и хорошего здоровья, в больших количествах они могут быть препятствием для поддержания хорошего здоровья.

Функции липидов в организме: регулирование и передача сигналов

Триацилглицерины контролируют внутренний климат тела, поддерживая постоянную температуру. Те, у кого недостаточно жира в организме, как правило, быстрее простужаются, часто утомляются и имеют пролежни на коже из-за дефицита жирных кислот.Триацилглицерины также помогают организму вырабатывать и регулировать гормоны. Например, жировая ткань выделяет гормон лептин, регулирующий аппетит. В репродуктивной системе жирные кислоты необходимы для правильного репродуктивного здоровья; женщины, которым не хватает необходимого количества, могут прекратить менструацию и стать бесплодными. Незаменимые жирные кислоты омега-3 и омега-6 помогают регулировать холестерин и свертываемость крови, а также контролировать воспаление в суставах, тканях и кровотоке. Жиры также играют важную функциональную роль в поддержании передачи нервных импульсов, хранении памяти и структуре тканей.В частности, в мозге липиды определяют активность мозга по структуре и функциям. Они помогают формировать мембраны нервных клеток, изолируют нейроны и способствуют передаче электрических импульсов по всему мозгу.

Рисунок 4.2.2: Липиды служат сигнальными молекулами; они являются катализаторами активности электрических импульсов в головном мозге. © Thinkstock

Функции липидов в организме: изоляция и защита

Знаете ли вы, что до 30 процентов веса тела состоит из жировой ткани? Некоторые из них состоят из висцерального жира или жировой ткани, окружающей нежные органы.Жизненно важные органы, такие как сердце, почки и печень, защищены висцеральным жиром. Состав мозга на 60% состоит из жира, что демонстрирует важную структурную роль, которую жир выполняет в организме. Возможно, вы больше всего знакомы с подкожным жиром или подкожным жиром. Этот покрывающий слой ткани изолирует тело от экстремальных температур и помогает контролировать внутренний микроклимат. Он накрывает наши руки и ягодицы и предотвращает трение, так как эти области часто соприкасаются с твердыми поверхностями.Это также дает телу дополнительную подкладку, необходимую при занятиях физически сложными видами деятельности, такими как катание на коньках или роликовых коньках, верховая езда или сноуборд.

Функции липидов в организме: помощь пищеварению и повышение биодоступности

Диетические жиры, содержащиеся в продуктах, которые мы едим, расщепляются в нашей пищеварительной системе и начинают транспортировку ценных питательных микроэлементов. Благодаря переносу жирорастворимых питательных веществ через процесс пищеварения кишечное всасывание улучшается.Это улучшенное всасывание также известно как повышенная биодоступность. Жирорастворимые питательные вещества особенно важны для хорошего здоровья и обладают множеством функций. Витамины A, D, E и K — жирорастворимые витамины — в основном содержатся в пищевых продуктах, содержащих жиры. Некоторые жирорастворимые витамины (например, витамин А) также содержатся в естественно обезжиренных продуктах, таких как зеленые листовые овощи, морковь и брокколи. Эти витамины лучше всего усваиваются в сочетании с жирными продуктами. Жиры также увеличивают биодоступность соединений, известных как фитохимические вещества, которые являются компонентами растений, такими как ликопин (содержится в томатах) и бета-каротин (содержится в моркови).Считается, что фитохимические вещества способствуют укреплению здоровья и благополучия. В результате, употребление помидоров с оливковым маслом или заправкой для салатов облегчит всасывание ликопина. Другие важные питательные вещества, такие как незаменимые жирные кислоты, являются составными частями самих жиров и служат строительными блоками клетки.

Рисунок 4.2.3: Пищевые источники жирорастворимых витаминов

Обратите внимание, что удаление липидных элементов из пищи также снижает содержание в ней жирорастворимых витаминов.При переработке таких продуктов, как зерно и молочные продукты, эти важные питательные вещества теряются. Производители заменяют эти питательные вещества с помощью процесса, называемого обогащением.

Инструменты для перемен

Помните, что жирорастворимым питательным веществам для эффективного усвоения необходим жир. Для следующего перекуса поищите продукты, содержащие витамины A, D, E и K. Есть ли в этих продуктах жиры, которые помогут вам их усвоить? Если нет, подумайте о том, как добавить немного полезных жиров, чтобы улучшить их усвоение.

Роль липидов в пище: источник высокой энергии

Продукты, богатые жирами, от природы имеют высокую калорийность.Продукты с высоким содержанием жира содержат больше калорий, чем продукты с высоким содержанием белка или углеводов. В результате продукты с высоким содержанием жиров являются удобным источником энергии. Например, 1 грамм жира или масла обеспечивает 9 килокалорий энергии по сравнению с 4 килокалориями в 1 грамме углеводов или белков. В зависимости от уровня физической активности и потребностей в питании потребности в жирах сильно различаются от человека к человеку. Когда потребность в энергии высока, организм приветствует высокую калорийность жиров.Например, младенцы и растущие дети нуждаются в достаточном количестве жира для поддержания нормального роста и развития. Если младенцу или ребенку давать диету с низким содержанием жиров в течение длительного периода, рост и развитие не будут нормально развиваться. Другие люди с высокими энергетическими потребностями — это спортсмены, люди, выполняющие тяжелую физическую работу, и те, кто выздоравливает после болезни.

Когда организм использует все свои калории из углеводов (это может произойти всего после двадцати минут упражнений), он начинает потребление жира.Профессиональный пловец должен потреблять большое количество пищевой энергии, чтобы соответствовать требованиям плавания на длинные дистанции, поэтому есть богатая жирами пища имеет смысл. Напротив, если человек, ведущий малоподвижный образ жизни, ест такую же жирную пищу, он будет потреблять больше жировых калорий, чем требуется их организму, всего за несколько укусов. Соблюдайте осторожность — потребление калорий сверх энергетической потребности является фактором ожирения.

Роль липидов в пище: запах и вкус

Жир содержит растворенные соединения, которые придают аппетитный аромат и вкус и улучшают вкусовые качества пищи.Жир также придает еде текстуру. Выпечка получается мягкой и влажной. При жарке продукты сохраняют вкус и сокращают время приготовления. Сколько времени вам нужно, чтобы вспомнить запах вашего любимого блюда? Какой была бы еда без этого пикантного аромата, который доставил бы вам удовольствие и повысил вашу готовность к еде?

Жир играет еще одну важную роль в питании. Жир способствует насыщению или ощущению сытости. Когда жирная пища проглатывается, организм реагирует, позволяя процессам, контролирующим пищеварение, замедлять движение пищи по пищеварительному тракту, тем самым способствуя общему ощущению сытости.Часто, прежде чем наступает чувство сытости, люди злоупотребляют жирной пищей, находя восхитительный вкус непреодолимым. Действительно, именно то, что делает жирную пищу привлекательной, также делает ее препятствием для поддержания здорового питания.

Инструменты для перемен

Хотя жиры придают нашим продуктам восхитительный запах, вкус и текстуру, они также содержат большое количество калорий. Чтобы позволить вашему телу ощутить эффект сытости от жира, прежде чем вы переедете, попробуйте смаковать жирную пищу.Медленное питание позволит вам полностью насладиться ощущением и насытиться меньшей порцией. Не забывайте не торопиться. Пейте воду между укусами или ешьте нежирную пищу до и после более жирной. Продукты с низким содержанием жира обеспечат большую массу, но с меньшим количеством калорий.

Ключевые выводы

Липиды включают триацилглицерины, фосфолипиды и стерины.
Триацилглицерины, наиболее распространенный липид, составляют большую часть жировых отложений и описываются в пищевых продуктах как жиры и масла.
Избыточная энергия пищи хранится в организме в виде жировой ткани.
Жиры имеют решающее значение для поддержания температуры тела, смягчения жизненно важных органов, регулирования гормонов, передачи нервных импульсов и сохранения памяти.
Липиды переносят жирорастворимые питательные вещества и фитохимические вещества и способствуют биодоступности этих соединений.
Жир — удобный источник энергии для людей с высокими энергетическими потребностями.
Жир обеспечивает вдвое больше энергии на грамм, чем белок или углеводы, усиливает запах и вкус пищи и способствует насыщению.

Обсуждение стартеров

Обсудите роль липидов в нашем рационе и их важнейшие функции в организме.
Объясните важность жиров для биодоступности других питательных веществ.
Обсудите роль жиров как источника энергии для организма.

BPA может способствовать увеличению количества жира в организме человека

Новое исследование показывает, что давнее мнение отрасли о том, что бисфенол-A безопасно расщепляется в организме человека, неверно.Вместо этого, говорят исследователи, организм превращает повсеместную химическую добавку в соединение, которое может спровоцировать ожирение.

Исследование — первое, что обнаружило, что человеческий организм метаболизирует бисфенол-А (BPA) — химическое вещество, которое встречается у большинства людей и используется в поликарбонатном пластике, пищевых банках и бумажных квитанциях — во что-то, что влияет на наши клетки и может сделать нас толстыми.
Исследование, проведенное Health Canada, ставит под сомнение непроверенное предположение о том, что наша печень метаболизирует BPA в форму, которая не влияет на наше здоровье.

«Это показывает, что мы не можем просто говорить такие вещи, как« потому что это метаболит, значит, он неактивен », — сказала Лаура Ванденберг, доцент кафедры гигиены окружающей среды Массачусетского университета в Амхерсте, не участвовавшая в исследовании. «Вы должны провести исследование».

Люди подвергаются воздействию BPA в течение дня, в основном через пищу, поскольку он может вымываться из консервов и пластиковых контейнеров для хранения в пищу, а также через пыль и воду.

В течение примерно 6 часов после воздействия наша печень метаболизирует примерно половину этой концентрации.Большая часть этого вещества — от 80 до 90 процентов — превращается в метаболит под названием BPA-глюкуронид, который в конечном итоге выводится из организма.

Исследователи Министерства здравоохранения Канады обрабатывали как мышиные, так и человеческие клетки глюкуронидом BPA. Согласно результатам исследования, обработанные клетки показали «значительное увеличение накопления липидов». BPA-глюкуронид «не является неактивным метаболитом, как считалось ранее, но фактически является биологически активным», — написали авторы Health Canada в исследовании, опубликованном на этой неделе в журнале Environmental Health Perspectives.

Не все клетки будут накапливать липиды, сказал Томас Зеллер, профессор Массачусетского университета в Амхерсте, который не принимал участия в исследовании. По его словам, проверка того, накапливают ли клетки липиды, является «очень простым способом продемонстрировать, что клетки становятся жировыми клетками».

«Надеюсь, это [исследование] остановит нас от предположений о химических веществах, нарушающих работу эндокринной системы в целом», — сказал он.

Печень — это фильтр нашего организма, но она не всегда нейтрализует вредные соединения.«Целью метаболизма не обязательно является процесс очистки. Печень просто принимает неприятные вещи и превращает их в форму, которую мы можем извлечь из нашего тела », — сказал Ванденберг.
BPA уже был связан с ожирением в исследованиях на людях и животных. Эти ассоциации особенно распространены у детей, подверженных воздействию, когда они развиваются.

Исследователи полагают, что BPA делает это, имитируя гормоны эстрогена, но его метаболит, похоже, не делает этого. По словам Зеллера, выясняя, почему метаболизированный BPA стимулирует развитие жировых клеток, вполне возможно, что BPA-Glucuronide «поражает определенные рецепторы в клетках».

Исследователи Министерства здравоохранения Канады рассматривали только этот единственный возможный исход для здоровья. «Могут быть и другие воздействия [на здоровье]», — сказал Зеллер.

В недавних исследованиях BPA-глюкуронид был обнаружен в крови и моче человека в более высоких концентрациях, чем просто BPA.

Представители промышленности, однако, утверждают, что использованные дозы были намного выше, чем у людей.

Стив Хентжес, представитель Американского химического совета, который представляет производителей химикатов, сказал, что использованные концентрации, при которых исследователи обнаружили увеличение жировых клеток, были «в тысячи раз выше, чем концентрации BPA-глюкуронида, которые могут присутствовать в крови человека. воздействие BPA на потребителей.

«Не было статистически значимых наблюдений при более низких концентрациях BPA-G, все из которых выше, чем концентрации в крови человека», — сказал он в ответе по электронной почте.

Зеллер согласился, что доза была высокой, но сказал, что «концентрация гораздо менее важна, чем тот факт, что это группа, проверяющая одно и то же предположение». Ванденберг сказал, что диапазон не так уж далек от того, что было обнаружено в крови некоторых людей.

Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США изучает исследование Health Canada, но не может прокомментировать его до истечения крайнего срока, указанного в Environmental Health News, сообщила пресс-секретарь Марианна Наум в электронном письме.

Агентство продолжает изучать BPA и заявляет на своем веб-сайте, что федеральные исследовательские модели «показали, что BPA быстро метаболизируется и выводится с фекалиями и мочой».
Министерство здравоохранения Канады, которое не смогло предоставить интервью для этой статьи, придерживается той же позиции, что и FDA США, заявив на своем веб-сайте, что оно «пришло к выводу, что текущее воздействие BPA в рационе питания через упаковку пищевых продуктов не вызовет негативных последствий. риск для здоровья населения в целом, включая новорожденных и младенцев.”

Однако тот факт, что Министерство здравоохранения Канады даже провело такое исследование, имеет большое значение, сказал Ванденберг.

«Министерство здравоохранения Канады — регулирующий орган, и это довольно прогрессивная наука», — сказала она. «Надеюсь, это звонок, который может прозвучать для ученых, работающих на другие регулирующие органы».

Эта статья первоначально была опубликована в Environmental Health News, источнике новостей, опубликованном некоммерческой медиа-компанией Environmental Health Sciences.

Как долго вы сможете жить только за счет жировых отложений?

Когда мы говорим о топливном «жире», который находится во взвешенном состоянии в нашей крови и который может поглощаться и сжигаться органами, мы имеем в виду жирные кислоты.Это длинные «хвосты» или цепочки, которые обычно состоят из 16-18 атомов углерода.

Так же, как и глюкоза, жирные кислоты грамотно упакованы, поэтому их можно хранить в большом количестве, не занимая слишком много места. Вы можете сравнить его с zip-файлом на вашем компьютере. Вот почему жирные кислоты хранятся группами по три в форме так называемых «триглицеридов».

Тысячи плотно упакованных триглицеридов хранятся в одной жировой клетке. Это огромное количество топлива, настоящая золотая жила.Как только вы не ели в течение нескольких часов или если вы были физически активны в течение длительного периода времени (например, занимались спортом или выполняли работу по дому), это топливо будет использовано.

Подробнее о жирах:

На этом этапе жирные кислоты будут «отсечены» от триглицеридов, выпущены в кровь, а затем отправлены в органы, нуждающиеся в топливе. Таким образом, топливо (в виде жирных кислот) буквально «отправляется» из вашего жира в другие органы.

Наш жир сводит нас с ума во время голода.Но как долго это может длиться? Другими словами, как долго мы сможем жить за счет жира? Исследования химии показали, что сжигание 1 грамма жира дает 9,4 килокалорий.

Это более чем в два раза больше, чем 4,1 килокалории, которые вы получаете, когда сжигаете 1 грамм глюкозы. Вот почему наш организм запасает топливо не только в виде гликогена, но предпочтительно в виде жира. Разве вы не предпочтете залить в машину бензин, который позволит вам проехать 700 километров вместо 200?

Если бы мы хотели сохранить то же количество калорий, что и гликоген, нам пришлось бы тащить с собой намного больше килограммов.И наши жировые запасы и так весят совсем немного. У здорового взрослого человека с весом 70 кг около 14 кг жира. Поскольку сжигание 1 грамма жира дает 9,4 килокалорий, это в сумме эквивалентно 131 600 сохраненным килокалориям — огромное количество!

Женщина среднего телосложения, умеренно интенсивно тренирующаяся каждый день, сжигает около 2000 килокалорий в день, а мужчина — около 2500 килокалорий. Это означает, что вы можете жить за счет своих жировых запасов в среднем 66 дней (для женщин) или 53 дней (для мужчин), если не станете более активными.

На практике вы могли бы справиться даже дольше, потому что у нас есть третий источник энергии, который мы бы предпочли не использовать, если от него не зависит наша жизнь.

Это наш запас белка. Здоровый взрослый человек весом 70 кг несет около 10 кг белка, половину которого можно разделить на крошечные кусочки, известные как аминокислоты, которые затем используются в качестве топлива.

Подробнее о питании:

Ваше тело предпочло бы не прикасаться к этому источнику энергии, потому что собственные белки тела не предназначены для использования в качестве источника энергии.Эти белки являются важной составляющей мышц, включая сердечную мышцу и дыхательные мышцы, а также играют роль в защите организма от патогенов.

Это становится очевидным у пациентов с нервной анорексией, которые очень мало или совсем ничего не едят в течение длительного периода времени. У человека с анорексией очень мало жира, так как у него очень мало мышц, потому что тело разрушило их, чтобы получить достаточно энергии.

Более того, даже самые безобидные вирусы, бактерии и грибки могут вызвать заболевание у человека с крайней анорексией, потому что его иммунная система больше не может бороться с ними.