Řízení hmotnosti dietou založenou na genech

Řízení hmotnosti dietou založenou na genech
Autoři
H. Kellner 1, S.-D. Müller 2
Shrnutí
Otázky nadváhy nebo obezity a jejich důsledky
Zdá se, že zvýšená tělesná hmotnost je hlavním veřejným i klinickým zdravotním problémem
21. století.
Podle zprávy skupiny International Obesity Taskforce je na celém světě přibližně 1,1 miliardy
osob s nadváhou a 350 milionů obézních lidí 1. Předpokládá se, že během příštího desetiletí
tento počet ještě vzroste. V USA mají již dvě třetiny dospělé populace nadváhu nebo jsou
obézní2. Podle posledních odhadů organizace WHO má od 30 do 70 % populace nadváhu a 10
až 30 % populace je obézních 3. Nejvyšší podíl takových osob byl hlášen z Turecka 4,5 a
Ukrajiny6, zatímco nejnižší z Itálie (31,8 % populace má nadváhu a jen 8,9 % je obézních) 7.
Dalším důvodem ke znepokojení je to, že epidemie nadváhy-obezity se nevyhýbá ani
mladým: každé sedmé dítě v Evropské unii má nadváhu nebo je obézní. Podle jedné rakouské
studie se počet mladých mužů s nadváhou nebo obezitou v průběhu let 1986 až 2005
zdvojnásobil 8,9 . K hodnocení bylo použito hodnoty BMI (Body Mass Index), která se vypočítá
jako podíl hmotnosti a druhé mocniny tělesné výšky v metrech. Výsledná hodnota se udává v
kg/m2. Osoby s hodnotou BMI ˃ 25 mají nadváhu a osoby s hodnotou BMI ˃ 30 jsou obézní.
Po druhé světové válce se tento problém týkal jen malého podílu evropské populace 10,11.
Situace se dramaticky změnila v posledních dvou desetiletích, a to především z důvodu změn
stravovacích návyků. Lidé dnes konzumují více potravin s vysokou energetickou hodnotou,
tedy se značným obsahem sacharózy/cukru a tuků. Kromě toho převážil sedavý způsob
života12.
Se zvyšováním nadváhy a obezity přímo souvisí alarmující nárůst případů cukrovky typu 2,
vysokého
krevního
tlaku,
dys/hyperlipoproteinemie,
hyperurikemie
i
dny
a kardiovaskulárních onemocnění či takzvaného „metabolického syndromu“ 13,14. Ten podle
definice Mezinárodní diabetické federace zahrnuje porušenou glukózovou toleranci nebo
cukrovku typu 2. Typickým projevem je nadváha soustředící se na břicho (pozměněný profil
krevních lipidů se zvýšeným obsahem triglyceridů, vysokým krevním tlakem a
mikroalbuminurií - malá množství proteinu v moči, časný příznak poškození ledvin)15.
Samotná dieta není řešením
Teoreticky je přibývání na hmotnosti i snížení hmotnosti jednoduchá záležitost: lze je
považovat za výsledek energetické rovnováhy, tzn. kalorie přijaté versus kalorie vydané.
Většina osob s nadváhou nebo obézních osob má ke snížení hmotnosti vysokou motivaci, ale
vlastní realizace je pro ně náročná. I pokud dočasně uspějí, obvykle zjistí, že je velmi obtížné
sníženou hmotnost si udržet. Jen přibližně polovina lidí, kteří se pokusí omezit příjem kalorií,
skutečně sníží svou hmotnost. Ostatní sníží tělesnou hmotnost jen nepatrně nebo dokonce
dál přibírají. Je také obecně známým faktem, že většina lidí v průběhu pěti let opět přibere a
nakonec se dostane do smyčky opakovaného držení diety se snížením hmotnosti a
následným opětovným přibýváním. Jedná se o tzv. „jo-jo efekt“ nebo „jo- jo hubnutí“ 16,17.
Při řízení tělesné hmotnosti se uplatňuje mnoho různých faktorů. Byly vyvinuty holistické
přístupy zaměřené na související metabolické a psychologické faktory nad váhy a obezity.
Všechny však končí zavedením diet s nízkou energetickou hodnotou, které však ne každému
vyhovují. Holistických diet existuje mnoho, ale většina se zaměřuje na konzumaci biopotravin
s nízkým obsahem tuku, cholesterolu a rafinovaného cukru, které neobsahují chemikálie a
konzervanty – a v zásadě opět sázejí na snížený energetický příjem.
Lze však sestavit osobní návody se souborem doporučených změn stravování a životosprávy
tak, aby bylo dosaženo specifických cílů ve výživě i cvičení na základě genetiky. Holistický
přístup diety založené na genech lze upravit pro konkrétního člověka a jeho potřeby, takže
takový jedinec bude při snižování tělesné hmotnosti pravděpodobně úspěšnější.
Role genetiky v regulaci tělesné hmotnosti
Skutečnost, že ne všichni, kdo jsou vystaveni současnému životnímu stylu a prostředí, které
přispívá k obezitě, trpí nadváhou či obezitou, vedla k předpokladu, že genetika je určujícím
faktorem náchylnosti člověka k přibývání na váze a schopnosti tělesnou hmotnost snížit.
Předpoklad byl testován ve studiích s využitím jednovaječných dvojčat. Výsledky potvrdily
význam genetických rozdílů při regulaci tělesné hmotnosti: páry s různou genetickou
výbavou vykazovaly větší variabilitu než páry se shodnými geny 18.
U netříděné populace bývají výsledky dodržování diet velmi variabilní i pod vědeckým
dohledem19. V klinické studii dosáhlo po 6 měsících odborně vedené diety snížení hmotnosti
pouze 50 až 55 % zkoumané populace 19. Z toho vyplynula otázka, zda mohou vést některé
diety k většímu úbytku tělesné hmotnosti než jiné či nikoliv. Mezi dosaženým snížením
hmotnosti v klinické studii porovnávající 4 různé diety byly značné rozdíly. To mohlo být
způsobeno tím, že úbytek tělesné hmotnosti je přinejmenším z části podmíněn geneticky 20.
Výsledky Studie Stanford A to Z byly variabilní stejně jako výsledky podobných studií
zkoumajících pacienty bez ohledu na genotyp: při 4 různých dietách ztratilo pouze 14 %
sledovaných osob alespoň 10 kg a 50 až 60 % snížilo tělesnou hmotnost jen nepatrně (mén ě
než o 2,7 kg) nebo dokonce přibralo 21. Z toho plyne, že genetika hraje důležitou roli v
interakci mezi stravou a tělesnou hmotností.
Při zkoumání tohoto složitého jevu je třeba mít na paměti, že lidský genom (genetické
informace lidského druhu) obsahuje tisíce genů. Každý jedinec má dvě kopie stejného genu,
po jedné od každého z rodičů. Sekvence DNA se u různých lidí liší na úrovni odchylek
jednotlivých nukleotidů, kterým se říká jednonukleotidové polymorfismy – SNP (Single
Nucleotide Polymorphisms). SNP existuje několik milionů. Jsou rozloženy v celém genomu a
v průběhu posledních dvou desetiletí bylo mnoho z nich identifikováno a popsáno včetně
genetických variant, které mohou mít silný vliv na reakci těla/regulaci hmotnosti podle
životního stylu a výživy 22.
Lidský genom obsahuje tisíce (nebo více) genů, tzn. funkčních segmentů DNA, v nichž jsou
zakódovány informace o způsobu vytváření jedné nebo několika bílkovin (nebo jiných
sloučenin). Geny jsou tvořeny sekvencemi nukleotidů s dusíkatovou bází. Každý jedinec má
dvě kopie stejného genu, zděděné po jedné od každého z rodičů.
Tři nedávné klinické studie prokázaly, že dietou odpovídající genetické výbavě jedince lze
dosáhnout podstatně výraznějšího úbytku tělesné hmotnosti 21. Studie Stanford A to Z se
zaměřila na 3 SNP kombinované do vzorců genotypu na základě důkazů o interakcích s
dietami. Prospektivní studie sledovala 311 žen s nadváhou nebo obezitou (BMI 27 až 40), bez
diabetu a před menopauzou, kterým byl náhodně přidělen jeden ze čtyř typů 4 diet
zaměřených na snížení tělesné hmotnosti. Primárním výstupem bylo snížení váhy po 12
měsících21. Retrospektivně byly analyzovány předem definované genetické vzorce. Výsledky
ukázaly jasnou interakci genetického vzorce s dietou ovlivňující úspěšnost snižování váhy u
různých diet.
Pět variant ve čtyřech hlavních klíčových genech obezity
Data všech genetických variací spojených s tělesnou hmotností, BMI a hromaděním
podkožního tuku byla analyzována prostřednictvím genetické mapy obezity – Obesity Gene
Map8, a to za účelem zjištění, zda lze identifikovat počet genů využitelných pro stanovení
originálního programu kontroly hmotnosti na genetickém základě.
Pět variant z celkového počtu čtyř genů splňovalo všechna požadovaná kritéria, protože
prokazatelně ovlivňovaly různé metabolické cesty s dopadem na tělesnou hmotnost. Byla u
nich také prokázána vazba na zvýšené riziko nadváhy.
1) Bílkovina FABP2 (Fatty acid binding protein 2), která váže mastné kyseliny, ovlivňuje
absorpci tuku v tenkém střevě. Konkrétní polymorfismus (tj. varianty) daného genu
může být spojován se zvýšenou absorpcí tuků z přijaté potravy. Právě v tomto
mechanismu má podle přesvědčení vědců varianta genu Ala54Thr vliv na zvýšení
indexu BMI, hromadění podkožního tuku, abdominální rozložení tuku, obezitu a
zvýšení hladiny leptinu 23,24.
2) Receptor aktivovaný peroxizómovými proliferátory – gama (PPARG nebo γ) je
transkripčním faktorem genetického kódu, který hraje základní roli v diferenciaci
tukových buněk a ve vyjádření genů specifických pro tukové buňky. Tato bílkovina je
součástí tukových buněk. Varianta Ala12 přináší snížení transkripční aktivity PPARG γ. Klinické studie porovnávaly nosiče genotypu 12Pro/Pro s typem Ala12. První
skupina reagovala citlivěji na množství tuku ve stravě a vykazovala přímou souvislost
mezi vyšším BMI a množstvím přijatého tuku oproti osobám s variantou Ala12. Tato
skupina byla rovněž vystavena vyššímu riziku nadváhy v případě příjmu stravy bohaté
na sacharidy. Na základě toho lze usoudit, že u běžné populace přispívá varianta
PPARgamma2 Pro12Ala k pozorované variabilitě BMI a citlivosti na inzulín, která
podporuje ukládání tuku 25,26.
3) 4) Součástí tukových buněk je také β-adrenergní receptor 2 (ADRB2) genový produkt,
bílkovina ADRB2. Ovlivňuje hormony řízenou mobilizaci tuku k získávání energie, což
je proces reagující na změny hladiny katecholaminů, jako je adrenalin, produkovaných
ve velkém množství při stresu. Varianty genu způsobují změny aminokyselin v této
bílkovině. Vědce zajímají především dvě varianty, alely Arg16Gly a Gln27Glu, protože
jsou nejběžnější u europoidů a mají nejpozitivnější shodu všech variací loku ADRB2 s
nadváhou a obezitou. Studie identických dvojčat (mladých dospělých ve věku 21± 2
roky a s normální střední hodnotou BMI (19,7±2,0 kg/m 2) naznačují souvislost mezi
alelou Gln27Glu a vyšším rizikem zvýšené tělesné hmotnosti zejména v abdominální
oblasti. U zkoumané populace byly pozorovány nadměrné přírůstky tělesné hmotnosti
při dlouhodobém přejídání stravou bohatou na sacharidy a také větší nárůst odolnosti
proti inzulinu 27.
5) β-adrenergní receptor 3 (ADRB3) se podílí na lipolýze, štěpení tuků při získávání
energie, což hraje klíčovou roli při snižování – a udržování – tělesné hmotnosti. Tato
aktivita je silně spojena s regulací hladiny krevní glukózy. Bílkovina β-adrenergního
receptoru 3 (ADRB3) se vyskytuje ve viscerální tukové tkáni (hlavní úložiště tuku). Byla
identifikována běžná varianta tohoto genu, která je charakteristická náhradou
aminokyseliny tryptofan aminokyselinou arginin v pozici 64 (Arg64Trp); tuto variantu
lze přiřadit nižší lipolytické aktivitě odpovědné za akumulaci tuků v tukové tkáni.
Nositelé Arg64 mají vyšší riziko nadváhy a obezity, avšak pouze v případě, že vedou
sedavý životní styl 28. Pokud jde o index BMI, řada studií ukázala statisticky významnou
souvislost mezi BMI a variantou genu Trp64Arg v celé řadě populací 29,30. Například
citovaná meta-analýza používala údaje více než 9 000 osob a prokázala podstatnou
souvislost polymorfismu Trp Arg s BMI 30.
Program snižování tělesné hmotnosti sestavený podle genotypu
Na základě metabolických důsledků uvedených pěti genových variací a jejich četnosti v
lidských genech, lze doporučit metody snižování tělesné hmotnosti podle následujících
vlastností:




Citlivost na omezení tuků neboli dieta s nízkým obsahem tuků
Citlivost na omezení sacharidů neboli dieta s nízkým obsahem sacharidů
Citlivost na rovnováhu tuků a sacharidů v dietě s omezeným příjmem energie
Citlivost na fyzickou námahu. Osobám citlivým na tělesnou námahu lze doporučit
fyzické cvičení mírným tempem 3x až 4x týdně. To představuje libovolnou činnost
s hodnotou metabolického ekvivalentu (MET) od 3,0 do 5,9. Celkové týdenní skóre
MET by mělo dosahovat nejméně 7,5 MET. To odpovídá například třem hodinám
pomalé chůze týdně. Pro osoby s nadváhou nebo obézní jednotlivce jsou
vhodnými typy sportu chůze, plavání nebo přiměřená cyklistika; to platí zejména v
počátku. Osoby s nižší citlivostí jsou při cvičení méně schopny snižovat tělesnou
hmotnost a ke štěpení tuku potřebují vyšší fyzickou zátěž. Těmto osobám lze
doporučit vysoce intenzivní fyzické cvičení s minimální hodnotou MET 6. Tuto
energickou činnost je třeba vykonávat nejméně 3x týdně. Celkové týdenní skóre
MET by mělo dosahovat nejméně 13 MET. To by například představovalo dvakrát
běh po 30 minutách (průměrnou rychlostí 8,5 km/h) a 1 hodinu pomalé jízdy na
kole (průměrnou rychlostí 15 km/h) – denně.
Závěr
Nadváha a obezita se staly globální „epidemií“ a rostoucím zdravotním problémem na celém
světě a v Evropě.
Existují silné důkazy, že osobní program řízení tělesné hmotnosti, který obsahuje doporučení
složení stravy a fyzických cvičení na základě genetických testů, povede k účinnému snižování
a udržování tělesné hmotnosti.
Zatím bylo identifikováno pět jednonukleotidových polymorfismů (SNP) umístěných ve
čtyřech genech, které rozhodující měrou ovlivňují přibývání na váze. Metabolické důsledky
těchto pěti SNP se výrazně liší. Podle těchto rozdílů definovali výzkumní pracovníci tři hlavní
skupiny osob, u nichž se projevují různě citlivé reakce na určité druhy diet nebo cvi čení: (1)
nejvyšší citlivost na omezení tuků neboli na diety s nízkým obsahem tuků, (2) zvláštní
citlivost na omezení sacharidů neboli na diety s nízkým obsahem sacharidů (3) citlivost na
rovnováhu tuků a sacharidů v dietách s omezeným příjmem energie. Vědci také identifikovali
genetické varianty, které jsou zvláště citlivé na tělesnou námahu. Účinnost této koncepce
individuální optimalizace snižování tělesné hmotnosti je třeba prokázat dalším výzkumem.
Autoři
Korespondenční autor
1
Specialista na interní medicínu, revmatologii a gastroenterologii, s lékařskou praxí
zaměřenou na interní medicínu, Romanstr. 9, D-80639 Mnichov, Německo.
2
Master of Science v aplikované dietologii (MSc)., certifikovaný klinický dietolog, školitel
ohledně cukrovky (Německá diabetologická asociace), Centrum a ordinace pro dietologickou
komunikaci, dietologické poradenství a zdravotní žurnalismus, Ostheimer Straße 27d, D 61130 Nidderau, Německo.
Použitá literatura
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
Weblink: http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs311/en/, Accessed at 06-2013, 3th, 03:00 pm.
Svetkey, L.P., et. al. Comparison of strategies for sustaining weight loss: The weight loss maintenance
randomized controlled trial. JAMA (2008) 299: 1149-1148.
Weblink: http://www.euro.who.int/en/what-we-do/health-topics/noncommunicable-diseases/obesity/factsand-figures. Accessed at 05-2013, 13th, 06-2013, 2th; 10:00 am.
Iseri A, Arslan N. Obesity in adults in Turkey: age and regional effects. Eur J Public Health 2009; 19: 91-94
Gültekin T, Ozer BK, Akin G. Prevalence of overweight and obesity in turkish adults. Anthropol Anz 2009; 67
(2): 205-212
http://www.who.int/nmh/countries/ukr_en.pdf
Gallus S, Odone A, Lugo A. Overweight and obesity prevalence and determinants in Italy: an update to 2010.
Eur J Nutr 2013; 52 (2): 677-685
OECD: Obesity update 2012. http://www.oecd.org/health/49716427.pdf. Accessed at 06-2013, 3th, 02:00
pm.
Schober E, Rami B, Kirchengast S et al. Recent trend in overweight and obesity in male adolescents in
Austria: a population-based study. Eur J Ped 2007; 166 (7): 709-714
Angell-Andersen E Tretli S Bjerknes R et al. The association between nutritional conditions during World
War II and childhood anthropometric variables in the Nordic countries. Annals of human biology. 2004; 31(3):
342-355.
Lumey LH van Poppel FWA The Dutch Famine of 1944–45: Mortality and Morbidity in Past and Present
Generations. Oxford Journals. 1994; 7 (2): 229-246.
Drewnowski A Popkin BM The nutrition transition: new trends in the global diet. Nutr Rev. 1997; 55(2):31-43
Badran M Laher I Type II Diabetes Mellitus in Arabic-Speaking Countries. International Journal of
Endocrinology. 2012; doi:10.1155/2012/902873.
Green A Hirsch NC Pramming SK The changing world demography of type 2 diabetes. Diabetes/Metabolism
Research and Reviews. 2003; 19(1): 3-7.
The International Diabetes Federation: The IDF consensus worldwide definition of the metabolic syndrome.
https://www.idf.org/webdata/docs/MetS_def_update2006.pdf. Accessed at 03-2013, 18th, 03:00 pm.
Albala C, Santos JL, Cifuentes M, Villarroel AC, Lera L, Liberman C, Angel B, and Perez‐Bravo F. Intestinal
FABP2 A54T polymorphism: association with insulin resistance and obesity in women. Obes Res 12: 340‐345,
2004.
Pratley RE, Baier L, Pan DA, Salbe AD, Storlien L, Ravussin E, and Bogardus C. Effects of an Ala54Thr
polymorphism in the intestinal fatty acid‐binding protein on responses to dietary fat in humans. J Lipid Res
41: 2002‐2008, 2000.
Bouchard et al. The response to long-term overfeeding in identical twins. N Engl J Med 1990; 322:1477-1482,
Hainer et al. Intrapair resemblance in very low calorie diet-induced weight loss in female obese identical
twins. International Journal of Obesity and Related Metabolic Disorders : Journal of the International
Association for the Study of Obesity 2000, 24(8):1051-1057, Hainer et al. A twin study of weight loss and
metabolic efficiency. International Journal of Obesity and Related Metabolic Disorders : Journal of the
International Association for the Study of Obesity 2001, 25(4):533-537
LeCheminant et al. Comparison of a low carbohydrate and low fat diet for weight maintenance in
overweight or obese adults enrolled in a clinical weight management program. Nutrition Journal 2007, 6:36
Sacks FM, Bray GA, Carey VJ et al. Comparison of weight-loss diets with different compositions of fat,
protein, and carbohydrates. N Engl J Med 2009; 360 (9): 859-873
Gardner, JAMA 2007; 297: 969-977
Rankinen T, Zuberi A, Chagnon YC, Weisnagel SJ, Argyropoulos G, Walts B, Pérusse L, Bouchard C. The
human obesity gene map: the 2005 update. Obesity. 2006; 14: 529-644.
Levy E, Menard D, Delvin E, Stan S, Mitchell G, Lambert M, Ziv E, Feoli-Fonseca JC, and Seidman E.
The polymorphism at codon 54 of the FABP2 gene increases fat absorption in human intestinal
explants. J Biol Chem. 2001; 276: 39679-39684
24. de Luis DA, Aller R, Izaola O, Gonzalez Sagrado M, and Conde R. Influence of ALA54THR Polymorphism of
Fatty Acid Binding Protein 2 on Lifestyle Modification Response in Obese Subjects. Ann Nutr Metab. 2006;
50: 354-360.
25. Robitaille J, Despres JP, Perusse L, and Vohl MC. The PPAR-gamma P12A polymorphism modulates the
relationship between dietary fat intake and components of the metabolic syndrome: results from the
Quebec Family Study. Clin Genet. 2003; 63: 109-116.
26. Deeb SS, Fajas L, Nemoto M, Pihlajamaki J, Mykkanen L, Kuusisto J, Laakso M, Fujimoto W, and Auwerx J. A
Pro12Ala substitution in PPARgamma2 associated with decreased receptor activity, lower body mass index
and improved insulin sensitivity. Nat Genet. 1998; 20: 284-287.
27. Ukkola O, Tremblay A, and Bouchard C. Beta-2 adrenergic receptor variants are associated with
subcutaneous fat accumulation in response to long-term overfeeding. Int J Obes Relat Metab Disord. 2001;
25: 1604-1608.
28. Marti A, Corbalan MS, Martinez-Gonzalez MA, and Martinez JA. TRP64ARG polymorphism of the beta 3adrenergic receptor gene and obesity risk: effect modification by a sedentary lifestyle. Diabetes Obes
Metab. 2002; 4: 428-430.
29. Hoffstedt J, Poirier O, Thorne A, Lonnqvist F, Herrmann SM, Cambien F, and Arner P. Polymorphism of the
human beta3-adrenoceptor gene forms a well-conserved haplotype that is associated with moderate
obesity and altered receptor function. Diabetes. 1999; 48: 203-205.
30. Fujisawa T, Ikegami H, Kawaguchi Y, and Ogihara T. Meta-analysis of the association of Trp64Arg
polymorphism of beta 3-adrenergic receptor gene with body mass index. J Clin Endocrinol Metab. 1998; 83:
2441-2444Franz MJ, Van Wormer JJ, Crain AL et al. Weight-loss outcomes: a systematic review and metaanalysis of weight-loss clinical trials with a minimum 1-year follow-up. J Am Diet Assoc 2007; 107(10): 17551767