Ожиріння та термогенез, пов’язані із споживанням кофеїну, ефедрину, капсаїцину та зеленого чаю

Анотація

надмірна вага та ожиріння представляють загрозу здоров’ю населення у зростаючій кількості країн (131). Ожиріння є результатом тривалого позитивного енергетичного балансу через надмірне споживання енергії над енерговитратами (ЕЕ), або навпаки. Негативний енергетичний баланс необхідний для зменшення ваги, і його можна досягти або зменшенням споживання, або збільшенням витрат. Інструменти для лікування ожиріння, включаючи такі речовини, як кофеїн, ефедрин, капсаїцин та зелений чай, були запропоновані як стратегії зниження ваги та підтримання ваги, оскільки вони можуть підвищувати ЕЕ та пропонуються для протидії зниженню швидкості метаболізму, яка присутня під час ваги втрата.

термогенез

У цьому огляді розглядаються термогенні властивості кофеїну, ефедрину, капсаїцину та зеленого чаю щодо регулювання маси тіла. Крім того, ми обговорюємо роль симпатичної нервової системи в ожирінні.

Термогенні властивості кофеїну, ефедрину, капсаїцину та зеленого чаю з точки зору регулювання маси тіла

Докази механізмів термогенних властивостей кофеїну, ефедрину, капсаїцину та зеленого чаю є суперечливими і будуть детальніше обговорені в заключному обговоренні. Тут, доречно, включено кілька найбільш вірогідних механізмів спостережуваних термогенних властивостей.

Кофеїн.

Кофеїн як термогенний засіб досліджували для потенційного використання у зниженні маси тіла. Можливий механізм впливу кофеїну на термогенез включає інгібування індукованої фосфодіестеразою деградації внутрішньоклітинного циклічного АМФ (цАМФ) (31). В даний час можливі докази метаболічної відповіді на кофеїн через механізми, що включають катехоламінергічну стимуляцію адипоцитів або інший клітинний метаболізм, здаються менш переконливими (17, 61, 122) (див. Також обговорення). Дуллу та ін. (39) дійшов висновку, що здатність метилксантинів посилювати термогенний ефект ефедрину, особливо в умовах обмеження калорій, передбачає незначний внесок антагонізму аденозину, але це в основному можна пояснити пригніченням активності фосфодіестерази. Крім того, повідомлялося, що термогенний вплив метилксантинів може бути зумовлений стимуляцією субстратних циклів, таких як цикл Корі (перетворення глікогену та глюкози в лактат) та цикл тригліцеридів FFA (7, 8, 133). Термогенні процеси печінки, викликані лактатом, та утворення тригліцеридів після реестерифікації печінки можуть пояснити термогенний внесок у вплив кофеїну (8).

Стимулююча дія кофеїну на термогенез у людини добре встановлена ​​(1, 8, 17, 33, 57). Показано також зменшення споживання їжі після споживання кофеїну (90, 117). Таким чином, кофеїн може впливати як на ЕЕ, так і на споживання енергії. Хоча нелюдська тваринна модель показала, що кофеїн зменшує відкладення жиру в організмі (23), довготривалі втручання у людей не показали впливу споживання кофеїну на масу тіла (5, 85, 128). Можливим поясненням відсутності довготривалого ефекту кофеїну є розвиток нечутливості до його наслідків.

Ефедрин.

Ephedra sinica є чагарником, корінним для Китаю та Монголії, що містить симпатоміметичні сполуки, що називаються алкалоїдами ефедри (101). Ефедра містить чотири ізомери, з яких ефедрин, як вважають, є алкалоїдом, найбільш відповідальним за термогенний ефект (123). Термогенний ефект ефедрину може бути посилений кофеїном (5, 37). Ефедрин опосередковує його термогенний ефект, насамперед, шляхом посилення вивільнення симпатичного нейрону норадреналіну (NE) та адреналіну (31, 39). Однак дослідження in vitro показали, що ефедрин стимулює дихання коричневих адипоцитів безпосередньо через β-адренорецептори (21). Швидкий розвиток толерантності до пресорних ефектів, але не до його термогенних ефектів, свідчить про те, що ефедрин впливає на серцево-судинну систему за допомогою адренергічних механізмів, не цілком подібних до тих, що опосередковують термогенез. Тому виникає припущення, що термогенез опосередкований лише частково класичними адренорецепторами (38).

У нелюдському дослідженні на тваринах лікування ефедрином спричинило збільшення ЕЕ приблизно на 10%, що призвело до втрати маси тіла та втрати жиру (36). Дослідження інтервенцій на людях показали подібні ефекти (87, 88, 105). Таким чином, ефедрин стимулює ЕЕ, і ефект зберігається протягом декількох місяців після введення (6).

Однак тривале використання ефедрину не обов'язково призводить до збільшення втрати ваги. Автори досліджень із сприятливими ефектами також повідомляли про дослідження без цих ефектів (5, 86). Неоднозначні результати можуть бути зумовлені незалежними термогенними діями ефедрину, які посилюють вивільнення NE із симпатичного нейрону, стимулюючими ефектами β-адренорецепторів або адаптацією до адреналіну через кілька місяців, якщо ефедрин не поєднується з кофеїном (див. Нижче).

Ефедрин та кофеїн.

Термогенний ефект ефедрину може помітно посилюватися метилксантинами, такими як кофеїн. Дійсно, нелюдські дослідження на тваринах показали, що ефект від ефедрину/кофеїнової суміші був більшим, ніж ефект від ефедрину або лише кофеїну (35, 36, 92, 121).

Взаємодія між ефедрином та кофеїном у впливі на ЕЕ та втрату ваги підтверджено в дослідженнях на людях (5, 7, 14, 59, 77, 113, 114) [див. Astrup (4) для огляду]. У довготривалому дослідженні (6 міс.) На 167 осіб із ожирінням група ефедріну/кофеїну втратила значно більшу вагу, ніж група плацебо (13). Таким чином, щодо тривалого вживання кофеїну або ефедрину теоретично рекомендується поєднувати ці засоби на основі кількох довгострокових експериментів із позитивним результатом і, ймовірно, завдяки синергетичним механізмам. Однак через несприятливі наслідки (див. Нижче) Адміністрація з харчових продуктів і медикаментів (FDA) заборонила продаж дієтичних добавок, що містять ефедру.

Капсаїцин.

Капсаїцин - головний гострий принцип у червоному гострому перці. Як повідомляється, у щурів капсаїцин підвищує термогенез шляхом залежного від дози посилення секреції катехоламіну з мозкового речовини надниркових залоз (65, 127). Існує припущення, що в цьому процесі беруть участь певні нейрони, чутливі до капсаїцину (126). Крім того, індукується зігріваюча дія через секрецію катехоламінів надниркових залоз (64). Осака та ін. (84) повідомили, що критичний локус, який опосередковує викликаний капсаїцином термогенез в стовбурі мозку, знаходиться в премоторній зоні симпатоадреналових прегангліонарних нейронів, тобто рострального вентролатерального мозку.

Йошіока та ін. (136) спостерігали у людей більший приріст ЕЕ відразу після їжі, що містить червоний перець, порівняно з контролем. Крім того, як дослідження на людях, так і на людях показали, що збільшення термогенезу скасовується після введення β-адренергічних блокаторів, таких як пропранолол (65), що означає, що індукований капсаїцином термогенез, ймовірно, заснований на β-адренергічній стимуляції.

Дослідження на нелюдях на тваринах також показали, що ін’єкція або пероральне лікування капсаїцином стимулює діяльність симпатичної нервової системи (65, 126, 127, 134). Таким чином, введення капсаїцину сприяє збільшенню мобілізації ліпідів та зменшенню маси жирової тканини (63, 65).

У дослідженнях, проведених на людях, червоний перець спричиняв зменшення споживання їжі “ad libitum” та підвищену ЕЕ та окислення ліпідів після їжі (56, 129, 135–138). Учасники 2-тижневого дослідження, в якому капсаїцин вводили у поєднанні із зеленим чаєм та курячою есенцією, показали зменшення жиру в організмі (119). У довгостроковому дослідженні спостерігалося відносно більш стійке окиснення жиру в групі капсаїцину порівняно з групою плацебо, що узгоджується з дослідженнями на людях, що не виконуються людьми (73). Однак відновлення ваги було однаковим в обох групах, і передбачалося, що це пов’язано з відсутністю повної відповідності, тобто прийомом половини дози, встановленої дозою (73). Таким чином, тривале застосування капсаїцину може бути обмежене його сильною різкістю. Можливим рішенням цього може бути використання CH-19 Sweet. СН-19 Солодкий - це плід не гострого сорту перцю. У дослідженні людини CH-19 Sweet збільшив споживання кисню та температуру тіла. Вважається, що ці ефекти спричинені капсіатом, який має структуру, подібну до капсаїцину, але не має різкості (81, 82).

Зелений чай.

Зелений чай містить велику кількість декількох поліфенольних компонентів, таких як епікатехін, епікатехінгалат, епігалокатехін та, найпоширеніший і, мабуть, найбільш фармакологічно активний, епігалокатехін галлат (EGCG) (62). Катехіни в зеленому чаї можуть стимулювати термогенез та окислення жиру шляхом інгібування катехолу O-метил-трансферази (COMT), ферменту, який розкладає NE (15). У людей Dulloo et al. (32) показали, що екстракт зеленого чаю призводить до збільшення ЕЕ та окислення жиру в короткостроковій перспективі (32). Екстракт зеленого чаю також містить кофеїн. Як описано вище, було показано, що кофеїн стимулює термогенез. Той факт, що екстракт зеленого чаю стимулює термогенез, не може бути повністю віднесений до вмісту кофеїну, оскільки термогенний ефект зеленого чаю перевищує еквівалентну кількість кофеїну (32). Дійсно, дослідження на людях показали, що зелений чай має термогенні властивості, крім тих, що пояснюються вмістом кофеїну як такого (11, 32). Таким чином, зелений чай, містячи як чайні катехіни, так і кофеїн, може діяти на різних етапах модуляційних шляхів, тобто через фосфодіестеразу та через КОМТ, і таким чином надавати термогенний та, можливо, ефект ожиріння (32, 40, 62).

Дослідження на щурах та мишах показали зменшення споживання їжі та/або збільшення ЕЕ, спричинене EGCG (24, 62, 140). Дослідження, проведені протягом 3 місяців і більше, показали, що споживання чайних катехінів викликає помітне зменшення маси тіла та жирових відкладень (22, 53, 78, 79, 120) та збільшує ЕЕ (52).

Зелений чай також успішно застосовується як засіб для обмеження відновлення ваги після схуднення (67, 128). Тут пропонується механізм того, що прийом зеленого чаю під час дієти з низьким споживанням енергії компенсує очікуване зниження ЕЕ. Дійсно, ЕЕ у спокої як функція знежиреної маси та жирової маси не суттєво зменшувались з часом, коли зелений чай вживали разом із низькоенергетичною дієтою (27).

Інший підхід до лікування надмірної ваги та профілактики ожиріння представлений антиангіогенними ефектами EGCG. Здається, модуляція ангіогенних факторів під час розвитку жирової тканини відіграє важливу функціональну роль у профілактиці ожиріння (125). На важливість цієї ролі свідчить явище того, що ангіогенні фактори підвищені у осіб із надмірною вагою та ожирінням (107). Показано, що навіть інгібітор ангіогенезу, TNP-470, запобігає індукованому дієтою генетичному ожирінню у мишей (18). Отримані дані свідчать про те, що ріст жирової тканини залежить від ангіогенезу, який подібний до росту та органогенезу в інших тканинах. Здається, лептин також відіграє певну роль у цьому процесі, оскільки адипогенез та ангіогенез мають тісний взаємозв’язок під час розвитку жирової маси. Експерименти in vitro показали, що лептин, активуючи ендотеліальний Ob-R, генерує сигнал росту за участю внутрішньоклітинного шляху, що залежить від тирозинкінази, та сприяє розвитку ангіогенних процесів. Існує припущення, що це опосередковане лептином стимуляція ангіогенезу може представляти не лише ключову подію у врегулюванні ожиріння, але також може сприяти модуляції росту в фізіологічних та патофізіологічних умовах (16).

З цієї точки зору, інгібування ангіогенезу може бути іншим шляхом запобігання подальшому розвитку надмірної ваги або ожиріння. Дійсно, суміш, що містить аскорбінову кислоту, лізин, пролін та екстракт зеленого чаю, виявляла інгібуючу дію на критичні параметри в ангіогенезі (98). Механізми антиангіогенних ефектів можуть передбачати пригнічення проліферації ендотеліальних клітин у відповідь на стимуляцію ангіогенними факторами росту (66). Це може бути здійснено шляхом інгібування рецепторів судинного ендотеліального фактора росту (VEGF) та придушення фосфорилювання ендотеліального судинного кадерину та протеїнкінази B (Akt) (111). Активація деяких факторів транскрипції, таких як NF-κB та E26, специфічна для трансформації-1 та активізуючий білок-1, також притупляється (69), а продукція металопротеїназ, необхідних для міграції та інвазії клітин ендотелію, послаблюється (46, 83, 132 ). Крім того, EGCG також може інгібувати продукцію VEGF, основного фактора росту фібробластів та інтерлейкіну-8 (IL-8) (102, 103, 118).

Побічний вплив термогенних агентів

Як вже згадувалося раніше, тривале застосування капсаїцину може бути обмежене його сильною різкістю. Альтернативою є використання CH-19 Sweet, не гострого сорту червоного перцю (82).

Зелений чай широко споживається в Китаї та Японії протягом багатьох століть і вважається безпечним. Можливим побічним ефектом споживання зеленого чаю є незначне підвищення артеріального тиску, як це спостерігають Berube-Parent et al. (11). Вони спостерігали незначне підвищення (7 мм рт. Ст.) Протягом 24 годин систолічного артеріального тиску, що супроводжувалося значним підвищенням (5 мм рт. Ст.) Діастолічного артеріального тиску протягом 24 годин. Не спостерігалося збільшення частоти серцевих скорочень (11). Цим невеликим короткочасним підвищенням артеріального тиску, спричиненим зеленим чаєм, можна знехтувати, оскільки систолічний артеріальний тиск, діастолічний артеріальний тиск та частота серцевих скорочень не впливали на зелений чай в інших короткострокових (32) або довгострокових дослідженнях (22, 27).

Беручи до уваги побічні ефекти, хоча використання ефедрину або капсаїцину в лікувальних видах здається ефективним, це протипоказано несприятливим ефектам цих засобів. Таким чином, залишилася комбінація кофеїну та зеленого чаю може бути рекомендована для управління вагою тіла.

Обговорення: Ожиріння та активність симпатичної нервової системи

Продемонстровано переконливі докази управління вагою тіла за допомогою кофеїну, зеленого чаю, ефедрину та капсаїцину. Кофеїн стимулює термогенез, інгібуючи індуковану фосфодіестеразою деградацію цАМФ, та катехіни у зеленому чаї шляхом інгібування КОМТ, ферменту, який розкладає NE. Більше того, чайні катехіни мають антиангіогенну дію, яка може запобігти розвитку надмірної ваги та ожиріння. Термогенний ефект кофеїну може бути посилений ефедрином, який опосередковує його ефекти, посилюючи вивільнення симпатичного нейрону NE, або безпосередньо стимулюючи β-адренорецептори. Крім того, капсаїцин може посилити термогенез, посилюючи секрецію катехоламіну з мозкового речовини надниркових залоз.

Симпатична нервова система (СНС) вважається важливим компонентом вегетативної нервової системи, відіграючи важливу роль у підтримці енергетичного гомеостазу за допомогою гормонального та нервового контролю (28, 30, 41). SNS описаний як складна регуляторна система, що включає прямий вплив симпатичних нервів, які забезпечують більшість тканин організму, і непрямий вплив катехоламінів, адреналіну та, меншою мірою, NE, які виділяються в кров із довгастий мозок наднирників (74). Важливо усвідомити, що СНС не виробляє рівномірної активації всіх тканин організму, які мають запас симпатичного нерва, а навпаки, що в будь-якій конкретній ситуації відбувається селективна активація певних тканин або систем, що не має жодного ефекту або навіть гальмування інших областей (74). Отже, слід розуміти, що ниркові або коричневі жирові або м’язові зміни в електрофізіологічній активності еферентних нервів, що іннервують ці тканини, є специфічними для цієї тканини, а також обороту СІ. Крім того, існують відмінності не тільки у відтоку СНС до різних тканин, але і в межах одного типу тканини (29). Наприклад, серед складів білої жирової тканини (WAT) у людей міра симпатичного потягу може бути зовсім іншою (29).

Симпатична активність до ефекторних органів метаболізму вважається ключовим фактором для підтримки ваги тіла (29). Ефекти передбачають термогенні ефекти посиленої симпатичної активності, а також регулювання жирового обміну.

Ця ниркова симпатична активація є головним чином патофізіологічною при гіпертонії, пов’язаній із ожирінням. Вища ниркова та нижня серцево-симпатична нервова активність у людей із надмірною вагою представляє диференціацію симпатичних нервів центральної нервової системи та зменшення випалювання серцево-симпатичного нерва. Одним з кандидатів на активацію нирково-симпатичного відтоку є гіперлептинемія, враховуючи, що введення лептину на моделях тварин збільшує ниркову симпатичну активність (80).

Тільки під час негативного енергетичного балансу діяльність СНС, здається, негативно впливає. Spraul та співавт. (110) виміряв активність симпатичного нерва скелетних м’язів натще і його зв’язок з ЕЕ. У цьому стані люди з ожирінням перебувають у гострому від’ємному енергетичному балансі. Вони показали у схильних до ожиріння суб'єктів, що активність симпатичного нерва м'язів з низьким спокоєм (показник зниженої активності СНС) пов'язана зі зниженою ЕЕ, яка відповідає за збільшення ваги та ожиріння (110). Крім того, негативний енергетичний баланс був пов’язаний зі зменшенням симпатичної активності на м’язовому рівні, що зменшує ЕЕ в стані спокою і, таким чином, продовжує виживання. Крім того, негативний енергетичний баланс був пов’язаний із посиленим ліполізом у відповідь на катехоламіни в жировій тканині (2, 12, 47).

Додт та ін. (29) забезпечити модель людини in vivo для подальших досліджень нейронного контролю ліполізу. Вони поєднували внутрішньонейрову електричну стимуляцію шкірних нервових пучків людини, що постачають ВАТ на стегно, з мікродіалітичною оцінкою вивільнення гліцерину на території, яка іннервується стимульованою нервовою пучкою. Вони продемонстрували, що ліполіз може бути нейронно індукованим, і що цей нейронний ефект може бути притуплений у пацієнтів із ожирінням (29). Це перші кроки для з’ясування розбіжностей між результатами in vivo та in vitro щодо ліполізу людини, тобто те, що худорляве та ожиріння не відрізняється відносним ліполізом (60), але те, що виділені жирові клітини у пацієнтів із ожирінням демонструють підвищений базальний ліполіз, знижена антиліполітична відповідь на інсулін та на стимуляцію β-адренорецептора (29).

Як зазначено вище, між лептином і СНС може існувати двостороння взаємодія, можливо, утворюючи регуляторну петлю зворотного зв'язку, причому лептин діє в гіпоталамусі, викликаючи активацію центрального симпатичного відтоку та стимулювання медулярного вивільнення адреналіну надниркових залоз (45) та навпаки, з вивільненням лептину, що інгібує SNS (115).

У сукупності було продемонстровано наступні термогенні механізми: кофеїн стимулює термогенез, інгібуючи індуковану фосфодіестеразою деградацію цАМФ, і катехіни в зеленому чаї через інгібування КОМТ. Більше того, чайні катехіни мають антиангіогенну дію, що може запобігти розвитку надмірної ваги та ожиріння. Це пов’язано з лептином, оскільки було показано, що лептин сприяє ангіогенезу. Ефедрин та капсаїцин опосередковують їх дію, посилюючи вивільнення симпатиків катехоламінів або безпосередньо стимулюючи β-адренорецептори (ефедрин). Крім того, СНС бере участь у регуляції ліполізу, і ІНС-іннервація ВАТ може відігравати важливу роль у регуляції загального жиру в організмі загалом.