Studiul Unor Factori Genetici Si Non Genetici Implicati In Obezitate

STUDIUL UNOR FACTORI GENETICI ȘI NON-GENETICI IMPLICAȚI ÎN OBEZITATE

În momentul de față, specia umană se confruntă cu un fenomen biologic foarte agresiv, care în ultimul timp a luat amploare și care ne pune viața în pericol: obezitatea.

De-a lungul anilor, obezitatea s-a bucurat de o largă paletă interpretativă în lumea medicală, in literatură, în artă și în marea masă a populației. Până nu de mult timp, obezitatea a fost considerată un simbol al frumuseții și al prosperității. Eroii lui Shakespeare și Dickens, picturile lui Rubens sunt exemple elocvente. Mentalitatea părinților care confundă corpolența copiilor cu starea de sănătate a fost și este întâlnită frecvent. Dar faptele de observație clinică și epidemiologică au dus la reconsiderarea acestei boli, care nu este doar un important factor de morbiditate, ci și un factor ce influențează restul morbidității, ambele cu consecințe grave asupra calității vieții, ce conduc la scăderea speranței de viață, dar și potențarea și agravarea unor boli care au impact negativ asupra condiției biologice, estetice și socio-economice a omului (Tratat de Medicină Internă, 1986).

Studiile realizate în ultimii 30 de ani au semnalat o creștere a prevalenței obezității, atât în statele bine dezvoltate, cât și în cele în curs de dezvoltare (Wang Y., Lobstein T., 2006).

Conform Organizației Mondiale a Sănătății, obezitatea este una dintre cele mai mari provocări ale secolului XXI. Se pare că prevalența acesteia s-a triplat în majoritatea statelor europene, din anul 1980 pana în prezent, iar numărul persoanelor afectate continuă să crească într-un ritm alarmant. Potrivit unui studiu efectuat de OMS în anul 2008, la nivel european, mai mult de 50% dintre femei și bărbați erau supraponderali, iar aproximativ 23% dintre femei și 20% dintre bărbați erau obezi. Pe baza celor mai recente estimări în statele membre ale Uniunii Europene, obezitatea afectează 10-30% dintre adulți (OMS, 2014). În prezent, 20.5% din populația României este afectată de obezitate. Datele statistice ale OMS relevă faptul că cea mai mare prevalență a obezității se întâlnește la nivelul populațiilor de pe continentul american (30%), european (24%) și african (15%) (Fig.1). Conform OMS, obezitatea reprezintă în momentul actual a cincea cauză de deces la nivel mondial..

Astăzi, obezitatea este definită ca o boală caracterizată prin acumulare excesivă de grăsime în corp, într-o proporție care este periculoasă pentru sănătate (OMS, 2002) .Obezitatea poate fi considerată o boală pentru că pune în pericol bunăstarea fizică, psihică și socială a persoanei.

Apariția obezității presupune interacțiuni multiple între factori genetici și non-genetici: moleculari, celulari, metabolici, sociali și comportamentali, în urma cărora se produc modificări ale balanței energetice. De aceea, obezitatea este o afecțiune multifactorială și poligenică (Popa Ioan și colab., 2001). Riscul copiilor care au dezvoltat obezitate în primii ani de viață, de a deveni adulți obezi, este de 80% pentru cei cu ambii părinți obezi și de 40% pentru cei cu un singur părinte obez (Nader P.R. și colab, 2006).Obezitatea reprezintă un factor de risc pentru boli cardiovasculare, hipertensiune arterială, diabet zaharat, depresii și unele forme de cancer (Tanne D. și colab., 2005).

Obezitatea este în mod clar asociată cu o morbiditate crescută și mortalitate. Există dovezi puternice că pierderea semnificativă în greutate la persoanele supraponderale și obeze reduce factorii de risc pentru apariția diabetului zaharat si a bolilor cardiovasculare (BCV). Există dovezi semnificative că pierderea în greutate reduce tensiunea arterială atât la hipertensivii supraponderali, cât și la non-hipertensivii supraponderali, reduce cantitatea de trigliceride serice, cât și reducerea colesterolului total și a LDL-colesterolului. De asemenea, pierderea în greutate reduce nivelul de glucoză din sânge la persoanele supraponderale și obeze care nu suferă de diabet zaharat iar șansele de a dezvolta diabet zaharat de tipul 2 se reduc semnificativ (NHLBI, 2013).

Fiind o boală poligenică și multifactorială, factorii de risc genetici în apariția obezității sunt reprezentați de mutații în mai multe gene din genomul uman. Principale gene responsabile în dezvoltarea obezității sunt:

FTO ( fat mass and obesity associated );

LEP ( leptin );

LEPR (leptin receptor);

GHRL ( ghrelin/ obestatin prepropeptide );

APOE ( apolipoprotein );

INS ( insulin );

IGF1 ( insulin-like growth factor 1);

LPL ( lipoprotein lipase);

AOMS1, AOMS2 (abdominal obesity – metabolic syndrome QTL1, QTL2 );

ADIRF ( adipogenesis regulatory factor);

LIPE ( lipase, homone sensitive ).

Prevenirea excesului de greutate și a obezității este extrem de importantă. În evaluarea motivației pacientului în efectuarea terapiei pentru pierderea în greutate, se ține cont de următorii factori psihici, psihologici, familiali și de mediu:

motivele și motivația pacientului pentru scăderea în greutate;

antecedente de succes și încercări nereușite de pierdere în greutate;

sprijinul familial;

înțelegerea de către pacient a cauzelor obezității și cum generează obezitatea o întreagă serie de boli;

Sporirea motivației se face prin enumerarea pericolelor care însoțesc obezitatea și prin descrierea strategiei de pierdere în greutate.

Pierderea în greutate este recomandată pentru a reduce presiunea arterială, atât la persoanele obeze, cât și la cele supraponderale. De asemenea, pierderea în greutate reduce nivelul de colesterol total, LDL – colesterol, HDL – colesterol, trigliceride. și scade nivelul glicemiei (NHLBI, 2013).

ASPECTE TEORETICE

Definiția obezității

Obezitatea se produce prin creșterea masei totale a țesutului adipos datorită hiperplaziei și/sau hipertrofiei adipocitelor, care se încarcă cu trigliceride. Acumularea excesivă de țesut adipos modifică greutatea corporală iar ambii parametri (țesutul adipos si greutatea corporală) sunt variabile supuse controlului unui aparat reglator complex, în cadrul balanței energetice a organismului (Tratat de Medicină Internă, 1986).

Din punct de vedere etimologic, cuvântul “obezitate” derivă din latinescul “obedere”, care înseamnă “a mânca în exces”, traducere care definește într-o manieră convingătoare un aspect al bolii.

Lacatîș D. și Crețeanu Gh. au atribuit obezității 4 de definiții: definiția fiziologică, medicală, statistică și respectiv estetică.

Definiția fiziologică

Aparent, cea mai simplă definiție a obezității este cea fiziologică. Un individ obez este acela la care țesutul adipos este hipertrofiat. Nu ar fi deci vorba doar de o greutate mai mare, comparative cu media persoanelor de aceeași vârstă, sex și talie, ci și o hipertrofie a țesutului adipos. Dar partea pe care țesutul adipos o ocupă într-un organism este foarte variabilă la subiectul normal. Cifrele variază între 10-15% pentru bărbatul de referință si 17-32% pentru femeia de referință. La această definiție autorii au făcut două observații:

-procentajul țesutului adipos comparativ cu greutatea corpului uman crește de aproximativ 200 de ani la majoritatea civilizațiilor iar “normalul” variază cu timpul;

-procentajul țesutului adipos crește cu vârsta și, datorită prelungirii duratei medii de viață, el poate trece, de exemplu, la femeia de referință de la 17% la 32% (Lacatîș D., Crețeanu Gh., 1978).

Există două dezavantaje în definirea obezității ca o “acumulare” excesivă a țesutului adipos. Primul este acela că în mod obișnuit un subiect nu câștigă numai grăsime atunci când devine obez, ci și alte tipuri de țesuturi moi (Tabelul 1). De obicei, 80% din greutatea acestui țesut adipos este grăsime, 18% apă și 2% proteine. Cel de-al doilea dezavantaj constă în faptul că masa grasă a unui individ este greu de măsurat. Se poate determina partea pe care o ocupă țesutul adipos în corpul uman prin tehnici radiologice, densimetrie, măsurători de pliu cutanat, disecții izotopice (K40-42), apă marcată etc. Pe scară individuală, aceste tehnici sunt criticabile deoarece rezultatele variază cu vârsta și morfologia iar referințele se fac cu ajutorul unor tabele (care sunt discutabile) în funcție de morfologia și de rasa subiectului. Aceste tehnici își mai găsesc interesul în aprecierea stării de nutriție a unui grup omogen de populație, comparativ cu alt grup sau în lucrări de cercetare (disecții izotopice). Tehnicile menționate anterior au un avantaj pe plan practic: acela de a elimina falșii obezi, subiecții care se cred obezi, deoarece supragreutatea lor se face pe seama masei musculare, deci pe seama țesutului activ (cazul atleților de performanță). Acești falși obezi au adesea nevoia de a fi asigurați asupra stării lor de sănătate și de a le explica că greutatea mai mare pe care o au nu este o boală, ci este în realitate dezvoltarea masei musculare(Lacatîș D., Crețeanu Gh., 1978).

Tabelul 1. Procentajul de apă și de lipide în țesutul adipos (Lacatîș D. și Crețeanu Gh., 1978)

Definiția medicală

Mult mai largă decât cea fiziologică, această definiție consideră ca obez orice subiect la care o pierdere în greutate (ce interesează țesutul gras) este susceptibilă de a aduce o ameliorare a stării generale sau a unei funcții vitale compromise. Este vorba de bolnavi supraponderali ce pot prezenta afecțiuni ca insuficiență respiratorie cronică, hipertensiune arterială, insuficiență cardiacă, artroze, varice ale membrelor inferioare, diabet zaharat, hiperlipoproteinemii, complicații ginecologice și obstetricale, afecțiuni ale sistemului muscular și osos, complicații hepatice și biliare etc. La acest grup de subiecți obezi, indiferent de greutatea lor în momentul consultației, se poate afirma că pierderea a 10, 20 sau a mai multor kilograme va ameliora confortul lor și mai ales prognosticul în funcție de boală. În realitate, persoana consultată nu este adesea o persoană foarte grasă și este suficient de constatat că una sau mai multe din funcțiile fiziologice ale organismului sunt limitate într-un mod cronic pentru a lua decizia medicală a unui regim restrictiv și de a transforma astfel bolnavul într-un subiect „slab”, la care tratamentul va avea de cele mai multe ori un rezultat aproape vital. (Lacatîș D., Crețeanu Gh., 1978).

Definiția statistică

La nivelul unei populații întregi putem vorbi de o a treia definiție a obezității sau mai corect a unei greutăți „recomandabile” sau „ideale” (Tabelul 2, Tabelul 3).

Din punct de vedere statistic, un subiect este obez atunci când el cântărește mai mult decât o greutate socotită ideală pentru talia, sexul și vârsta sa. Această greutate corporală recomandabilă rezultă din statisticile de mortalitate ale companiilor de asigurare pe viață americane, care au demonstrat că mortalitatea la subiecții supraponderali este mai mare. De exemplu, dacă se clasează subiecții pe sex, talie, vârstă greutate, atunci subiecții masculini care vor cântări cu 30% mai mult decât cei care au o greutate „normală” sau “ideală” vor prezenta un risc de două ori mai mare de a muri în următorii 10 ani. Această mortalitate mai mare nu este deci în realitate decât un raport între șansele pe care le are un subiect obez de a muri, comparativ cu șansele unui așa-zis subiect care are o greutate recomandabilă (Lacatîș D., Crețeanu Gh., 1978).

În concordanță cu valorile recomandabile ale masei corporale în funcție de vârstă și sex au fost introduse noțiunile de schelet lejer, mediu și greu, care se obține prin măsurarea diametrului bitrohanterian sau mai simplu, prin măsurarea diametrului încheieturii pumnului. Din punctul de vedere al mortalității, nu este recomandabil ca greutatea unui individ să crească cu vârsta. Ca atare, pentru a face parte din această categorie „privilegiată” a „greutății ideale” o persoană ar trebui să aibă greutatea neschimbată de la 20 la 70-80 de ani. Criteriile statistice prezintă inconvenientul de a fi cu totul diferite de ceea ce se petrece în realitate, de exemplu greutatea recomandabilă sau ideală este cu totul diferită de media greutății populației analizate (Lacatîș D., Crețeanu Gh., 1978).

Tabelul 2. Greutatea medie în funcție de

talie și vârstă la femei

(Metropolitan Life Insurance Company, 1999)

Definiția psiho-socială sau estetică

În funcție de acest ultim criteriu este obeză orice persoană care crede că prin slăbire își poate modifica într-un mod avantajos forma sa fizică, fizionomia, șansele sale în viață, viața sa intimă, comportamentul său afectiv etc. Aceste cazuri de obezitate sunt cele mai frecvent întâlnite în practica medicală. Sunt deci subiecți care nu au de obicei o disfuncție a unui organ vital sau a unei funcții vitale și mai ales subiecți care, de regulă, din punct de vedere statistic, nu cântăresc mai mult decât media greutății populației respective la vârsta dată și al căror țesut adipos nu reprezintă un procentaj mai mare, comparativ cu normele obișnuite. În general, acestea sunt persoane care refuză forma lor corporală și se adresează medicului pentru a slăbi. Lucrurile însă evoluează și se complică prin faptul că majoritatea femeilor (femeile reprezintă procentajul cel mai mare de obezitate psiho-socială), se găsesc confruntate cu o imagine corporală exterioară care nu ar fi cea fiziologică. Complicațiile survin datorită faptului că se adaugă o „constrângere socială” pentru anumite medii și profesii, în care greutatea medie a vârstei poate constitui o formă de obezitate ce jenează viața socială (Lacatîș D., Crețeanu Gh., 1978).

În concluzie, nu există o definiție clară a obezității deoarece pe cât este de ușor de a defini obezitatea ca pe o acumulare excesivă de lipide, pe atât este de greu de a stabili pe plan individual momentul în care această acumulare poate fi considerată patologică (Lacatîș D., Crețeanu Gh., 1978).

Corelația între indicele de masă corporală (IMC) și obezitate

Indicele de masă corporală (IMC) este un număr calculat pe baza greutății si înălțimii unei persoane. IMC este un indicator destul de sigur al nivelului de grăsime corporală pentru majoritatea indivizilor. IMC nu măsoară in mod direct cantitatea de țesut adipos din organism, însă cercetările au demonstrat faptul că IMC se corelează cu măsurătorile directe ale țesutului gras din organism, cum ar fi DXA (Dual energy X-ray Absorptiometry). În plus, IMC este o metodă non-invazivă, ieftină și ușor de efectuat, eficientă în screening-ul pentru categorii de greutate care pot duce la probleme de sănătate (Mei Z. et al., 2002).

IMC este folosit ca un instrument de screening pentru a identifica posibilele probleme de greutate pentru indivizi. Totuși, IMC nu este un instrument de diagnosticare. De exemplu, o persoană poate avea un IMC mare, fără a avea însă probleme de sănătate. Dar este valabil si viceversa, o persoană cu un indice de masă corporală scăzut poate prezenta probleme de sănătate. Cu toate acestea, pentru a determina daca excesul de greutate este un risc pentru sănătate, medicul ar trebui să realizeze evaluări și investigații ulterioare. Acestea ar putea cuprinde evaluări ale dietei, ale activității fizice și al istoricului familial (Prentice A.M. și Jebb S.A., 2001).

Cum este indicele de masă corporală (IMC) calculat și interpretat?

În sistemul metric, formula pentru calculul IMC este reprezentată de raportul dintre greutate (în kg) și pătratul înălțimii (în cm). Deoarece înălțimea este măsurată de obicei în centimetri (cm), se imparte înălțimea in centimetri (cm) la 100 pentru a obține înălțimea în metri. (Tabelul 4).

De exemplu, greutatea unui individ este 70 kg, iar înălțimea lui este 177 cm (1.77 m).

Indicele de masă corporală (IMC) al acestui individ va fi 70 / (1.77)2, adică IMC = 22.34.

Tabelul 4. Formula de calcul pentru IMC (Link 1)

Pentru persoanele cu vârstă mai mare de 20 de ani, IMC este interpretat folosind un standard al categoriilor de greutate, care este același pentru toate vârstele, atât pentru bărbați, cât și pentru femei (Tabelul 5). Pe de altă parte, pentru copii și adolescenți, interpretarea IMC depinde atât de vârstă, cât și de sex, deoarece cantitatea de țesut adipos din corp crește odată cu înaintarea în vârstă, iar aceasta diferă între fete și băieți. (Kuczmarski și colab., 2002).

Prevalența obezității în rândul copiilor este în creștere alarmantă în America de Nord, Europa și mai recent în China, Australia, America de Sud și Africa de Nord. În anul 2003, prevalența varia considerabil, de la sub 5% în Africa și unele regiuni din Asia, până la 20% în Europa și peste 30% în America și în unele țări din Orientul Mijlociu. (Lobstein T. și Frelut ML, 2003).

Tabelul 5. Categoriile de greutate pentru adulți, asociate cu IMC (Link 2)

Cât de bine funcționează IMC ca și indicator de grăsime corporală?

Corelația dintre IMC și grăsimea corporală este destul de puternică, dar chiar dacă două persoane au același indice de masă corporală, nivelul de grăsime din organismul lor poate fi diferit. În general, la aceeași valoare a IMC, femeile tind să aibă mai multă grăsime decât bărbații. La același IMC, negrii au mai puțină grăsime corporală decât albii iar asiaticii au mai multă grăsime corporală decât albii (Flegal K.M. și colab, 2010).

La același IMC, persoanele în vârstă, în medie, tind să aibă mai multă grăsime corporală decât adulții mai tinerii. Totodată, atleții au mai puțină grăsime corporală decât non-atleții la aceeași valoare a IMC. În cazul unei persoane cu un IMC foarte mare (de exemplu, 35 kg/ m2), este foarte probabil ca această persoană să aibă o cantitate mare de grăsime corporală. Pe de altă parte însă, un IMC mai crescut poate fi rezultatul fie a unei cantități mai crescute de țesut adipos, fie a unei mase musculare mai bine dezvoltate (mușchi și oase dezvoltate) (Garrow J.S. și colab., 1985).

Tabelul 6. Valorile aproximate ale IMC în funcție de masă și înălțime (Link 2)

Legendă

Clasificarea obezității

Obezitatea se clasifică în funcție de criteriile clinice, histopatologice și etiopatogenetice, astfel:

I. Criteriul etiopatogenetic

A. Obezitatea primară

1. Familială (poligenică), în cazul în care la rudele de gradul I ale probandului se demonstrează existența obezității;

2. Non – familială – nu este prezentă obezitatea în familie.

Ambele forme ale obezității primare sunt încadrate în 4 tipologii:

Hiperfagică – cu comportament alimentar abuziv , motivat de bolnav și cu anumite cauze, cum ar fi: pubertate, sarcină, menopauză, avort, stres psihic, intervenții chirurgicale;

Cu sedentarism;

Mecanisme asociate: hiperfagie+sedentarism;

Fără o cauză aparentă: comportament alimentar normal (normofagică) și fără sedentarism.

B. Obezitatea secundară

1. Endocrină: insulinom, ovar polichistic, sindrom Cushing;

2. Hipotalamică: inflamatorie, posttraumatică, tumorală, sindrom adipozogenital.

Obezitatea secundară însoțește afecțiunile de mai sus și dispare sau se atenuează după vindecarea sau ameliorarea lor.

C. Forme particulare de obezitate

1. Obezitatea generalizată care însoșește unele sindroame genetice:

a. Sindromul Laurence – Moon – Berdet – Biedl (LMBB): degenerare retiniană+ retardare mentală+ hipogenitalism+ cardiopatie congenitală+ strabism+ nefropatie+ polidactilie;

b. Sindromul Alström: orbire+ deficit motor+ diabet zaharat;

c. Sindromul Prader – Willi: hipotonie musculară+ retardare și deficit mintal+ nanism+ hipogenitalism+ obezitate care debutează în primii 3 ani de viață și devine rapid monstruoasă datorită unei bulimii extreme.

d. Sindromul Morgagni – Stewart – Morel: virilism pilar+ hiperostoză frontală internă+ obezitate, ce apar la femei odată cu instalarea climaxului;

e. Boala stocajului de trigliceride: acumularea excesivă a țesutului adipos pe fața dorsală a mâinii.

2. Obezitate cu depunere particulară de țesut adipos (obezitatea localizată sau parțială)

a. Lipomatozele;

a.1. Nedureroase: profunde sau subcutanate, simetrice sau asimetrice;

a.2. Dureroase: boala Dercum, caracterizată prin apariția episodică în diferite regiuni subcutanate ale corpului de lipoame algice.

b. Paralipodistrofiile;

b.1. Obezitatea hiperandroidă: depunerea accentuată a țesutului adipos în jumătatea superioară a copului;

b.2. Obezitatea hiperginoidă: acumularea masivă de țesut adipos în jumătatea inferioară a corpului sub forma sindromului Barraquer-Simons sau a steatofigiei.

c. Obezitatea abdominală:

– se caracterizează prin depunerea de șesut adipos în regiunea abdominală;

– cuantificarea acestui tip se face prin calcularea raportului:

Circumferința abdominală la nivelul ombilicului

Circumferința abdomenului la nivelul crestei iliace

– valori ale raportului peste 0,95 atestă obezitatea abdominală.

II. Criteriul anatomo – descriptiv

1. Obezitatea androidă presupune:

– acumulare predominantă de țesut adipos în jumătatea superioară a corpului;

– masă musculară dezvoltată;

– hiperfagie, hiperinsulinism, rezistență la insulină;

– asociere frecventă cu: diabetul zaharat, hiperuricemia, hiperlipoproteinemiile, ateroscleroza și hipertensiunea arterială.

2. Obezitatea ginoidă presupune:

– acumulare predominantă de țesut adipos în jumătatea inferioară a corpului;

– musculatura nu este bine dezvoltată;

– normofagie sau hipofagie;

– asociere frecventă cu boala varicoasă sau gonartroza.

3. Obezitatea mixtă constă în asocierea caracterelor obezității androide cu cele ale obezității ginoide.

III. Criteriul clinic descriptiv

1. Obezitatea statică, metabolică, normofagică:

– faza statică a obezității, obezitatea metabolică;

– ingestie calorică normală sau chiar scăzută în cadrul unui comportament alimentar normal.

2. Obezitatea dinamică, de reglare, hiperfagică:

– faza de constituire a obezității;

– creșterea progresivă în greutate;

– comportament alimentar abuziv;

– hiperinsulinism și rezistență la insulină.

IV. Criteriul histologic

1. Obezitatea hipertrofică:

– hipertrofia adipocitelor;

– debut în perioada adultă;

– frecvent asociată cu diabet zaharat, hiperuricemie, hiperinsulinism, rezistență insulinică, ateroscleroza și hipertensiunea arterială;

– este sensibilă la regimul hipocaloric.

2. Obezitatea hiperplazică:

– hipercelularitate adipoasă;

– debut precoce în perioada de nou-născut sau cel târziu până șa 20 de ani;

– rezistența la regimul hipocaloric;

– se însoțește rar cu diabet zaharat, hiperuricemie, hiperinsulinism și rezistență insulinică.

3. Obezitatea mixtă cuprinde asocierea în diferite grade a caracteristicilor obezității hipertrofice și hiperplazice. Debutul este la adultul tânăr.

V. Criteriul vârstei de debut

1. Obezitatea juvenilă (0-18 ani)

2. Obezitatea adultului (>18 ani) (Tratat de Medicină Internă, 1986).

Țesutul adipos în obezitate

Țesutul adipos este format din adipocite, vase de sânge și nervi. Adipocitele sunt celule mari, conțin o cantitate mare de citoplasmă, unde se găsesc vacuole de trigliceride. Vasele sangvine au rol de nutriție tisulară iar sistemul nervos simpatic și parasimpatic inervează țesutul adipos, asigurând, impreună cu hormonii, adaptarea funcțiilor acestuia la necesitățile organismului. Țesutul adipos este distribuit în tot organismul, dar se întâlnește mai ales în regiunea abdominală, fesieră, lombară și perivisceral.

Țesutul adipos îndeplinește următoarele funcții metabolice:

-formarea trigliceridelor;

-captarea glucozei și acizilor grași proveniți din catabolizarea chilomicronilor;

-lipoliza și eliberarea AGL (acizi grași liberi) în circulația sistemică (Mincu I. și Hâncu N., 1983).

Masa țesutului adipos depinde de volumul și numărul adipocitelor. Volumul adipocitelor (în medie 88μ3) este determinat de cantitatea de trigliceride depozitată intracelular, aceasta fiind rezultatului echilibrului sau dezechilibrului energetic. Numărul adipocitelor (în medie 3,3 X 1010) variază cu vârsta: este mic la naștere, crește progresiv până în jurul vârstei de 15 ani, după care scade. Se pare că în condiții normale, numărul de adipocite rămâne constant toată viața. (Bray C. A, 1976).

Celularitatea țesutului adipos în obezitate

Conform studiilor de adipocitimetrie, există 3 forme de obezitate:

-hiperplazică, caracterizată prin creșterea numărului de adipocite;

-hipertrofică, în care adipocitele au volumul crescut, dar sunt în număr normal;

-mixtă, rezultată din prezența concomitentă a hiperplaziei și hipertrofiei (Karam J. H., 1979).

Stimulii care favorizează hiperplazia adipocitară și obezogeneza sunt:

-hiperinsulinismul;

-supranutriția;

-somatotropina și β-estradiolul.

Acțiunea lor este potențată de factorul genetic iar aceștia sunt operanți în orice perioadă a vieții. În sprijinul perioadei nelimitate de hiperplazie adipocitară vine teoria enunțată de Roncari și Van (1978) care presupune existența de-a lungul vieții a unui echilibru între replicarea și diferențierea preadipocitelor (precursorii adipocitelor) în adipocite pe de-o parte, și de diferențierea adipocitelor în preadipocite pe de altă parte. Astfel, alimentația hipercalorică și hiperglucidică favorizează replicarea și diferențierea preadipocitelor în adipocite, care, ulterior, prin persistența dezechilibrului caloric, devin hipertrofice. In condiții de hipocalorism, predomină dediferențierea adipocitelor în preadipocite (Roncari D. A. K. și Van R. L. R., 1978).

Preadipocitele provenite de la bolnavi cu obezitate masivă au o capacitate de replicare și diferențiere în adipocite mult mai mare decât cele provenite de la persoanele normoponderale. Această proprietate se păstrează până la cinci subculturi succesive de preadipocite, când un eventual factor umoral de creștere, care este prezent la obezi, nu mai este operant. Această anomalie este prima demonstrație a intervenției factorilor genetici în determinismul hipercelularității țesutului adipos în obezitate (Roncari D. A. K. și Van R. L. R., 1978).

La obezi, compoziția corpului și în special a țesutului adipos diferă de cea a normoponderalilor. În Tabelul 6 este redat acest fenomen. Se remarcă creșterea masei grase, a apei extracelulare și a masei celulare corporale.

Tabelul 7. Compoziția corpului normoponderal și obez (după Bray, 1976)

Patologia biochimică a obezității

Modificările biochimice principale din obezitate sunt localizate în țesutul adipos. Acestora li se asociază și alte tulburări, cum sunt:

modificările hormonale – disinsulinismul, în special rezistența la insulină, la care se adaugă modificările glucagonului, hormonilor suprarenali, tiroidieni, sexuali și somatotropului;

modificările metabolice: hiperlipoproteinemia, hiperuricemia; într-un grad mai redus se modifică bilanțul azotat, hidroelectrolitic și acidobazic;

modificarea sistemului “coagulare-fibrinoliză-trombocite”.

Aceste modificări sunt asimetrice și asincronice, deoarece apar cu o intensitate diferită și în ordine cronologică distinctă (Mincu I. și Hâncu N., 1983).

Insulina și obezitatea

Una dintre cele mai întâlnite anomalii din obezitate este hiperinsulinismul bazal și reactiv. Principala cauză este hipersecreția de hormon, care la rândul său apare în contextul rezistenței la insulină. Insulinorezistența este produsă de următorii factori:

factori prereceptor: secreția de insulină anormală, prezența antagoniștilor circulanți (anticorpi antiinsulinici, anticorpi antireceptor insulinic, creșterea hormonilor de contrareglare);

factori receptor: anomalii ale receptorilor insulinici (scăderea numărului și a afinității);

factori postreceptor: anomalii în interiorul celulelor țintă. (Mincu I. și Hâncu N., 1983).

Lipidele și lipoproteinele plasmatice în obezitate

În obezitate are loc perturbarea metabolismului lipidelor și lipoproteinelor plasmatice, a căror consecință este apariția de hiperlipoproteinemii. Cea mai frecventă este hipertrigliceridemia endogenă, asociată frecvent cu diabetul zaharat insulinodependent obez (Mincu I. și Hâncu N., 1983).

Scăderea toleranței la glucide în obezitate

Scăderea toleranței la glucide și diabetul zaharat manifest se constituie în următoarele stadii:

Stadiul I: obezitatea se însoțește de o toleranță normală la glucide, dar cu frecvente hipoglicemii reactive datorită hiperinsulinismului bazal și reactiv;

Stadiul II: deși persistă hiperinsulinismul, scade toleranța la glucoză;

Stadiul III: dispare hiperinsulinismul și se instalează diabetul zaharat manifest insulinodependent (Vague J., 1980).

Hiperuricemia în obezitate

Este corelată cu gradul obezității și este produsă prin: aport caloric și purinic crescut, aport crescut de alcool, factori genetici, sedentarism, creșterea sau scăderea bruscă în greutate, hiperlipoproteinemii asociate cu hipertensiunea arterială și diabetul zaharat (Mincu I. și Hâncu N., 1983).

Alte modificări metabolice

Alte tulburări metabolice descrise în obezitate sunt retenția hidrosodată produsă prin hiperaldosteronism, cât și prin hiperinsulinismul care induce reducerea natriuriei și acidoza respiratorie datorită hipoventilației pulmonare, în obezitățile severe (Defronzo R. A., 1981).

Sistemul coagulare-fibrinoliză- trombocite în obezitate

În obezitate, testele de coagulare sunt normale. De remarcat este însă reducerea activității fibrinolitice, fenomen ce este corelat cu gradul obezității și creșterea fibrinogenemiei. Totodată, se constată creșterea agregabilității plachetare, anomalie explicată prin acțiunea acizilor grași saturați asupra membranelor trombocitare. O semnificație aparte are acidul arahidonic, precursor al tromboxanului A2, care este un important agent agregant și vasoconstrictor (Mincu I. și Hâncu N., 1983).

Consecințele obezității la adulți

Toți adulții supraponderali și obezi (cu vârsta mai mare de 18 ani) cu un IMC ≥ 25 au un risc crescut pentru dezvoltarea unor afecțiuni ca hipertensiunea arterială, nivelul colesterolului ridicat, diabet de tip 2, boli coronariene, precum și alte boli. Persoanele cu un IMC cuprins între 25 și 29,9 sunt considerați supraponderali, în timp ce indivizii cu un IMC ≥ 30 sunt considerați obezi. Persoanelor supraponderale li se prescrie un tratament doar în cazul în prezintă doi sau mai mulți factori de risc. Tratamentul se focusează pe modificări ale dietei, intoducerea unui plan alimentar corespunzător, dar și a unui program de activități fizice, pentru a produce pierderea în greutate într-un ritm moderat. Tratamentul obezității trebuie să se concentreze pe pierderea în greutate substanțială pe o perioadă prelungită (NHLBI, 2013).

Persoanele obeze au un risc foarte ridicat de a dezvolta multiple afecțiuni, cum ar fi:

hipertensiune arterială;

diabet de tip 2;

boli coronariene;

valori ridicate ale LDL, HDL, colesterol total și trigliceride (dislipidemie);

afecțiuni ale vezicii biliare;

modificări gastrointestinale;

afecțiuni ale sistemului reproducător;

osteoartrită;

apnee în timpul somnului și probleme de respirație;

inflamație cronică;

creșterea stresului oxidativ;

unele tipuri de cancer (endometrial, de sân, colon, rinichi, vezică biliară și ficat);

boli mentale cum ar fi depresia clinică, anxietatea și alte tulburări psihice;

dureri ale corpului;

accident vascular cerebral;

moarte.

Valorile normale ale glucozei, HDL – colesterol, LDL – colesterol, colesterolului total, trigliceridelor și tensiunii arteriale la adulți sunt următoarele:

glucoză: 60 – 100 mg/dl;

colesterol total: ˂200 mg/dl;

LDL: ˂100 mg/dl;

HDL: ˃40 mg/dl;

trigliceride: ˂150 mg/dl;

tensiune arterială: sistolică ˂ 120 mmHg și diastolică ˂ 80 mmHg.

Valorile mai ridicate decât cele menționate mai sus sunt în corelație cu diverse patologii.

Factorii non-genetici implicați în obezitate

Obezitatea rezultă de obicei dintr-o combinație de cauze și factori declanșatori, care includ:

Lipsa unui echilibru energetic

În situația în care nu există un echilibru energetic apare adesea excesul de greutate. Echilibrul energetic înseamnă că energia care intră în organism este egală cu energia care iese. Energia care intră reprezintă cantitatea de energie sau calorii preluate din alimente și băuturi. Energia care iese este cea pe care corpul o folosește pentru a realiza procese precum respirația, digestia, conversația, gândirea, activitățile fizice de zi cu zi etc. Pentru a ne menține greutatea corporală în limite normale, energia care intră, respectiv cea care iese din organism, nu trebuie să se echilibreze în fiecare zi, ci balanța energetică trebuie să se mențină constantă și în echilibru de-a lungul timpului, pentru ca greutatea corpului să fie constantă.În momentul în care aportul energetic este mai mare decât consumul, are loc acumularea kilogramelor în plus iar atunci când consumul energetic este mai mare decât aportul, are loc scăderea în greutate. În această situație obezitatea evoluează în timp, fiind cauzată de aportul caloric mult mai mare, raportat la consumul energetic (www.nhlbi.nih.gov).

Un stil de viață inactiv (sedentarismul)

Multe persoane nu sunt foarte active fizic iar unul dintre motive este faptul că oamenii au ajuns să petreacă din ce în ce mai mult timp în fața televizorului și a calculatorului. De fapt, privitul la televizor mai mult de două ore pe zi este în strânsă corelație cu excesul de greutate și obezitatea. Alte motive pentru sedentarism sunt:

majoritatea persoanelor prefera să circule cu autovehicule decât pe jos;

din cauza tehnologiei avansate sunt din ce în ce mai multe cerințe fizice la serviciu și acasă;

lipsa orelor suficiente de educație fizică în școli;

Persoanele inactive au șanse mai mari să devină obeze deoarece nu ard toate caloriile preluate din alimente. Un stil de viață inactiv determină, de asemenea, creșterea riscului de boli coronariene, hipertensiune arterială, cancer de colon, precum și alte probleme de sănătate (www.nhlbi.nih.gov).

Mediul

Mediul nostru nu susține obiceiurile unui stil de viață sănătos. De fapt, acesta încurajează obezitatea, iar motivele sunt:

lipsa zonelor de recreere, a parcurilor, a sălilor de sport accesibile, ii face pe oameni să fie inactivi;

programul încărcat de la lucru: oamenii se plâng adesea că nu au timp să facă sport din cauza programului lung de la serviciu și a timpului petrecut cu naveta;

porțiile de mâncare supradimensionate: consumul unor cantități mari de mâncare la restaurante, fast-food-uri, sau chiar la domiciliu va provoca în timp creșterea în greutate, dacă acest consum nu este echilibrat cu activitatea fizică;

lipsa accesului la alimentele sănătoase: unele persoane nu locuiesc în apropierea supermarket-urilor sau a piețelor ce comercializează alimente sănătoase, cum sunt fructele și legumele proaspete, iar pentru alte persoane, aceste alimente pot fi prea costisitoare;

publicitatea alimentară excesivă. În ziua de astăzi suntem înconjurați de reclame ale companiilor de produse alimentare. De cele mai multe ori, copiii sunt țintele pentru reclamele produselor cu un conținut ridicat de calorii, cum sunt gustările bogate în grăsimi și băuturile dulci. Scopul acestei publicități excesive este de a influența oamenii să cumpere aceste produse hipercalorice, iar de cele mai multe ori o fac (www.mayoclinic.org).

Starea de sănătate

Unele probleme hormonale, cum sunt scăderea funcției tiroidiene (hipotiroidism), Sindromul Cushing și Sindromul ovarului polichistic, pot duce conduce la un exces de greutate și chiar la obezitate.

Hipotiroidismul este o afecțiune în care glanda tiroidă nu produce o cantitate suficientă de hormoni tiroidieni. Lipsa lor încetinește metabolismul și produce oboseală și creștere excesivă în greutate.

Sindromul Cushing este o afecțiune în care glandele suprarenale produc prea mult cortizol. Acest sindrom se poate de asemenea dezvolta și dacă o persoană ia doze mari de anumite medicamente, cum ar fi Prednison, pe perioade lungi de timp. Persoanele cu Sindrom Cushing au obezitate androidă, fața rotunjită, grăsime în jurul gâtului, iar brațele și picioarele sunt subțiri.

Sindromul ovarului polichistic afectează 5-10% din femeile cu vârsta fertilă. Femeile care suferă de această afecțiune sunt în general obeze, au pilozitate excesivă, au atât probleme ale sistemului reproducător, cât și alte probleme de sănătate. Acestea sunt cauzate de un nivel ridicat de hormoni androgeni (www.mayoclinic.org).

Medicamentele

Anumite medicamente, cum ar fi corticosteroizii și antidepresivele, pot duce la creșterea în greutate. Aceste medicamente pot încetini rata de ardere a caloriilor, pot stimula apetitul sau pot determina retenția de apă. Toți acești factori conduc la creșterea în greutate (www.nhs.uk).

Factorii emoționali

Unele persoane au tendința de a mânca mai mult atunci când sunt plictisite, supărate sau stresate. În timp, supraalimentația va duce la creșterea în greutate și ulterior la obezitate (www.nhlbi.nih.gov).

Fumatul

Unele persoane au tendința de a se îngrășa în momentul în care renunță la fumat. Unul dintre motive este faptul că, după renunțarea la fumat, alimentele au un miros și un gust mai bun. Alt motiv este acela că nicotina crește rata la care organismul arde caloriile, așa că în momentul renunțării la fumat, corpul va arde mai puține calorii. Cu toate acestea, fumatul este foarte periculos pentru sănătate și renunțarea la acest obicei nesănătos este mult mai importantă decât eventuala creștere în greutate (www.nhlbi.nih.gov).

Vârsta

Pe măsură ce corpul îmbătrânește, are loc pierderea masei musculare, mai ales la persoanele inactive. Această pierdere poate încetini ritmul în care corpul arde calorii. Dacă pe măsură ce îmbătrânim nu reducem aportul caloric, vom avea tendința de a ne îngrășa. La femei, menopauza joacă un rol important. Multe femei iau aproximativ 5 kg în greutate în timpul menopauzei și au mai mult țesut adipos dispus în jurul taliei (www.healthcommunities.com).

Sarcina

În timpul sarcinii, femeile iau în greutate pentru a sprijini creșterea și dezvoltarea copiilor lor. După naștere, unele femei întâmpină probleme în pierderea kilogramelor acumulate în perioada sarcinii. Acest lucru poate conduce la obezitate, mai ales după sarcini succesive (www.healthcommunities.com).

Lipsa somnului

Cercetările arată că lipsa de somn crește riscul apariției obezității. Persoanele care dorm puține ore par să prefere consumul alimentelor mai bogate în carbohidrați, hipercalorice, care conduc la creșterea în greutate și ulterior la obezitate.

Somnul ajută la menținerea unui echilibru al hormonilor care ne fac să ne fie foame (ghrelina) sau să ne simțim sătui (leptina). În momentul în care nu dormim suficient, nivelul de ghelină crește, în timp ce nivelul de leptină scade. Lipsa de somn afectează și modul în care corpul reacționează la insulină, hormonul care controlează nivelul glucozei. Lipsa de somn duce la creșterea nivelului de glucoză din sânge, ceea ce crește riscul de apariție a diabetului zaharat (www.nhlbi.nih.gov).

Factorii genetici implicați în obezitate

Genele și istoricul familial

Studiile pe gemeni monozigoți care au fost separați la naștere au arătat că genele au o influență puternică asupra greutății corporale. Șansele pentru ca o persoană să fie supraponderală sau obeză sunt mai mari în cazul în care unul sau ambii părinți suferă de obezitate. Genele de asemenea pot determina distribuția excesului de țesut adipos. Deoarece în general familiile împărtășesc aceleași obiceiuri alimentare și fizice, există o legătură între gene și mediul înconjurător. Copiii adoptă obiceiurile părinților lor. Un copil care are ambii părinți supraponderali, consumatori de alimente hipercalorice și care au un stil de viață inactiv, va deveni și el supraponderal. Cu toate acestea, în cazul în care familia adoptă obiceiuri alimentare și fizice sănătoase, șansa copilului de a fi supraponderal sau obez este redusă (European Journal of Endocrinology, 2014)

Fiind o boală poligenică și multifactorială, factorii de risc genetici în apariția obezității sunt reprezentați de mutații în mai multe gene din genomul uman. Principale gene implicate în obezitate sunt:

FTO ( fat mass and obesity associated );

LEP ( leptin );

LEPR (leptin receptor);

GHRL ( ghrelin/ obestatin prepropeptide );

APOE ( apolipoprotein );

INS ( insulin );

IGF1 ( insulin-like growth factor 1);

LPL ( lipoprotein lipase);

AOMS1, AOMS2 (abdominal obesity – metabolic syndrome QTL1, QTL2 );

ADIRF ( adipogenesis regulatory factor);

LIPE ( lipase, homone sensitive ).

FTO (fat mass and obesity associated)

Localizare: 16q12.2 (Fig.2).

Această genă codifică pentru o proteină nucleară, dar funcția fiziologică exactă a acestei gene nu este încă cunoscută. Face parte din categoria enzimelor de fier non-hem. Alte enzime de fier non-hem funcționează pentru a repara daunele ADN și ARN alchilate de demetilarea oxidativă. Studiile efectuate pe șoareci și pe om indică un rol în sistemul cardiovascular și nervos, dar și o asociere puternică cu indicele de masă corporală, riscul de obezitate și diabetul zaharat de tip 2 (www.ncbi.nlm.nih.gov).

Figura 2. Localizarea genei FTO pe cromozomul 16

(după http://ghr.nlm.nih.gov/gene/FTO)

Variația necodificatoare in SNP-uri (Single Nucleotide Polymorphism) dintr-o regiune de 47kb cu un dezechilibru mare de linkage în intronii 1 și 2 ai genei FTO rămâne cea mai puternică asociere genetică cu riscul obezității poligenice la om. (Dina C. și colab., 2007).

Indivizii homozigoți pentru alelele de risc ale SNP-urilor asociate obezității cântăresc aproximativ cu 3 kg mai mult decât indivizii homozigoți pentru alelele non-risc, subliniind impactul fenotipic semnificativ dintre aceste variante comune. Mai multe studii au dovedit faptul că gena FTO controlează compoziția și masa corporală. Enhancerii din intronii genei FTO asociată cu obezitatea sunt legați de reglarea exprimării genei (Frayling T.M. și colab., 2007).

GHRL ( ghrelin/ obestatin prepropeptide )

Localizare: 3p26-p25 (Fig. 3).

Această genă codifică preproproteina ghrelină-obestatină, care este scindată pentru a se obține două peptide, ghrelină și obestatină. Ghrelina este un puternic stimulent al apetitului și joacă un rol important în homeostazia energetică. Secreția sa este inițiată în momentul în care stomacul este gol, după care se leagă de receptorul hormonului de creștere în hipotalamus, iar activarea receptorului are ca rezultat secreția hormonului de creștere (somatotropina). Ghrelina reglementează activități multiple, cum sunt: foamea, percepția recompensei prin calea mezolimbică, secreția gastrică acidă, motilitatea gastrointestinală, și secreția pancreatică de insulină stimulată de glucoză. Inițial s-a afirmat că obestatina joacă un rol opus de ghrelină prin promovarea sațietății, diminuând astfel ingestia de alimente, dar această acțiune este încă dezbătută. Rapoartele recente sugerează multiple roluri metabolice ale obestatinei, inclusiv reglarea funcției adipocitare și metabolismul glucozei. (Kasacka A. și colab., 2014).

Figura. 3. Localizarea genei GHRL pe cromozomul 3

(după http://ghr.nlm.nih.gov/gene/GHRL)

APOE (apolipoprotein)

Localizare: 19q13.2 (Fig. 4)

Gena APOE codifică pentru apolipoproteina E. Această proteină se combină cu grăsimi (lipide) în organism pentru a forma molecule numite lipoproteine. Lipoproteinele sunt responsabile pentru împachetarea colesterolului și alte grăsimi și transportul acestora prin vasele de sânge. Apolipoproteina E este o componentă majoră a unui tip specific de lipoproteine numite lipoproteine de foarte joasă densitate (VLDLs – very low-density lipoproteins). Acestea elimină excesul de colesterol din sânge și îl transportă la ficat pentru a fi procesat.

Menținerea nivelurilor normale de colesterol este esențială pentru prevenirea tulburărilor care afectează inima și vasele de sânge (boli cardiovasculare), inclusiv infarct miocardic și accident vascular cerebral. Există cel puțin trei variante ușor diferite (alele) ale genei APOE. Principalele alele sunt numite e2, e3, și e4. Cea mai comună alelă este E3, care se găsește in mai mult de jumătate din populația generală (www. ghr.nlm.nih.gov).

Figura 4. Localizarea genei APOE pe cromozomul 19

(după http://ghr.nlm.nih.gov/gene/APOE)

INS (insulin)

Localizare: 11p15.5 (Fig. 5)

Gena INS codifică pentru insulină, care este necesară pentru controlul nivelurilor de glucoză din sânge. Glucoza este un zahar simplu și sursa de energie primară pentru majoritatea celulelor din organism. Insulina este produsă într-o formă precursoare numită proinsulină, care este formată dintr-un singur lanț de proteine. Lanțul de proinsulină este clivat pentru a forma bucăți individuale numit lanțurile A și B, care sunt unite între ele prin conexiuni numite punți disulfidice pentru a forma insulina (www.ghr.nlm.nih.gov).

Cel puțin 10 mutații ale genei INS au fost identificate la persoanele cu diabet zaharat permanent neonatal. Aceste persoane au o greutate mică la naștere și vor dezvolta creșterea nivelului de glucoză din sânge (hiperglicemie) în primele 6 luni de viață.

Mutațiile genei INS care determină diabetul zaharat permanent neonatal produc în general înlocuirea unui singur aminoacid din secvența proteică. Aceste mutații perturbă scindarea lanțului proinsulinei sau legarea lanțurilor A și B pentru a forma insulina, ceea ce conduce la modificarea glucozei din sânge. Mutații în gena INS pot de asemenea cauza tulburări în producerea de insulină și modificări ale nivelului de zahăr din sânge. Unele persoane cu mutații în gena INS au un nivel crescut de proinsulină în sânge (hiperproinsulinemie) și prezintă modificări ale nivelului de zahăr din sânge. Mutațiile în gena INS sunt de asemenea asociate cu o tulburare numită diabetul MODY (Maturity-Onset Diabetes of the Young). Acest termen se referă la forme ereditare relativ ușoare de diabet zaharat, cauzat de mutații în gene unice.

Figura 5. Localizarea genei INS pe cromozomul 11

(după http://ghr.nlm.nih.gov/gene/INS)

LPL (lipoprotein lipase)

Localizare: 8p22 (Fig. 6).

Gena LPL codifică pentru enzima numită protein lipază. Această enzimă se găsește la suprafața capilarelor din mușchi și în țesutul adipos. Lipoprotein lipaza joacă un rol critic îm scindarea grăsimii în trigliceride, care sunt transportate din diferite organe în sânge de molecule numite lipoproteine. Enyima descompune trigliceridele transportate de două tipuri de lipoproteine, care aduc grăsimea în rețeaua sangvină de la diferite organe. Grăsimea din intestin, care este preluată din dieta alimentară, este transportată în sânge de lipoproteine numite chilomicroni. Un alt tip de lipoproteine, numit lipoproteine de densitate foarte joasă (VLDLs – Very Low Density Lipoproteins) transportă trigliceridele de la ficat în vasele de sânge. După ce lipoprotein lipaza descompune trigliceridele, moleculele de grăsime sunt utilizate ca energie sau sunt stocate în țesutul gras pentru a fi ulterior folosite. (www.ghr.nlm.nih.gov).

Mai mult de 220 de mutații în gena LPL cauzează deficiențe ale lipoprotein lipazei. Acest lucru poate cauza o creștere a cantității de grăsime din organism. Cea mai comună mutație întâlnită la persoanele de origine europeană este o înlocuire în enzimă în poziția 188 a aminoacidului glicină cu aminoacidul acid glutamic. Mutațiile care produc deficiențe ale lipoprotein lipazei reduc sau elimină activitatea enzimei. Ca rezultat, trigliceridele atașate de lipoproteine se acumulează în sânge și în țesuturi, producând inflamația pancreasului (pancreatită), creșterea ficatului și a splinei (hepatosplenomegalie), depunerea grăsimii în piele și acumularea excesivă a țesutului gras în organism (Ranganathan și colab., 2006).

Figura 6. Localizarea genei LPL pe cromozomul 8

(după http://ghr.nlm.nih.gov/gene/LPL)

LEP (leptin)

Localizare: 7q31.3 (Fig. 7).

Gena LEP codifică pentru un hormon numit leptină, care este implicat în reglarea greutății corporale. În mod normal, celulele țesutului adipos eliberează o cantitate de leptină proporțională cu mărimea lor. Pe măsură ce grăsimea se acumulează în celule, se produce mai multă leptină. Această creștere a leptinei indică o creștere a nivelului de țesut gras. Leptina se leagă și activează receptorul pentru leptină, fixându-se la nivelul acestuia pe modelul „lacăt-cheie”. Receptorul pentru leptină se găsește pe suprafața celulelor din țesuturi și organe, inclusiv pe suprafața unor celule de la nivelul creierului – în hipotalamus. Hipotalamusul controlează senzațiile de foame și de sete, dar și alte funcții precum: somnul, starea de spirit și temperatura corpului. De asemenea reglează și eliberarea unor hormoni care au funcții în întreg organismul. În hipotalamus, reglarea leptinei de receptorul său declanșează o serie de semnale chimice, cu rol în producerea senzației de sațietate (www.ghr.nlm.nih.gov).

Mutațiile în gena LEP produc deficiențe congenitale ale leptinei. Cel puțin șapte mutații în gena LEP care produc deficiențe ale leptinei au fost identificate până în prezent. Deficitul de leptină este asociat cu foamea excesivă, creșterea masivă în greutate și scăderea producției de hormoni responsabili de dezvoltarea normală a organelor sexuale (hipogonadism hipogonadotropic) (Faroqi I.S. și colab., 2001).

Figura 7. Localizarea genei LEP pe cromozomul 7

(după www.ghr.nlm.nih.gov/gene/LEP)

Leptina 

Leptina este un hormon polipeptidic, care are o greutate moleculară de 16 kDa, ce joacă un rol important în reglarea aportului energetic, inclusiv apetitul și metabolismul (Fig. 8). Leptina reglează rezervele de țesut adipos din organism. Este sintetizată în principal de către adipocite.

Leptina acționează asupra receptorilor din hipotalamus, inhibând apetitul prin:

-contracararea efectelor neuropeptidului Y, care este un stimulent puternic al ingestiei de alimente;

-contracararea efectelor anandamidelor, care reprezintă un stimulent puternic al apetitului, care se leagă de receptorii pentru THC;

-stimularea sintezei de α-MSH, care inhibă apetitul.

Inhibarea poftei de mâncare produsă de leptină este pe termen lung, comparativ cu inhibarea rapidă a apetitului de colecistokinină (CCK) și suprimarea lentă a foamei dintre mese mediată de PYY3-36. Absența leptinei sau a receptorului specific pentru leptină, duce la ingestia necontrolată de alimente și, în final, obezitate (Zhang F. și colab., 1997).

Figura 8. Structura tridimensională a leptinei

(după www.en.wikipedia.org)

Tulburări produse de mutații ale genei LEP

Primele studii efectuate la persoanele obeze au arătat faptul că în țesutul adipos, concentrația ARNm pentru leptină și concentrația serică de leptină sunt foarte bine corelate cu masa de țesut gras din organism (Maffei și colab., 1995, Considine și colab., 1996).

În anul 1997 a fost studiat un caz deosebit din Marea Britanie. Este vorba de doi verișori obezi dintr-o familie cu un grad înalt de consangvinizare, cu origini Pakistaneze, la care au fost excluse toate cauzele endocrine ale apariției obezității. Ulterior, la acești copii a fost măsurată concentrația leptinei serice și s-a descoperit un nivel foarte scăzut al acesteia, în ciuda obezității severe. Acești verișori erau homozigoți pentru o mutație a genei LEP, care a dus la secreția unei proteine trunchiate (Montague și colab., 1997).

Analiza nivelului seric de leptină este un test util la pacienții cu obezitate severă cu debut precoce deoarece un nivel nedetectabil al leptinei serice este asociat cu o deficiență congenitală de leptină. Este de asemenea plauzibil și probabil ca mutații în gena LEP să ducă la sinteza unui hormon inactiv biologic, în ciuda aparenței unui nivel optim de leptină. Totuși, numărul pacienților care prezintă această anomalie este extraordinar de mic (Montague și colab., 1997).

Concentrațiile serice de leptină sunt corelate cu gradul de obezitate la pacienții cu deficit de LEPR (leptin receptor) iar concentrația serică crescută a leptinei nu este neapărat un indicator al deficitului de LEPR. (Farooqi și colab, 2007).

Totuși, la unii pacienți, mutațiile particulare care determină scindarea anormală a domeniului extracelular al LEPR sunt asociate cu un nivel semnificativ ridicat de leptină serică (Clement și colab., 1998; Lahlou și colab., 2000).

Fenotipurile clinice asociate cu leptina si LEPR sunt în mare parte similare. Pacienții prezintă o greutate normală la naștere, dar cresc rapid în greutate în primele luni de viață, ajungând la obezitate severă. De cele mai multe ori, pacienții prezintă cantități mari de grăsime subcutanată la nivelul trunchiului și a membrelor. În medie, procentul de grăsime corporală la homozigoții mutației în gena LEP este de 58%, comparativ cu persoanele obeze de aceeași vârstă, la care procentul este de 45% (Farooqui și colab., 2007).

Cea mai notabilă manifestare la acești pacienți este comportamentul hiperfagic excesiv. La copiii cu deficit de leptină s-au remarcat anomalii ale funcției și numărul de limfocite T, în concordanță cu rata ridicată de producere a infecției în perioada copilăriei, cât și o rată ridicată a mortalității din cauza infecțiilor (Ozata și colab., 1999).

MATERIALE ȘI METODE

I. Izolare și purificare ADN

I.1. Componentele ADN

Informația referitoare la dezvoltarea și funcțiile specifice ale celulelor și țesuturilor este stocată în gene. Genele sunt bucăți din materialul genetic (ADN) și sunt situate pe cromozomi, care se găsesc în nucleii celulelor.

Acizii nucleici sunt molecule complexe, polimerice. Există două tipuri de acizi nucleici:

ADN (acid deoxiribonucleic) localizat în principal în nucleul celulelor, dacă este individualizat (în cazul celulelor eucariote);

ARN (acid ribonucleic) prezent în principal în citoplasma celulelor, dar și în nucleu.

În ansamblu, acizii nucleici îndeplinesc două funcții biologice majore:

-transmit informația ereditară de la o generație la alta;

– conțin informația pentru obținerea de proteine specifice.

Monomerii acizilor nucleici sunt reprezentați de nucleotide iar din această cauză acizii nucleici se mai numesc și polinucleotide.

O nucleotidă este alcătuită dintr-o pentoză: D-riboză în ribonucleotide (monomeri ai ARN-ului) și D-deoxiriboză (monomeri ai AND-ului) (Fig. 9) și o bază azotată (adenină, timină, guanină, citozină pentru ADN și adenină, guanină, uracil și citozină pentru ARN) și un radical fosfat.

Figura 9. Pentozele din structura acizilor nucleici

(după Georgescu S. E. și Costache M., 2009)

Bazele azotate purinice sunt adenina și guanina iar bazele azotate pirimidinice sunt citozina, timina și uracilul. (Fig. 10). Nucleotidele sunt legate între ele prin legături chimice de tip covalent (legături fosfodiesterice).

Figura 10. Bazele azotate din structura acizilor nucleici

(Georgescu S. E. și Costache M., 2009)

Asemenea lanțuri de nucleotide, legate între ele prin legături fosfodiesterice, reprezintă structura primară a unui acid nucleic. Astfel de molecule sunt, deci, monocatenare.

Structura secundară bicatenară este dată de asamblarea celor două catene polinucleotidice sub forma unui dublu helix cu diametrul de 2 nm și spira de 3,4 nm, fiecare spiră a dublului helix cuprinzând 10 nucleotide. Lanțurile polinucleotidice sunt antiparalele, legăturile fosfodiesterice fiind realizate pe primul lanț între C3 al deoxiribozei unei nucleotide și C5 al nucleotidei următoare, iar la nivelul celuilalt lanț legăturile fosfodiesterice sunt realizate invers: C5 – C3.

Starea nativă a ADN-ului este aceea de macromoleculă bicatenară. (Fig. 11). Descifrarea structurii bicatenare a ADN-ului s-a realizat ca urmare a cercetărilor cu ajutorul metodelor precum: rezonanța magnetică nucleară , spectrofotometria, cromatografia, electroforeza, iar dintre toate, difracția în raze X a oferit cele mai sigure și neechivoce rezultate.

Macromolecula de ADN are o structură inertă din punct de vedere chimic, grupările reactive fiind situate în centrul helixului și inactivate prin legăturile de hidrogen. Perechile de baze azotate sunt consolidate în interior prin forțe de stivuire iar la exterior sunt protejate de un înveliș fosfoglucidic.

Figura 11. Structura secundară a AND-ului

(după Eberhard Passarge, 2001)

Aceste caracteristici fac din ADN o moleculă mai rezistentă față de celelalte componente celulare iar ADN-ul genomic uman poate fi analizalt din probe de sânge, sânge uscat, salivă, oase, resturi biologice, chiar și bucăți de țesut foarte vechi (mumii), dar mai poate fi analizat și după o lungă perioadă de timp după ce a fost izolat, cu condiția ca acesta să fie bine conservat.

În forma dublu catenară, ADN-ul este mult mai puțin flexibil decât în forma monocatenară, datorită forțelor de stivuire dintre perechile de baze azotate purinice și pirimidinice și forțelor de respingere dintre grupările fosfat.

Din punct de vedere fizic, ADN-ul este fragil, fiind vulnerabil la forțele hidrodinamice de tăiere. În timpul procedurilor de izolare, fluxul hidrodinamic rezultat prin agitare sau pipetare generează curenți care pot tăia ambele catene de ADN, rezultând ADN genomic în forma fragmentată – fragmente cu lungimi care variază între 100 kb si 150 kb, ce pot fi utilizate în continuare pentru diverse analize.

Metoda clasică de izolare ADN implică digestia celulelor sau a țesuturilor cu proteinaza K, în prezența EDTA, care are rolul de a lega cationii bivalenți și de a inhiba acțiunea DNA-zelor. Ulterior are loc solubilizarea membranelor și denaturarea proteinelor cu detergenți de tipul SDS. Acizii nucleici sunt apoi purificați prin extracții cu solvenți organici iar ARN-ul contaminant este eliminat prin digestia cu RNA-ze.

Izolarea și purificarea acizilor nucleici este prima etapă care stă la baza tuturor studiilor de genetică moleculară. Procedeele de izolare a acizilor nucleici diferă în funcție de diversitatea probelor biologice utilizate, dar și în funcție de scopul urmărit, adică de tipul de acid nucleic pe care în extragem sau separăm de ceilalți constituenți organici ai probei.

I.2. Materialul biologic utilizat este sângele perifieric.

În studiile de genetică moleculară, sursa majoră de ADN este reprezentată de leucocitele sangvine ( 1-10% din totalul celulelor sangvine). Pornind de la câțiva mililitri de sânge prelevat pe anticoagluant, se pot obține câteva sute de micrograme de ADN sub formă de fragmente cu lungimi mai mari de 20 kb, ceea ce este suficient din punct de vedere calitativ și cantitativ pentru studiile moleculare. Probele se pot conserva pe o perioadă limitată de timp prin congelare la o temperatură de -20°C sau la -80°C pentru mai multe luni. Este estențial ca toate etapele să se realizeze steril și decongelarea să fie făcută înainte de a începe extracția.

I.3. Etape comune în izolarea și purificarea ADN

a. Liza celulară

Studiile de genetică moleculară au arătat faptul că orice celulă nucleată poate fi folosită ca sursă pentru ADN. Încă de la descoperirea acizilor nucleici de către Fr. Miescher în anul 1868, s-a putut constata că ei pot fi eliberați prin liza celulară.

Tehnicile de izolare ADN au ca primă etapă chiar liza celulară, etapă ce poate fi efectuată pe cale mecanică (mojarare), fizică (ultrasonicare), chimică (tratare cu SDS, Nonidet, Triton X) sau enzimatică (proteinaza K, lizozim). Când o celulă este supusă lizei, crește vulnerabilitatea macromoleculei de ADN datorită nucleazelor endogene eliberate care realizează digestia enzimatică. Se utilizează astfel enzime care au rolul de a distruge DNA-zele și RNA-zele eliberate prin liza celulară, pentru a evita distrugerea enzimatică a ADN-ului.

b. Deproteinizarea

Înlăturarea prin precipitare a proteinelor și a resturilor celulare se realizează prin tratamente chimice și centrifugare. În general, înlăturarea resturilor celulare din soluțiile de acizi nucleici se realizează prin extracția fenolică. În acest caz, deproteinizarea este eficientă, însă fenolul nu inhibă complet activitatea RNA-zelor și este solvent pentru moleculele de ARN. Depașirea acestor dificultăți se face prin adăugarea CIA (cloroform : alcool izoamilic) care stabilizează faza organică dintre cele două faze lichide.

c. Extracția ADN

Principalele tipuri de extracții sunt:

Extracția fenolică: fenolul este un deproteinizant puternic în care acizii nucleici nu sunt solubili. Fenolul trebuie să fie perfect pur și distilat, calitatea lui fiind foarte importantă.

Extracția cu cloroform: completează întotdeauna o extracție fenolică și permite înlăturarea urmelor de fenol.

Extracția cu izobutanol: are două efecte – extrage moleculele organice (cum ar fi bromura de etidiu) și concentrează de 10-100 de ori o soluție de acizi nucleici.

d. Precipitarea ADN

Precipitare cu alcool etilic

Trebuie efectuată la o înaltă forță ionică. În aceste condiții, acizii nucleici sunt total precipitați. Pentru concentrații scăzute de ADN (˂50μg/ml) , timpul de precipitare trebuie să fie foarte lung (mai mult de 10 ore). Alcoolul trebuie să fie foarte rece (între -20°C și -70°C), deoarece precipitările sunt accelerate prin răcire. Precipitatul se recuperează prin centrifugare.

Precipitare cu izopropanol

Funcționează după același principiu ca și precipitarea cu alcool etilic, însă precipitarea se face volum la volum iar fragmentele mici, chiar la concentrație mare, nu sunt precipitate, ceea ce permite eliminarea lor.

După ambele tipuri de precipitare, precipitatul se spală cu etanol 70% pentru îndepărtarea urmelor de izopropanol, după care se usucă.

ADN-ul obținut se resuspendă în TE (Tris 10 mM și EDTA 1 mM) și se poate conserva la 4°C. De preferat este să nu se congeleze ADN-ul genomic, deoarece congelarea și decongelarea provoacă rupturi mecanice.

II. Reacția de polimerizare în lanț (PCR)

II.1. Generalități

Reacția PCR (Polymerase Chain Reaction = Reacție de Polimerizare în Lanț)