V. KOTRBÁČEK
Ústav fyziologie Veterinární a farmaceutické univerzity Brno
Veterinářství 2007;5736:38.
SOUHRN
Kotrbáček V. Příjem krmiva – jedna z nejkomplexněji regulovaných funkcí v organizmu.
Nejvyšším regulátorem příjmu potravy je hypotalamus s ventromediálně uloženými jádry – centry sytosti a laterálně ležícím seskupením neuronů považovaným za centrum hladu. Obě centra dostávají informace z periferie, zejména o náplni gastrointestinálního traktu (GIT), hladině metabolitů ve vnitřním prostředí, intenzitě trávicích procesů apod. Informace jsou zprostředkovány bloudivým nervem a četnými hormony. Jedním z významných regulátorů je nedávno objevený peptid ghrelin, označovaný jako hormon hladu. Je produkovaný buňkami žaludku monogastrů a prostřednictvím neuropeptidu Y zvyšuje množství přijatého krmiva. Podílí se především na kontrole denního konzumu. Hormon sytosti – leptin produkovaný adipocyty, kontroluje příjem krmiva dlouhodobě.
V závislosti na obsahu tukové tkáně v těle působí pokles konzumu. Náplň žaludku u monogastrů a předžaludku u přežvýkavců, rovněž ovlivňuje centrum sytosti. Stimulace přichází z mechanoreceptorů uložených ve stěně GIT a také prostřednictvím hormonů GIT. Významnou regulační roli hraje i koncentrace metabolitů v krvi především glukóza (u přežvýkavců těkavé mastné kyseliny), dále aminokyseliny a mastné kyseliny.
SUMMARY
Kotrbáček V. Food intake – one of the most completely regulated functions in an organism.
The highest regulator of food intake is the hypothalamus with ventromedially placed nuclei – the centres of a satiety and laterally arranged neurones regarded as a hungry centre. Both centres gain information from periphery, especially on gastrointestinal tract (GIT) fullness, metabolites level in the internal environment, intensity of digestive process etc. Information is transmitted by n. vagus and several hormones. One of the important regulator peptide ghrelin, so called hungry hormone, has been discovered recently. This hormone is produced by the gastric cells of non-ruminant animals and through neuropeptide Y enhances amount of food intake. Hormone of the satiety – leptin, produced by adipocytes, controls in the long term food intake.
Leptin decreases food intake in coincidence with fat tissue contents. Stomach contents in non-ruminant animals and fore-stomach in ruminants also influence the centre of satiety. Stimulation comes from the mechanoreceptors placed in the gastrointestinal wall and also from GIT hormones. Meaningful regulatory role also plays concentration of metabolites in blood, especially glucose (in ruminants volatile fatty acids), amino acids and fatty acids.
Centrální regulátor – hypotalamus
Příjem krmiva je komplexně řízený proces. Jeho centrum leží, obdobně jako v případě regulace tělesné teploty, v hypotalamu. Na rozdíl od tělesné teploty, kde je striktně dán tzv. set point, neboli bod nastavení a příjem potravy podléhá značným krátkodobým výkyvům. Dlouhodobě je však celková energetická bilance a s ní i hmotnost dospělého a zdravého jedince udržována na překvapivě stabilní úrovni.1
Schéma 1 uvádí vstupní informace, které centrální regulátor v jeho činnosti ovlivňují. Je třeba říci, že jde o starší koncept opírající se o existenci dvou seskupení neuronů v hypotalamu, ventromediálně uloženého centra sytosti a laterálně centra hladu. K těmto tzv. jádrům se pak sbíhají informace o momentálním i dlouhodobém nutričním stavu organizmu, náplni trávicího traktu (GIT), procesu trávení, hladině metabolitů ve vnitřním prostředí apod. Poté co jsou vstupní informace složitě integrovány, dojde k aktivaci jednoho či druhého centra a jedinec má buď pocit hladu či sytosti. O tom, že nejde jen o hypotézu svědčí skutečnost, že drážděním či lézemi jmenovaných jader lze navodit obdobné situace. Pokusní jedinci s rozrušeným centrem hladu potravu přestanou přijímat, zatímco jedinci s lézemi centra sytosti konzumují krmivo neustále. I když je dnes známo, že kromě hypotalamu jsou do regulace příjmu krmiva zapojeny i další struktury CNS,2 hypotalamus je stále považován za ústřední regulátor této funkce.
Hormon hladu – ghrelin
Podle nových poznatků je pocit hladu spojený s aktivitou neuronů laterálního hypotalamu dáván do souvislosti s nedávno objeveným hormonem ghrelinem.3,4 Jde o peptid produkovaný hlavně buňkami fundální části žaludeční sliznice. Produkce ghrelinu se zvyšuje před příjmem potravy a prostřednictvím neuropeptidu Y, jako mediátoru, aktivuje tento hormon centrum hladu.5,6
Vzestup plazmatické hladiny ghrelinu vede nejen k zahájení konzumu potravy, ale určuje i její přijaté množství. Ghrelin injikovaný pokusným králíkům vedl k vzestupu konzumu krmiva s následným růstem tukové tkáně.7 V posledních pěti letech se nahromadily další důkazy o tom, že ghrelin si svůj název hormon hladu opravdu zaslouží. Není bez zajímavosti, že pojmenování bylo odvozeno z anglického slova growth, tedy růst. Jedním z dalších jeho účinků je stimulace sekrece růstového hormonu. Jestliže se sečtou účinky obou hormonů je zřejmé, že zejména pro mladý, rostoucí organizmus je výsledný anabolický efekt velmi žádoucí.
Náplň GIT i jeho hormony přispívají k pocitu sytosti
Ze schématu 1 vyplývá, že po příjmu krmiva jsou do regulace zapojovány gastrointestinální a metabolické mechanizmy. Roztažení stěn žaludku a jeho náplň je prvním významným stimulem eliminujícím tzv. hladové kontrakce. Mechanoreceptory ve stěně žaludku tuto změnu registrují a prostřednictvím nervu vagu ji předávají jako významný signál do centra sytosti. Voluminózní krmivo nebo krmivo, které se trávicím traktem pasážuje pomaleji, má proto výraznější sytostní účinek. Tento mechanismus se uplatňuje zejména u přežvýkavců (existence ghrelinu u nich nebyla dosud prokázána), a to aktivací mechanoreceptorů nacházejících se ve stěně čepce a bachoru.9 Po náplni žaludku dostává mediální hypotalamus další informace prostřednictvím řady gastrointestinálních hormonů. V souvislosti s trávením přijaté potravy a její pasáží do střeva je vylučován cholecystokinin (CCK), někdy označovaný také jako hormon sytosti. I když se jeho hlavní role týká stimulace tvorby trávicích enzymů, aktivace centra sytosti byla u něho rovněž prokázána. Jeho sekrece je spouštěna při dosažení určité náplně žaludku. Obdobný účinek je přisuzován řadě peptidů GIT a také pankreatickým hormonům – glukagonu, somatostatinu a inzulinu. Inzulin přitom může příjem krmiva nejen snižovat, ale i zvyšovat a to v případě, že vyvolá hypoglykémii. Mechanizmus účinku zmíněných hormonů zřejmě spočívá v ovlivňování hladiny glukózy v krvi. Uvažuje se také o stimulaci syntézy sytostních neuropeptidů v CNS.
Hlad jako důsledek nízké glykémie?
Hodně pozornosti bylo od 50. let minulého století věnováno vztahu mezi příjmem potravy a hladinou metabolitů v krvi. Zjistilo se, že zvířata přijímají potravu v úzké závislosti na hladině krevní glukózy. Tato tzv. glukostatická teorie, vyšla z poznatků, že pokles glukózy v krvi, na který jsou buňky CNS zvlášť citlivé, příjem potravy stimuluje. Vysoká hladina plazmatické glukózy má naopak sytostní charakter. Tyto závislosti byly na mnoha druzích zvířat potvrzeny. Ústav fyziologie VFU v Brně k objasnění zmíněných vztahů rovněž přispěl. Četné pokusy prokázaly, že například u selat není glukostatická regulace příjmu krmiva po narození rozvinuta. Selata v prvých dnech života regulují spíše objem přijímané diety a teprve později postupně zapojují jemnější regulační mechanizmy, jakým je i zmíněný glukostat.3,4 Současně s důkazy o platnosti glukostatické teorie se ukázalo, že podobný vztah, i když ne tak výrazný, platí mezi příjmem potravy a hladinou aminokyselin ve vnitřním prostředí (aminostatické teorie) a také mastných kyselin (lipostatická teorie). V tomto výčtu by neměla chybět ani teorie termostatická, zdůrazňující fakt, že každý příjem potravy je spojen s uvolněním části její energie ve formě tepla. Jde o tzv. specifický dynamický účinek potravy, který v určitých situacích může přispět ke zvyšování teploty těla. Tomu pak organismus předchází snižováním konzumu krmiva, např. během horkých letních dnů, v nevětraných objektech apod.
Těkavé mastné kyseliny místo glukózy
Jestliže u monogastrů byla závislost mezi hladinou glukózy v krvi a příjmem krmiva prokázána, u přežvýkavců tento vztah prokázán nebyl. Souvisí to s faktem, že u těchto zvířat je glukozémie trvale nízká. Glukóza jako regulátor se proto uplatnit nemůže. Její roli zastupují produkty bachorové fermentace – těkavé mastné kyseliny.8 Nepřekvapuje proto, že jsou do regulace konzumu potravy zapojené. Například infuze kyseliny octové do bachoru vede k redukci příjmu krmiva.9 Nejde přitom o specifický vliv této kyseliny. Příčinou je vzestup osmolality bachorové tekutiny, což dokládá účast osmoreceptorů na této regulaci. Obdobnou roli mají receptory aktivované poklesem pH. Bouřlivě probíhající fermentace vedoucí k poklesu pH a zejména produkce ketolátek vede k inhibici motoriky předžaludku, a následně i k poklesu příjmu krmiva. Z produktů fermentového trávení, které se dostávají do krve, má podstatnější vliv na příjem potravy pouze hladina kyseliny propionové. Je to v souladu s její glukoneogenetickou funkcí, tj. s přeměnou propionátu na glukózu. Předpokládá se existence jaterních glukoreceptorů, které uvedené metabolické změny registrují a mohou příjem krmiva inhibovat.9 Lipostatická teorie příjmu krmiva u přežvýkavců, jak je popisována u monogastrů, nehraje významnější roli. K inhibici příjmu potravy může přesto vést zvýšená oxidace tukových rezerv u vysokoprodukčních dojnic v první třetině laktace. Při současně zvýšené tvorbě apetit tlumících ketolátek konzum krmiva klesá. To přispívá k negativní energetické bilanci těchto jedinců.
Leptin – hormon sytosti
Z uvedeného jednoznačně vyplývá, že údaje které jsou přenášeny do CNS jsou velmi komplexní. Ty, které byly uvedeny se většinou týkají krátkodobé (denní) regulace příjmu potravy. Organismus má však i mechanismy dlouhodobé regulace, což dokazují výzkumy posledních deseti let. K pochopení jejího principu přispěl v roce 1995 objev hormonu sytosti – leptinu, peptidu tvořeného tukovými buňkami. Čím více je tukové tkáně, tím je produkce tohoto hormonu vyšší a jeho účinkem pak dochází k potlačení apetitu.10,11 Jedná se vlastně o jakési dvojče ghrelinu. Organizmus tímto mechanizmem kontroluje úroveň svých energetických zásob a tím i hmotnost. Záhy se však zjistilo, že i fyziologická produkce leptinu ještě nezaručuje jeho regulační roli. Příčinou bývá rezistence buněk k účinkům tohoto peptidu, respektive nedostatek leptinových receptorů na membránách cílových buněk. Leptin, obdobně jako ghrelin, působí na centra sytosti prostřednictvím četných neurotransmiterů. Z nich mnohé jsou známé hypofyzární hormony nebo jejich prekurzory, jako proopiomelanokortin (POMC) a z něho se odvozující α – melanocyty stimulující hormon (α-MSH) a další. Také zvýšená produkce hypotalamického kortikoliberinu (CRH) může příjem potravy utlumit. To vysvětluje pokles hmotnosti při dlouhodobě působícím stresu. Dobře známý je též pokles apetitu v nemoci. Jde o součást obecné obrany organizmu na infekci, provázené vzestupem cytokinů, látek s mnoha účinky a produkovaných makrofágy, epitelovými a dalšími buňkami. Tyto produkty, např. interleukin 1 (IL 1) tumornekrotizující faktor (TNFγ) a interferon (Ifγ) působí anorekticky, tj. útlumově na centrum hladu.9 Mechanismus, jakým působí, jsou opět změny v produkci neuropeptidů a neurotransmiterů v hypotalamu.
Z uvedených údajů o regulaci příjmu potravy vyplývá, že přes četnost i různorodost vstupních informací je většina z nich v CNS převedena na tvorbu aktivačních či inhibičních neuropeptidů (neurotransmiterů). To je také důvod, proč nelze cestou trávicího traktu tyto látky podávat, a systém jednoduše ovlivňovat. Co však chovatel ovlivňovat může, je výběr takových jedinců, u kterých je konzum krmiva a následná konverze přijaté energie do produktů vysoká a geneticky fixovaná.
Literatura:
1. Ganong W. F. Review of Medical Physiology. 20th Ed., Lange Med. Books; New York, 2001:870.
2. Faulconbridge F., Cummings D. E., Kaplan J. M., Grill H. J. Hyperphagic effects of brainstem ghrelin administration. Diabetes 2003;52:2260-2265.
3. Kojima M., Hosoda H., Date Y., Nakazato M., Matsuo H., Kangawa K. Ghrelin is a GH – releasing acylated peptide from stomach. Nature1999;402:656-660.
4. Nakazato M., Murakami N., Date Y., Kojima M., Matsuo H., Kangawa K., Matsukuva . A role for ghrelin in the central regulation of feeding. Nature 2001;409:194-198.
5. Cummings D. E., Pernell J. Q., Frayo R. S., Smidova K. A preprandial rise in plasma ghrelin levels suggest a role in meal initiation in humans. Diabetes 2001;50:1714-1719.
6. Williams D. L., Cummings D. E. Regulation of ghrelin in physiologic and pathophysiologic states. J Nutr 2005;135:1320-1325.
7. Tschop M., Smiley D. L., Heiman M. L. Ghrelin induces adiposity in rodents. Nature 2000;407:908-913.
8. Ruckebusch Y. et al. Physiology of small and large animals. B. C. Decker, Philadelphia 1991:672.
9. Engelhardt W., Breves G. Physiology der Haustiere. Stuttgart; Enke Verlag, 2005:682.
10. Friedman J., Hallaas J. Leptin and the regulation of body weight in mammals. Nature 1998;395:763-770.
11. Baldelli R., Dieguez C., Casanueva F. The role of leptin in reproduction: experimental and clinical aspects. Ann Med 2002;34:5-8.
Adresa autora:
Doc. Ing. Václav Kotrbáček, CSc.
Veterinární a farmaceutická univerzita Brno
Ústav fyziologie
Palackého 1 – 3
612 42 Brno
e-mail: kotrbacekv@vfu.cz
