¿Hasta qué punto es reversible la obesidad? (1/4)

the existence of an adipocytes-based autonomous cause for weight regain may be taken as an excuse to abandon measures needed to maintain the reduced weight. (ver)

Traducción muy muy muy libre: si los obesos se enteran de que hay una causa fisiológica para la recuperación del peso perdido, podrían aprovecharlo para dejar de seguir las actuales recomendaciones, que siempre han fracasado y para lo que hay una explicación, pero que sabemos necesarias para mantener el peso perdido. Los obesos tienen tan poca fuerza de voluntad que no se les puede contar que no tenemos ni idea de cómo tratar la obesidad, porque lo usarían como excusa para no seguir el tratamiento.

Quizá lo que voy a contar en esta entrada, en sus cuatro partes, pueda interpretarse como algo negativo o desesperanzador. No es mi intención que sea así. Fui obeso durante años. Llevo ya dos años y un par de meses manteniendo un estado físico envidiable. Como ex-obeso, el mensaje que yo extraigo de esta entrada no es pesimista: me motiva a seguir comiendo de forma saludable, pues entiendo que mi cuerpo, dada mi historia previa, quizá no puede permitirse los mismos deslices que una persona que nunca ha sido obesa. Además, lo que voy a contar me anima a no hacer “experimentos” que puedan hacerme engordar, aunque sea poco y transitoriamente. Nada bueno saldría de esa experiencia.

Si no has leído la entrada “Sensibilidad a la insulina y genética de la obesidad” de este blog, quizá sea conveniente que lo hagas antes de seguir.

peso

Allá voy.

Adipocyte Turnover: Relevance to Human Adipose Tissue Morphology

Hay una gráfica en este estudio cuyo análisis me parece interesante. Se representa, para 764 personas, el tamaño medio de los adipocitos frente a los kilos de grasa:

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En la figura he dibujado algunas rectas que pasan por el origen de coordenadas. Cada recta representa una cantidad concreta de adipocitos en el cuerpo. Habría infinitas rectas, aunque sólo he dibujado cuatro. La recta roja sería de la de las personas con menos adipocitos, la azul la de las personas con más adipocitos. Si en una persona cuyo punto está en la recta roja sus adipocitos se llenan de grasa, apenas engorda, porque tiene pocos adipocitos. Moverse hacia arriba en la recta roja sería engorde por hipertrofia pura; girar hacia la derecha, pasando a otras rectas, sería engordar por hiperplasia, siendo la recta azul la representante de la máxima hiperplasia: máximo número de adipocitos. Si en una persona cuyo dato está en la recta azul todos sus adipocitos engordan un poco, la persona engorda mucho. Nótese que la hiperplasia suele venir acompañada de un grado variable de hipertrofia (volumen celular).

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Supongamos que los datos de una persona están en un punto que pertenece a la recta roja. Si esa persona sube o baja de peso sin que cambie su número de adipocitos, lo que hace es moverse por la recta roja, sin salirse de ella: hacia arriba o hacia abajo.

Lo que vemos es que conforme las personas tienen más grasa, los puntos se ubican en rectas (hay que imaginarlas desde el punto en cuestión hasta el origen de coordenadas) que indican mayor número de adipocitos, es decir, se acercan a la recta azul y se alejan de la roja: mayor hiperplasia. Por ejemplo, para las personas que tienen 90 Kg de grasa corporal, su recta está en todos los casos entre la amarilla y la azul. Y además tienen bastante hipertrofia, pues sus células tienen un volumen elevado.

Si una persona adelgaza, lo que hace es moverse por su recta actual en dirección hacia el origen (al adelgazar no disminuye su número de adipocitos, sólo la cantidad de grasa almacenada en los mismos). Si, por ejemplo, una persona que está en la recta azul, adelgaza y consigue reducir el tamaño de sus adipocitos a 250 picolitros (representado en la gráfica anterior con la recta gris horizontal), todavía tendrá 40 Kg de grasa corporal. Una persona que siempre ha sido delgada que pertenece a la recta roja, con ese mismo tamaño medio de adipocitos tendría tan sólo 5 Kg de grasa corporal.

Otro ejemplo: supongamos que una persona tiene 10 Kg de grasa corporal. Y al engordar su peso se mueve desde el punto rojo hacia la derecha en la gráfica, siguiendo la trayectoria ascendente dibujada en rojo. Si posteriormente adelgaza hasta recuperar el tamaño inicial de sus adipocitos, habrá acabado con casi el doble de grasa corporal de lo que tenía originalmente.

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Para volver a los niveles originales de grasa corporal, esa persona tendría que conseguir mantener sus adipocitos bastante más pequeños, i.e. menos llenos de grasa, que antes de engordar (porque ahora tiene más adipocitos), o que una persona que no ha engordado nunca. Pero eso no es todo. La trayectoria de adelgazamiento que hemos dibujado recta, volviendo directa hacia el origen de coordenadas, podría desviarse hacia la curva azul por un aumento en el número de adipocitos causado por la reducción de peso, lo que nos deja con aún más grasa corporal.

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Effects of weight gain and weight loss on regional fat distribution

En este estudio en humanos, los participantes ganaron unos kilos (5% del peso original) en dos meses, y luego perdieron un 80% del peso ganado en otros dos meses. Aparentemente sin consecuencias: ganas peso y luego lo pierdes. Pero en la fase de adelgazamiento se incrementó su número de adipocitos.

Our results imply that modest weight fluctuations in healthy adults lead to an overall increased number of fat cells, which could promote future weight gain and make weight maintenance more difficult.

Nuestros resultados implican que moderadas fluctuaciones de peso en adultos sanos llevan a un mayor número total de células grasas, lo que puede promover un aumento de peso en el futuro y hacer más difícil mantener el peso.

Resultado coherente con el de este otro estudio: perder peso aumentó la capacidad adipogénica del tejido adiposo humano in vitro. Mi conclusión es que engordar no es ninguna broma, aunque se pierda el peso enseguida.

En el caso de ser obeso, al adelgazar el número de adipocitos no se reduce. Para acabar, pongo algunas citas, que, en conjunto, sugieren que si ¡muy importante este condicional!– los adipocitos tuvieran tendencia a tener un determinado tamaño medio, ni muy grandes ni muy pequeños, adelgazar con dieta/ejercicio y mantener el nuevo peso, si se ha estado muy gordo, sería harto complicado. Además del posible problema del exceso de adipocitos, otros autores (ver) sugieren que la propia reducción de tamaño de los adipocitos podría causar un “estrés estructural” en los adipocitos, que se resuelve cuando vuelven a crecer.

Diet-induced adipocyte number increase in adult rats: a new model of obesity

 Thus, whenever adipocyte number is increased it remains increased. Furthermore, our data suggest that once a new adipocyte is formed, it tends to store about as much lipid as previously formed adipocytes.

Así pues, cuando el número de adipocitos aumenta, permanece aumentado. Es más, nuestros datos sugieren que una vez un nuevo adipocito se ha formado, tiende a almacenar tanta grasa como los adipocitos formados con anterioridad.

The fat cell epigenetic signature in post-obese women is characterized by global hypomethylation and differential DNA methylation of adipogenesis genes

Obese subjects have increased number of enlarged fat cells that are reduced in size but not in number in post-obesity.

Los sujetos obesos tienen aumentado el número de células de grasa agrandadas, y esas células se reducen en tamaño pero no en número tras dejar de ser obeso.

Prospective and controlled studies of the actions of insulin and catecholamine in fat cells of obese women following weight reduction

A prominent finding in this study was a decrease in fat cell volume below the control level in weight-reduced obese subjects. Since BMI, fat distribution and body fat content were similar in obese subjects and their controls, the results imply that adipose hyperplasia (at least in abdominal subcutaneous adipose tissue) is a major feature of weight-reduced obese subjects

Un hallazgo importante en este estudio fue una disminución en el volumen de las células grasas por debajo del nivel de los de control en sujetos obesos con peso reducido. Puesto que el índice de masa corporal, distribución de la grasa y contenido de grasa corporal fueron similares en los sujetos obesos y los de control, los resultados implican que la hiperplasia adiposa (al menos en el tejido adiposo subcutáneo abdominal) es una característica importante de los sujetos obesos con peso reducido.

Long-Term Prospective and Controlled Studies Demonstrate Adipose Tissue Hypercellularity and Relative Leptin Deficiency in the Postobese State

Adipose hyperplasia could be another important factor behind the difficulty for obese to maintain their body weight in the weight-reduced state. Hypercellularity was present in the whole study group of weight-reduced obese, regardless of whether they became postobese or not. It is possible that the small fat cells of weight-reduced women have a more pronounced ability to accumulate lipids than the larger cells of control subjects.

La hiperplasia adiposa puede ser otro factor importante tras la dificultad de los obesos para mantener el peso corporal una vez reducido el mismo. La hipercelularidad estuvo presente en todo el grupo de estudio de obesos que habían adelgazado, independientemente de si llegaron a dejar de ser obesos o no. Es posible que las células de grasa pequeñas de las mujeres que han perdido peso tengan una mayor facilidad para acumular lípidos que las células más grandes de los sujetos de control.

Biological mechanisms that promote weight regain following weight loss in obese humans

With behavioral weight loss, adipocyte hypertrophy decreases; however, the hyperplasia remains (20, 29, 32-35). Thus, weight loss dieting may reduce the size but not the number of fat cells. A lack of programmed cell death may be responsible for the failure of reductions in fat mass via nonsurgical means to reduce adipocyte number (20, 33). Therefore, relative to never obese individuals, weight-suppressed [formerly] obese individuals (particularly clinically severely obese individuals) may be left with a significantly greater number of adipocytes, which cannot be reduced via behavioral weight loss (34). See Table 1. Liposuction is the only known treatment able to reduce adipocyte number, but carries high complication rates (36).

It is not yet definitively known whether hyperplasia encourages weight regain in weight-suppressed individuals. There is some evidence to suggest that the presence of smaller adipocytes may encourage weight regain by decreasing the overall rate of fat oxidation and increasing the retention of ingested fuel (37-41). Normally, during times of energy deprivation, lipid (fat) stores break down triglycerides into their individuals components, glycerol and free fatty acids (42), which generate energy for the cell. However, the rate of lipolysis (fat breakdown) appears to be related to adipocyte size and cellular surface area (43); smaller cells exhibit lower rates of basal lipolysis (44). Therefore, if size-reduced adipocytes are modified to break down less and store more fat, these cells may expand and promote further proliferation.

Although still speculative, there is some evidence to suggest that these cells may be predisposed to reach a particular mean size, allowing them to store similar amounts of lipid as previously formed adipocytes (25, 34).

Con pérdida de peso conductual, la hipertrofia del adipocito disminuye; sin embargo, la hiperplasia se mantiene. Por lo tanto, las dietas de pérdida de peso pueden reducir el tamaño, pero no el número de células grasas. La falta de una muerte celular programada puede ser responsable del fracaso de las reducciones en la masa grasa por medios no quirúrgicos para reducir el número de adipocitos. Por lo tanto, en comparación con individuos no obesos, los ex-obesos que tienen un peso reducido (particularmente los individuos clínicamente mórbidos) podrían haber quedado con un mayor número de adipocitos, que no pueden reducirse a través de la pérdida de peso conductual. La liposucción es el único tratamiento conocido capaz de reducir el número de adipocitos, pero tiene una alta tasa de complicaciones.

No se sabe con certeza si la hiperplasia fomenta la recuperación de peso en individuos que mantienen un peso corporal reducido tras haber adelgazado. Hay algunas pruebas que sugieren que la presencia de adipocitos más pequeños puede alentar a recuperar el peso mediante la disminución la tasa de oxidación de grasa y aumentar la retención de combustible ingerido. Normalmente, durante la época de la restricción energética, las reservas de lípidos (grasas) descomponen los triglicéridos en sus componentes individuales, glicerol y ácidos grasos libres, generando energía para la célula. Sin embargo, la tasa de lipólisis (degradación de grasa) parece estar relacionada con el tamaño del adipocito y la superficie celular; células más pequeñas presentan tasas más bajas de lipólisis basal. Por lo tanto, si los adipocitos de tamaño reducido se modifican para romper menos y almacenar más grasa, estas células pueden aumentar de tamaño y promover una mayor proliferación.

Aunque aún es especulativo, hay algunas pruebas que sugieren que estas células pueden tener predisposición a llegar a un tamaño medio, lo que les lleva a almacenar cantidades similares de lípidos que los adipocitos formados con anterioridad.

Nada que añadir, al menos no antes de la segunda parte de esta entrada.

Parte 2: ¿Hasta qué punto es reversible la obesidad? (2/4) 

Leer más:

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Sensibilidad a la insulina y genética de la obesidad

NOTA: la inspiración de esta entrada viene del blog de Kindke, en el que podemos encontrar mucha información sobre hiperplasia, hipertrofia y el gen/receptor nuclear PPARg.

La idea de partida es que cuando engordamos, lo hacemos mediante dos mecanismos (ver): el primero, la hipertrofia de los adipocitos, fruto de una lipogénesis aumentada; el segundo, la hiperplasia o aumento en el número de adipocitos, generados a partir de pre-adipocitos mediante el proceso conocido como adipogénesis.

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El hecho de que en una persona predomine uno u otro mecanismo pudiera ser clave para que esa persona desarrollara resistencia a la insulina. En la hiperplasia se tienen adipocitos más pequeños, menos llenos de grasa, pero en mayor cantidad. Los adipocitos pequeños tienen más sensibilidad a la insulina. En la hipertrofia, sin embargo, los adipocitos están muy llenos de grasa y un mayor tamaño está asociado a que se hacen resistentes a la insulina.

The balance between hyperplasia and hypertrophy strongly influences the metabolic outcome of obesity. While smaller cells retain insulin sensitivity and normal function, large hypertrophic cells are insulin resistant and change their secretory profile towards pro-inflammatory adipocytokines (Roberts et al, 2009; Tilg & Moschen, 2006). As a result, lipolytic release of free fatty acids is enhanced in large adipocytes, leading to cytotoxic fatty acid accumulation in extra-adipose tissue (Unger, 2003). Shifting the balance towards hyperplasia replenishes the pool of small, functional adipocytes, thus ameliorating the metabolic consequences of obesity. (ver)
Kindke cree que es más sencillo adelgazar cuando una persona ha engordado principalmente por hipertrofia (ver), pero mucho más complicado cuando lo que se tiene es básicamente hiperplasia. O en otras palabras, cree que posiblemente el “obeso sano”, el que está gordo pero no tiene síntomas de resistencia a la insulina o síndrome metabólico, es en realidad el que peor lo tiene para recuperar un peso normal.

If you was very heavy but with no clear signs of diabetes = significant hyperplasia. (ver)

También cree que, lamentablemente, la hiperplasia es la forma más habitual de obesidad (ver). Este artículo parece darle la razón al concluir que el volumen de grasa abdominal tiene más que ver con un aumentado número de adipocitos que con un tamaño aumentado de cada uno de ellos.

regression analysis demonstrated that adipocyte number was significantly (P < .0001) more important (62%) than adipocyte size (35%).

En el desarrollo del síndrome metabólico quizá también sean relevantes la apoptosis (i.e. muerte) de los adipocitos en condiciones de hipertrofia (ver), o la hipoxia, que entre otras cosas modula la adipogénesis alterando la expresión del gen del que vamos a hablar, el PPARg (ver):

Recent evidence suggests that various programmed cell death pathways are activated in stressed hypertrophied adipocytes and may result in cell death. These events appear to occur at early stages and be important in triggering the metabolic dysregulation associated with obesity.

There is substantial evidence, particularly from animal studies, that hypoxia develops in adipose tissue as the tissue mass expands, and the reduction in Po(2) is considered to underlie the inflammatory response.

Estudio publicado en 2010, de título: “ Insulin-sensitive obesity“.

En este estudio podemos ver la diferencia entre los adipocitos de un obeso sensible a la insulina (izquierda), muchos pero pequeños en tamaño, y los de un obeso resistente a la insulina (derecha), pocos y grandes. La escala en ambas imágenes es la misma:
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También se percibe en la imagen de la derecha la presencia de macrófagos (a menudo rodeando adipocitos muertos, formando estructuras características, denominadas “crown-like structures”).

La curva de distribución de tamaños muestra lo mismo, que el obeso resistente a la insulina (curva roja) tiene adipocitos más grandes:

También este estudio muestra esa misma diferencia entre los adipocitos de un tejido adiposo sano y uno enfermo.

¿Qué determina si nuestros adipocitos engordan (hipertrofia) o si se crean nuevos adipocitos (hiperplasia)? Un par de resultados interesantes:

  1. Adipocitos expuestos a las mismas condiciones (in vitro) NO engordan por igual, y el engorde está correlacionado con la expresión del gen PPARg (PPAR-gamma o PPARγ). Las distintas variantes del gen PPARg regulan la creación de las proteínas PPAR-gamma-1 y PPAR-gamma-2.

The extent of fat accumulation is correlated with histone acetylation of the Pparγ promoter that is heritable and maintained even in dedifferentiated adipocytes (ver).

PPARg stimulates lipolysis of circulating triglycerides and the subsequent uptake of fatty acids into the adipose cell. It also stimulates binding and activation of fatty acids in the cytosol, events that are required for synthesis of triglycerides. (ver)

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  1. El mismo gen, el PPARg, regula la hiperplasia/adipogénesis.

PPARg is the master regulator of adipogenesis, since it regulates the transcription of a wide number of genes involved in cellular differentiation and lipid accumulation (ver)

  1. Reforzando la idea anterior, se ha demostrado que la expresión forzada del PPARγ2 estimula la conversión de células no grasas en adipocitos maduros (ver).

retroviral expression of PPARγ2 stimulates adipose differentiation of cultured fibroblasts.

  1. La insulina incrementa de forma muy marcada la expresión del PPARg en los adipocitos

insulin acutely increases PPAR-gamma mRNA expression in human adipocytes both in vivo and in vitro (ver)

O en resumen, someter un adipocito a niveles elevados de insulina podría alterar su “set-point”, el nivel de grasa almacenada al que tiende ese adipocito, al mismo tiempo que se estaría fomentando la diferenciación de pre-adipocitos en nuevos adipocitos. La insulina nos engordaría.

Taken together, it appears that the response to feeding, at least in part via insulin, promotes both energy storage in fat and the adipogenic program itself through PPARγ and perhaps ADD1/SREBP1. (ver)

En conjunto, parece que la respuesta a la alimentación, al menos en parte por vía de la insulina, promueve tanto el almacenamiento de energía como grasa corporal como la programación adipogénica a través de la PPARγ y quizá/SREBP1.

Por ejemplo, como cabría esperar, en diabetes tipo 1 (ausencia de insulina) el PPARg se regula a la baja (ver). Lo mismo sucede cuando se ayuna.

Como tema recurrente de este blog está la idea de que no está justificado intentar adelgazar con restricción calórica, pues sencillamente es un camino basado en errores de pensamiento que ignora negligentemente la causa real de que los adipocitos acumulen grasa. En la siguiente figura (ver) se puede ver cómo los niveles de la isoforma gamma-2, que es la característica del tejido adiposo, se redujo durante el seguimiento de una dieta hipocalórica, pero volvió a su nivel original durante las cuatros semanas siguientes, en las que se mantuvo el peso reducido:

weightloss

O en otras palabras, la falta de alimento puede reducir temporalmente la expresión del PPARg, pero cuando se trata de mantener el peso perdido, lo que vemos es que el PPARg está expresado nuevamente en niveles elevados. Si “la cabra tira al monte”, si los adipocitos quieren recuperar sus niveles originales de grasa acumulada, no vamos a poder evitar recuperar el peso perdido.

En esas cuatro semanas de mantenimiento, la insulina en plasma, que se había reducido durante la pérdida de peso, no volvió a elevarse a los niveles previos. Aun así, como hemos visto, el PPAR-gamma-2 sí volvió a los niveles previos.

Si realmente el nivel de expresión del PPARg jugase un papel relevante en la determinación de la cantidad de grasa a la que tienden los adipocitos, intentar perder peso al mismo tiempo que los adipocitos quieren recuperar la grasa perdida sería una batalla destinada al fracaso antes de empezar. Pasamos hambre, un problema en sí mismo, al mismo tiempo que nuestros adipocitos están “genéticamente” inclinados a acumular grasa. Hay resultados que refuerzan la idea de que efectivamente la expresión del gen PPARg, en concreto la isoforma gamma-2, tiene una relación causal con el nivel de adiposidad, como por ejemplo la gráfica que relaciona el cociente entre las isoformas gamma-2 y gamma-1 y el índice de masa corporal (BMI son las siglas en inglés del IMC):

BMI

Creo que es relevante recordar que también la secreción de insulina está relacionada con el BMI (ver). Los datos de secreción de la gráfica se corresponden con 24h:

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En la siguiente figura vemos otro resultado interesante: niveles de PPARg (total, sin distinguir entre gamma-2 y gamma-1) en mujeres obesas que están o en proceso de ganar algo de peso, o de perder algo de peso. Lo que se muestra es la diferencia respecto de personas control delgadas. El nivel cero, por tanto, es el nivel de ese grupo de control. Es decir, que en todos los casos, aun estando perdiendo algo de peso, los niveles de expresión del PPARg están por encima de los niveles que encontraríamos en una persona delgada:

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Por otro lado, no parece que los adipocitos de obesos y delgados reaccionen de diferente forma a la insulina (ver), por lo que cabe elucubrar que son las condiciones en las que se encuentran (¿quizá la excesiva exposición a la insulina?) lo que “programa” los adipocitos de las personas obesas mediante un PPARg más expresado.

Una vez se tiene más adipocitos de lo normal, una misma cantidad de grasa por adipocito nos hará más gordos que una persona delgada, en las mismas condiciones que una persona delgada. Pero como hemos visto antes, aparentemente en las personas obesas los adipocitos tienen niveles de PPARg más elevados, y quizá por ello tienden a acumular más grasa que en una persona delgada.

En este experimento en ratones, suprimir el gen PPARg (ratones “adipose KO”) produjo una menor acumulación de grasa con la dieta HFD, a pesar de una mayor ingesta calórica (lo repito para los amantes del balance energético: más ingesta, menos acumulación de grasa):

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Otros estudios muestran resultados interesantes, como que sin este gen la diferenciación de pre-adipocitos en adipocitos maduros ni se produce (ver), o que sin este gen, el tejido adiposo ni llega a desarrollarse (ver).

Como último comentario, no todos los adipocitos son iguales. En una misma persona, algunos de sus adipocitos serán más y otros menos sensibles a la insulina (ver).  Algunos adipocitos pueden tener una reacción proporcional a la insulina, mientras que otros pueden tener comportamientos todo-o-nada, a partir de un cierto umbral.

 

NOTA: acaba de publicarse un review que habla de estos temas: “Molecular Regulation of Adipogenesis and Potential Anti-Adipogenic Bioactive Molecules

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