210
Übersichtsarbeit
Gibt es die Adaptive Thermogenese?
Überlegungen zu „Sparstoffwechsel” und Energiebilanz
M. J. Müller1; J. Enderle1; W. Braun1; M. Pourhassan1; A. Bosy-Westphal2
1Institut
2Institut
für Humanernährung und Lebensmittelkunde, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel;
für Ernährungsmedizin, Universität Hohenheim, Stuttgart
Schlüsselwörter
Keywords
Energiebilanz, Energieverbrauch, Körperzusammensetzung, sympathisches Nervensystem, Schilddrüsenhormone, Leptin
Energy balance, energy expenditure, body
composition, sympathetic nervous system,
thyroid hormones, leptin
Zusammenfassung
Summary
Reduktionsdiäten und Gewichtsverlust bewirken eine Drosselung des zellulären Energieverbrauchs; diese wird als Adaptive Thermogenese (AT) bezeichnet. Bei kontrollierter Kalorienrestriktion erklärt die AT anteilig die nichtlineare Gewichtsabnahme. Vice versa begünstigt ein niedriger Energieverbrauch die Gewichtszunahme in der Ernährungstherapie
von Patientinnen mit Anorexia nervosa. Das
Ausmaß der AT beträgt etwa 100 kcal/Tag. Die
AT ist reproduzierbar, die inter-individuelle Varianz der Stoffwechselanpassung ist allerdings
hoch, während Gewichtsreduktion ist sie bei
bis zu 60 % der Menschen nachweisbar. Die
AT ist unabhängig von der Strategie der Gewichtsabnahme und innerhalb von drei Tagen
Kalorienrestriktion messbar, während einer
Diät und bei nachhaltiger Gewichtsreduktion
bleibt sie erhalten. Nach Gewichtszunahme ist
die AT jedoch innerhalb von zwei Wochen reversibel. Der Abfall der Insulinsekretion und
die in „frühen” Stadien der Reduktionsdiät
durch Mobilisation der hepatischen Glykogenspeicher erklärte negative Flüssigkeitsbilanz
sind zur AT assoziiert. Demgegenüber zeigen
die bei Gewichtsabnahme reduzierten Plasmaspiegel von Leptin und Triiodothyronin sowie die niedrige Aktivität des sympathischen
Nervensystems eine Beziehung zum Erhalt des
reduzierten Körpergewichts, nicht aber zur Regulation der Adaptiven Thermogenese.
Caloric restriction (CR) and weight loss result
in a decrease in cellular energy expenditure,
i.e. the so-called adaptive thermogenesis
(AT). During controlled CR AT adds to explain
the non-linear weight loss. Vice versa AT may
add to weight gain in feeding underweight
patients with anorexia nervosa. AT is about
100 kcal/d, it is reproducible but the interindividual variance is high. During CR AT becomes measurable within three days and can
be detected in up to 60 % of subjects. AT is
independent of the weight loss strategy. AT
persisted after stabilization of reduced body
weight. With re-feeding AT is reversible within two weeks. During CR AT is associated
with decreases in insulin secretion and
negative fluid balance due to mobilization of
hepatic glycogen. Negative energy balance
associated decreases in plasma concentrations of leptin and tri-iodothyronine as
well as reduced activity of the sympathetic
nervous system reflect maintenance of reduced body weight rather than regulation of
AT.
Korrespondenzadresse
Prof. Dr. Manfred Müller
Institut für Humanernährung und Lebensmittelkunde
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Düsternbrooker Weg 15–17, D-24105 Kiel
Tel. +49(0)431/8805670, Fax +49(0)431/8805679
E-Mail: mmueller@nutrfoodsc.uni-kiel.de
Does adaptive thermogenesis exist?
Thoughts on reduced metabolism and energy
balance
Adipositas 2015; 9: 210–216
Definition der Adaptiven
Thermogenese
Adaptive Thermogenese (AT) ist die von
der Körpermasse und der Körperzusammensetzung unabhängige Anpassung von
Wärmeproduktion und Energieverbrauch
an Hunger, Diäten, sowie auch an Situationen wie Wachstum, Pubertät, Schwangerschaft und Stillperiode, Alter, Kälte, Stress
und Krankheit. Diese metabolische Adaptation vollzieht sich in den verschiedenen
Komponenten des Energieverbrauchs, d.h.
dem Ruheenergieverbrauch (REE, Resting
Energy Expenditure), der Nahrungs-induzierten Thermogenese (DIT, Diet-Induced
Thermogenesis) und dem für körperliche
Aktivität aufzuwendenden Energieverbrauch (AEE, Activity-related Energy Expenditure) (▶ Abb. 1).
In der Praxis wird der gesamte Energieverbrauch pro Tag (TEE, Total Energy Expenditure) in den “REE-Anteil” (sog. resting-Komponente des TEE, beträgt
65–75 % des TEE) und den “nicht-REEAnteil” (sog. non-resting-Komponente des
TEE, umfasst DIT + AEE) unterteilt.
Die verschiedenen Komponenten des
täglichen Energieverbrauchs werden differenziert und unabhängig voneinander reguliert, sie haben jeweils einen obligatorischen und einen fakultativen Anteil (20).
Die sich aus der Körpermasse und den einzelnen Stoffwechselreaktionen in der Summe errechnenden „Kosten” entsprechen
dem obligatorischen Anteil des Energieverbrauchs. Demgegenüber ist der fakultative
Energieverbrauch variabel und wird z.B.
im Falle der DIT durch die Aktivität des
Sympathischen Nervensystems (SNS, Sympathetic Nervous System) erklärt (20). Anpassungen des Stoffwechsels z.B. an Ernährung oder moderates Absinken der Umgebungstemperatur betreffen die jeweils fakultativen Anteile des Energieverbrauchs.
So gesehen gibt es verschiedene ATs, wel-
© Schattauer 2015
Adipositas 4/2015
Downloaded from www.adipositas-journal.de on 2016-06-19 | IP: 178.63.86.160
For personal or educational use only. No other uses without permission. All rights reserved.
211
M. Müller et al.: Gibt es die Adaptive Thermogenese?
che den Komponenten des Energieverbrauchs zugeordnet und unterschiedlich
reguliert werden.
In ihrer ursprünglichen Definition ist
die AT durch die „Massen-unabhängige”
Drosselung des REE bei Kalorienrestriktion und Gewichtsabnahme definiert (14).
Sie entspricht dem fakultativen Anteil des
REE und umfasst Veränderungen der
Stoffwechselaktivität und der metabolischen Effizienz. Die AT ist unabhängig von
der zur Gewichtsabnahme verfolgten Strategie und wird ähnlich bei Reduktionsdiäten, Training, Reduktionsdiäten + Training, unter Pharmakotherapie der Adipositas und auch nach bariatrisch-chirurgischen Operationen beobachtet (13, 20, 22).
Die fettfreie Masse (FFM) ist die entschei-
dende Determinante des REE, sie erklärt
bis zu 80 % seiner inter-individuellen Varianz (2). Gewichtsabnahme ist durch einen
Verlust an Fettmasse und aber auch an
FFM charakterisiert (4). Geschwindigkeit
und Ausmaß der Gewichtsabnahme sowie
die initiale Fettmasse bestimmen den Anteil der FFM am Gewichtsverlust. Die Abnahme der FFM geht mit der Drosselung
des REE einher (14, 20). Allerdings übersteigt der Abfall des REE den sich rechnerisch aus der niedrigeren FFM ergebenden
REE-Wert (14, 20). Neben der von der Gewichtsabnahme abhängigen Senkung des
Energieverbrauchs ist auch die Stoffwechselrate pro kg FFM (=zellulärer Energieverbrauch) reduziert (21). Die AT entspricht
der Drosselung des zellulären Energiever-
Abb. 1 Komponenten des täglichen Energieverbrauchs und der Thermogenese. Alle einzelnen Komponenten sind sowohl durch einen obligatorischen als
auch durch einen fakultativen Anteil charakterisiert. Der jeweils fakultative Anteil erlaubt eine flexible metabolische Anpassung an z.B. Kalorienrestriktion,
Schwangerschaft und Laktation, Umgebungstemperatur, Ernährung und körperliche Aktivität. Die Anpassung des Energieverbrauchs erfolgt Organ- und
Gewebe-spezifisch. Der obligatorische Bedarf entspricht dem stöchiometrisch
brauchs und wird weitläufig auch als
„Sparstoffwechsel” bezeichnet.
Ausmaß und Determinanten der Adaptiven
Thermogenese
Bei Nahrungskarenz und Diäten bestimmt
die Höhe des Energiedefizits das Ausmaß
der AT (12). Vor mehr als 60 Jahren hatten
Ancel Keys und seine Mitarbeiter die Minnesota Starvation Study durchgeführt (14):
32 gesunde junge Männer wurden für 24
Wochen kontrolliert niedrig-kalorisch, d.h.
bei einer Energiezufuhr von nur 50 % ihres
Bedarfs ernährt. Das Körpergewicht der
anhand der jeweils den Funktionen zugrundeliegenden Stoffwechselwegen errechneten Bedarf. Der obligatorische Energiebedarf beim Muskelzittern entspricht dem obligatorischen Energiebedarf bei körperlicher Arbeit. Abk.: REE=
resting energy expenditure; DIT= diet-induced thermogenesis, auch TEF= thermic effect of food genannt; AEE= activity-related energy expenditure; NEAT=
non-exercise activity energy expenditure; EAT= exercise-dependent energy expenditure; BAT= brown adipose tissue; WAT= white adipose tissue.
Adipositas 4/2015
© Schattauer 2015
Downloaded from www.adipositas-journal.de on 2016-06-19 | IP: 178.63.86.160
For personal or educational use only. No other uses without permission. All rights reserved.
212
M. Müller et al.: Gibt es die Adaptive Thermogenese?
Probanden nahm um 16,8 kg oder 24 % des
Ausgangsgewichts ab. Die Erfassung des
REE erfolgte nach 4, 12 und 24 Wochen
Unterernährung. Nach 24 Wochen war der
REE um 39 % bzw. um 600 kcal/Tag gedrosselt, 35 % des Abfalls bzw. 200 kcal/Tag
waren unabhängig von der gleichzeitigen
Abnahme des Körpergewichts und entsprachen somit der AT. Neuere experimentelle Studien zeigten eine AT von 54 bzw.
137 kcal/Tag bei kalorienreduzierter Ernährung und Gewichtsabnahmen von 10 %
bis 20 % (17, 22). Die systematische Analyse klinischer Untersuchungen ergab ein
Ausmaß der AT von 126 kcal/Tag bei einem mittleren Gewichtsverlust von 9,4 kg
(28).
Die AT wird als ein auto-regulatorisches
Phänomen verstanden und von mehreren
Autoren durch eine verminderte SNS-Aktivität sowie niedrige Plasmakonzentrationen
der Hormone Leptin und T3 (3,5,3’-Tri-iodothyronin) erklärt (5, 7, 9, 12, 13, 18, 23,
25, 27; ▶ Abb. 2). Diese Einschätzung beruht wesentlich auf der Beobachtung des
bei Kalorienrestriktion zum Abfall des
REEs parallelen Absinkens der Plasmaspiegel von Leptin und T3 und der Ausscheidung von Noradrenalin im Urin (20). Allerdings heben niedrig-dosierte Gaben von
Leptin oder T3 oder auch adrenerg wirksamen Substanzen die Adaptation des REE
im Hunger nicht auf (vergl. Diskussion in
22). Demgegenüber bewirkt die Substituti-
Abb. 2 Hormonelle Adaptation an und Regulation von Ruheenergieverbrauch (REE, Resting Energy
Expenditure) und Energiebilanz. Eine ausgeglichene Energiebilanz (=Energieverbrauch = Energieaufnahme) wird anhand der 450-Gerade abgebildet. Entlang dieser Gerade besteht ein Stoffwechselgleichgewicht, d.h. ein sog. steady state. Bei negativer Energiebilanz (= Energieverbrauch > Energieaufnahme) besteht ein sog. non-steady state. Der REE (absolut und bezogen auf die Fettfreie Masse,
FFM) ist niedrig bzw. niedrig-normal. Die Spiegel von Schilddrüsenhormonen (T3, Triiodothyronine), Leptin und Insulin sind reduziert, die Aktivität des sympathischen Nervensystems (SNS, Sympathetic Nervous System) ist abhängig von Energieaufnahme und körperlicher Aktivität unverändert oder niedrig.
Dieses hormonelle „Muster“ spiegelt die Energiebilanz wider und intendiert den Erhalt des steady
states. Bei positiver Energiebilanz (=Energieverbrauch < Energieaufnahme) ist der REE erhöht bzw.
hoch-normal. Die Konzentrationen der anabol-wirksamen Hormone bzw. die SNS-Aktivität sind hoch.
Teleologisch erlauben die Anpassungen des Stoffwechsels das Wiederreichen und letztlich den Erhalt einer ausgeglichenen Energiebilanz (=Energieverbrauch = Energieaufnahme). Dieses entspricht einem
neuen Stoffwechselgleichgewicht (=steady state).
on von Leptin während der Kalorienrestriktion einen Anstieg des “nicht-REE-Anteils”
am Energieverbrauch (25, 27).
Dem Fettgewebe wurde eine spezifische
Rolle in der Regulation der Thermogenese
zugeschrieben: Die Abnahme der Fettmasse
“drosselt” den Energieverbrauch mit dem
Ziel ihrer Wiederherstellung (8). Gleichzeitig
werden das Hungergefühl und die Nahrungsaufnahme gesteigert, um eine Zunahme von Fettmasse und FFM zu erreichen.
Dabei haben die Aufnahme von Energie und
Makronährstoffen wiederum einen Effekt
auf die Thermogenese (sic DIT), welcher
aber unabhängig von der Fettmasse ist (8).
Das hier kurz beschriebene Modell geht
von der sog. set point-Theorie zur Regulation des Körpergewichtes aus und nimmt
differenziert set points für die Fettmasse,
die FFM und das Verhältnis von Fettmasse
zur FFM an (8). Die Theorie des set points
und auch die Autoregulation des Körpergewichtes durch das Fettgewebe sind aber
durchaus strittig (19). Die mögliche Bedeutung verschiedener Fettdepots für die Regulation der Thermogenese wurde bisher
am Menschen nicht untersucht. Unter thermoneutralen Bedingungen hat braunes
Fettgewebe beim Menschen keine Bedeutung für die Thermogenese im Hungerzustand bzw. für die DIT (20).
Die zellulären Grundlagen der AT im
Hunger betreffen den Stoffwechsel von Leber, Herz, Nieren und Skelettmuskulatur.
Der Abfall der Herzfrequenz, die Reduktion
der glomerulären Filtrationsrate, die reduzierte Harnstoffproduktion und die im Hungerzustand niedrigere Körpertemperatur
sind klinisch einfach erfassbare Korrelate der
AT. Die Reduktion energieverbrauchender
Prozesse wie Proteinsynthese, „sinnloser”
Substratzyklen (z.B. das Rezyklieren von
über die Lipolyse bereitgestellten Fettsäuren
in Triglyzeride) und der Na+K+-ATPase erklären mehr als 50 % der AT (20). Eine Steigerung der metabolischen Effizienz ist durch
eine Erhöhung der P:O-Ratio oder eine Verringerung des Proton-leaks denkbar.
Sinnhaftigkeit der
Adaptiven Thermogenese
Teleologisch bedeutet die AT eine effizientere Nutzung von Energien, sie soll der
© Schattauer 2015
Adipositas 4/2015
Downloaded from www.adipositas-journal.de on 2016-06-19 | IP: 178.63.86.160
For personal or educational use only. No other uses without permission. All rights reserved.
213
M. Müller et al.: Gibt es die Adaptive Thermogenese?
Konservierung von Körperenergie und der
Protektion der Körpermasse dienen (9, 12,
18, 20, 27). Die AT erklärt die nicht-lineare
Gewichtsabnahme unter Diäten (9, 20, 27).
Die AT erscheint somit als eine Überlebensstrategie des Körpers. Sie wurde andererseits für die inter-individuelle Varianz
der Gewichtsabnahme sowie das Scheitern
der diätetischen Behandlung von Patienten
mit Adipositas verantwortlich gemacht
(28). In einer klinischen Untersuchung zur
diätetischen Gewichtsreduktion konnten
38 % der Differenz zwischen der aufgrund
des Energiedefizits errechneten und der
tatsächlich gemessenen Gewichtsabnahme
durch die AT erklärt werden; 14 % wurden
durch den höheren Fettanteil am Gewichtsverlust und fast 50 % durch mangelnde compliance der PatientInnen erklärt
(10). Vice versa ist die Drosselung des Energieverbrauchs bei Gewichtsreduktion ein
mögliches Risiko für eine anschließende
Gewichtszunahme (30, 31, 33). In der Tat
ist das Ausmaß der AT zur Höhe der Energieaufnahme korreliert (12). Die AT wurde
auch im Zusammenhang mit der Idee eines
sog. thrifty genotype zur Erklärung der inter-individuellen Varianz von Gewichtsveränderungen diskutiert (24). Sie ist Teil moderner Konzepte von Bioenergetics und so
Ziel von zukünftiger Pharmakotherapie
und personalisierter Behandlung der Adipositas (9, 32).
Fragen und (neue)
Antworten
Obwohl die AT seit mehr als 60 Jahren bekannt ist und sowohl tierexperimentell als
auch in Humanstudien intensiv beforscht
wurde, gibt bis heute noch eine Reihe offener Fragen und Probleme.
1. Es war lange unklar, zu welchem Zeitpunkt der Gewichtsabnahme die AT
auftritt und ob die negative Energiebilanz oder die Gewichtsabnahme die AT
bestimmen. In verschiedenen Studien
wurde die AT nach einem Monat (14),
zwei Wochen (17) oder auch 24 Stunden Kalorienrestriktion (34) beobachtet.
Unter kontrollierten Bedingungen der
Kalorienrestriktion wurde die AT schon
während der frühen „Hungerphase“
nachgewiesen und ist nach 3 Tagen Ka-
Abb. 3 Reduktion des Ruheenergieverbrauchs (REE= Resting Energy Expenditure, absolut bzw. adjustiert für die Fettfreie Masse [FFM]) bei 32 gesunden und normalgewichtigen Männern während einer
dreiwöchigen Phase von kontrollierter Kalorienrestriktion (CR= Caloric Restriction) bei einer Energiezufuhr von –50 % des individuell gemessenen Energieverbrauchs. Daten aus Referenz 22. Die Ergebnisse
sind für die einzelnen Wochen jeweils als Veränderung gegenüber dem letzten Tag der Vorwoche dargestellt. Die Adaptation des REE vollzieht sich in der ersten Woche von CR. Demgegenüber finden sich
während der 2. und der 3. Woche nur noch geringfügige Veränderungen.
lorienrestriktion messbar (22). Adhärenz der Probanden vorausgesetzt,
bleibt die AT dann über die gesamte
Dauer der Kalorienrestriktion (d.h.
auch bei weiterer Gewichtsabnahme)
nahezu unverändert bestehen (22;
▶ Abb. 3). Die AT wird auch bei geringem Gewichtsverlust und negativer
Energiebilanz manifest (13). Bei anschließender Ernährung ist die AT innerhalb von zwei Wochen reversibel
(22). Ist der Behandlungserfolg aber
nachhaltig (wie z.B. nach bariatrischchirurgischen Eingriffen), so ist die AT
(zumindest während Beobachtungszeiträumen von bis zu 1 Jahr) persistent (5,
26). Die vorliegenden Ergebnisse sprechen eher dafür, dass die negative Energiebilanz die AT bestimmt.
2. Die AT wurde nicht in allen klinischen
und experimentellen Studien gleichermaßen beobachtet, nur 24–50 % der PatientInnen hatten eine AT (vergl. 20).
Die quantitativen Angaben zur AT sind
uneinheitlich, sie betrug zwischen 100
und 500 kcal/Tag (15, 16, 20, 22). Im
Vergleich der Ergebnisse gibt es zahlreiche klinische und weitgehend unkon-
trollierte Studien zur Gewichtsreduktion von PatientInnen mit Adipositas (1,
3, 5, 10, 15, 16, 25, 29–31, 33), während
bisher nur wenige experimentelle und
kontrollierte Untersuchungen zur
Adaptation des Energieverbrauchs bei
Kalorienrestriktion am Menschen
durchgeführt worden sind (13, 14, 17,
22, 25, 26, 34).
Auch in experimentellen Untersuchungen ist die inter-individuelle Varianz in
Energieverbrauch und Körperzusammensetzung hoch, 60 % der gesunden
Probanden zeigen eine AT (22): Diese
ist aber intra-individuell reproduzierbar
und beträgt etwa 100 kcal/Tag (22). Die
in einigen Studien beobachteten hohen
AT-Werte (15, 16) erklären sich durch
eine fehlerhafte Adjustierung des REE
um die FFM, welche auch die Zusammensetzung der FFM berücksichtigen
muss (2). Der Verlust von Fettmasse
verändert die relativen Anteile der inneren Organe (Gehirn, Leber, Herz, Nieren) an der FFM (1–4, 22).
Dies hat wiederum Auswirkungen auf
die Beziehung zwischen REE und FFM
und somit die Berechnung der AT (2,
Adipositas 4/2015
© Schattauer 2015
Downloaded from www.adipositas-journal.de on 2016-06-19 | IP: 178.63.86.160
For personal or educational use only. No other uses without permission. All rights reserved.
214
M. Müller et al.: Gibt es die Adaptive Thermogenese?
22). Ganzkörper-MRT-Untersuchungen
zeigen, dass die Abnahme von Gewicht
und Fettmasse auch Organmassen von
Skelettmuskel, Leber und Nieren betrifft
(1, 3, 22). Nehmen schlanke Männer
unter kontrollierter Kalorienrestriktion
6 kg ab, so werden 30 % der AT durch
die veränderte Zusammensetzung der
FFM erklärt (22). Die „wahre“ AT (d.h.
die wirklich von der FFM und deren
Zusammensetzung unabhängige Drosselung des zellulären Energieverbrauchs) beträgt so „nur“ 70 kcal/Tag
(22). Bei extrem Adipösen und starkem
Gewichtsverlust (von z.B. 30 kg) sind die
Veränderungen in der FFM-Zusammensetzung ausgeprägter, sodass die
ausschließlich anhand von FFM-Adjustierung berechnete AT die „wahre” AT
nicht abbildet (23).
3. Ancel Keys hatte die AT anhand des
REE definiert (14). In neueren Arbeiten
wurde das Konzept der AT auch auf den
„nicht-REE-Anteil“ des täglichen Energieverbrauchs erweitert (▶ Abb. 1; 8, 12,
17, 20, 25–27). Nach Gewichtsreduktion
und anschließender Stabilisierung wurde die AT von einigen Autoren lediglich
im „nicht-REE-Anteil” gefunden (17,
25, 27). Kalorienrestriktion vermindert
sowohl den REE als auch die energetischen „Kosten” für körperliche Aktivität
(14, 22, 25), während sich keine Effekte
auf die Nahrungs-induzierte Thermogenese finden (22, 25).
4. Während Reduktionsdiäten und Gewichtsabnahme bei PatientInnen mit
Adipositas sind die Plasmaspiegel von
T3 und Leptin niedrig, die Aktivität des
SNS ist reduziert. Dieses Hormonmuster wurde zur Erklärung der AT herangezogen (5, 8, 9, 12, 13, 17, 18, 25–27).
Allerdings fanden sich sowohl in klinischen Untersuchungen zur Gewichtsreduktion adipöser PatientInnen (15, 16)
als auch in einer kontrollierten Ernährungsstudie (22) keine Beziehungen
zwischen der AT und T3, Leptin bzw.
der SNS-Aktivität.
Demgegenüber zeigte sich zum Zeitpunkt der Manifestation (nach drei Tagen kontrollierter Kalorienrestriktion)
eine Beziehung zwischen der AT und
dem Abfall der Insulinsekretion, welche
wiederum zur Stoffwechselumstellung
(Entleerung der hepatischen Glykogenspeicher sowie Anstieg der Lipidoxidation) und der negativen Flüssigkeitsbilanz
assoziiert ist (22). Im Hinblick auf die
von der Anpassung des zellulären Energieverbrauchs betroffenen Körperfunktionen erklären die Drosselung von
Herzfrequenz, Körpertemperatur und
glomerulärer Filtrationsrate etwa 50 %
der AT, der Rest ist heute noch unklar
(22). Die AT ist somit Ausdruck der Anpassung von Stoffwechsel und Organfunktionen in der frühen Hungerphase
(6).
5. In Ancel Keys Experiment war die AT
zu einer Hyperphagie und disproportionalen Zunahmen von Fettmasse und
viszeralem Fett im Anschluss an die Kalorienrestriktion assoziiert (7, 9, 14).
Ähnliche Befunde fanden sich bei Behandlung von PatientInnen mit Anorexia nervosa (11). Dieses Phänomen
wurde als „catch up fat“- oder „fat overshooting“-Phänomen
beschrieben
(7–9).
Da das Ausmaß der AT invers zur Fettoxidation korreliert ist, könnte sie die
Speicherung von Lipiden im Fettgewebe
begünstigen, während gelichzeitig die
Glukoseoxidation erhöht ist (13, 22).
Bei moderatem Gewichtsverlust von
6 kg und einer FFM-Abnahme von
3,4 kg entsprachen aber die in einem
Zeitraum von zwei Wochen an die Gewichtsabnahme anschließende „WiederErnährung“ beobachteten Zunahmen
von Gewicht, Fettmasse und FFM den
vorher beobachteten Abnahmen (22). In
dem Beobachtungszeitraum wurden
keine disproportionale Zunahme von
viszeralem oder auch Leber-Fett beobachtet (22).
Fazit
Unter kontrollierten Ernährungsbedingungen ist die AT bei 60 % der Probanden
messbar, sie ist reproduzierbar und stellt eine physiologische Adaptation an eine negative Energiebilanz dar. Allerdings ist die
Drosselung des Energieverbrauchs gering,
sie beträgt etwa 100 kcal/Tag. Ihre Bedeutung für die Konservierung von Körpergewicht erscheint kurz- und mittelfristig eher
gering. Während 50–100 Tagen einer konsequent durchgeführten Reduktionsdiät
könnte eine AT von 100 kcal/Tag rechnerisch den Erhalt von 1 kg Körpergewicht
erklären. Angesichts des Ausmaßes der AT
mag deren hohe inter-individuelle Varianz
anteilig auch durch die methodischen Probleme der Erfassung von Energieverbrauch
und Körperzusammensetzung erklärt werden. Hinweise auf mögliche genetische
Grundlagen der AT sind derzeit rein hypothetisch.
Die aktuellen Vorstellungen zur Regulation der AT durch Leptin, T3 und das SNS
sind fragwürdig (18, 20). Die bisher beschrieben Beziehungen zwischen dem
Energieverbrauch und den genannten Hormonen beruhen wesentlich auf Untersuchungen, welche erst nach Gewichtsreduktion und bei dann wieder stabilem Körpergewicht durchgeführt worden waren (5, 25,
27). In dieser Situation ist aber eine weitgehenden Adaptation an das verringerte Körpergewicht bereits erreicht worden. Dieser
Zeitpunkt bildet naturgemäß nicht die Regulation des Energiestoffwechsels bei negativer Energiebilanz ab. Auch wurde in einigen klinischen Untersuchungen zur Gewichtsreduktion adipöser Patienten keine
Beziehung zwischen AT und den PlasmaLeptin gefunden (15, 16, 22). Demgegenüber ist die bei negativer Energiebilanz verminderte Insulinsekretion eng zum Auftreten der AT assoziiert (22).
Vor einer Diät und bei stabilem Körpergewicht befindet sich der Stoffwechsel in
einem sog. steady state. Die in ▶ Abb. 2 genannten endokrinen Determinanten des
Energieverbrauchs dienen dem Erhalt dieses steady states. Gewichtsabnahme bedeutet eine Störung des steady state, es besteht
ein sog. „non-steady state“: Die Glykogenspeicher in der Leber werden mobilisiert,
die Flüssigkeitsbilanz ist negativ, die Lipolyse zur endogenen Bereitstellung von
Energieträgern ist noch nicht vollständig
aktiviert und das Gehirn muss um die Bereitstellung von Energie in Form von Glukose „kämpfen“ (6). Die vom Abfall des Insulinspiegels und der Entleerung der Glykogenspeicher in der Leber abhängige AT
ist dann ein (vielleicht auch eher hilfloser)
Versuch der Anpassung an den aktuellen
„Stress“. Ob es sich bei der AT nun um einen aktiv gesteuerten Prozess oder eine
© Schattauer 2015
Adipositas 4/2015
Downloaded from www.adipositas-journal.de on 2016-06-19 | IP: 178.63.86.160
For personal or educational use only. No other uses without permission. All rights reserved.
215
M. Müller et al.: Gibt es die Adaptive Thermogenese?
passive Adaptation handelt, wissen wir
nicht. Die biologische Regulation durch
Leptin, T3 und auch das SNS dient dem
Wiedererreichen eines steady states und
dem Erhalt des reduzierten Körpergewichts.
Möglicherweise unterscheiden sich PatientInnen mit Adipositas in der Regulation des steady states und/oder auch in dem
Ausmaß des non-steady states bei Gewichtsabnahme, die inter-individuelle Varianz der AT ist hoch. Der Einfluss von Alter und Krankheit auf die AT ist bisher
nicht untersucht worden. Vielleicht trägt
die Varianz in der AT auch (gering) anteilig
zur Varianz der Gewichtsabnahme von PatientInnen mit Adipositas bei. Allerdings
gibt es für diese Idee keine wirklich „harte“
Evidenz. Kontrollierte Untersuchungen
können die inter-individuelle Varianz der
Gewichtsabnahme (und auch -zunahme
bei an die Kalorienrestriktion anschließender Ernährung) unter Hinzuziehung zahlreicher biologischer Charakteristika nicht
gut erklären. Das spricht dafür, dass das
Energiedefizit selbst der stärkste und andere mögliche Determinanten überdeckende
Einflussfaktor ist. Wenn das so ist, wäre der
Gewichtserhalt (oder eben dessen Scheitern) nach diätetischer Gewichtsreduktion
trivial, d.h. einfach durch die unterschiedliche Adhärenz der PatientInnen erklärt.
Moderne Konzepte von Bioenergetics und
Genetik (= die Suche nach dem thrifty genotype) würden sich dann also im Dunstkreis von Spekulationen bewegen, die nicht
wirklich weiterhelfen.
Danksagung
Förderung durch BMBF Kompetenznetz
Adipositas und Referenzzentrum Körperzusammensetzung (BMBF 01EA1336;
01GI1125).
Interessenkonflikte
Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.
Literatur
1. Bosy-Westphal A, Kossel E, Goele K, et al. Contribution of individual organ mass loss to weight
loss-associated decline in resting energy expenditure. Am J Clin Nutr 2009; 90: 993–1001.
2. Bosy-Westphal A, Braun W, et al. Issues in characterizing resting energy expenditure in obesity and
after weight loss. Front Physiol 2013; 25: 47.
3. Bosy-Westphal A, Schautz B, Lagerpusch M, et al.
Effect of weight loss and regain on adipose tissue
distribution, composition of lean mass and resting
energy expenditure in young overweight and
obese adults. Int J Obes. 2013; 37: 1371–1377.
4. Bosy-Westphal A, Kahlhöfer J, et al. Deep body
composition phenotyping during weight cycling:
relevance to metabolic efficiency and metabolic
risk. Obes Rev 2015; 16 Suppl 1: 36–44.
5. Butte NF, Brandt ML, et al. Energetic adaptations
persist after bariatric surgery in severely obese
adolescents. Obesity 2015; 23: 591–601.
6. Cahill GF Jr. Starvation in man. New Engl J Med
1970; 282: 668–675.
7. Dulloo AG1, Jacquet J, Girardier L Autoregulation
of body composition during weight recovery in
human: the Minnesota Experiment revisited. Int J
Obes 1996; 20: 393–405.
8. Dulloo AG, Jacquet J. An adipose-specific control
of thermogenesis in body weight regulation. Int J
Obes 2001; 25 Suppl 5: S22–29.
9. Dulloo AG, Jacquet J, Montani J-P, Schutz Y.
Adaptive thermogenesis in human body weight
regulation: more a concept than a measurable entity? Obes rev 2012; 13 Suppl 2: 105–121.
10. Goele K, Bosy-Westphal A, Rumcker B, et al. Influence of changes in body composition and adaptive thermogenesis on the difference between
measured and predicted weight loss in obese
women. Obes Facts 2009; 2: 105–109.
11. Haas V, Onur S, Paul T, et al. Leptin and body
weight regulation in patients with anorexia nervosa before and during weight recovery. Am J Clin
Nutr 2005; 81: 889–896.
12. Hall KD. Predicting metabolic adaptation, body
weight change, and energy intake in humans. Am J
Physiol Endocrin Metab 2010; 298: E449-E466.
13. Hopkins M, Gibbons C, et al. The adaptive metabolic response to exercise-induced weight loss influences both energy expenditure and energy intake. Eur J Clin Nutr 2014; 68: 581–586.
14. Keys A, Brozek J, Henschel A, et al. The Biology of
Human Starvation. Minneapolis: University of
Minnesota Press 1950.
15. Knuth, ND, Johannsen DL, Tamboli RA, et al.
Metabolic adaptation following massive weight
loss is related to the degree of energy imbalance
and changes in circulating leptin. Obesity 2014;
online publ 19 Sep, DOI: 10.1002/oby.20900.
16. Johannsen DL, Knuth ND, Huizenga R, et al.
Metabolic slowing with massive weight loss despite
preservation of fat free mass. J Clin Endocrin
Metab 2012; 97: 3489–3496.
17. Leibel RL, Rosenbaum M, Hirsch J. Changes in
energy expenditure resulting from altered body
weight. New Engl J Med 1995; 332: 621–628.
18. Leibel RL Molecular physiology of weight regulation in mice and humans. Int J Obes 2008; 32
Suppl 7: S98–S108.
19. Müller MJ, Bosy-Westphal A, Heymsfield SB. Is
there evidence for a set point that regulates human
body weight? F1000 Med Rep 2010; 2: 59.
20. Müller MJ, Bosy-Westphal A. Adaptive thermogenesis with weight loss in humans. Obesity 2013;
21: 218–228.
21. Müller MJ, Wang Z, Heymsfield SB, et al. Advances in the understanding of specific metabolic
rates of major organs and tissues in humans. Curr
Opin Clin Nutr Metab Care 2013; 16: 501–508.
22. Müller MJ, Enderle J, et al. Metabolic adaptation to
caloric restriction and subsequent refeeding: the
Minnesota Starvation Experiment revisited. Am J
Clin Nutr 2015; 102: 807–819.
23. M. Pourhassan, Glüer C-C, Bosy-Westphal A, et al.
Effect of Different Degrees of Weight Loss on Detailed Body Composition and Insulin Resistance.
37th ESPEN, Lissabon, 2015, abstr. SUN-LB033.
24. Prentice AM, Hennig BJ, Fulford AJ. Evolutionary
origins of the obesity epidemic: natural selection
of thrifty genes or genetic drift following predation
release? Int J Obes 2008; 32: 1607–1610.
25. Rosenbaum M, Goldsmith R, et al. Low-dose leptin reverses skeletal muscle, autonomic, and
neuroendocrine adaptations to maintenance of reduced weight. J Clin Invest. 2005; 115: 3579–3586.
26. Rosenbaum M, Hirsch J, Gallagher DA, Leibel R.
Long-term persistence of adaptive thermogenesis
in subjects who have maintained a reduced body
weight. Am J Clin Nutr 2008; 88: 906–912.
27. Rosenbaum M, Leibel RL. Adaptive thermogenesis
in humans. Int J Obes 2010; 34: S47–S55.
28. Schwartz A, Kuk JL, Lamothe G, Doucet E.
Greater than predicted decrease in resting energy
expenditure and weight loss: results from a systematic review. Obesity 2012; 20: 2307–2310.
29. Siervo M, Faber P, Lara J, et al. Imposed extent of
weight loss in obese men and adaptive changes in
resting and total energy expenditure. Metabolism
2015; 64: 896–904.
30. Tremblay A, Chaput J-P. Adaptive reduction in
thermogenesis and resistance to lose fat in obese
men. Br J Nutr 2009; 102: 488–492.
31. Tremblay A, Royer M-M, Chaput J-P, Doucet E.
Adaptive thermogenesis can make the difference
in the ability of obese individuals to lose body
weight. Int J Obes 2013; 37: 759–764.
32. Tseng Y-H, et al. Cellular bioenergetics as a target
for obesity treatment. Nat Rev 2010; 9: 465–481.
33. Weinsier R, et al. Do adaptive changes in metabolic rate favor weight regain in weight-reduced
individuals? Am J Clin Nutr 2000; 72: 1088–1094.
34. Weyer C, Vozarova B, Ravussin E, Tataranni PA.
Changes in energy metabolism in response to 48 h
of overfeeding and fasting in Caucasians and Pima
Indians. Int J Obes 2001; 25: 593–600.
Adipositas 4/2015
© Schattauer 2015
Downloaded from www.adipositas-journal.de on 2016-06-19 | IP: 178.63.86.160
For personal or educational use only. No other uses without permission. All rights reserved.