Badaczki z Akademii Górniczo-Hutniczej i Uniwersytetu Jagiellońskiego połączyły siły, by znaleźć markery wczesnej otyłości. Jej diagnozę może w przyszłości ułatwić pomiar poziomu jednego z pierwiastków śladowych obecnych w tkankach – rubidu.
Problem niewidocznych kilogramów
Jedną z grup zmagających się z otyłością są osoby, u których nadmierne otłuszczenie ciała jest widoczne, a choroba negatywnie wpływa na ich metabolizm, doprowadzając do powikłań, jak np. nadciśnienia tętniczego czy insulinooporności. U ludzi z widoczną otyłością najprostszym wskaźnikiem informującym o tym, że w organizmie występuje podwyższone ryzyko zajścia niepożądanych zmian związanych z otyłością, jest BMI, czyli Body Mass Index. Liczy się go poprzez wyliczenie stosunku masy ciała do drugiej potęgi jego wysokości.
Chociaż dla dużej grupy dorosłych ten wskaźnik jest istotny dla wstępnej oceny, to jego wartość w granicach normy nie daje gwarancji, że u danej osoby nie pojawią się objawy zespołu metabolicznego (m.in. hiperglikemia, cukrzyca typu 2, nadciśnienie tętnicze czy dyslipidemia). Dokładne badania obrazowe pozwoliły stwierdzić, że ten zespół pojawia się także u tych, którzy mają prawidłowy wskaźnik BMI, ale występuje u nich znaczna ilość trzewnej tkanki tłuszczowej otaczającej narządy wewnętrzne. Ponieważ w ich przypadku zmiany nie są widoczne na zewnątrz ciała, a podstawowy wskaźnik zawodzi w przypadku ich rozpoznania, takie osoby mogą nie podejrzewać, że dotyczy ich problem otyłości. Dopóki nie mają tej świadomości, nie mogą podjąć leczenia i działań zapobiegawczych, a ich zdrowie stale się pogarsza.
Wskaźnik BMI nie sprawdza się też u osób wysportowanych, u których mięśnie (cięższe niż tłuszcz) stanowią dużą część całkowitej masy ciała, oraz u dzieci, u których ze względu na inne proporcje ciała w różnych okresach rozwoju, klasyczna formuła obliczania BMI daje wynik fałszywy. W tym przypadku interpretacja wyników jest bardziej skomplikowana i wymaga zastosowania siatek percentylowych.
Ponadto, nawet u widocznie otyłych, wskaźnik ten nie informuje o rozkładzie nadmiaru tkanki tłuszczowej w ciele, a od tego mogą zależeć skutki jej gromadzenia się. Szczególnie niebezpieczne jest jej nagromadzenie wokół narządów jamy brzusznej. Tkanka tłuszczowa nagromadzona w tej lokalizacji w szczególny sposób (bardziej niż tkanka tłuszczowa znajdująca się na pośladkach czy udach) zaburza gospodarkę hormonalną i metaboliczną, co prowadzi do rozwoju cukrzycy typu II i chorób układu sercowo-naczyniowego. Do rozpoznania otyłości brzusznej można stosować specjalistyczne metody obrazowania, ale to kosztowne i czasochłonne, przez co nie jest powszechnie stosowane.
Dostępne są także markery otyłości opierające się na próbkach biologicznych, ale wykrywają one głównie zaburzenia metaboliczne, a u niektórych takie zaburzenia nie występują. Tymczasem, jak wskazują badania, takie osoby wciąż są narażone na większą chorobowość i śmiertelność, niż populacja ogólna.
Pomimo dostępności stosowanych powszechnie wskaźników i markerów otyłości, wciąż występuje więc zapotrzebowanie na kolejne, które miałyby jeszcze wyższą skuteczność, pozwoliłyby na wczesne rozpoznanie choroby i uzmysłowiły pacjentowi konieczność wprowadzenia leczenia zanim choroba doprowadzi do poważnych zmian w jego organizmie. Prace nad nimi mogą jednocześnie pozwolić lepiej zrozumieć mechanizmy stojące u podłoża zaburzeń związanych z chorobą.
Pierwiastki śladowe wskazują na problemy
Dwie krakowskie badaczki, dr hab. Agata Ziomber-Lisiak z Katedry Patofizjologii Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz dr hab. inż. Magdalena Szczerbowska-Boruchowska z Katedry Fizyki Medycznej i Biofizyki Wydziału Fizyki i Informatyki Stosowanej Akademii HGórniczop-Hutniczej, szansę na znalezienie markerów otyłości zobaczyły w pierwiastkach śladowych obecnych w tkankach. Te pierwiastki są konieczne dla prawidłowego funkcjonowania organizmu – odpowiadają za procesy budulcowe, reakcje enzymatyczne, metabolizm energetyczny czy przewodzenie impulsów elektrycznych, a więc podstawowe procesy organizmu. Chociaż mechanizm biochemiczny rozwoju otyłości nie jest w pełni poznany, to skutki choroby wskazują, że wpływa ona na te podstawowe procesy tkankowe. Już wcześniej pojawiały się wstępne doniesienia na temat zmian poziomów pierwiastków śladowych spowodowanych otyłością we włosach czy surowicy. Biorąc to pod uwagę, badaczki wywnioskowały, że poziom pierwiastków śladowych mógłby służyć za marker wczesnej otyłości – substancję, której poziom mógłby informować o obecności w organizmie określonego stanu chorobowego.
Badania przeprowadzono na szczurach. Najpierw losowo przydzielono je do dwóch grup – osobniki w jednej z nich przez siedem i pół tygodnia dostawały pożywienie o wyższej zawartości kalorii niż zwierzęta w drugiej grupie. Tyle wystarczyło, by dało się zauważyć wpływ diety na przyrost tkanki tłuszczowej w obu grupach. Przyjmuje się, że siedem tygodni diety wysokotłuszczowej to czas wystarczająco długi, by w organizmach szczurów zaszły procesy odpowiadające tym, jakie zachodzą w organizmach osób otyłych.
Materiał do analizy w tym badaniu pobrano nie tylko z tkanek kojarzonych ze zmianami zachodzącymi w wyniku otyłości (czyli wątroby, mięśni szkieletowych, nerek i tkanki tłuszczowej), ale także z ucha zewnętrznego. Możliwość oceny stanu organizmu na podstawie tak łatwo dostępnych tkanek jak ta pobrana z ucha, pozwala optymistycznie oceniać szanse na przeprowadzenie badań klinicznych, a w przyszłości na powszechne wykorzystywanie tej metody jako narzędzia diagnostycznego. Jeżeli pobranie próbki do badania będzie łatwe i mało inwazyjne, to ludzie będą bardziej skłonni do poddania się procedurze, a tym samym wzrosną szanse na wykrycie problemu zanim badany zacznie odczuwać jego poważne konsekwencje.
Do badania składu pierwiastkowego wykorzystano rentgenowską analizę fluorescencyjną z całkowitym odbiciem promieniowania X, czyli tzw. technikę TXRF (ang. Total Reflection X-Ray Fluorescence). Jej dużym atutem jest możliwość oznaczenia wielu pierwiastków jednocześnie, dzięki czemu naukowczynie nie musiały typować potencjalnych kandydatów na markery, ale mogły zbadać wiele z nich oraz ich wzajemne relacje. Dodatkowo, metoda jest także niezwykle czuła – pozwala na wykrywanie pierwiastków nawet na poziomie mikrograma na kilogram – a więc dobrze sprawdza się w badaniach materiałów biologicznych, w których pierwiastki śladowe występują w bardzo niskich poziomach koncentracji.
Analizy przeprowadzono za pomocą standardowych metod statystycznych, ale także przy pomocy zaawansowanych technik eksploracji danych.
Zastosowana przez nas analiza składowych głównych (PCA) pozwoliła na pokazanie, że bazując właśnie na pełnym, zmierzonym składzie pierwiastkowym tkanek pobranych od osobników otyłych i nieotyłych, jesteśmy w stanie określić przynależność do grupy eksperymentalnej poszczególnych osobników na wskazanie, które pierwiastki lub parametry przyczyniają się do tego rozróżniania, jak również na wyłonienie wzajemnych relacji pomiędzy pierwiastkami. Bardzo wyraźne rozróżnienie grup zaobserwowane w analizie PCA potwierdziła również analiza klastrowa HCA. Idąc krok dalej, poprzez włączenie analizy dyskryminacyjnej możliwe było pozyskanie informacji, które z pierwiastków w największym stopniu różnicują badane grupy. Analiza taka pozwoliła na wyłonienie potasu, żelaza, bromu oraz rubidu jako potencjalnych chemicznych markerów otyłości. I wreszcie, zastosowana przez nas w badaniach analiza krzywych ROC umożliwiła stwierdzenie, że spośród wszystkich oznaczanych pierwiastków to rubid wykazuje największą skuteczność predykcyjną – raportuje dr hab. inż. Magdalena Szczerbowska-Boruchowska.