تجمع بیش از حد چربی در بدن می‌تواند منجر به دیابت نوع 2 شود و خطر ابتلا به این بیماری با افزایش شاخص توده بدنی به طور خطی افزایش می‌یابد. بر همین اساس، افزایش جهانی شیوع چاقی منجر به افزایش همزمان شیوع دیابت نوع 2 شده است.
مکانیسم‌های سلولی و فیزیولوژیکی مسئول ارتباط بین چاقی و دیابت نوع 2 پیچیده هستند. تغییرات ناشی از چاقی در عملکرد سلول‌های بتا، زیست‌شناسی بافت چربی و مقاومت به انسولین در چندین اندام تاثیر می‌گذارد. خوشبختانه، این تغییرات اغلب با کاهش وزن کافی بهبود یافته و حتی می‌توانند به حالت طبیعی بازگردند. در این مقاله با همکاری حنیفا و سیناکر به بررسی رابطه بین چاقی و دیابت نوع 2 و بررسی مکانیسم‌های سلولی و فیزیولوژیکی مرتبط با چاقی و دیابت نوع 2 و اثرات درمانی کاهش وزن بر متابولیسم بدن خواهیم پرداخت.
آنچه در این مقاله خواهید خواند
چرا چاقی باعث دیابت می‌شود؟
افزایش جهانی چاقی به دلیل تأثیر آن بر عملکرد انسولین و سلول‌های بتا، احتمالاً عامل اصلی افزایش شیوع دیابت نوع 2 است. بافت چربی به عنوان منبع اصلی ذخیره سوخت در بدن، انرژی حیاتی را در مواقع کمبود غذا فراهم می‌کند. تراکم انرژی بالا و ماهیت آبگریز تری گلیسیرید، آن را به منبع سوختی پنج برابر کارآمدتر از گلیکوژن تبدیل کرده است. در زمان گرسنگی، میزان ذخایر بافت چربی، تعیین کننده مدت زمان بقا است. افراد لاغر پس از حدود 60 روز گرسنگی و با از دست دادن بیش از 35 درصد وزن بدن خود، فوت می‌کنند، در حالی که افراد مبتلا به چاقی مفرط می‌توانند دوره‌های طولانی‌تری از گرسنگی را تحمل کنند.علاوه بر ذخیره انرژی، بافت چربی، آدیپوکین‌ها و اگزوزوم‌هایی ترشح می‌کند که در تنظیم عملکردهای فیزیولوژیکی مهمی مانند اشتها، تولید مثل و عملکرد انسولین نقش دارند.
با این حال، تجمع بیش از حد چربی در بدن، مجموعه‌ای از اختلالات و بیماری‌های متابولیک از جمله مقاومت به انسولین، دیس لیپیدمی آتروژنیک، کبد چرب غیر الکلی، اختلال عملکرد سلول‌های بتا، پیش دیابت و دیابت نوع 2 را به دنبال دارد. افزایش شاخص توده بدنی (BMI) با افزایش خطر ابتلا به دیابت نوع 2 همراه است.
همچنین توزیع چربی در بدن نیز در بروز اختلالات متابولیک ناشی از چاقی مؤثر است. تجمع چربی در قسمت فوقانی بدن (چربی زیر جلدی شکم و چربی داخل شکمی) با افزایش خطر ابتلا به دیابت نوع 2 در مقایسه با تجمع چربی در قسمت تحتانی بدن (باسن و ران)، ارتباط بیشتری دارد.
فیزیولوژی سلول‌های بتا و فرایند حرکت انسولین در بدن
سلول‌های بتای لوزالمعده، انسولین را مستقیماً به داخل ورید باب ترشح می‌کنند تا به کبد منتقل شود. کبد محل اصلی پاکسازی انسولین از خون است. غلظت انسولین در خون به تعادل بین میزان ترشح انسولین و میزان حذف آن توسط کبد و سایر بافت‌ها بستگی دارد. حدود 50 درصد از انسولین ترشح شده توسط سلول‌های بتا در اولین عبور از کبد حذف می‌شود و 20 درصد دیگر در عبورهای بعدی از کبد پاکسازی می‌شود. 30 درصد باقی مانده انسولین ترشح شده عمدتاً توسط کلیه‌ها (حدود 20 درصد) و عضلات اسکلتی (حدود 10 درصد) حذف می‌شود. افزایش غلظت انسولین خون در افراد چاق، چه در حالت ناشتا و چه پس از صرف غذا، به دلیل افزایش ترشح انسولین توسط لوزالمعده و کاهش میزان استخراج و پاکسازی انسولین از خون ورید باب و خون محیطی است.
عملکرد سلول‌های بتای لوزالمعده نقش مهمی در ابتلا یا عدم ابتلا به دیابت نوع 2 در افراد چاق دارد. همانطور که گفتیم، غلظت انسولین در خون و میزان ترشح انسولین در حالت ناشتا و پس از مصرف گلوکز، معمولاً در افراد چاق بیشتر از افراد لاغر است. این افزایش در میزان ترشح و غلظت انسولین، اغلب می‌تواند بر مقاومت به انسولین غلبه کند، به طوری که غلظت گلوکز خون ناشتا و تحمل گلوکز خوراکی طبیعی باشد. با این حال، کاهش تدریجی عملکرد سلول‌های بتا منجر به کاهش تدریجی کنترل قند خون شده و در نهایت به پیش دیابت و دیابت نوع 2 منجر می‌شود. به نظر می‌رسد که تعداد سلول‌های بتای لوزالمعده به خودی خود بر ترشح انسولین در هر دو حالت ناشتا و پس از صرف غذا تأثیر می‌گذارد. توده سلول‌های بتا در افراد چاق حدود 50 درصد بیشتر از افراد لاغر است. با این حال، در افراد مبتلا به دیابت نوع 2، حجم نسبی سلول‌های بتا به دلیل مرگ سلولی حدود 50 درصد کمتر از افراد لاغر است.
بعید است که افزایش توده سلول‌های بتا در افراد چاق صرفاً ناشی از مقاومت به انسولین باشد، زیرا افزایش وزن در موش‌هایی که با رژیم غذایی پرچرب تغذیه می‌شوند، با افزایش تکثیر سلول‌های بتا قبل از ایجاد مقاومت به انسولین همراه است. همچنین، میزان ترشح انسولین در هر دو حالت ناشتا و پس از صرف غذا در افراد چاق بیشتر از افراد لاغر است، حتی زمانی که حساسیت به انسولین در هر دو گروه یکسان باشد. مکانیسم‌های مسئول افزایش تعداد سلول‌های بتا در افراد چاق ناشناخته است، اما می‌تواند به تحریک توسط مواد مغذی خاص، انسولین، اینکرتین‌ها و عوامل رشد مرتبط با مصرف رژیم غذایی پرکالری و چاقی مربوط باشد.
افزایش غلظت اسیدهای چرب آزاد در خون که با چاقی و دیابت نوع 2 همراه است، می‌تواند اثرات نامطلوبی بر سلول‌های بتا داشته باشد. در شرایط عادی، اسیدهای چرب آزاد در گردش خون حدود 30 درصد از ترشح انسولین را در افراد دیابتی و غیر دیابتی تشکیل می‌دهند. افزایش کوتاه مدت (1.5 تا 6 ساعت) اسیدهای چرب آزاد در خون، ترشح انسولین تحریک شده با گلوکز را افزایش می‌دهد، در حالی که افزایش طولانی‌تر (24 تا 48 ساعت) آن، ترشح انسولین تحریک شده با گلوکز را کاهش می‌دهد. مجموع عوامل افزایش اسیدهای چرب آزاد، تری گلیسیرید و گلوکز در خون به طور هم افزایی، و یا ترکیب آن‌ها با اسیدهای آمینه اضافی در خون، باعث اختلال عملکرد و مرگ سلول‌های بتا می‌شود. این فرآیند توسط استرس اکسیداتیو، میتوکندریایی و شبکه آندوپلاسمی و تمایززدایی سلول‌های بتا انجام می‌شود.
در کلام ساده باید گفت که، چاقی می‌تواند منجر به افزایش ترشح انسولین و افزایش تعداد سلول‌های بتا در لوزالمعده شود. این افزایش در ابتدا می‌تواند به جبران مقاومت به انسولین کمک کند، اما در طولانی مدت می‌تواند به سلول‌های بتا آسیب برساند و منجر به کاهش عملکرد آن‌ها و در نهایت دیابت نوع 2 شود.
زیست‌شناسی بافت چربی و مقاومت به انسولین
بافت چربی، به عنوان منبع اصلی ذخیره انرژی در بدن، باید از انعطاف‌پذیری متابولیکی کافی برای سازگاری با تغییرات انرژی دریافتی برخوردار باشد. افزایش دریافت انرژی و ذخیره آن در بافت چربی منجر به تغییراتی در این بافت می‌شود که می‌تواند سلامت متابولیک فرد را تحت تأثیر قرار دهد. مطالعات نشان داده‌اند که چاقی می‌تواند با ایجاد تغییراتی در بافت چربی، زمینه‌ساز مقاومت به انسولین و دیابت نوع 2 شود. برخی از این تغییرات عبارتند از:
- هیپوکسی در سلول‌های چربی: عدم خون‌رسانی کافی به بافت چربی در افراد چاق منجر به کمبود اکسیژن در سلول‌های چربی می‌شود که می‌تواند التهابات و اختلالات دیگر را به دنبال داشته باشد.
- افزایش التهاب: چاقی می‌تواند با افزایش سلول‌های ایمنی التهابی در بافت چربی، منجر به افزایش التهاب در این بافت شود.
- اختلال در ترشح هورمون‌ها: چاقی می‌تواند تولید و ترشح هورمون‌های تنظیم کننده قند خون، مانند آدیپونکتین، را در بافت چربی مختل کند.
لازم به ذکر است که این تغییرات در تمام افراد چاق یکسان نیست و برخی افراد با وجود چاقی، از سلامت متابولیکی بهتری برخوردارند. بافت چربی از طریق ترشح برخی مواد به داخل خون، با سایر اندام‌های بدن ارتباط برقرار کرده و بر عملکرد آن‌ها تأثیر می‌گذارد. این مواد شامل:
- پروتئین‌های التهابی: این پروتئین‌ها می‌توانند باعث ایجاد التهاب در سایر اندام‌ها شوند.
- آدیپونکتین: این هورمون نقش مهمی در تنظیم قند خون و حساسیت به انسولین دارد.
- اسیدهای چرب آزاد: این مواد می‌توانند به عنوان منبع انرژی برای سایر اندام‌ها مورد استفاده قرار گیرند، اما افزایش بیش از حد آن‌ها می‌تواند اثرات مضری بر متابولیسم بدن داشته باشد.
- اگزوزوم‌ها: این وزیکول‌های کوچک حاوی اطلاعات ژنتیکی و پروتئین‌هایی هستند که می‌توانند عملکرد سایر اندام‌ها را تحت تأثیر قرار دهند.
به طور خلاصه، چاقی می‌تواند با ایجاد تغییرات مختلف در بافت چربی، منجر به مقاومت به انسولین و دیابت نوع 2 شود. این تغییرات از طریق ترشح مواد مختلف از بافت چربی به سایر اندام‌های بدن منتقل می‌شوند.
متابولیسم گلوکز و لیپید کبدی
کبد، عضو حیاتی در بدن انسان، مسئولیت اصلی تولید و تنظیم گلوکز را بر عهده دارد. این عضو پیچیده قادر است گلوکز مورد نیاز بدن را از طریق دو مکانیسم عمده تأمین کند: تجزیه گلیکوژن ذخیره شده در کبد (گلیکوژنولیز) و ساخت گلوکز از پیش‌سازهای غیر کربوهیدراتی مانند لاکتات، گلیسرول و اسیدهای آمینه (گلوکونئوژنز). در شرایط طبیعی، حدود 80 درصد گلوکز مورد نیاز بدن از طریق این دو فرآیند در کبد تولید می‌شود و 20 درصد باقی مانده توسط کلیه‌ها تأمین می‌گردد.
در افراد سالم و با وزن طبیعی، گلیکوژنولیز و گلوکونئوژنز به طور متعادل در تولید گلوکز مشارکت دارند. اما در افراد چاق یا مبتلا به دیابت نوع 2، به دلیل اختلال در متابولیسم گلوکز، سهم گلوکونئوژنز به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. این افزایش در تولید گلوکز، منجر به بالا رفتن قند خون ناشتا می‌شود و همچنین به دلیل عدم سرکوب کافی تولید گلوکز پس از صرف غذا، قند خون پس از صرف غذا نیز در این افراد افزایش می‌یابد که می‌تواند منجر به پیش دیابت یا دیابت نوع 2 شود.
انسولین، هورمون تنظیم کننده قند خون، نقش کلیدی در کنترل تولید گلوکز کبدی ایفا می‌کند. انسولین از طریق ورید باب به کبد منتقل می‌شود و با اتصال به گیرنده‌های خود در سلول‌های کبدی، فرآیندهای تولید گلوکز را سرکوب می‌کند. در افراد چاق، به دلیل مقاومت به انسولین، کبد به طور مؤثر به سیگنال‌های انسولین پاسخ نمی‌دهد و در نتیجه تولید گلوکز کبدی به طور کامل سرکوب نمی‌شود. همچنین، مقاومت به انسولین در بافت چربی می‌تواند به طور غیرمستقیم بر متابولیسم گلوکز در کبد تأثیرگذار باشد. مقاومت به انسولین در بافت چربی منجر به افزایش آزادسازی اسیدهای چرب به داخل خون می‌شود. این اسیدهای چرب به کبد منتقل می‌شوند و تولید گلوکز در کبد را افزایش می‌دهند.
به طور خلاصه، کبد به عنوان عضو مرکزی در تنظیم قند خون، نقش حیاتی در حفظ سلامت متابولیک بدن ایفا می‌کند. چاقی و دیابت نوع 2 می‌توانند با ایجاد اختلال در عملکرد کبد، منجر به افزایش تولید گلوکز و افزایش قند خون شوند که در نهایت می‌تواند عوارض جدی برای سلامتی افراد به دنبال داشته باشد.
متابولیسم گلوکز عضله اسکلتی
عضلات اسکلتی ما برای انجام فعالیت‌های روزمره به انرژی نیاز دارند. در شرایط عادی، این انرژی عمدتاً از طریق سوزاندن اسیدهای چرب آزاد موجود در خون تأمین می‌شود. اما پس از صرف غذا، به ویژه غذاهای حاوی کربوهیدرات، میزان قند خون (گلوکز) افزایش می‌یابد. در این حالت، هورمون انسولین ترشح می‌شود و باعث می‌شود عضلات به جای اسیدهای چرب، از گلوکز به عنوان منبع اصلی انرژی استفاده کنند.
انسولین با اتصال به گیرنده‌های خود در سطح سلول‌های عضلانی (میوسیت‌ها)، باعث انتقال گلوکز به داخل سلول‌ها می‌شود. برای این کار، انسولین باعث انتقال پروتئینی به نام “ناقل گلوکز 4” به غشای سلولی می‌شود. این پروتئین مانند یک کانال عمل می‌کند و گلوکز را به داخل سلول هدایت می‌کند. پس از ورود به سلول عضلانی، گلوکز می‌تواند از دو طریق مورد استفاده قرار گیرد:
- اکسیداسیون: گلوکز در فرآیندی به نام “گلیکولیز” شکسته می‌شود و انرژی لازم برای انقباض عضلات را فراهم می‌کند.
- ذخیره: گلوکز به صورت گلیکوژن (نوعی قند پیچیده) در عضلات ذخیره می‌شود تا در مواقع نیاز، به عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار گیرد.
در افراد چاق و مبتلا به دیابت نوع 2، عضلات به درستی به انسولین پاسخ نمی‌دهند و در نتیجه جذب و استفاده از گلوکز توسط عضلات دچار اختلال می‌شود. این مقاومت به انسولین می‌تواند ناشی از کاهش تعداد یا عملکرد گیرنده‌های انسولین در سطح سلول‌های عضلانی باشد. همچنین، افزایش چربی درون سلولی و بین سلولی در عضلات نیز می‌تواند به مقاومت به انسولین و اختلال در متابولیسم گلوکز عضلات کمک کند.
به طور کلی، عضلات اسکلتی نقش مهمی در تنظیم قند خون و متابولیسم انرژی دارند. چاقی و دیابت نوع 2 می‌توانند با ایجاد مقاومت به انسولین در عضلات، منجر به اختلال در جذب و استفاده از گلوکز توسط عضلات شوند که در نهایت می‌تواند عوارض جدی برای سلامتی افراد به دنبال داشته باشد.
تاثیرات کاهش وزن بر عملکرد متابولیک و دیابت نوع 2
کاهش وزن می‌تواند اثرات درمانی قابل توجهی بر عملکرد متابولیک، دیابت نوع 2 و بیماری‌های همراه دیابت داشته باشد. کاهش وزن متوسط 5 تا 10 درصد، کنترل قند خون، غلظت تری گلیسیرید و کلسترول HDL پلاسما و فشار خون را بهبود می‌بخشد. کاهش وزن بیشتر می‌تواند به بهبودی دیابت منجر شود، اما میزان بهبودی در درجه اول به مدت زمان ابتلا به دیابت، توانایی کاهش وزن برای بهبود عملکرد سلول‌های بتا و سایر معیارها بستگی دارد.
جراحی چاقی یکی از روش‌های موثر برای کاهش وزن و بهبود دیابت است. مطالعات نشان داده‌اند که درصد قابل توجهی از افراد مبتلا به دیابت نوع 2 پس از جراحی چاقی، به بهبودی کامل دست پیدا می‌کنند. البته این بهبودی ممکن است در طول زمان کاهش یابد، به خصوص اگر فرد دوباره وزن اضافه کند. علاوه بر جراحی، روش‌های دیگری مانند رژیم غذایی و ورزش نیز می‌توانند به کاهش وزن و بهبود دیابت کمک کنند. نکته مهم این است که کاهش وزن باید از طریق ایجاد تعادل منفی انرژی (مصرف کالری کمتر از کالری سوزانده شده) اتفاق بیفتد. برداشتن چربی از طریق جراحی (مانند لیپوساکشن) به تنهایی نمی‌تواند به بهبود دیابت کمک کند.
کاهش وزن باعث بهبود حساسیت به انسولین در اندام‌های مختلف بدن، از جمله کبد، عضلات و بافت چربی می‌شود. بهبود حساسیت به انسولین به این معنی است که سلول‌های بدن بهتر به انسولین پاسخ می‌دهند و قند خون را راحت‌تر کنترل می‌کنند. مکانیسم‌های دقیقی که باعث بهبود دیابت در اثر کاهش وزن می‌شوند هنوز به طور کامل شناخته نشده‌اند. اما به نظر می‌رسد که کاهش وزن باعث تغییرات مثبتی در عملکرد بافت چربی و کبد می‌شود و همچنین بر ترشح هورمون‌ها و سایر مواد تنظیم کننده قند خون تأثیر می‌گذارد.
به طور خلاصه، کاهش وزن یک راهکار بسیار موثر برای بهبود دیابت نوع 2 است. کاهش وزن از طریق ایجاد تعادل منفی انرژی باعث بهبود حساسیت به انسولین و عملکرد اندام‌های مختلف بدن می‌شود و می‌تواند به بهبودی کامل دیابت منجر شود.
کلام پایانی
چاقی، به ویژه هنگامی که با افزایش توزیع چربی شکمی و داخل شکمی و افزایش محتوای تری گلیسیرید داخل کبدی و داخل عضلانی همراه باشد، یک عامل خطر اصلی برای پیش دیابت و دیابت نوع 2 است. زیرا باعث مقاومت به انسولین و اختلال عملکرد سلول‌های بتا می‌شود. بر این اساس، افزایش جهانی شیوع چاقی منجر به افزایش همزمان شیوع دیابت نوع 2 شده است. درک بهتر مکانیسم‌های مسئول اثرات نامطلوب چربی اضافی بدن بر عوامل دخیل در پاتوژنز دیابت نوع 2 می‌تواند به مداخلات درمانی جدید برای پیشگیری و درمان این بیماری ناتوان کننده منجر شود.
مجموعه‌ای از مطالعات انجام شده در مدل‌های موش و در انسان، تغییراتی را در زیست‌شناسی بافت چربی نشان داده‌اند که چاقی را با مقاومت به انسولین و اختلال عملکرد سلول‌های بتا مرتبط می‌کند. این تغییرات شامل فیبروز بافت چربی (افزایش میزان فیبروژنز و بیان ژن‌های دخیل در تشکیل ماتریکس خارج سلولی)، التهاب (افزایش محتوای ماکروفاژهای پیش التهابی و سلول‌های T و تولید PAI-1) و تولید اگزوزوم‌هایی است که می‌توانند مقاومت به انسولین را القا کنند. با این حال، هیچ یک از این عوامل نمی‌توانند بدون مکانیسمی برای ارتباط بافت چربی با سایر اندام‌ها، بر عملکرد متابولیک سیستمیک تأثیر بگذارند. ممکن است که چندین محصول ترشحی بافت چربی که در جریان خون آزاد می‌شوند – از جمله PAI-1، آدیپونکتین، اسیدهای چرب آزاد و اگزوزوم‌ها – در این فرآیند سیگنالینگ دخیل باشند، اما تحقیقات بیشتری برای ارزیابی کامل اهمیت بالینی آن‌ها مورد نیاز است.
کاهش توده چربی بدن با دریافت کمتر کالری (نه با روش جراحی) می‌تواند اختلال عملکرد متابولیک ناشی از چاقی را بهبود بخشد یا عادی کند و حتی در صورت بازیابی کافی عملکرد سلول‌های بتا، می‌تواند به بهبودی دیابت منجر شود.