k vybraným genetickým polymorfizmům

Univerzita Karlova v Praze Přírodovědecká fakulta Katedra antropologie a genetiky člověka Vztah úspěšnosti redukční terapie dětské obezity k vybraným genetickým polymorfizmům Veronika Janoudová Vedoucí diplomové práce: RNDr. Petr Sedlák, Ph.D. Praha 2011

Prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Vztah úspěšnosti redukční terapie dětské obezity k vybraným genetickým polymorfizmům vypracovala samostatně s pomocí uvedených zdrojů. V Praze dne 29.8. 2011 Veronika Janoudová

Poděkování Rada bych poděkovala svému školiteli RNDr. Petru Sedlákovi, Ph.D. za odborné vedení, ochotu poradit a přátelský přístup. Poděkování za laskavý přístup patří rovněž Ing. Martinovi Hillovi z Endokrinologického Ústavu v Praze, který mi byl rádcem a oporou v otázkách statistiky. V nespolední řadě děkuji své rodině za trpělivost a podporu během mého studia.

ABSTRAKT Cílem diplomové práce je analyzovat vztah polymorfizmů Ala54Thr FABP2 (protein vázající dlouhé řetězce mastných kyselin v enterocytech tenkého střeva), Gln27Glu B2AR (lipolytický receptor v bílé tukové tkáni) a A-3826G UCP1 (rozpřahovací protein ve vnitřní membráně mitochondrie v hnědé tukové tkáni) ke sledovaným antropometrickým a biochemickým markerům a zhodnotit jejich vliv na úspěšnost redukční terapie u dětí a adolescentů. Asociace sledovaných polymorfizmů s obezitou byla prokazována v jiných studiích, výsledky jsou však nejednotné a většina studií se zabývala dospělou populací. Studie zahrnuje celkem 335 jedinců (216 dívek a 119 chlapců), kteří absolvovali redukční pobyt v Dětské léčebně Dr. Filipa v Poděbradech v letech 2000-2004. U jedinců byly sledovány antropometrické a biochemické markery na začátku a na konci absolvování redukčního pobytu. Genetická analýza polymorfizmů byly provedena metodou PCR- RFLP. Dívky Thr/Thr v polymorfizmu Ala54Thr FABP2 vykazovaly vyšší tloušťku kožní řasy na břiše (p = 0,009) a vyšší procentuální podíl tuku na tělesném složení (p = 0,023). Byla u nich prokázána signifikantně vyšší redukce obou zmíněných markerů (p = 0,008; p = 0,040). U chlapců byl zaznamenán vztah homozygotů Ala/Ala k nižší redukci tělesné hmotnosti (p = 0,040). V polymorfizmu Gln27Glu B2AR byla u dívek Gln/Gln, resp. u chlapců Gln/Gln, prokázána asociace s vyšší tělesnou výškou (p = 0,001), resp. vyšší hladinou kortizolu (p = 0,005). Dívky Glu/Glu vykazovaly nejmenší pokles tloušťky kožní řasy subskapulární (p = 0,013), zatímco chlapci Gln/Glu vykazovali největší redukci kožní řasy suprailiakální (p = 0,008). U dívek Gln/Gln, resp. u chlapců, byl prokázán nižší nárůst podílu svalové hmoty na tělesné hmotnosti (p = 0,020), resp. větší pokles podílu tukové složky dle Pařízkové (p = 0,010). V polymorfizmu A-3826G UCP1 byla u chlapců G/G zaznamenána nižší redukce tělesné hmotnosti (p = 0,031), u heterozygotů nižší tloušťka kožní řasy na břiše (p = 0,016) i její nižší redukce (p = 0,040), nižší pokles procentuálního podílu tuku na tělesném složení (p = 0,031), větší redukce svalstva v kilogramech (p = 0,029), nižší nárůst procentuálního podílu svalové hmoty na tělesném složení (p = 0,013), větší pokles tukuprosté hmoty (p = 0,002) a fat-free mass indexu (p = 0,003). Výsledky naznačují vztah polymorfizmů k úspěšnosti redukční terapie, kde byly signifikantní změny pozorovány nejčastěji u tloušťky kožních řas a parametrů charakterizující tělesné složení. U polymorfizmů Gln27Glu B2AR a A-3826G UCP1 byl prokázán vliv pohlaví. Klíčová slova: obezita, polymorfizmus, FABP2, B2AR, UCP1, dětská populace

ABSTRAKT The aim of the thesis is to analyze the relationship of polymorphisms Ala54Thr FABP2 (protein binding long chain fatty acids in the enterocytes of the small intestine), Gln27Glu B2AR (lipolytic receptor in white adipose tissue) and A-3826G UCP1 (uncoupling protein in the inner membrane of mitochondria in brown adipose tissue) to pursued antropometric and biochemical markers and judge their impact on the success of reducing therapy on children. Association of observed polymorphisms with obesity has already been proven in other studies, the results are inconsistent and most studies have dealt with adults. The study includes of 335 individuals (216 girls and 119 boys) who completed a reduction stay in the Children's hospital of Dr. Filip in Poděbrady. The subjects were studied for anthropometric and biochemical markers at the beginning and at the end of reduction stay. Genetic analysis of polymorphisms were performed with use of PCR-RFLP. Girls Thr/Thr in polymorphism Ala54Thr FABP2 were showing greater thickness of skin fold on abdomen (p=0,009) and higher fat percentage in body composition (p=0,023). Significantly greater reductionof both these markers have been demonstrated (p=0.008, p=0.040). For boys the relationship was observed of homozygote Ala/Ala in a lower weight reduction (p=0,040). In polymorphism Gln27Glu B2AR were for girls Gln/Gln, resp. boys Glu/Glu, showing asociation with higher body height (p = 0,001), resp. higher levels of cortisol (p = 0,005). Girls Glu/Glu showed the smallest decrease in thickness of subscapular skinfold (p=0,013), while boys Gln/Glu showed the greatest reduction in subscapular skinfold (p = 0.008). Girls Gln/Gln, respectively boys, have been proven lower growth of muscle mass on body weight (p = 0,020), respectively larger decline in share of fat component according to Pařízková (p = 0,010). In polymorphism A-3826G UCP1 was recorded for boys G/G a lower reduction in body weight (p = 0,031), for heterozygotes lower skinfold thickness on abdomen ( p= 0,016) as well as thein reduction (p = 0,040), lower percentage decrease of fat share in body composition (p = 0,031), greater muscle reduction in kilograms (p = 0,029), lower percentage increase in share of muscle mass in body composition (p = 0,013), greater decrease of fat-free mass (p = 0,002) and fat-free mass index (p = 0,003). Results indicates a relationship of polymorphisms to the success of reduction therapy, where significant changes observed mostly in skinfolds thickness and parameters characterising body composition. For polymorphisms Gln27Glu B2AR a A-3826G UCP1, was proven influence of sex. Key words: obesity, polymorphism, FABP2, B2AR, UCP1, child population

OBSAH SEZNAM ZKRATEK... 7 ÚVOD... 9 1. OBEZITA U DĚTSKÉ A ADOLESCENTNÍ POPULACE... 10 1.1. Prevalence obezity...10 1.1.1. Prevalence a vývoj obezity ve světě... 10 1.1.2. Prevalence a vývoj obezity v ČR... 11 1.2. Metody měření tělesného složení...13 1.2.1. Antropometrické metody... 14 1.2.2. Bioelektrická impedance... 14 1.3. Metody sledování obezity...15 1.3.1. Percentilové grafy... 16 1.3.2. Standardizace metoda Z-skóre... 16 1.4. Metody hodnocení obezity...17 1.4.1. Index tělesné hmotnosti... 17 1.4.2. Hodnocení distribuce tuku... 19 1.5. Etiopatologie obezity...20 1.5.1. Faktory vnějšího prostředí... 20 1.5.2. Genetické faktory... 20 1.6. Zdravotní rizika dětské obezity...24 1.7. Léčba obezity v dětském věku...25 1.7.1. Metody redukční terapie... 25 1.7.2. Hodnocení úspěšnosti redukční terapie... 26 2. KANDIDÁTNÍ GENY... 28 2.1. Fatty acid binding protein 2...28 2.1.1. Gen pro FABP2, struktura FABP2... 28 2.1.2. Funkce FABP2... 29 2.1.3. Polymorfismus Ala54Thr FABP2... 30 2.1.4. Asociace polymorfizmu Ala54Thr FABP2 s antropometrickými a biochemickými markery... 31 2.1.5. Vztah polymorfizmu Ala54Thr FABP2 k úspěšnosti redukční terapie... 31 2.2. Beta-2 adrenoreceptor...33 2.2.1. Gen pro B2AR, struktura B2AR... 33 2.2.2. Funkce B2AR... 34 2.2.3. Polymorfismus Gln27Glu B2AR... 34 2.2.4. Asociace polymorfizmu Gln27Glu B2AR s antropometrickými a biochemickými markery... 36 2.2.5. Vztah polymorfizmu Gln27Glu B2AR k úspěšnosti redukční terapie... 38 2.3. Uncoupling protein 1...38 2.3.1. Gen pro UCP1, struktura UCP1... 38 2.3.2. Funkce UCP1... 39 2.3.3. Polymorfizmus A-3826G UCP1... 39 2.3.4. Asociace polymorfizmu A-3826G UCP1 s antropometrickými a biochemickými markery... 40 2.3.5. Vztah polymorfizmu A-3826G UCP1 k úspěšnosti redukční terapie... 40 3. CÍLE A HYPOTÉZY... 42 3.1. Cíle...42

3.2. Hypotézy...42 4. MATERIÁL... 43 5. METODY... 44 5.1. Antropometrické charakteristiky...44 5.2. Biochemické charakteristiky...47 5.3. Genetická analýza...48 5.4. Statistická analýza...48 5.4.1. Standardizace metoda Z-skóre... 48 5.4.2. Testování hypotéz... 49 6. VÝSLEDKY... 53 6.1. Frekvence genotypů a alel u sledovaných polymorfizmů...53 6.2. Vztah genotypu a fenotypu...53 6.2.1. Vztah genotypu a fenotypu v polymorfizmu Ala54Thr FABP2... 54 6.2.2. Vztah genotypu a fenotypu v polymorfizmu Gln27Glu B2AR... 55 6.2.3. Vztah genotypu a fenotypu v polymorfizmu A-3826G UCP1... 56 6.3. Vztah genotypu a úspěšnosti redukční terapie...57 6.3.1. Vztah genotypu a úspěšnosti redukční terapie v polymorfizmu Ala54Thr FABP2... 57 6.3.2. Vztah genotypu a úspěšnosti redukční terapie v polymorfizmu Gln27Glu B2AR... 58 6.3.3. Vztah genotypu a úspěšnosti redukční terapie v polymorfizmu A-3826G UCP1... 59 6.4. Úspěšnost redukční terapie...61 7. DISKUZE... 62 7.1. Frekvence genotypů a alel u sledovaných polymorfizmů...62 7.1.1. Frekvence genotypů a alel u polymorfizmu Ala54Thr FABP2... 62 7.1.2. Frekvence genotypů a alel u polymorfizmu Gln27Glu B2AR... 62 7.1.3. Frekvence genotypů a alel u polymorfizmu A-3826G UCP1... 63 7.2. Vztah genotypu a fenotypu...64 7.2.1. Vztah genotypu a fenotypu u polymorfizmu Ala54Thr FABP2... 64 7.2.2. Vztah genotypu a fenotypu u polymorfizmu Gln27Glu B2AR... 65 7.2.3. Vztah genotypu a fenotypu u polymorfizmu A-3826G UCP1... 66 7.3. Vztah genotypu a úspěšnosti redukční terapie...67 7.3.1. Vztah genotypu a úspěšnosti redukční terapie v polymorfizmu Ala54Thr FABP2... 67 7.3.2. Vztah genotypu a úspěšnosti redukční terapie v polymorfizmu Gln27Glu B2AR... 69 7.3.3. Vztah genotypu a úspěšnosti redukční terapie v polymorfizmu A-3826G UCP1... 71 7.4. Úspěšnost redukční terapie...72 8. ZÁVĚR... 74 9. SEZNAM TABULEK... 76 10. SEZNAM OBRÁZKŮ... 77 11. SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ... 78 12. PŘÍLOHA VÝSLEDKOVÉ TABULKY... 88

SEZNAM ZKRATEK ACDC ADRBR Ala AMP Arg ATP B2AR BIA BMI camp CAV DEXA DM 2 EASO ECOG FABP Gln Glu Gly GNB3 HDL HSL IASO Ile INSR IOTF LDL LEP LEPR - gen pro adiponectin - β-adrenergní receptory (beta-adrenergic receptor) - alanin - adenosin monofosfát - arginin - adenosin trifosfát - beta-2 adrenergní receptor (beta-2 adrenergic receptor) - bioelektrická impedance - index tělesné hmotnosti (body mass index) - cyklický adenosin monofosfát - celostátní antropologický výzkum - duální rentgenová absorpciometrie (Dual Energy X-Ray Absorptiometry) - diabetes mellitus 2. typu - Evropská asociace pro studium obezity (European Association for the Study of Obesity) - Evropská společnost dětské obezity (European Childhood Obesity Group) - fatty acid binding protein - glutamin - glutamová kyselina - glycin - gen pro vazebný guaninu G-protein - lipoproteiny o vysoké denzitě (high density lipoproteins) - hormon senzitivní lipáza - Mezinárodní asociace pro studium obezity (International Association for the Study of Obesity) - isoleucin - gen pro inzulínový receptor - International Obesity Task Force - lipoproteiny o nízké denzitě (low density lipoproteins) - gen kódující leptin - gen kódující leptinový receptor 7

Leu - leucin MC4R - receptor pro melanokortin 4 mrna - messenger RNA PC 1 - prohormon konvertáza 1 Phe - fenylalanin POMC - proopiomelanokortin PPAR - peroxisome proliferator activated receptor Pro - prolin RNA - ribonukleová kyselina SDS - hodnota Z-skóre TG - triglyceridy (triacylglyceroly) TNF-α - tumor necrosis faktor α Thr - threonin Trp - tryptofan UCP - uncoupling protein VLDL - lipoproteiny o velmi nízké denzitě (very low density lipoproteins) WHO - Světová zdravotnická organizace (World Health Organization) WHR - poměr pas/boky 8

ÚVOD V průběhu lidské historie se názor na obezitu měnil. V minulosti byla nadváha považována za kladný jev. Protože docházelo ke střídání období dostatku potravin s obdobími nouze, bylo vytvoření si tukových zásob předpokladem k přežití. Ideální vzhled dítěte byla plnoštíhlost. Plnoštíhlé dítě bylo považováno za dítě zdravé, které má větší šanci dožít se dospělosti. Důkazem mohou být sochařská a obrazová ztvárnění barokních baculatých andílků. Větší tukové zásoby byly kladným jevem i u žen, např. Věstonická Venuše, která je považována za symbol krásy a plodnosti tehdejší doby (Pařízková, 2007). Dnes je však pohled na nadváhu a obezitu zcela opačný a jsou chápány jako faktory ohrožující zdraví. Obezita je často označována jako pandemie nového tisíciletí. Situace v jednotlivých státech světa není stejná, ale ve většině zemí je pozorovatelný zřetelný trend v nárůstu počtu jedinců trpících obezitou. Ke zvyšování podílu těchto jedinců však nedochází pouze v dospělé populaci, ale obezita je čím dál tím častěji diagnostikována u dětí a adolescentů, což je velmi znepokojující, protože většina dětí zůstává obézními i v dospělosti. Obezita, která je definována jako nadměrné ukládání tuku v těle, je onemocnění komplexního charakteru, tzn. že nezasáhne pouze vybraný orgán nebo orgánovou soustavu, ale postihne tělo jako celek. Je spojena s mnohými zdravotními riziky, které se mohou projevit již v dětství. Jedinec klade vyšší nároky na pohybový aparát, kardiovaskulární a metabolický systém, čímž zvyšuje pravděpodobnost vzniku onemocnění jako je např. hypertenze, diabetes mellitus 2. typu. Kromě fyziologických problémů jsou s obezitou velmi často spojeny i potíže psychologického a sociálního charakteru. K akumulaci tukové tkáně v těle dochází v důsledku pozitivní energetické bilance. Příjem energie převyšuje nad výdejem, což je způsobeno jednak konzumací většího množství nevhodných potravin a jednak snížením pohybové aktivity. Z hlediska zvětšující se dynamiky nárůstu počtu obézních jedinců je těmto vnějším vlivům přikládán velký význam. Na vzniku obezity se však podílí i genetické faktory, které jsou předmětem stoupajícího počtu studií. Ve většině případů dávají geny předpoklad ke vzniku obezity. Studiem vlivů tzv. kandidátních genů pro vznik obezity je snaha najít asociaci genu s fenotypovými projevem obezity. Tyto znalosti jsou velice cenné, protože je lze dále využít jak v léčbě obézních jedinců tak při prevenci. 9

1. OBEZITA U DĚTSKÉ A ADOLESCENTNÍ POPULACE 1.1. Prevalence obezity Jedince, ať už dospělé či děti a adolescenty, trpící tímto onemocněním, najdeme po celém světě a jejich počet neustále stoupá. V posledních desetiletích došlo k výraznému vzrůstu počtu jedinců s obezitou a nadváhou (Kiess et al., 2004; Hainer et al., 2004; Lobstein, Frelut, 2003; Wang, Lobstein, 2006; URL 1). Počet jedinců s nadváhou/obezitou se v různých částech světa liší, stejně tak se liší i dynamika nárůstu výskytu. Do 90. let minulého století byl největší nárůst zaznamenán v rozvinutých oblastech jako jsou USA, západní Evropa, Austrálie. Po roce 1990 se však tento rapidní nárůst začíná objevovat i v rozvojových státech, např. v Číně, Brazílii, Mexiku, kde se projevuje zejména v dětské populaci (Kiess et al., 2004; Wang, Lobstein, 2006). Monitoringem výskytu obezity, shromažďováním dat a hodnocení trendů se zabývají mnohé světové organizace. Světová zdravotnická organizace (WHO) sleduje a vyhodnocuje mnoho zdravotních rizik a onemocnění po celém světě a obezita je jedním z nich. Zvláště pro tuto problematiku byla založena International Obesity Task Force (IOTF) se speciální sekcí pro obezitu dětí. Další společností je Mezinárodní asociace pro studium obezity (International Association for the Study of Obesity IASO). I v Evropě existují organizace, které se věnují problému obezity Evropská asociace pro studium obezity (European Association for the Study of Obesity EASO), Evropská společnost dětské obezity (European Childhood Obesity Group ECOG). Všechny zmíněné organizace mj. vydávají vědecké publikace, pořádají konference a to vše za účelem upozornit na problematiku obezity (Pařízková, 2007). 1.1.1. Prevalence a vývoj obezity ve světě Pro další vývoj lidstva je nejdůležitější dětská populace, proto je velice znepokojující, že výskyt obezity a nadváhy v této věkové skupině výrazně roste (Kiess et al., 2004; Wang, Lobstein, 2006). Podle IOTF je na světě více jak 200 mil dětí školního věku obézních či s nadváhou. Dynamika růstu se liší dle států a populací (URL 2). V USA je dnes přes 30 % dětí s nadváhou či obezitou, přičemž jsou zde velké rozdíly mezi etniky. Nejvyšší podíl dětí s nadváhou a obezitou najdeme mezi Hispánci a Afroameričany. Podíl černých dívek s nadváhou oproti bílým dívkám byl o jednu třetinu vyšší (31 % oproti 22 %) a u obezity je rozdíl ještě výraznější: 18 % ku 8 % (Kimm, Obarzanek, 2002). K trojnásobnému zvýšení výskytu nadváhy a obezity došlo za posledních dvacet let v Kanadě 10

(Pařízková, 2007). V Latinské Americe dochází k největšímu nárůstu podílu dětí s nadváhou a obezitou v Chile a Brazílii. V Asii je zaznamenána největší dynamika zvýšení v Číně, v pacifické oblasti na Novém Zélandu a v Austrálii. Opačný trend, pokles podílu dětí s nadváhou a obezitou, je pozorován v Rusku a v Polsku (Wang, Lobstein, 2006). Porovnání prevalence nadváhy a obezity v jednotlivých světových regionech je v Tab. 1.1. V Evropě je nejvyšší nárůst pozorován ve státech s měnící se hospodářskou situací (např. východní Německo). Výrazný vzrůst je pozorován také ve Španělsku, které spolu s Itálií stojí na předních příčkách výše podílu dětí s nadváhou a obezitou (Pařízková, 2007; Wang, Lobstein, 2006; Jackson-Leach, Lobstein, 2006). Ze studie provedené Lobsteinem a Frelutem (2003) je patrná prevalence nadváhy a obezity v dětské populaci v evropských státech. Můžeme zde vysledovat několik trendů. Za prvé, ve státech centrální a východní Evropy je prevalence obecně nižší, což je zřejmě důsledkem historické, politické a ekonomické situace (Slovensko, Rusko, Česko). Za druhé, naopak nejvyšší výskyt nadváhy a obezity je ve středozemních státech (Itálie, Španělsko, Řecko) (Lobstein, Frelut, 2003). Tab. 1.1 Prevalence nadváhy a obezity v dětské populaci podle světových regionů (údaje podle kritérií IOTF, projektované hodnoty stanoveny na základě analyzovaného trendu prevalence) Zdroj: Wang, Lobstein, 2006, p. 22. 1.1.2. Prevalence a vývoj obezity v ČR Prevalence nadváhy a obezity v dětské populaci v České republice se v roce 2001 dostala přes 13%. Došlo k nárůstu oproti r. 1991, kdy se hodnota pohybovala na 10 % (Vignerová et al., 2006). Z Tab. 1.2 a 1.3 je patrná prevalence nadváhy a obezity v dětské populaci z roku 2001 (vztaženo k referenčním údajům z r. 1991). Při porovnání očekávaného podílu (procentuální zastoupení jedinců s nadváhou, obezitou a nízkou hmotností v každé věkové kategorii z r. 1991) zjistíme, že došlo ke zvýšení počtu obézních chlapců (oproti 3 %) ve všech věkových kategoriích, přičemž nejmenší nárůst byl zaznamenán ve věkové skupině 11

15,00-17,99 let. Podíl chlapců s nadměrnou hmotností vzrostl (oproti 7 %) ve věkových skupinách 6,00-10,99 let a 11,00-14,99 let na 8,9 % a 9,3 %. Naopak, ve zbývajících dvou skupinách došlo k poklesu. U dívek je patrný pokles podílu obézních pouze ve skupině 15,00 17,99 let a to o 0,5 %. V kategorii nadměrné hmotnosti došlo, stejně jako u chlapců, ke snížení podílu v nejmladší a nejstarší věkové kategorii. Data jsou dále porovnána s mezinárodními referenčními údaji, aby bylo možné použít je i v mezinárodním srovnání. Je patrné, že podíl jedinců s nadměrnou hmotností je vyšší u obou pohlaví ve všech věkových skupinách, kromě kategorie nejstarších dívek a nejmladších chlapců. Podíl jedinců s obezitou je vyšší pouze u dětí do 11 let u obou pohlaví. Z porovnání vyplývá, že hranice pro obezitu, která je stanovena na základě referenčních dat české dětské dospívající populace, je nižší, než hranice určena mezinárodně doporučovanými referenčními údaji (Vignerová et al., 2006). Tab. 1.2 Podíl dívek a nadváhou, obezitou a nízkou hmotností v roce 2001 (%) Zdroj: Vignerová et al., 2006, str. 41. Tab. 1.3 Podíl chlapců s nadváhou, obezitou a nízkou hmotností v roce 2001 (%) Zdroj: Vignerová et al., 2006, str. 40. 12

Součástí výsledků 6. celostátního antropologického výzkumu bylo i hodnocení výskytu nadváhy a obezity ve vztahu k socioekonomickým podmínkám dětí. Byl posuzován vliv BMI rodičů, vzdělání rodičů, počet dětí v rodině, porodní hmotnost a délka kojení dítěte a velikost obce, ve které dítě žije (Vignerová, Bláha, 2007; Vignerová et al., 2006): BMI rodičů - Jako nejvýznamnější faktor ovlivňující výskyt nadváhy a obezity u dítěte se ukázal být BMI rodičů. Pokud mají rodiče vyšší hodnoty BMI, je u jejich dětí až několikanásobně častěji stanovena nadváha či obezita. Vzdělání rodičů - Podíl dětí s nadváhou a obezitou klesá se vzrůstají úrovní vzdělání rodičů. Tento faktor silně koreluje s dalšími faktory, jako např. délka kojení, počet dětí v rodině. Počet dětí v rodině - Bylo zjištěno, že jedinci, kteří nemají sourozence, mají častěji nadváhu. Porodní hmotnost - Výzkum ukázal, že děti s vysokou porodní hmotností mají v pozdním věku častěji nadváhu nebo bývají obézní. Rozvoj abdominální obezity je však pozorován i u dětí s velmi nízkou porodní hmotností. Délka kojení - U dětí nekojených nebo kojených méně než jeden měsíc byl výskyt nadváhy a obezity vyšší. Velikost obce - S rostoucím velikostí místa bydliště, většinou klesá počet dětí s nadváhou a obezitou. Ukázalo se však, že v Praze se oproti ostatním místům nachází více chlapců do 11 let s nadváhou a obezitou. Dívek do 11 let je v Praze více než ve městech nad 100 tisíc obyvatel. Je to zřejmě způsobeno snazším přístupem k občerstvení ve fast foodech nebo lepší finanční situací. 1.2. Metody měření tělesného složení Měření tělesného složení umožňuje stanovit absolutní i relativní množství jednotlivých tělesných komponent. Z hlediska hodnocení obezity, jejího stupně nebo účinnosti redukční terapie se při zjišťování složení těla posuzuje množství tukové a tukuprosté hmoty, jakožto dvou hlavních složek. Některé metody se využívají pro hodnocení proporcionality těla, resp. distribuce tukové hmoty. Pomocí metod lze stanovit i další komponenty tělesného složení, jako je např. obsah vody, minerálů, základních prvků. Typ použité metody je proto vybírán zejména na základě účelu studie. Rozdíly mezi metodami spočívají v náročnosti 13

aplikace, vhodnosti použití pro různé skupiny jedinců (např. vliv věku, mobility) a množství vynaložených finančních prostředků (Riegerová et al., 2006). Pro hodnocení obezity či úspěšnosti redukční terapie většího počtu jedinců v terénních podmínkách se využívají především antropometrické metody, dále pak bioimpedanční analýza, a to především pro jejich rychlou aplikaci a finanční dostupnost (Bláha, Pařízková, 2007). 1.2.1. Antropometrické metody Metody stanovení tělesné složení založené na antropometrických znacích, jsou z hlediska historie dlouho známé a i dnes patří k nejvyužívanějším metodám v praxi. Vycházejí především z měření tloušťky kožních řas, dále pak z hmotnosti, tělesné výšky, obvodových a šířkových parametrů. Zmíněné tělesné charakteristiky lze samozřejmě používat samostatně, např. pro stanovení obezity, úspěšnosti redukčního režimu či určení distribuce tuku. Mohou být ale využity pro výpočet tělesného složení (Riegerová et al., 2006). Nejčastěji jsou využívány tloušťky kožních řas, které se měří kalipery. Existuje mnoho typů kaliperů. V České republice se nejvíce používají kalipery typu Best, u nichž lze standardizovat stálý tlak na kožní řasu, tzn. že hodnoty tloušťky kožní řasy se po čas měření výrazně nemění a výsledky jsou proto přesnější. U Harpendenského typu kaliperu není tato možnost standardizace tlaku. Zároveň má menší velikost rozevření měrných plošek, a proto se nehodí pro měření tloušťky kožních řas u obézních jedinců. Protože jednotlivé kalipery se navzájem liší, není vhodné porovnávat výsledky získané na základě měření různými kalipery (Bláha, Pařízková, 2007). Naměřené hodnoty se dosazují do specifických regresních rovnic, jejichž výpočtem se stanoví množství tuku, resp. tělesné složení. Použití rovnic je však omezené. Rozložení tukové tkáně závisí na mnoha faktorech, např. na pohlaví, fyzické zátěži, věku, etniku. Z toho důvodu bylo vytvořeno několik desítek regresních rovnic (pro sportovce, obézní, děti, seniory, atd.) (Riegerová et al., 2006). 1.2.2. Bioelektrická impedance Stanovení tělesného složení pomocí bioelektrické impedance (BIA) je založené na rozdílné elektrické vodivosti jednotlivých tkání, resp. na odporu tkáně. Velikost odporu tkáně závisí na množství vody a množství elektrolytů. Tuková tkáň obsahuje minimum vody a elektrolytů a chová se jako izolátor, kdežto tukuprostá hmota s vysokým podílem vody a 14

elektrolytů elektrický proud vede dobře. Protože se měří celková tělesná voda, z které se pomocí rovnic stanoví podíl tukové a tukuprosté tkáně, je tato metoda velmi citlivá na míru hydratace organismu. Před samotným měřením musí jedinec dodržovat jistá pravidla jako např. nejíst a nepít 4-5h před měřením, necvičit minimálně 12h před měřením. Omezení validity metody spočívá i v rovnicích pro stanovení podílu tuku, které jsou specifické podle věku, etnika, pohlaví, míry fyzické aktivity, množství tuku (Riegerová et al., 2006). Aplikace této metody pro hodnocení tělesného složení u běžné dětské populace nebo sportovců je možná pouze za použití speciálního softwaru. U obézní dětské populace není použití považováno za vhodné (Bláha, Pařízková, 2007). 1.3. Metody sledování obezity Antropologické výzkumy dětí a mládeže, které na českém území probíhají již více jak 100 let, poskytují rozsáhlé soubory dat, které umožňují analyzovat změny v somatickém vývoji, resp. obezity, české dětské populace. První takový výzkum byl proveden v roce 1895 prof. J. Matiegkou, kdy změřil antropometrické údaje u téměř 100 000 školních dětí. Data jednotlivých výzkumů ukazují na pozitivní sekulární trend ve změnách antropometrických parametrů české dětské populace. Dochází ke zvyšování průměrné tělesné výšky, s čímž souvisí i nárůst průměrné tělesné hmotnosti. V posledním období je zvyšování hmotnosti dáno i vyšším výskytem nadváhy a obezity (Vignerová, Bláha, 2007). U sledování a hodnocení tělesných znaků dětí je vždy nutné přihlédnout k věku, jelikož jejich tělo a tělesné složení se během ontogeneze mění. Lze pozorovat období přírůstku tuku a období jeho úbytku. Po narození do 1. roku života se podíl tukové tkáně prudce zvyšuje (tuk tvoří až kolem 30 %). Poté množství tuku klesá až do věku 5-6 let a následně začne opět stoupat. Věk, ve kterém dojde k opětovnému zvyšování podílu tukové tkáně, se nazývá adiposity rebound. Nástup adiposity rebound je jedním z důležitých faktorů pro hodnocení vývoje obezity. V období puberty dochází ke změně rozložení tuku a mění se i množství tukové tkáně vzhledem k pohlaví. U dívek je pozorován vyšší nárůst tukové hmoty a to zejména v oblastech boků a stehen, u chlapců se naopak ve větší míře rozvíjí svalová hmota (Lisá, 2004). Nelze proto používat stejná kritéria hodnocení znaků pro dospělé a pro děti (do 18 let). Tělesné parametry dětí a adolescentů jsou posuzovány vzhledem k referenčním údajům, 15

které jsou nejčastěji ve formě percentilových grafů. Další možností je standardizace naměřených dat (Vignerová, Bláha, 2001). 1.3.1. Percentilové grafy Percentilový graf zobrazuje antropometrickou charakteristiku jedince či skupiny jedinců vztaženou k věku. Jedinec je porovnáván se standardy, resp. referenčními údaji, které se získávají na základě průřezových antropometrických studiích. V České republice probíhá každých deset let celostátní antropologický výzkumu dětí a mládeže zejména za účelem získat referenční údaje. První takový celostátní antropologický výzkum (CAV) byl proveden v roce 1951, poslední pak (již šestý) v roce 2001 (Vignerová et al., 2006). Ze získaných údajů se vypočítají percentilové hodnoty (pro každý tělesný znak, věkovou skupinu a pohlaví), které nazýváme empirické percentily. V samotném grafu jsou nejčastěji zobrazeny percentily 3., 10., 25., 50., 75., 90. a 97. Hodnota percentilu znamená, že dané procento dětí dosáhne dané hodnoty tělesného znaku, pro který je graf konstruován, a hodnot nižších. Padesátý percentil zobrazuje střední hodnotu, 25. a 75. percentil pak vystihují dolní, resp. horní kvartil (Vignerová, Bláha, 2001). Pro hodnocení obezity se nejčastěji používá percentilový graf hodnot BMI. Grafy jsou však zkonstruovány i pro další charakteristiky tělesná výška, hmotnost, tělesné obvody. Hmotnost dětí do 6-10 let je vhodnější hodnotit podle hmotnostně-výškových grafů, kde není zohledněn věk (Vignerová, Bláha, 2007). V jiných populaci může docházet během ontogeneze k určitým odlišnostem, tudíž grafy konstruované na základě národních údajů jsou použitelné pouze pro danou konkrétní populaci, ze které referenční údaje vycházejí (Vignerová, Bláha, 2001). Světová zdravotnická organizace vydala grafy, které jsou založené na údajích severoamerické populace. Tato referenční data jsou známa jako WHO/NCHS a grafy z nich konstruované se používají v mnoha zemích světa (Kiess et al., 2004). 1.3.2. Standardizace metoda Z-skóre Standardizace naměřených hodnot umožňuje zpracovat dané charakteristiky jedinců pouze podle pohlaví, bez ohledu na věk. Do standardizace vstupuje naměřená hodnota znaku jedince, průměr a směrodatná odchylka znaku jednotlivých věkových skupin referenční populace. Nulová hodnota Z-skóre odpovídá průměru referenční populace (Vignerová, Bláha, 2001). 16

V současné době je hodnota průměru a směrodatné odchylky referenční populace zpracována pouze pro některé charakteristiky (především antropometrické), proto je použití metody standardizace (Z-skóre) omezené. 1.4. Metody hodnocení obezity Mezi nejčastější charakteristiky pro posouzení obezity a jejích stupňů patří výška a hmotnost jedince. Z těchto základních charakteristik se vypočítá body mass index (BMI = hmotnost[kg] / výška 2 [m] ), který se dále vyhodnocuje. Pro charakteristiku distribuce tuku se využívá délkových, šířkových a obvodových rozměrů a indexů z nich vypočítaných (Bláha, Pařízková, 2007). Ke zjištění obezity či jejího stupně slouží i informace o tloušťce kožních řas. Tyto charakteristiky lze zároveň využít i při posuzování úspěšnosti redukční terapie (Vignerová, Bláha, 2007). 1.4.1. Index tělesné hmotnosti Index tělesné hmotnosti (body mass index) je v praxi nepoužívanější charakteristikou, ačkoliv je známo, že jeho vypovídací hodnota je omezena, protože nereflektuje složení těla. Jedná se však o neinvazivní, rychle proveditelnou a finančně nenáročnou metodu. Kritéria pro hodnocení BMI existují zvlášť pro dospělou a zvlášť pro dětskou populaci (do 18 let) (Vignerová, Bláha, 2007). Percentilový graf BMI Pro zjištění obezity dívek a chlapců se využívá percentilový graf BMI, který je zpracován pro každé pohlaví zvlášť. Pokud se BMI jedince pohybuje mezi 75.- 90. percentilem, znamená to zvýšenou hmotnost. Nadměrnou hmotnost mají jedinci s hodnotou BMI nad 90. percentilem. Hranice obezity je stanovena na 97. percentil. Obézní jedinci jsou tedy ti, jejichž hodnota BMI leží nad 97. percentilem. Z grafu lze samozřejmě vyčíst i nedostatečnou hmotnost: hodnoty pod 25. percentilem snížená hmotnost, pod 10. percentilem nízká hmotnost, pod 3. percentilem velmi nízká hmotnost (Bláha, Pařízková, 2007). Aktuální percentilový graf BMI vychází z výsledků 5. celostátního antropologického výzkumu z roku 1991. V posledních letech se zvýšil počet dětí a adolescentů s nadváhou a obezitou a pokud by se provedla aktualizace dat podle 6. CAV z roku 2001, došlo by ke zvýšení hranice 90. a 97. percentilu. Jelikož se jedná o hraniční 17

percentily pro stanovení nadváhy a obezity, jejich posunutí k vyšším hodnotám by mělo nežádoucí vliv na hodnocení, které by bylo do značné míry zkreslené (Vignerová et al., 2006). Existencí percentilových grafů BMI, které vycházejí z údajů jiných populací, vzniká problém při mezinárodním porovnávání výsledků. Proto je snaha o jednotnou mezinárodní definici dětské nadváhy a obezity, resp. stanovení hraničních bodů. International Obesity Task Force (IOTF) vytvořil na základě mezinárodní referenční populace mezinárodní definici nadváhy a obezity. Bylo vybráno 6 velkých národních studiích (Brazílie, Velká Británie, Hong Kong, Nizozemsko, Singapure, USA), které museli splňovat určité podmínky např. věk dětí 6-18 let, reprezentativní vzorek, kontrola kvality dat. Na základě těchto dat byly sestaveny percentilové grafy BMI specifické pro pohlaví, přičemž hraniční body stanovující nadváhu, resp. obezitu v 18 letech byly stanoveny jako 25,0 kg/m 2, resp. 30,0 kg/m 2 (Cole et al., 2000). V epidemiologických studiích se ukázalo, že tyto grafy snižují podíl jedinců s nadváhou a obezitou. Grafy jsou však dále používány pro mezinárodní srovnávání výskytu nadváhy a obezity, protože se jedná o dosud jediné mezinárodně použitelné referenční údaje (Vignerová, Bláha, 2007). Stupně obezity podle BMI Pro českou populaci dětí a adolescentů byly vymezeny tři stupně obezity podle BMI vzhledem k věku a pohlaví (Tab. 1.4). Kategorizace vychází ze souboru 8237 obézních jedinců ve věku 6-19 let, kteří absolvovali léčebný redukční pobyt v Dětské léčebně Dr. L. Filipa v Poděbradech (Vignerová, Bláha, 2007). Dolní hranice 1. stupně je určena hodnotami 97. percentilu BMI dle 5. celostátního antropologického výzkumu z roku 1991. Horní hranici tvoří hodnoty 50. percentilu sledované obézní subpopulace. Druhý stupeň obezity je vymezen hodnotami BMI mezi 50.- 90. percentilem sledované obézní subpopulace. Obézní jedinci s hodnotami BMI nad 90. precentil spadají do třetího stupně obezity (Bláha, Pařízková, 2007). 18

Tab. 1.4 Stupně obezity českých dětí a dospívajících dle BMI (podle Vignerová, Bláha, 2007) 1.4.2. Hodnocení distribuce tuku Pro hodnocení tělesné stavby a distribuce tuku obézních jedinců je vhodné použít obvod pasu (polovina vzdálenosti mezi hranou kyčelní kosti a poledním žebrem) či břicha (ve výši pupku). Tyto obvody podávají informaci o množství abdominálního (viscerálního) tuku, který je asociován se zvýšeným rizikem metabolických onemocnění (např. DM 2) jak u mužů, kde je výskyt většího množství abdominálního tuku častější, tak i u žen (Kiess et al., 2004; Bláha, Pařízková, 2007). Dříve se často používal index WHR (waist/hip ratio), který dává do poměru obvod pasu a boků. Při hodnocení obezity však nemá významnou vypovídající hodnotu, a proto se od jeho použití ustupuje (Bláha, Pařízková, 2007). Tloušťka vybraných kožních řas vypovídá nejen o případné obezitě jedince, ale rovněž o rozložení tukové tkáně. Pro správné hodnocení je však nutné zvolit vhodnou lokalizaci kožních řas (Kiess et al., 2004). Naměřené hodnoty kožních řas z různých oblastí těla se používají při výpočtu indexů centrality. Nejvíce je používán index X1 (kožní řasa subskapulární / kožní řasa nad tricepsem). Index X2 (kožní řasa hrudník 1 + hrudník 2 + subskapulární + suprailická + břicho / kožní řasa tvář + brada + triceps + patella + lýtko 1) informuje o rozložení tuku na trupu vzhledem k hlavě a končetinám. O distribuci tuku na trupu vzhledem ke končetinám vypovídá index X3 (kožní řasa suprailiakální + subskapulární + břicho / kožní řasa triceps + patella + lýtko 1) (Riegerová et al., 2006). Zejména u dospívajících se pro distribuci tukové tkáně používá i metoda magnetické rezonance (MR), počítačové tomografie (CT), bioelektrické impedance (BIA) nebo 19

rentgenové absorpciometrie (DEXA). Pomocí těchto metod lze stanovit plochu celkové abdominální tukové tkáně, případně lze plochu určit zvlášť pro intraabdominální tukovou tkáň a subkutánní abdominální tukovou tkáň (Kunešová, 2004a). 1.5. Etiopatologie obezity Lidské tělo na jedné straně energii přijímá a na straně druhé ji vydává. Jedná se o tzv. energetickou bilanci. Pokud převyšuje energetický příjem nad výdejem, hovoříme o pozitivní energetické bilanci. Jestliže pozitivní energetická bilance přetrvává dlouhodobě, dochází k ukládání tuku a vzniku obezity (Hainer, Bendlová, 2004). Obezita s sebou nese kromě nadměrného ukládání tuku i další zdravotní rizika či onemocnění jako např. hypertenze, diabetes 2. typu, astma, problémy s pohybovým aparátem (Hainer, 2004; Lisá, 2007). Na léčbu zdravotních komplikací spojených s obezitou je vynakládáno obrovské množství financí, a i proto je snaha zjistit příčiny vzniku obezity, abychom ji mohli předcházet. Příčiny vzniku obezity můžeme rozdělit na faktory: vnějšího prostředí (někdy označovány jako životní styl) genetické Obezita je výsledkem vzájemné interakce faktorů vnějšího prostředí a faktorů genetických. Poměr vlivu faktorů kolísá podle toho, o jaký typ obezity se jedná. Studie však ukazují, že genetické faktory podmiňují obezitu ve 40-70 % (Hainerová, 2007). 1.5.1. Faktory vnějšího prostředí Mezi faktory vnějšího prostředí patří zejména výživa (příjem energie), pohybová aktivita (výdej energie) a rodinné prostředí. Určitou roli při rozvoji obezity hrají např. i délka kojení dítěte či počet obyvatel obce, ve které dítě žije (Hainer, Bendlová, 2004; Vignerová, Bláha, 2007; Vignerová, Bláha, 2001). 1.5.2. Genetické faktory Technický pokrok umožňuje rozvoj nových molekulárně genetických a biochemických technik, díky kterým vědci odhalují a popisují vztahy genů k obezitě, objevují nové vazby mezi biochemickými dráhami a geny a snaží se tak zjistit genetickou podstatu obezity. 20

Zaměřují se na kandidátní geny, což jsou geny, které se podílí na vzniku obezity, resp. jsou asociovány s určitým znakem obezity. Jedná se proto především o geny, které se podílí na regulaci příjmu a výdeje energie, metabolismu živin, hormonální signalizaci (Hainerová, 2007). Geny vázané k lidské obezitě byly nalezeny na všech chromozómech, kromě chromozómu Y. Hledání asociace genů a jejich mutací s fenotypovými projevy obezity stále pokračuje. Každý rok se aktualizuje genová mapa lidské obezity, ve které jsou uvedeny všechny známé geny související s obezitou (Vignerová, Bláha, 2001). Ačkoliv je obezita většinou spojována se životním stylem, genetické faktory hrají významnou roli (Hainer, Bendlová, 2004; Marti et al., 2008). Vliv genetických faktorů byl zkoumán v mnoha studiích na jednovaječných a dvojvaječných dvojčatech. U jednovaječných dvojčat, které mají (narozdíl od dvojvaječných dvojčat) identickou genetickou výbavu, byla prokázána vyšší korelace BMI než mezi dvojvaječnými dvojčaty (Stunkard et al., 1986a). Další studie potvrdila významnou roli genetických faktorů, když prokázala vysokou korelaci BMI u jednovaječných dvojčat, která od narození žila odděleně v odlišném prostředí (Stunkard et al., 1986b). Hainer et al. (2001) provedli studii, která byla zaměřená na pozorování úbytku hmotnosti u 14 párů obézních jednovaječných dvojčat, které prodělali 28denní nízkokalorickou dietu. Úbytek tělesné hmotnosti se výrazně odlišoval mezi páry, zatímco mezi jedinci jednotlivých párů silně koreloval. Tato studie prokázala, že genetické faktory hrají důležitou roli i při redukci tělesné hmotnosti. Genetické faktory většinou neovlivňují tělesnou hmotnost přímo, ale spíše dávají jedinci určité predispozice, tzn. jedinec je předurčen k určité odpovědi na určité vlivy prostředí (výživa, pohybová aktivita). Existují však formy obezity, které jsou zapříčiněny pouze genetickými faktory. U jedinců se obezita projeví vždy nezávisle na vnějším prostředí. Patří sem jednak mendelovsky děděné syndromy a jednak monogenní formy obezity (Hainerová, 2007). Mendelovsky děděné syndromy Mendelovsky děděné syndromy se vyskytují vzácně. Obezita je jedním z mnoha projevů těchto chorob. Dalšími častými projevy jsou mentální retardace, vývojové vady orgánů, dysmorfie. Dosud je známo více než 20 syndromů s mendelovským typem dědičnosti (Hainerová, 2007). Dědičnost syndromů může být vázána na autozomální chromozómy (dědí se dominantně i recesivně) nebo na pohlavní chromozóm X (Vignerová, Bláha, 2001). Nejvyšší prevalenci v této skupině onemocnění má syndrom Pradera-Williho (1: 25 21

000). Dědičnost je autozomálně dominantní, stejně jako u Schinzelova syndromu. Mezi choroby s dědičností autozomálně recesivní patří např. Bardetův-Biedlův syndrom. Onemocnění vázané na chromozóm X jsou např. Wilsonův-Turnerův syndrom, Börjesonův-Forssmanův-Lehmannův syndrom (Hainerová, 2007; Vignerová, Bláha, 2001). Monogenní formy obezity Pokud mutace jednoho genu způsobí obezitu, mluvíme o tzv. monogenní formě obezity. Jedná se o mutace genů, které ovlivňují energetickou bilanci. Energetický příjem jedinců je vyšší a ve většině případů trpí silnou obezitou již od útlého dětství. Mezi monogenní formy obezity s recesivní dědičností patří mutace genu pro leptin (LEP), leptinový receptor (LEPR), proopiomelanokortin (POMC) a prohormonu konvertázy 1 (PC1) (Hainer, Bendlová, 2004). Mutace genu pro leptin je jako jediná léčitelná. Každodenním podáváním leptinu je možné snížit váhu jedince až na normální úroveň (Hainerová, 2007). Nejčastější příčinou monogenní formy obezity je mutace melanokortinového receptoru 4. typu (MC4R), který se nachází v hypotalamu, kde je součástí leptino-melanokortinové dráhy. Uvádí se prevalence až 6 % případů těžké obezity vzniklé v útlém věku. Studie provedená v České republice prokázala prevalenci 2,4 % (Hainerová, 2007). Polygenní formy obezity Polygenní formy obezity jsou takové formy, kdy dojde k mutaci několika genů, které ovšem mají relativně malý vliv na vznik obezity. Zda se jedinec skutečně stane obézním, záleží na interakci genů a prostředí. Vliv mutací genů na vznik obezity se však kumuluje, a proto záleží také na množství genů a na variantách genů, u kterých mutace proběhla (Hainerová, 2007). Příkladem predispozice pro vznik obezity může být např. mutace genů ovlivňujících lipolýzu. Aktivace lipolýzy probíhá přes β-adrenergní receptory (ADRBR). β 2 -adrenergní receptor (B2AR) se nachází v adipocytech, kde po navázání katecholaminu spouští kaskádu reakcí vedoucí k lipolýze tuku (Masuo, 2010). Z hlediska vztahu k obezitě je zkoumáno několik mutací tohoto genu zejména mutace v kodonu 16 (Arg16Gly, 27 (Gln27Glu), 164 (Thr164Ile) (Maxwell et al., 2005). Velice intenzivně je studována asociace obezity s β 3 -adrenergním receptorem, u kterého je popsána mutace v kodonu 64, kde dochází k záměně tryptofanu za arginin (Trp64Arg) (Vignerová, Bláha, 2001). 22

Na výdeji energii se podílejí i rozpřahovaní proteiny (uncoupling protein, UCP1-3), které rozpřahují elektronový tok v mitochondriích. Energie tudíž není využita na tvorbu ATP, ale uvolní se ve formě tepla. Proto mohou mutace v genech kódující tyto proteiny rovněž způsobit nárůst hmotnosti jedince (Marti et al., 2008). Současná mutace UCP1 a β 3 -adrenoreceptoru (Trp64Arg) je příkladem kumulativního efektu mutací různých genů. Obezita je u těchto jedinců těžší (Vignerová, Bláha, 2001). Mnoho studií se zaměřilo na peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR). Jedná se o nukleární receptory, které hrají důležitou roli v metabolismu lipidů tím, že regulují diferenciaci adipocytů. Ze skupiny těchto receptorů je nejvíce studován PPARγ, u kterého jsou popsány dva polymorfizmy ovlivňující BMI. V pozici 12 dochází k substituci prolinu za alanin (Pro12Ala) (Vignerová, Bláha, 2001). Tato mutace je spojována s inzulínovou rezistencí, diabetem a vyšším BMI u obézních jedinců. Nositelé alely alanin vykazují větší nárůst hmotnosti po skončení redukčního režimu (Hainer, Bendlová, 2004). U druhého polymorfizmu je v pozici 115 nahrazen prolin glutaminem (Pro115Glu). Mutace, které má za následek vyšší diferenciaci adipocytů, byla nalezena u extrémně obézních jedinců (Vignerová, Bláha, 2001). Mnoho genů ovlivňuje příjem energie přes gastrointestinální trakt. Hormon ghrelin a jeho receptory, které se vyskytují v žaludku, vyvolávají pocit hladu (Trojan et al., 2003). S obezitou jsou spojovány dva polymorfizmy receptoru pro ghrelin: Ala204Glu a Phe279Leu (Marti et al., 2008). S obezitou je asociován i FABP2 (fatty acid binding protein 2). Tento protein patří do rodiny proteinů vázající mastné kyseliny (FABP), které se podílejí na metabolismu tuků tím, že fungují jako přenašeči dlouhých mastných kyselin. Byl popsán polymorfizmus v pozici 54, kde je alanin nahrazen threoninem (Ala54Thr). Nositelé threoninu mají 2x vyšší afinitu pro vazbu mastných kyselin (Baier et al., 1995). Dalšími kandidátními geny pro vznik obezity jsou gen pro tumor necrosis factor-α (TNFα), gen pro inzulínový receptor (INSR), gen pro LDL-receptor, geny pro vazebný protein guaninu G-protein (GNB3), gen pro adiponectin (ACDC) a mnohé další (Vignerová, Bláha, 2001). 23

1.6. Zdravotní rizika dětské obezity Obezita v dospělosti zvyšuje riziko vzniku mnoha závažných onemocnění. Již v dětském věku však způsobuje řadu zdravotních komplikací. Většina dětí trpící obezitou zůstane obézní i do dospělosti a zdravotní následky se tak zhoršují (Vignerová, Bláha, 2001). Nadměrnou hmotností je velmi zatížen skeletální systém. Protože kostra a svalstvo se s růstem dítěte vyvíjí, při přetížení dochází často k poruchám. K nejvýraznějším změnám dochází na páteři, kde se vyskytuje hrudní hyperkyfóza či skolióza, a na dolních končetinách. Obézní děti často stojí o široké bázi, mají vbočená kolena. Klouby (kolení, kyčelní kloub) podléhají artrotickým změnám. Častý je výskyt ploché nohy (Kiess et al., 2004; Lisá, 2004). Změny jsou patrné v cévním, kardiovaskulárním a respiračním systému: rozšířené žíly na dolních končetinách, zvýšený krevní tlak až hypertenze. U extrémně obézní dětí byl pozorován Pickwickův syndrom, spánková apnoe (Vignerová, Bláha, 2001). Narušený je i pohlavní vývoj. U chlapců se často objevuje hypogenitalismus se sníženou sekrecí mužských pohlavních hormonů. Někdy může jít pouze o zdánlivý nález, protože zevní genitál může být zanořen ve zvětšené vrstvě kožního tuku v dolní části břicha. U extrémně obézních dívek je narušená správná funkce ovárií, můžeme se setkat s nepravidelnou menstruací a se syndromem polycystických ovárií. Dívky s nízkým stupněm obezity mívají pohlavní vývoj urychlen (Lisá, 2007). Obézní jedinci trpí na kožní onemocnění jako jsou ekzémy a mykózy, které se vyskytují zejména v oblastech podpaží či třísel. Často se objevují strie a celulitida (Hainer, 2004). Velmi výrazné a závažné jsou metabolické změny. Obézní děti mají vyšší hladinu celkového cholesterolu, LDL a TG. Hodnoty HDL jsou naopak sníženy. Zvýšení hodnot LDL a TG následně vede k jaterní steatóze. Byly prokázány zvýšené hodnoty C-peptidu a inzulínu (hyperinzulinémie), jejichž následkem je inzulínová rezistence (Lisá, 2007). U obézních jedinců s inzulínovou rezistencí je později velmi často diagnostikován diabetes mellitus 2. typu. Narušení metabolismu lipidů a sacharidů vede ke vzniku metabolického syndromu (Reavenův syndrom X) (Svačina, 2004), který byl v roce 2005 Mezinárodní diabetologickou federací charakterizován znaky (Lisá, 2007): centrální obezita, vyšší TG, nižší HDL, vyšší glykémie nalačno, vyšší krevní tlak. Obezita ovlivňuje nejen fyziologické aspekty, ale působí rovněž na psychickou stránku jedince. Ve škole je u obézních dětí pozorován vyšší podíl jedinců se zhoršeným výkonem, 24

s problémovým chováním, absencí. Často jsou obětí posměchu a šikany. To vše vede k tomu, že mívají nízké sebevědomí a často trpí depresemi (Fraňková, 2007). 1.7. Léčba obezity v dětském věku 1.7.1. Metody redukční terapie Snižování hmotnosti jedince v období růstu je velice problematické a vyžaduje pečlivý přístup při volbě vhodné redukční terapie. Nastavení správného redukčního procesu probíhá na individuální úrovni. Cílem redukční terapie je snížit podíl tukové složky a zároveň umožnit rozvoj tukuprosté hmoty (např. svalstva). Proto redukční terapie ne vždy znamená úbytek celkové tělesné hmotnosti (Pařízková et al., 2007) Za účelem redukce hmotnosti se využívá několika metod, které vedou k celkové změně životosprávy. Jsou to zejména diety, resp. úpravy stravy, a pohybová aktivita. Důležitý je také behaviorální a psychologický přístup (Pařízková, et al., 2007). Farmakoterapie či chirurgická léčba dětské obezity je diskutabilní (Lisá, 2004). Dieta Úprava příjmu potravy za účelem snížení tělesné hmotnosti je žádaná, ale zvláště u dětí a dospívajících musí být provedena velice citlivě. I během diety by strava měla obsahovat veškeré složky potravy v potřebném množství pro zdravý vývoj (Pařízková et al., 2007). Strava by měla být vyvážená a přiměřená energetickému výdeji (Kunešová, 2004b). S přihlédnutím k věku jedince, stupně obezity a případným komplikacím jsou v zásadě používány dva odlišné přístupy k léčbě dietou. První přístup vychází z vyrovnané normoenergetické diety, kdy je účelem dlouhodobě udržet stabilní tělesnou hmotnost. Se zvyšující se výškou jedince dochází k postupnému poklesu BMI. Tento přístup je vhodné aplikovat u dětí do 8 let nebo u dětí nad 8 let s vysokým příjmem energie, mírnou a střednou obezitou, bez zdravotních komplikací. V druhém přístupu se uplatňuje hypoenergetická vyrovnaná dieta, jejímž cílem je snížit hmotnost jedince. Používá se u dětí nad 8 let s těžším stupněm obezity či se zdravotními obtížemi (Kunešová, Hlavatá, 2007). Pohybová aktivita Omezení sedavé činnosti a zvýšení pohybová aktivity je jedním z předpokladů k úspěšné redukci hmotnosti. Při volbě pohybové aktivity je nutné dbát v úvahu několik základních 25

faktorů: pohlaví, věk, pohybovou vyspělost, trvání a příčinu obezity a její stupeň (Kučera et al., 2007). Pro úbytek tukové složky jsou vhodné zejména aktivity aerobního typu z důrazem na kardiorespirační výkonnost. Zároveň by se však neměl nadměrně zatěžovat skeletální systém (klouby). Vhodnými sporty pro obézní jedince jsou plavání či jakákoliv jiná pohybová aktivita ve vodě (cvičení, vodní pólo), jízda na kole, běh na lyžích, turistika, kopaná. Důležité je také posilovaní svalů, které zlepšují držení těla (Pařízková et al., 2007). Pohybová aktivita tedy snižuje podíl tukové hmoty a zároveň pozitivně působí na rozvoj svalů narozdíl od diety, která často způsobí úbytek i svalové komponenty tělesného složení. Proto je velmi vhodné kombinovat dietu (snížení energeticko příjmu) s pohybovou aktivitou (zvýšený energetický výdejem za nárůstu svalové hmoty) (Štich, 2004). Behaviorální a psychologický přístup Součástí redukční terapie by měla být i změna postojů ke stravě a pohybové aktivitě jedince. K tomu slouží psychoterapeutické a reedukační programy. Cílem je informovat jedince, případně celou jeho rodinu, jak přistupovat k léčbě obezity, a osvojit si vhodné stravovací a pohybové návyky (Pařízková et al., 2007). Lázeňská léčba obezity dětí a dospívajících Lázeňská léčba obezity je komplexní, zahrnuje tedy dietu, pohybovou aktivitu i behaviorální léčbu. Cílem 4-6 týdenního redukčního pobytu je zejména změna životního stylu jedince a celé rodiny (Vignerová, Bláha, 2001). Bohužel po návratu do rodinného prostředí se většinou hmotnost jedinec opět zvyšuje (Lisá, 2004). V České republice funguje pro léčbu obezity dětské a dospívající populace Léčebna Dr. Filipa v Lázních Poděbrady. Jedinci 3 18 let jsou přijímáni na základě návrhu lékaře. Pobyt trvající 4 6 týdnů hradí pojišťovna. Při příjmu jedince je provedeno lékařské vyšetření, na jehož základě je stanovena redukční terapie. Jednou týdně pak probíhají kontrolní vyšetření. Redukční terapie zahrnuje dietu (různé typy), pohybovou aktivitu (4 6 hodin denně), balneoterapii a edukaci (skupinová, individuální) (URL 3). 1.7.2. Hodnocení úspěšnosti redukční terapie Na základě více než desetiletého sledování a vyhodnocování redukčního procesu dětí a adolescentů (6-18 let), kteří absolvovali léčebný redukční pobyt v Lázních Poděbrady a v Sadské, byly vybrány antropometrické charakteristiky, které nejlépe dokumentují 26

úspěšnost redukčního procesu (Tab. 1.5) (Vignerová, Bláha, 2007). Pro každé pohlaví bylo posuzováno 12 obvodových rozměrů, tloušťky 14 kožních řas, indexy (BMI, ponderální, Rohrerův, WHR) a komponenty tělesného složení dle Matiegky (Vignerová, Bláha, 2001). Nejvýznamnějším obvodovým rozměrem z hlediska posouzení úspěšnosti redukční terapie u chlapců je obvod břicha, u dívek obvod stehna gluteální. Z kožních řas je u chlapců i u dívek významný rozdíl u tloušťky kožní řasy suprailiakální. Z vypočítaných indexů je pro posouzení úspěšnosti redukčního procesu nejvhodnější index tělesné hmotnosti BMI. Při redukční terapii došlo k největšímu snížení tukové komponenty. Zároveň se snížil podíl svalstva u obou pohlaví (Vignerová, Bláha, 2007). Tab. 1.5 Pořadí antropometrických parametrů vhodných k posouzení úspěšnosti redukčního procesu dětské obezity (upraveno podle Vignerová, Bláha, 2007) Chlapci Dívky BMI BMI tělesná hmotnost součet 10 kožních řas součet 10 kožních řas tělesná hmotnost tuková komponenta tělesného složení podle Matiegky (v kg i %) tuková komponenta tělesného složení podle Matiegky (v kg i %) kožní řasa suprailiakální gluteální obvod stehna kožní řasa na břiše obvod gluteální kožní řasa subskapulární kožní řasa suprailiakální obvod břicha kožní řasa na hrudníku 2 obvod gluteální kožní řasa subskapulární obvod hrudníku (mezosternální) kožní řasa na břiše gluteální obvod stehna obvod hrudníku (mezosternální) kožní řasa pod bradou obvod břicha kožní řasa na hrudníku 2 kožní řasa na stehně střední obvod relaxované paže střední obvod relaxované paže svalová komponenta tělesného složení podle Matiegky (v %) svalová komponenta tělesného složení podle Matiegky (v %) Při posouzení redukčního procesu je tedy vhodné hodnotit zejména tloušťky kožních řas a obvodové rozměry v oblasti trupu, protože u nich dochází k největším změnám (Vignerová, Bláha, 2007). Z hlediska správnosti redukční terapie dětí je velice důležitý poměr úbytku tukové a svalové komponenty. Ve vztahu k celkové tělesné hmotnosti by měl podíl svalstva narůstat. Poměr úbytku tukové složky ku složce svalstva by měl být nejméně 7 : 1. Větší úbytek svalové složky může být nebezpečný, protože signalizuje nedostatek proteinů. Proto je potom nutné upravit redukční proces (Vignerová, Bláha, 2001). 27

2. KANDIDÁTNÍ GENY 2.1. Fatty acid binding protein 2 Lidské tělo získává energii z přijaté potravy, která se při postupu trávicím traktem přeměňuje na využitelné formy jednotlivých složek potravy. Vstřebávání živin se v největší míře odehrává v tenkém střevě, kde se za pomoci přenašečů i bez nich dostávají živiny do buněk tenkého střeva enterocytů a následně do tělního oběhu. Tuky absorbované enterocyty jsou přeneseny do endoplazmatického retikula, kde dojde k jejich reesterifikaci na triglyceridy. Ty jsou posléze formovány do chylomikronů, které vstupují do krevního oběhu (Weiss et al., 2002; Paglialunga, Cianflone, 2007). Mastné kyseliny s dlouhým řetězcem jsou z tenkého střeva do endoplazmatického retikula enterocytu transportovány speciálními přenašeči, tzv. proteiny vázající mastné kyseliny (fatty acid binding protein, FABP). Tyto proteiny patří do multigenní rodiny proteinů vázající lipidy, ve které bylo identifikováno více jak 20 členů (URL 4). Proteiny můžeme dělit na dvě hlavní skupiny: proteiny spojené s plasmatickou membránou (FABP PM ) a proteiny intracelulární/cytoplasmatické (FABP C ) Dosud bylo rozlišeno 9 typů intracelulárních proteinů vázající lipidy, které se vyskytují v cytosolu buněk různých tkání: FABP1 (L- FABP) v jaterní tkáni, FABP2 (I-FABP) v tenkém střevě, FABP3 (H-FABP) v srdeční tkáni a ve svalech, FABP4 (A-FABP) v adipocytech, FABP5 (E-FABP) v epidermální tkáni, FABP6 (Il-FABP) v kyčelníku, FABP7 (B-FABP) v mozkové tkáni, FABP8 (MP2) v myelinu a FABP9 (T-FABP) ve varlatech. Tyto FABP C se mohou vyskytovat i v dalších typech tkáních než jaké jsou zde uvedeny (Chmurzyńska, 2006). 2.1.1. Gen pro FABP2, struktura FABP2 Gen kódující fatty acid binding protein 2 se nachází na dlouhém raménku 4. chromozómu v pozici 4q28-31 (URL 5). Je složen ze čtyř exonů a tří intronů (Chmurzyńska, 2006). FABP2 byl poprvé izolován a popsán vědci Ockner a Manning v roce 1974. Skládá se ze 131 aminokyselin (Ocker, Manning, 1974). Terciární strukturu proteinu (Obr. 2.1) tvoří 10 antiparalelních β- řetězců uspořádaných do dvou β-listů, které vytvářejí β-válec. Uvnitř dutiny β-válce, který je z jedné strany uzavřen dvěma α-šroubovicemi, je vazebné místo pro jednu molekulu ligandu. Protein na sebe váže nasycené i nenasycené mastné kyseliny, což je důsledek toho, že dutinu β-válce FABP2 lemují hydrofobní i hydrofilních části řetězců (Zhang et al., 1997). 28

Obr. 2.1 Terciární struktura FABP2 (podle Storch, McDermott, 2009). 2.1.2. Funkce FABP2 Přesná fyziologická funkce FABP2, resp. obecně FABP C není ještě zcela objasněna. Jednou z funkcí je přenos hydrofobních molekul mastných kyselin z plasmatické membrány enterocytu přes cytosol do endoplazmatického retikula (Chmurzyńska, 2006). Uzavření molekuly masné kyseliny uvnitř FABP jednak chrání enterocyt před škodlivými účinky mastné kyseliny a jednak zabraňuje možným interakcím mezi mastnou kyselinou a ostatními buněčnými kompatrmenty (Weiss et al., 2002). FABP C mohou rovněž transportovat mastné kyseliny do jádra buňky, kde se stanou kofaktory pro nukleární receptory PPAR (peroxisome proliferator-activated receptor). FABP C tak ovlivňují genovou expresi, protože PPAR regulují transkripci genů důležitých v metabolismu lipidů (Bernlohr et al., 1997) Byly provedeny pokusy na myších, které testovaly vliv FABP2 na absorpci mastných kyselin (Vassileva et al., 2000). Myši s FABP2 (FABP2+/+) byly porovnávány s deficientními myšmi (FABP2-/-). Myším byla podávána nízkotučná a následně vysokotučná dieta. Při obou dietách byl pozorován nárůst hmotnosti u samců FABP2-/- oproti FABP2+/+. U samic se u nízkotučné diety hmotnost myší FABP2+/+ a FABP2-/- nelišila, u vysokotučné diety došlo k nárůstu hmotnosti u myší FABP2-/-, který byl však výrazně nižší, než jako tomu bylo u samců. Byla prokázána signifikantně vyšší hladina triglyceridů a inzulínu u samců FABP2-/-, u samic nebyl zjištěn žádný signifikantní rozdíl. Studie prokázala, že FABP2 není pro příjem mastných kyselin rozhodující. Zároveň byla prokázána závislost na pohlaví. 29

2.1.3. Polymorfismus Ala54Thr FABP2 U genu FABP2 je popsán polymorfizmus na 2 exonu, kde je v kodonu 54 zaměněn guanin (G) za adenin (A). Následkem toho dojde v proteinu k substituci aminokyseliny alaninu (Ala) za threonin (Thr) (Obr. 2.2). Tato záměna aminokyselin vede ke změně struktury proteinu, stability a afinity k ligandu. Byla prokázána 2x vyšší afinita k dlouhým řetězcům mastných kyselin u proteinu obsahující threonin, oproti proteinu s alaninem (Baier et al., 1995). Obr. 2.2 Polymorfizmus Ala54Thr v genu FABP2 (podle Baier et al., 1995). Frekvence výskytu jedinců s genotypem Ala/Ala se nejčastěji pohybuje od 45 do 55 %. Heterozygoti se v průměru vyskytují kolem 40 %. Podíl homozygotů Thr/Thr je většinou do 10 %. Frekvence genotypů jsou zobrazeny v Tab. 2.1. Tab. 2.1 Frekvence genotypů polymorfizmu Ala54Thr FABP2 30

2.1.4. Asociace polymorfizmu Ala54Thr FABP2 s antropometrickými a biochemickými markery Souhrn výsledků studií je v Tab. 2.2. Studie častěji vykazovaly pozitivní vztah polymorfizmu k biochemickým markerům. Bylo prokázáno, že nositelé alely Thr mají zvýšenou hladinu lačného inzulínu (Weiss et al., 2007) zvýšený celkový cholesterol, LDL, VLDL, TG (Martínez-López et al., 2007). Galuzzi et al. (2001) prokázal, že ženy nesoucí alelu Thr mají zvýšený celkový cholesterol, LDL a vyšší hladinu inzulínu 2 hodiny po jídle. U mužů se tento vztah neprokázal. Ve studii na ženách z Chile byl nalezena asociace pouze u obézních homozygotních žen (Thr/Thr), které vykazovaly vyšší hladinu lačného inzulínu, TNF-α a leptinu (Albala et al., 2004). Zvýšená hladina celkového cholesterolu a LDL nositelů alely threoninu byla rovněž prokázána u francouzských Kanaďanů, ale pouze u jedinců s inzulínovou rezistencí (Stan et al., 2005). Asociace s antropometrickými markery byla nalezena u Mexičanů, kde alela Thr způsobila zvýšení BMI a obvodu pasu (Martínez-López et al., 2007). Bělošky, nikoliv afroameričanky, s alelou Thr vykazovaly menší množství celkového abdominálního tuku a podkožního abdominálního tuku (Lara-Castro et al., 2005). Mnohé studie však nenašly asociaci ani s antropometrickými ani s biochemickými markery (Tahvanainen et al., 2000; Berthier et al., 2001; Chamberlain et al., 2009; Gomez et al., 2007; Marín et al., 2005). Pozitivní vztah alely threoninu s obezitou byla prokázána ve studiích na Řecích (Tavridou et al., 2009), na Španělech (Morcillo et al., 2007), na Chilanech (Albala et al., 2004). 2.1.5. Vztah polymorfizmu Ala54Thr FABP2 k úspěšnosti redukční terapie Vliv polymorfizmu Ala54Thr FABP2 na redukční terapii byl zkoumán na španělské populaci (De Luis et al., 2006; De Luis et al., 2008). Obézní jedinci (BMI > 30 kg/m2) absolvovali tříměsíční terapii (De Luis et al., 2006), dvouměsíční terapii (De Luis et al., 2008), během které jim bylo upraveno složení stravy a minimálně 3x týdně po 60 minutách prodělali aerobní cvičení. V obou studiích došlo u jedinců k poklesu BMI, hmotnosti a obvodu pasu. Nebyl však zjištěn žádný signifikantní rozdíl mezi homozygoty Ala/Ala a nositeli alely Thr (De Luis et al., 2006; De Luis et al., 2008). U homozygotů Ala/Ala byl prokázán výrazný pokles tuku, LDL, leptinu. U nositelů alely Thr výrazně poklesla hladina glukózy (De Luis et al., 2006). Snížení hladiny glukózy, inzulínu, triglyceridů a celkového cholesterolu bylo prokázáno po dvouměsíční terapii u homozygotů Ala/Ala, nikoliv u nositelů alely Thr (De Luis et al., 2008). 31

Tab. 2.2 Asociace polymorfizmu Ala54Thr FABP2 s antropometrickými a biochemickými markery Populace Charakteristika Počet Asociace - antropometrické markery Asociace - biochemické markery Autoři, rok Kanada (Quebec) ano ne ano ne 217 BMI, obvod pasu, VAT celk. cholesterol, HDL, LDL, VLDL, TG, ApoB, glukóza, inzulín Berthier et al., 2001 Kanada inzulinová resistence 196 x x Thr - celk. cholesterol, LDL Stan et al., 2005 9,13,16 let kontrolní 1546 x x celk. cholesterol, HDL, LDL, TG, ApoA, ApoB USA 50-70 let 122 BMI, FAT % Thr - lačný inzulín Weiss et al., 2007 USA 18-30 let 2148 x x USA afroameričanky 103 Framingham Offspring studie Evropští studenti vysokých škol FAT, VAT, TAT, SAAT, FFM celk. cholesterol, HDL, LDL, TG Chamberlain et al., 2009 x x Lara-Castro et al., bělošky 120 Thr - TAT, SAAT FAT, VAT, FFM x x 2005 muži 762 BMI ženy 922 BMI studenti, jejichž otcové prodělali IM 330 BMI, WHR Thr - celk. cholesterol, LDL, hladina inzulínu 2h po jídle celk. cholesterol, HDL, LDL, TG, lačný inzulín a glukóza TG, HDL, lačný inzulín a glukóza HDL, LDL, TG, ApoA, ApoB, glukóza, inzulín Galuzzi et al., 2001 Tahvanainen et al., 2000 kontrolní skupina 336 BMI, WHR HDL, LDL, TG, ApoA, ApoB, glukóza, inzulín Španělsko <30 let 59 BMI celk. cholesterol, HDL, LDL, ApoA, ApoB Marín et al., 2005 Chile obézní (BMI 30 kg/m2) 33 BMI, obvod pasu, WHR kontrolní 30 BMI, obvod pasu, WHR Thr/Thr - lačný inzulín, TNFα, leptin Albala et al., 2004 Argentina 202 BMI celk. cholesterol Gomez et al., 2007 Mexiko obézní 114 Thr - BMI, obvod pasu Thr - celk. cholesterol, LDL, VLDL, TG Martínez-López et al., 2007 = muž, = žena, Thr = nositel alely threoninu, Thr/Thr = homozygot, IM = infarkt myokardu, FAT - tuková tkáň, VAT - viscerální tuk, TAT = celkový abdominální tuk, SAAT = podkožní abdominální tuk, FFM = fat-free mass, WHR = pas/boky, TG = triglyceridy, ApoA = apolipoprotein A, ApoB = apolipoprotein B 32

2.2. Beta-2 adrenoreceptor Beta-2 adrenoreceptor (B2AR) patří do skupiny adrenergních receptorů. Tyto receptory najdeme na plasmatické membráně různých typů buněk v odlišné míře exprese (Lafontan et al., 2000). Rozlišujeme dvě hlavní podskupiny adrenergních receptorů a několik podtypů: β-adrenoreceptory (β 1 -, β 2 -, β 3 -) a α-adrenoreceptory (α 1 -, α 2 -). Po navázání ligandu (katecholaminu) na β-adrenoreceptory dochází ke stimulaci lipolýzy, zatímco při vazbě na α 2 -adrenoreceptor je lipolýza tlumena (Masuo, 2010). Provedené studie ukázaly, že tuková tkáň u jedinců s nadváhou či obezitou je rezistentní vůči lipolýze vyvolané katecholaminy nebo je lipolýza snížena (Garenc et al., 2003; Jabbour et al., 2011; Hainer, Bendlová, 2004). Jedním z možných důvodů je polymorfizmus genu kódující B2AR. 2.2.1. Gen pro B2AR, struktura B2AR Gen pro beta-2 adrenoreceptor je lokalizován na dlouhém raménku 5. chromozómu v pozici 5q32-q34 (Yang-Feng et al., 1990). Gen je složen z 1 239 nukleových bází a neobsahuje žádné introny (Liggett, 2000). Beta-2 adrenoreceptor se skládá ze 413 aminokyselin. Prochází sedmkrát plasmatickou membránou, vytváří tak 7 trans-membránových domén. Amino-konec je lokalizován extracelulárně (Obr. 2.3). Protein je formován do struktury α helixů. (Maxwell et al., 2005). Pro vazbu ligandu je mezi transmembránovými doménami vytvořena specifická kapsa, kde jsou důležité domény 3, 5 a 6. Ve třetí doméně je pro vazbu ligandu důležitá pozice kyseliny asparagové (Asp 113 ), jejíž karboxylová část interaguje s amino skupinou ligandu (Strader et al., 1989). V páté doméně vznikají vodíkové můstky mezi ligandem a serinem, který se nachází v pozici 204 a 207 domény (Tota, Strader, 1990). V šesté doméně je významný asparagin (Asn 293 ), který reaguje s β-hydroxylovou skupinou katecholaminu (Liggett, 1999). Vazba beta2-adrenoreceptoru s G-proteinem je lokalizována na druhé a třetí intracelulární smyčce a cytoplasmatickém konci receptoru (Liggett, 1999). 33

Obr. 2.3 Struktura beta2-adrenoreceptoru (podle URL 6). 2.2.2. Funkce B2AR Beta-adrenoreceptory jsou zkoumány jako jedni z možných kandidátů ovlivňující vznik obezity zejména proto, že stojí na počátku kaskády reakcí vedoucí ke stimulaci lipolýzy. Beta2- adrenoreceptor (B2AR) je hlavním lipolytickým receptorem v bílém tuku u člověka (Masuo 2010; Lafontan et al., 2000). Lipolýza, neboli mobilizace tuků z tukové tkáně, je regulována hormon-senzitivní lipázou (HSL). Enzym hormon-senzitivní lipáza hydrolyzuje triglyceridy uložené v tukové buňce na glycerol a neesterifikované mastné kyseliny (Tavernier et al., 2005). Jedním ze způsobů, jak aktivovat HSL, je cesta přes β- adrenoreceptory. Po navázání katecholaminu na β-adrenoreceptor se přes spřažený G- protein stimuluje adenylátcykláza. Stimulovaná adenylátcykláza zapříčiní vzestup syntézy cyklického AMP (camp), který aktivuje enzym camp-dependentní proteinkinázu (proteinkináza A). Proteinkináza A fosforyluje HSL, čímž jí aktivuje a začne probíhat lipolýza (Langin et al., 1996; Lafontan et al., 2000). K inhibici lipolýzy pak dochází přes α 2 -adrenoreceptory, které ovlivňují činnost adenylátcyklázy, či inzulínové receptory, jejichž ligandem je inzulín (Langin et al., 1996). Pokusy na myších prokázaly vztah mezi funkcí beta-adrenoreceptorů a obezitou. Bachman et al. (2002) provedli experiment, ve kterém porovnával reakci myší s betaadrenoreceptory (wild typ) s myšmi bez jakýkoliv beta-adrenoreceptorů (deficientní typ) na vysokokalorickou dietu. U deficientních myší se rozvinula obezita, na rozdíl od druhé skupiny myší (wild typ). 2.2.3. Polymorfismus Gln27Glu B2AR Jedno-nukleotidových polymorfizmů genu pro beta2-adrenoreceptor bylo popsáno mnoho, avšak zatím pouze čtyři z nich se jeví jako významné z hlediska ovlivnění funkčnosti 34

receptoru. Jedná se o polymorfizmy v pozicích 46 (A zaměněn G), 79 (C zaměněn G), 100 (G zaměněn A) a 491 (C zaměněn T). Následkem toho dochází k substituci aminokyselin na pozicích 16 (Arg16Gly), 27 (Gln27Glu), 34 (Val34Met) a 164 (Thr164Ile) (Obr. 2.4) (Maxwell et al., 2005). Současné studie se nejvíce věnují třem jedno-nukleotidovým polymorfismům B2AR genu (kodon 16, 27 a 164), které mají zřejmě vliv na vznik obezity, hypertenze a metabolického syndromu (Masuo, 2010). Substituce alely Gln alelou Glu v extracelulární části receptoru ovlivňuje jeho funkčnost (Obr. 2.4.) (Large et al., 1997). Obr. 2.4 Schéma struktury beta2-adrenoreceptoru s lokalizací polymorfizmů (podle Liggett, 2000). Tab. 2.3 Frekvence genotypů polymorfizmu Gln27Glu B2AR 35

Alela Gln je považována za přirozenou, zatímco alela Glu je hodnocena jako mutace. Frekvence alel se liší mezi jednotlivými populacemi. Frekvence alely Glu v bělošské populaci činí 0,43, v černošské 0,27 a v asijské 0,20 (Liggett, 2000). Dle Masua (2010) se alely v polymorfizmu Gln27Glu v bělošské populaci vyskytují ve frekvenci 0,55/0,45. Frekvence genotypů a alely Glu jsou zobrazeny v Tab. 2.3. 2.2.4. Asociace polymorfizmu Gln27Glu B2AR s antropometrickými a biochemickými markery Výsledky studií, které zjišťovaly vztahu polymorfizmu Gln27Glu k antropometrickým a biochemickým markerům, jsou uvedené v Tab. 2.4. Studie ukazují, že nositelé alely Glu vykazují vyšší množství viscerálního tuku (Kunnas et al., 2009), celkového tuku (Masuo et al., 2005) a mají vyšší WHR (Large et al., 1997). Vyšší množství celkového tuku, WHR a BMI bylo prokázáno u homozygotních Švédek Glu/Glu (Large et al., 1997). V Saudské Arábii byl u homozygotů Glu/Glu rovněž nalezena asociace s vyšším BMI, dále s větším obvodem pasů a boků (Daghestani et al., 2010). Oproti tomu stojí výsledky z Kanady, kde obézní bělošští homozygoti Glu/Glu vykazovali nižší hodnoty BMI, nižší absolutní i relativní množství tuku. Tato studie navíc ukázala rozdíl mezi etniky, kdy u bělochů Glu/Glu byla prokázána asociaci markerů s polymorfizmem, zatímco u černochů nebyl žádný vztah nalezen (Garenc et al., 2003). V několika studiích byl dokumentován vztah jedinců Glu/Glu k biochemickým markerům. Španělské, resp. švédské ženy, které mají genotyp Glu/Glu, vykazují vyšší hladinu TG (Macho-Azcarate et al., 2002), resp. inzulínu (Large et al., 1997). To potvrdila i studie za Saudské Arábie, kde jedinci Glu/Glu mají kromě zvýšené hladiny TG a inzulínu zvýšenou i koncentraci leptinu (Daghestani et al., 2010). K odlišným výsledkům dospěli v Itálii, kde se zvýšenou hladina TG a LDL vyskytovala u homozygotů Gln/Gln (Petrone et al., 2006). Studie provedená v Japonsku (Masuo et al., 2005) se zaměřila na hodnocení vztahu polymorfizmu ke změně hmotnosti během pětiletého sledování japonských mužů, kteří při vstupu do studie nebyli obézní. Nositelům alely Glu se po 5 letech od vstupu do studie prokazatelně zvýšily BMI, celkové množství tuku a WHR oproti nositelům alely Gln. Asociace alely Glu s obezitou byla prokázána V. Large (1997). To potvrdily další studie v Saudské Arábii (Daghestani et al., 2010), v Číně (Mo et al., 2007), kde prokázali asociaci alely Glu s obezitou pouze u mužů. Ve studii na Brazilcích bylo zvýšené riziko pro rozvoj obezity nalezeno u jedinců Gln/Gln (Pereira et al., 2003). 36

Tab. 2.4 Asociace polymorfizmu Gln27Glu s antropometrickými a biochemickými markery Populace Charakteristika Počet Asociace - antropometrické markery Asociace - biochemické markery Autoři, rok Itálie BMI > 25 kg/m2 642 ano ne ano ne BMI, obvod pasu, obvod boků Gln/Gln - TG, LDL Španělsko obézní 15 x x Glu/Glu - TG FFA celk. cholesterol, HDL, lačná glukóza, lačný inzulín Petrone et al., 2006 Macho-Azcarate et al., 2002 Dánsko 7 808 BMI krevní tlak Gjesing et al., 2007 Švédsko 140 Glu/Glu - BMI, FAT, WHR Glu/Glu - inzulín glukóza Large et al., 1997 Finsko 15-19 let 112 Glu - VAT BMI x x Kunnas et al., 2009 Kanada běloši 482 černoši 260 Glu/Glu obézní - BMI, FAT, % FAT součet 8 kožních řas x x Garenc et al., 2003 BMI, FAT, % FAT, součet 8 kožních řas Brazílie multietnikum 1576 BMI, WHR, obvod pasu x x celk. cholesterol, LDL, TG, glukóza Pereira et al., 2003 Japonsko 160 Glu - FAT, WHR krevní tlak Masuo et al., 2005 Saudská Arábie 18-36 let 329 Glu/Glu - BMI, obvod pasu, obvod boků WHR Glu/Glu - TG, leptin, inzulin celk., cholesterol. HDL, LDL Daghestani et al., 2010 = muž, = žena, Glu = nositel alely Glu, Gln = nositel alely Gln, Gln/Gln nebo Glu/Glu = homozygot, VAT - viscerální tuk, FAT = tuková tkáň, TG = triglyceridy, FFA = volné mastné kyseliny, WHR = pas/boky 37

2.2.5. Vztah polymorfizmu Gln27Glu B2AR k úspěšnosti redukční terapie Studie na španělských obézních ženách (Ruiz et al., 2011), které dvanáct týdnů dodržovaly určenou nízkoenergetickou dietu, ukázala asociaci polymorfizmu Gln27Glu ke změnám tělesných parametrů. Po absolvování diety došlo u nositelek alely Glu k vyšší redukci hmotnosti a snížení BMI. Navíc u nich byl pozorován vyšší úbytek tukuprosté hmoty oproti homozygotům Gln27Gln. Asociace nebyla prokázána u tukové hmoty a obvodu pasu. Studie provedená v Kanadě (Garenc et al., 2003) zahrnovala muže/ženy, bělochy/černochy, obézní/neobézní jedince, kteří podstoupili dvacetitýdenní tréninkový pohybový program. Vztah polymorfizmu k úspěšnosti tréninkového programu se prokázal u obézních mužů bělochů: jedinci Glu/Glu vykazovali vyšší redukci tukové hmoty oproti homozygotům Gln/Gln. Ženy bělošky Glu/Glu prodělali nejmenší změnu v podílu tukové tkáně oproti dalším genotypům. Výsledky ukázaly, že vliv polymorfizmu je specifický dle pohlaví a etnika. 2.3. Uncoupling protein 1 Rozpřahovací protein 1 (uncoupling protein1 - UCP1) je členem rodiny proteinů, které se nachází na vnitřní membráně mitochondrií. Proteiny napomáhají k udržování energetické rovnováhy a významně ovlivňují termogenezi. Ve skupině rozpřahovacích proteinů byli popsány UCP1, UCP2, UCP3, UCP4, UCP5 (BMCP1) a KMCP1 (Nübel, Ricquier, 2006). Homology proteinů byly popsány i u rostlin: StUCP, AtUCP (Ricquier, Bouilland, 2000b). 2.3.1. Gen pro UCP1, struktura UCP1 Gen pro UCP1 byl poprvé izolován v roce 1984 (Bouillaud et al., 1986). Je lokalizován na dlouhém rameni 4. chromozómu v pozici 4q31 a skládá se z 6 exonů (Jia et al., 2010). Uncoupling protein 1 má velikost 32 kda. Jedná se o transmembránový protein, v jehož struktuře se třikrát opakuje stejná doména, která se skládá ze dvou transmembránových α helixů spojených hydrofilní smyčkou. Z hlediska aktivace proteinu mastnými kyselinami se ukázala být nezbytná hydrofilní smyčka mezi 3 a 4 transmembránovou doménou. Konce C- i N- se nachází v mezimembránovém prostoru (Jiménez-Jiménez et al., 2006). 38

2.3.2. Funkce UCP1 Uncoupling protein 1 neboli thermogenin je v největší míře exprimován v hnědé tukové tkáni, která hraje významnou roli v termogenezi, právě díky UCP1. Hnědá tuková tkáň se vyskytuje především u dětí, se vzrůstajícím věkem její množství klesá. V dospělosti zůstává pouze na několika málo místech jako je např. oblast krku, axilární oblast (Stephens et al., 2011). UCP1 využívá protonového gradientu, jenž vzniká v mezimembránovém prostoru mitochondrie. Energii však neukládá, ale uvolňuje ji ve formě tepla, narozdíl od ATPsyntázy, která využívá protony ke vzniku ATP, čímž je energii ukládána. Díky tomu se UCP1 výrazně podílí na termogenezi a zároveň ovlivňuje energetickou bilanci (Ricquier, Bouillaund, 2000a). Protein je aktivován volnými mastnými kyselinami a inhibován purinovými nukleotidy (Jiménez-Jiménez et al., 2006). Vliv UCP1 na termogenezi a energetickou bilanci byl ověřen na myších. Myši deficientní vykazovali vyšší nárůst tělesné hmotnosti a to za normální stravy i za vysokotučné diety. Zároveň u nich byla zaznamenána nižší termogeneze (Feldmann et al., 2009). 2.3.3. Polymorfizmus A-3826G UCP1 Jedno-nukleotidových polymorfizmů na genu UCP1 bylo popsáno několik, avšak vzhledem k fyziologickým projevům je nejvíce pozornosti věnováno polymorfizmu v promotorové oblasti A-3826G nad TATA boxem, kde dochází k substituci adeninu za guaninu (Del Mar Gonzalez-Barroso et al., 2000; Jia et al., 2009). Polymorfizmus ovlivňuje transkripci genu pro UCP1. Mutantní alelou je alela G, která je asociována s nižší expresí mrna uncoupling proteinu 1 (Esterbauer et al., 1998). Tab. 2.5 Frekvence genotypů polymorfizmu A-3826G UCP1 39