Teorie „sobeckého mozku“ popisuje charakteristiku lidského mozku tak, aby pokryl své vlastní, srovnatelně vysoké energetické požadavky s maximálními prioritami při regulaci energetických toků v organismu. Mozek se v tomto ohledu chová sobecky. Teorie „sobeckého mozku“ mimo jiné poskytuje možné vysvětlení původu obezity, těžké a patologické formy nadváhy. Základy této teorie vyvinul v letech 1998 až 2004 specialista na obezitu a diabetes z Luebecku Achim Peters. Mezioborová výzkumná skupina „sobecký mozek: glukóza v mozku a metabolický syndrom“ vedená Petersem a podporovaná Německou výzkumnou nadací (DFG) na univerzitě v Luebecku mezitím dokázala posílit základy teorie experimentálním výzkumem.
Vysvětlující síla teorie sobeckého mozku
Investigativní přístup teorie sobeckého mozku
Mozek vykonává pro lidský organismus mnoho funkcí. Většina z nich má kognitivní povahu nebo se týká regulace motorického systému. Dříve méně zkoumaným aspektem mozkové aktivity byla regulace energetického metabolismu. Teorie „sobeckého mozku“ vrhla na tuto funkci nové světlo. Tato teorie říká, že mozek se chová sobecky tím, že řídí energetické toky takovým způsobem, že si přiděluje energii dříve, než jsou uspokojeny potřeby ostatních orgánů. Vnitřní spotřeba energie v mozku je velmi vysoká. Přestože jeho hmotnost tvoří pouze 2% celkové tělesné hmotnosti, spotřebuje 20% sacharidů požitých během 24 hodin. To odpovídá 100 g glukózy denně, tedy polovině denní potřeby člověka. Třicetiletý kancelářský pracovník s tělesnou hmotností 75 kg a výškou 1,85 m spotřebuje cca. 200 g glukózy denně.
Dříve vědecká obec předpokládala, že energetické potřeby mozku, svalů a orgánů jsou uspokojovány paralelně. Hypotalamus, oblast horního mozkového kmene, měl hrát ústřední roli při regulaci dvou zpětnovazebních smyček v úzkých mezích.
Teorie „sobeckého mozku“ plynule navazuje na tradice lipo- a glukostatických teorií. Novinkou je, že teorie „sobeckého mozku“ předpokládá, že existuje další systém pro kontrolu zpětné vazby, který je supraordinován systémům pro kontrolu zpětné vazby glukózy a tuků v krvi.
Pro dosažení svého cíle, kterým je udržení energetické homeostázy v mozku, jsou mozkové hemisféry závislé na podřízených zpětnovazebních smyčkách, protože tyto smyčky vysílají signály pro zásobování energií do jejich řídicího orgánu. Pokud tyto signály nejsou zpracovány správně, např. kvůli poruchám v amygdale nebo hippocampu, zásobování energií do mozku nebude ohroženo, ale anomálie, jako je obezita, přesto mohou vzniknout. Původ tohoto jevu nelze nalézt v systémech kontroly glukózy nebo tukové zpětnovazební vazby v krvi, ale mnohem spíše v regulačních instancích uvnitř mozkových hemisfér.
Zásobování energií mozkem
Mozek může pokrýt své energetické potřeby (zejména potřeby mozkových hemisfér) buď alokací nebo příjmem živin. Odpovídající signál podřízenému regulačnímu systému vzniká v mozkových hemisférách. Fylogeneticky nejčerstvější část mozku se vyznačuje vysokou plasticitou a vysokou schopností učit se tímto procesem. Vždy je schopen přizpůsobit své regulační procesy zpracováním reakcí z periferie, zapamatováním si výsledků jednotlivých zpětnovazebních smyček a chování a předvídáním případných hromadění.
Získávání energie mozkem komplikují tři faktory. Za prvé, mozek si energii vyžádá vždy, když je potřeba. Energii může ukládat pouze ve velmi omezené formě. Peters to proto označuje jako systém „energie na vyžádání“. Za druhé, mozek je téměř výhradně závislý na glukóze jako substrátu ATP. Za substráty lze považovat také laktát a kyselinu betahydroxybutyrovou, ale pouze za určitých podmínek, např. při značné hladině stresu nebo podvýživě. Za třetí, mozek je od zbytku krevního oběhu těla oddělen hematoencefalickou bariérou. Glukóza v krvi tam musí být dopravena prostřednictvím speciálního, na inzulínu nezávislého transportéru.
Zdravý a nemocný mozek: dodávka energie prostřednictvím alokace nebo příjmu potravy
Alokace představuje způsob, jakým si zdravý mozek v případě akutní potřeby zajišťuje zásobování energií. Odvádí krevní glukózu z periferie a vede ji přes hematoencefalickou bariéru. Důležitou roli zde hraje stresový systém, jehož nervové dráhy vedou přímo do orgánů (srdce, sval, tuková tkáň, játra, slinivka břišní atd.) a který také působí nepřímo na tyto orgány prostřednictvím krevního řečiště prostřednictvím stresových hormonů adrenalinu a kortizolu. Tento systém zajišťuje, že je glukóza transportována do mozku a že je sníženo vychytávání svalovinou a tukovou tkání. Aby toho bylo dosaženo, je zastaveno uvolňování inzulinu a jeho účinek na orgány.
Akutní dodávka energie do mozku z příjmu živin představuje pro organismus problémy. V případě nouzového příjmu potravy se aktivuje pouze v případě, že alokace je nedostatečná, a musí být brána jako příznak nemoci. V tomto případě nelze požadovanou energii z těla požadovat, a může být přijata pouze přímo z prostředí. Tato patologie je způsobena vadami ležícími v kontrolních centrech mozku, jako jsou hipokampus, amygdala a hypothalamus. Ty mohou být způsobeny mechanickými (nádory, poranění), genetickými vadami (chybějící receptory neurotrofického faktoru (BDNF) mozku nebo receptory leptinu), chybným programováním (posttraumatická stresová porucha, úprava stravovacího chování, reklama na sladkosti) nebo falešnými signály, které mohou vzniknout vlivem antidepresiv, drog, alkoholu, pesticidů, sacharinu nebo virů.
Výsledkem pak mohou být nemoci. Výzkumná skupina „Sobecký mozek“ se soustředila především na obezitu jako patologii.
Bez ohledu na povahu zásobování energií platí následující: mozek se nikdy nevzdává sobectví. Peters proto odlišuje zdravého od nemocného mozku jeho schopností soutěžit o své energetické požadavky i za nepříznivých podmínek, kdy jsou na tělo kladeny nadměrné nároky. Kontrastuje „sobecký mozek s vysokou kondicí“, který dokáže čerpat tělesné zásoby energie i v době nedostatku potravy na úkor tělesné hmoty, a „sobecký mozek s nízkou kondicí“, který toho není schopen a místo toho přijímá další potravu a nese riziko vzniku obezity.
Obezita – nárůst v dodavatelském řetězci
Práce na teorii „sobeckého mozku“
V roce 1998 Achim Peters vypracoval základní verzi teorie „sobeckého mozku“ a formuloval její axiomy. Ve svém vysvětlení teorie „sobeckého mozku“ odkázal na cca. 5000 publikovaných citací z klasické endokrinologie a diabetologie a moderních neurověd, ale argumentoval jak matematicky (pomocí diferenciálních rovnic), tak systémově teoreticky. To byl nový metodický přístup pro diabetologii. Regulace obsahu adenosin tripofosfátu hraje ústřední roli (typ energetické měny pro organismus) v mozku.
Peters předpokládá dvojitou strukturu zpětné vazby, kdy je obsah ATP v neuronech mozku stabilizován měřením dvou senzorů rozdílné citlivosti, které produkují signály žádosti o surovou energii. Citlivější senzor zaznamenává deficity ATP a indukuje alokační signál pro glukózu, který je kompenzován žádostmi těla. Druhý méně citlivý senzor je aktivován pouze při přebytku glukózy a vysílá signál k zastavení alokace glukózy v mozku. Optimální množství ATP je určeno rovnováhou mezi těmito receptorovými signály.
Peters má za to, že stresový systém funguje také podle této struktury dvojité zpětné vazby, která také úzce souvisí s dodávkou glukózy do mozku. Pokud je jedinec konfrontován se stresem vyvolávajícím podnětem, reaguje zvýšeným zpracováním centrální nervové informace a spolu s tím zvýšenou potřebou glukózy v mozku. Hormon kortizol, důležitý pro regulaci stresových reakcí, a hormon adrenalin, důležitý pro získávání glukózy, se uvolňují z nadledvinek. Množství kortizolu, které se uvolňuje, je také určeno rovnováhou mezi citlivým a méně citlivým senzorem, stejně jako je tomu v případě kontroly obsahu ATP. Tento proces je ukončen, pokud se stresový systém vrátí do klidového stavu.
Tento model je základem axiomů teorie „sobeckého mozku“, jak ji vyvinul Peters:
Integrační síla teorie „sobeckého mozku“
Teorie „sobeckého mozku“ je integrovaným konceptem, protože z metodologického hlediska ji lze chápat jako spojení dvou samostatných směrů výzkumu. Na jedné straně integruje výzkum periferního metabolismu, který zkoumá, jak funguje energetický metabolismus prostřednictvím příjmu živin do orgánů těla. Na druhé straně integruje výsledky experta na metabolismus mozku Luca Pellerina z univerzity v Lausanne, který zjistil, že neurony v mozku jsou zásobovány energií prostřednictvím svých sousedních astrocytů, kdykoli je to potřeba. Tento požadavek orientovaný princip pro nervové buňky se nazývá „Energie na vyžádání“.
Teorie „sobeckého mozku“ tímto přístupem uznává popis dvou konců dodavatelského řetězce. Mozek neovládá jen dodavatelský řetězec, ale je také jeho konečným spotřebitelem, a ne tělem, kterým dodavatelský řetězec prochází. Priorita mozku znamená, že regulace dodávek energie v lidském organismu je dosažena spíše poptávkou než nabídkovým principem: Energie se objednává, když je potřeba.
Obr. 1: Energetický dodavatelský řetězec „sobeckého mozku“.
Poklesne-li koncentrace ATP v nervových buňkách mozku, uvede se do pohybu mozkový mechanismus (tah č. 1), který zvýší tok energie směřující z těla do mozku podle principu „Energie na vyžádání“. (pevné šipky vykazují stimulaci, přerušené šipky inhibici; žlutá znamená: „patří k ovládajícím částem mozku“). Poklesne-li obsah energie v těle (krev, tuková tkáň), padající glukóza a padající hormon tukové tkáně leptin indukují další mozkový mechanismus (tah č. 2). To znamená, že se do těla vstřebá více energie z bezprostředního okolí (chování při požití). Když dostupné zásoby v bezprostřední blízkosti zmizí, další mozkový mechanismus (tah č. 3) zahájí pohyb a průzkum, tj. shánění potravy. Teorie glukostatická a lipostatická popisují druhý krok v tomto dodavatelském řetězci (oblast s tmavě šedým pozadím). Teorie „Sobeckého mozku“ navazuje na dvě tradiční teorie a rozšiřuje je tím, že považuje mozek za konečného spotřebitele v kontinuálním dodavatelském řetězci (světle šedá)
Založení výzkumné skupiny „Sobecký mozek“
Po formulaci axiomů v roce 1998 hledal Achim Peters odborníky v jiných specializacích, aby svou teorii „sobeckého mozku“ dále rozvíjel. Již v raném stádiu své myšlenky sladil s názory dalších předních mezinárodních vědců. Mezi nimi byl švýcarský specialista na metabolismus mozku Luc Pellerin, renomovaný odborník na obezitu Denis G. Baskin, mezinárodně proslulá výzkumnice stresu Mary Dallmanová a renomovaný neurobiolog Larry W. Swanson. Na univerzitě v Luebecku porovnával Achim Peters své poznatky se známým neuroendokrinologem prof. Dr. Horstem Lorenzem Fehmem. O rok později v roce 1999 byla zahájena intenzivní spolupráce s psychiatrem a psychoterapeutem prof. Dr. Ulrichem Schweigerem, který rovněž pracoval na univerzitě v Luebecku.
V roce 2004 byla oficiálně založena mezioborová výzkumná skupina „Sobecký mozek: mozková glukóza a metabolický syndrom“ podporovaná Německou výzkumnou nadací (DFG). Achim Peters byl jmenován profesorem, který byl vytvořen speciálně pro tuto skupinu. Podařilo se mu také získat další renomované vědce pro tento projekt, včetně prof. Dr. Rolfa Hilgenfelda, významného odborníka na SARS a vývojáře jednoho z prvních inhibitorů viru. V této době výzkumnou skupinu tvoří 18 vědeckých řešitelů podprojektu z řady specializací včetně interního lékařství, psychiatrie, neurobiologie, molekulární medicíny a matematiky. Poradní výbor zahrnuje profesory Luca Pellerina, Denise Baskina a Mary Dallmanovou v jeho řadách.
„Trénovat mozek“: terapie obezity založená na teorii „sobeckého mozku“
Podle teorie „sobeckého mozku“ lze obezitu přičíst i psychologickým příčinám. Jednou z nich je i špatná strategie zvládání stresových situací. Byla nalezena spojitost mezi tendencí vyhýbat se konfliktům a zvykem snižovat psychický stres okamžitou konzumací sladkostí. Přímá dodávka glukózy obchází získávání glukózy z těla, ke kterému by jinak došlo při normálním alokačním procesu po uvolnění stresového hormonu adrenalinu. Existující alokační problém obezity může být tímto špatným chováním ještě horší. Stresový systém může být také dále oslaben, protože může zapomenout, jak samostatně reagovat.
Tyto vztahy vedly k rozvoji inovativního multidisciplinárního psychiatrického a interního lékařského programu na univerzitě v Luebecku pro terapii obezity. Prof. Dr. Ulrich Schweiger z Kliniky psychiatrie a psychoterapie pod vedením prof. Dr. F. Hohagena byl klíčovým hráčem v tomto vývoji. V úzké spolupráci se Schweigerem internista Achim Peters odvodil terapeutický koncept z teorie „Sobeckého mozku“, který byl fixován jak na pocity, tak na koordinované chování vycházející z mozku. Cílem této terapie je modifikovat nastavení a chování zakódované v centrech emoční paměti mozku, které se staly zvykem. „Výcvik mozku“ je hláška popisující tato terapeutická opatření, která mohou být umožněna neobvyklou plasticitou a schopností mozku učit se. Může to prostě zahrnovat procvičování stravovacího chování, které je ze zdravotního hlediska tolerovatelné, a kombinovat to s redukcí škodlivých návyků. Mohla by však také zahrnovat modifikaci chování spojenou se zvládáním konfliktů a jiných stresových situací. Podle názoru výzkumné skupiny „Sobecký mozek“ platí, že je-li vadná alokace kompenzována chronicky okamžitou konzumací potravin, vzniká riziko, že se stravování stane jedinou reakcí na situaci, která vyžaduje podstatně složitější sociální chování. Terapie obezity má proto fyziologickou i psychologickou složku: obnovovat se nemusí jen schopnost alokovat, ale i činy a chování v každodenním životě.
Experimentální důkaz─ rozsah platnosti teorie
Speciální poloha mozku během přežívání (v důsledku hladovění nebo nádorového onemocnění) byla experimentálně potvrzena již před více než 80 lety: Tělesná hmota se zmenšuje, ale hmota mozku se téměř nesnižuje, pokud vůbec (viz 3). Nedávno byl tento axiom teorie sobeckého mozku podpořen prací na univerzitě v Luebecku zahrnující nejmodernější postupy magnetické rezonance, např. při metabolické zátěži. Obsah ATP v mozku a muskulatuře testovaných subjektů byl zkoumán technikou magnetické rezonance, zatímco buď byl v krvi inzulinem nebo injekcí glukózy navozen energetický deficit nebo přebytek. V obou případech byla v mozku naměřena dostatečně vysoká koncentrace ATP. Naměřené látky s vysokým obsahem energie se měnily v průběhu ku prospěchu mozku a v neprospěch tělesných buněk. Zásoba glukózy v mozku měla přednost i přes fyzickou zátěž, která byla snášena (viz 11).
Některé výsledky byly prezentovány na mezinárodním kongresu pořádaném výzkumnou skupinou „Sobecký mozek“ ve dnech 23. a 24. února 2006 v Luebecku a také na tiskové konferenci zaměřené jak na odborníky, tak na širší veřejnost.
Ve druhém období financování, které běží od konce roku 2007, se nyní stalo předmětem zájmu vyjasnění následujících otázek: