Programowanie płodowe – głód matki a otyłość dziecka w przyszłości

Aktualizacja: 19 marca, 2024

Cechy każdego żywego organizmu to wypadkowa odziedziczonych genów i wpływu środowiska. Okazuje się, że szczególnie istotne jest środowisko wewnątrzmaciczne. Czy słyszałeś o programowaniu płodowym?

Programowanie płodowe – pojęcie

Celem zrozumienia pojęcia programowania płodowego warto cofnąć się, aż do zarania życia człowieka. Każdy z nas powstaje z połączenia dwóch komórek – jednej pochodzenia żeńskiego – komórki jajowej oraz drugiej męskiego – plemnika. W tak niewielkich strukturach zawarta jest informacja o cechach organizmu, który dopiero ma się wykształcić. Materiał genetyczny stanowi swego rodzaju przepis wyjściowy do budowy nowej istoty żywej, która po niezwykle, niewyobrażalnie wręcz intensywnym rozwoju prenatalnym przebiegającym w ciele matki, przyjdzie na świat by wzrastać i przeobrażać się dalej. Doskonale wiadomo jednak,  że na to jakimi się staniemy ostatecznie, wpływ mają nie tylko czynniki genetyczne, ale także środowiskowe. W genetyce określa się to mianem fenotypu, dla rozróżnienia od genotypu (indywidualnego zestawu wszystkich genów). Okazuje się jednak, że w trakcie naszego rozwoju osobniczego występują momenty krytyczne (określane w języku angielskim critical window), a zalicza się do nich okres płodowy oraz niemowlęcy. Wówczas organizm wykorzystując swoją pulę genetyczną i jej plastyczność w tamtym czasie, reaguje na warunki panujące w  środowisku go otaczającym (matczyne ciało oddziałujące hormonalnie i odżywczo) i modyfikuje ją z intencją adaptacji, zapewnienia sobie jak największe szanse na wzrost i rozwój, czyli po prostu przetrwanie. Programuje więc swój sposób regulacji apetytu, metabolizm, tak by w jak największym stopniu pozwoliły mu one osiągnąć i utrzymać należną masę ciała. Charakter owych zmian jest niezwykle trwały i praktycznie determinuje wzorzec ekspresji genów. Mechanizm ten początkowo korzystny, może okazać się w perspektywie długoterminowej niezwykle szkodliwy, przejawiający się chorobowo, jeśli warunki wewnątrzmaciczne były niewłaściwe. Do takich zaliczyć można zarówno narażanie na deficyt składników odżywczych (niedożywienie i głód matki) jak i ich nadmiar (otyłość matki/nadmierny przyrost jej masy ciała w ciąży).

Jak człowiek ewoluował ku otyłości – przegląd dwóch hipotez

Oszczędny genotyp

Zanim wysnuto teorię i rozpoczęto badania potwierdzające istnienie zjawiska programowania płodowego, duże znaczenie w dążeniach do wyjaśnienia współdziałania czynników genetycznych i środowiskowych w procesie powstania otyłości, odegrała hipoteza „oszczędnego genotypu” sformułowana przez amerykańskiego fizjologa Jamesa Neela w 1952r. Według niej współwiną za współczesne problemy ludzkości z nadmiarem kilogramów, można obarczyć naszych prehistorycznych przodków. Z tego co nam wiadomo, pierwsi ludzie prowadzili koczowniczy tryb życia, żywność pozyskując, przeprowadzając polowania i praktykując zbieractwo. Były to zachowania związane ze zdecydowanie większymi wydatkami energetycznymi w porównaniu do współczesnego przejazdu samochodem do najbliższego sklepu spożywczego i napełnienia koszyka bogactwem produktów, po które sięgamy na półki, do lodówki lub zamrażarki. Nie można również zaprzeczyć, że łowy musiały nastręczać trudności i nie zawsze kończyły się sukcesem, co skazywało rodzinę na naprzemiennie następujące po sobie okresy niedoboru pokarmu i jego „urodzaju”.

Niezwykle korzystnym w tamtych warunkach był zatem genotyp sprzyjający szybkiemu i łatwemu odkładaniu się tkanki tłuszczowej, która stanowiła rezerwuar energii niezbędny do przeżycia w czasie głodu. Neel uważał, że pod względem biochemicznym odpowiadała za ten proces insulina. Jej znaczne wyrzuty podczas posiłków, pozwalały na szybkie obniżenie poziomu glukozy we krwi i zapobiegały przedwczesnej sytości, umożliwiając długie ucztowanie i przekształcanie spożytych nadmiarów w zapasy tłuszczu. Niestety  w dzisiejszej rzeczywistości obfitości pokarmowej, ciągłego przejadania się i stale malejącego wysiłku fizycznego, taki genotyp skazuje na otyłość.

By potwierdzić hipotezę Neela należałoby znaleźć przykład społeczności w przeszłości narażonej na głód, która przeszła na „dietę dobrobytu”. Ciekawych obserwacji dostarczają mieszkańcy maleńkich wysepek Oceanii. Państwa takie jak Tonga, Samoa czy Nauru charakteryzuje niezwykle wysoki odsetek ludności otyłej, często chorującej na cukrzycę typu II. Spekuluje się, iż wynika to z trudów kolonizacyjnych tych obszarów. Rejsy oceaniczne musiały być wyczerpujące, a selekcja naturalna doprowadziła do sytuacji, iż największe szanse na przeżycie i dotarcie do lądu miały osoby najtęższe i to one dały początek całej populacji. W Nauru doszło również do gwałtownej poprawy warunków życia. Okres klęsk żywiołowych w postaci suszy, huraganów i powodzi przeszedł w czas odkrycia i wykorzystania naturalnych złóż fosfatów. Status ekonomiczny ludności zmienił się radykalnie, a wraz z nim dieta, która zaczęła obfitować w cukier oraz charakter pracy – już niefizyczny. Wszystko to doprowadziło do obecnej plagi insulinooporności.

Oszczędny fenotyp

W 2001 roku powstała jednak hipoteza konkurencyjna, nazwana dla rozróżnienia przez Halesa i Barkera teorią „oszczędnego fenotypu”. Koronnym badaniem epidemiologicznym, który ją potwierdza, było odnotowanie wysokiego odsetka osób otyłych i chorujących na cukrzycę wśród dorosłych Holendrów, których masa urodzeniowa była niska na skutek niedożywienia ich matek pod koniec II wojny światowej w zimie 1944/1945 określanej jako zima głodu. Dodatkowo narażenie na niedostatek składników odżywczych we wczesnym etapie rozwoju, jakim jest życie płodowe, skutkowało wzrostem ryzyka wykształcenia się w przyszłości choroby niedokrwiennej serca, miażdżycorodnego profilu lipidowego, zaburzeń krzepliwości, mikroalbuminurii stanowiącej symptom niewydolności nerek, obturacyjnej choroby płuc. Noworodki hipotroficzne (<2,5kg), jeśli dorastają w korzystnych warunkach  żywieniowych, dość szybko nadrabiają straty (tzw. catch-up growth), przyrost ich masy ciała jest przyspieszony, zmienia się wrażliwość na insulinę, co niestety w spojrzeniu długofalowym predestynuje je do otyłości i pozostałych składowych zespołu metabolicznego. Przyczynę takiego stanu rzeczy upatruje się w programowaniu płodowym.

Programowanie płodowe – mechanizmy

Mechanizmy, wg których przebiega programowanie płodowe można rozpatrywać na poziomie mikro – molekularnym oraz makro – dotyczącym narządów. Wielu informacji w tym zakresie dostarczają nam badania przeprowadzane na zwierzętach doświadczalnych. Niewystarczająca pula odżywcza, jaką otrzymuje płód przez łożysko, musi być przez niego możliwie jak najracjonalniej wykorzystana. Organem uprzywilejowanym staje się mózg, zaś nerki, trzustka, grasica, mięśnie, adipocyty mogą zostać uznane za mniej istotne i to na nich odbijają się niedobory pokarmowe. Masa tych narządów jest mniejsza niż powinna, zachodzą zmiany strukturalne w ich obrębie.

• Trzustka – komórki β trzustki odpowiedzialne są za produkcję insuliny – podstawowego hormonu regulującego poziom glukozy we krwi. Tempo ich wzrostu znacznie spada po nastaniu dorosłości, a masa wysp Langerhansa, które budują może być utrzymana na jednakowym poziomie jedynie dzięki kopiowaniu komórek już wykształconych. Osoby narażone na niedożywienie w trakcie rozwoju prenatalnego, charakteryzuje mniejsza wyjściowa masa komórek β, gorsze jest unaczynienie trzustki, w rezultacie wydzielanie insuliny zostaje zaburzone, co uwidacznia się zwłaszcza na późniejszym etapie rozwoju, sprzyjając zapadnięciu na cukrzycę. N
• Nerki takich osób są uboższe w nefrony – ich jednostki budulcowe i funkcjonalne. Wprawdzie przez długi czas filtracja może pozostawać na odpowiednim poziomie, dzięki rozrostowi posiadanych nefronów, jednak naturalne jest, iż po takim czasie owa zmniejszona pula, silniej eksploatowana słabnie, prowadząc do niewydolności oraz zaburzeń w układzie renina-angiotensyna, skutkujących nadciśnieniem tętniczym.
• Mózg – w jego obrębie dochodzi do zaprogramowania sposobów utrzymywania homeostazy energetycznej organizmu tj. głównie regulacji apetytu. „Rozrysowane” zostają i utrwalone szlaki neurohormonalne obejmujące komunikację między podwzgórzem a tkanką tłuszczową za pośrednictwem wydzielanej przez adipocyty i przyłączającej się do odpowiednich receptorów w mózgu leptyny.
• Mięśnie – dochodzi w ich obrębie do zmiany ekspresji genów kodujących białka sygnałowe dla insuliny. W rezultacie zwiększa się ich insulinooporność.

Na poziomie mikro programowanie płodowe przebiega poprzez:

• metylację DNA – hipometylacja często związana jest z uaktywnieniem niekorzystnych genów np. w obrębie nadnerczy powodujących wzmożoną sekrecję kortyzolu
  w reakcji na stres, co sprzyja wykształceniu się insulinooporności
• modyfikację histonów (białek na które nawija się DNA)
• ustalanie funkcji mitochondriów – ich dysfunkcja prowadzić będzie do zwiększonego stresu oksydacyjnego w ustroju, który dawać będzie efekty chorobotwórcze.

Programowanie płodowe jest zagadnieniem złożonym i wciąż nie do końca poznanym. Mając świadomość jego istnienia, tym większy nacisk powinniśmy kłaść, jako społeczeństwo, na prawidłowy stan odżywienia przyszłych matek, rozumiany zarówno jako brak niedożywienia jak i otyłości. Okazuje się bowiem, że materiał genetyczny jest niezwykle plastyczny zwłaszcza na pierwszym etapie rozwoju istoty ludzkiej, stąd też nie możemy pozwolić sobie wówczas na żadne nieprawidłowości środowiskowe.