Teória „sebeckého mozgu“ opisuje vlastnosť ľudského mozgu pokrývať svoje vlastné, pomerne vysoké energetické požiadavky s najvyššou prioritou pri regulácii energetických tokov v organizme. Mozog sa v tomto ohľade správa sebecky. Teória „sebeckého mozgu“ okrem iného poskytuje možné vysvetlenie vzniku obezity, závažnej a patologickej formy nadváhy. Základy tejto teórie vypracoval v rokoch 1998 až 2004 odborník na obezitu a cukrovku Achim Peters z Luebecku. Interdisciplinárna výskumná skupina „Sebecký mozog: mozgová glukóza a metabolický syndróm“ pod Petersovým vedením a s podporou Nemeckej výskumnej nadácie (DFG) na univerzite v Luebecku medzičasom dokázala posilniť základy tejto teórie prostredníctvom experimentálneho výskumu.
Vysvetľujúca sila teórie sebeckého mozgu
Vyšetrovací prístup teórie sebeckého mozgu
Mozog plní pre ľudský organizmus mnoho funkcií. Väčšina z nich má kognitívny charakter alebo sa týka regulácie pohybového systému. Doteraz menej skúmaným aspektom činnosti mozgu bola regulácia energetického metabolizmu. Teória „sebeckého mozgu“ vrhla na túto funkciu nové svetlo. Táto teória tvrdí, že mozog sa správa sebecky tým, že riadi energetické toky tak, že si energiu prideľuje skôr, ako sú uspokojené potreby ostatných orgánov. Vnútorná spotreba energie mozgu je veľmi vysoká. Hoci jeho hmotnosť predstavuje len 2 % celkovej telesnej hmotnosti, spotrebuje 20 % sacharidov prijatých počas 24 hodín. To zodpovedá 100 g glukózy za deň alebo polovici dennej potreby človeka. Tridsaťročný kancelársky pracovník s telesnou hmotnosťou 75 kg a výškou 1,85 m spotrebuje denne približne 200 g glukózy.
Vedecká komunita doteraz predpokladala, že energetické potreby mozgu, svalov a orgánov sú uspokojované paralelne. Predpokladalo sa, že hypotalamus, oblasť horného mozgového kmeňa, zohráva ústrednú úlohu pri regulácii dvoch spätných väzieb v úzkych medziach.
Teória „sebeckého mozgu“ plynule nadväzuje na tradície lipo- a glukostatických teórií. Novinkou je, že teória „sebeckého mozgu“ predpokladá existenciu ďalšieho spätnoväzbového kontrolného systému, ktorý je nadradený spätnoväzbovým kontrolným systémom glukózy a tuku v krvi.
Pri dosahovaní svojho cieľa, ktorým je udržiavanie energetickej homeostázy v mozgu, sú mozgové hemisféry závislé od podriadených spätnoväzbových slučiek, pretože tieto slučky vysielajú signály na získavanie energie do svojho riadiaceho orgánu. Ak tieto signály nie sú správne spracované, napr. v dôsledku porúch v amygdale alebo hipokampe, zásobovanie mozgu energiou nebude ohrozené, ale aj tak môžu vzniknúť anomálie, ako je obezita. Jej pôvod netreba hľadať v systémoch spätnej kontroly glukózy v krvi alebo tukov, ale oveľa skôr v regulačných inštanciách v mozgových hemisférach.
Získavanie energie mozgom
Mozog môže pokryť svoje energetické potreby (najmä mozgových hemisfér) buď pridelením, alebo príjmom živín. Príslušný signál pre podriadený regulačný systém pochádza z mozgových hemisfér. Fylogeneticky najnovšia časť mozgu sa vyznačuje vysokou plasticitou a vysokou schopnosťou učiť sa týmto procesom. Je vždy schopná prispôsobiť svoje regulačné procesy spracovaním odpovedí z periférie, zapamätaním si výsledkov jednotlivých spätných väzieb a správania a predvídaním prípadných nárastov.
Získavanie energie v mozgu komplikujú tri faktory. Po prvé, mozog vždy žiada o energiu, keď ju potrebuje. Energiu môže skladovať len vo veľmi obmedzenej forme. Peters to preto označuje ako systém „energie na požiadanie“. Po druhé, mozog je takmer výlučne závislý od glukózy ako substrátu ATP. Za substráty možno považovať aj laktát a kyselinu betahydroxymáselnú, ale len za určitých podmienok, napr. pri značnej miere stresu alebo podvýžive. Po tretie, mozog je oddelený od zvyšku telesného obehu hematoencefalickou bariérou. Glukóza z krvi sa tam musí dostať prostredníctvom špeciálneho transportéra nezávislého od inzulínu.
Zdravý a chorý mozog: prísun energie prostredníctvom prideľovania alebo príjmu potravy
Alokácia predstavuje spôsob, akým si zdravý mozog zabezpečuje prísun energie v prípade akútnej potreby. Odvádza glukózu z krvi z periférie a vedie ju cez hematoencefalickú bariéru. Dôležitú úlohu tu zohráva stresový systém, ktorého nervové dráhy vedú priamo do orgánov (srdce, svaly, tukové tkanivo, pečeň, pankreas atď.) a ktorý na tieto orgány pôsobí aj nepriamo cez krvný obeh prostredníctvom stresových hormónov adrenalínu a kortizolu. Tento systém zabezpečuje transport glukózy do mozgu a znižuje jej príjem svalstvom a tukovým tkanivom. Aby sa to dosiahlo, zastaví sa uvoľňovanie inzulínu a jeho účinok na orgány.
Akútny prísun energie do mozgu z príjmu živín predstavuje pre organizmus problém. V prípade núdze sa príjem potravy aktivuje len vtedy, ak je prídel nedostatočný, a musí sa považovať za príznak choroby. V takom prípade nie je možné požadovanú energiu vyžiadať od organizmu a je možné ju prijať len priamo z prostredia. Táto patológia je spôsobená poruchami ležiacimi v kontrolných centrách mozgu, ako sú hipokampus, amygdala a hypotalamus. Tie môžu byť spôsobené mechanickými (nádory, úrazy), genetickými defektmi (chýbajú receptory pre neurotrofický faktor odvodený od mozgu (BDNF) alebo receptory pre leptín), chybným naprogramovaním (posttraumatická stresová porucha, podmienenosť stravovacieho správania, reklama na sladkosti) alebo môžu vzniknúť falošné signály vplyvom antidepresív, drog, alkoholu, pesticídov, sacharínu alebo vírusov.
Následkom toho môžu byť choroby. Výskumná skupina „Sebecký mozog“ sa zamerala predovšetkým na obezitu ako patológiu.
Bez ohľadu na charakter zásobovania energiou platí nasledovné: mozog sa nikdy nevzdáva sebectva. Peters preto odlišuje zdravý mozog od chorého svojou schopnosťou súťažiť o svoje energetické požiadavky aj za nepriaznivých podmienok, keď sú nadmerné požiadavky zo strany tela. Do protikladu stavia „sebecký mozog s vysokou kondíciou“, ktorý dokáže využívať energetické rezervy tela aj v čase nedostatku potravy na úkor telesnej hmotnosti, a „sebecký mozog s nízkou kondíciou“, ktorý toho nie je schopný a ktorý namiesto toho prijíma ďalšiu potravu a nesie riziko vzniku obezity.
Obezita – hromadenie v dodávateľskom reťazci
Práca na teórii „sebeckého mozgu“
V roku 1998 Achim Peters vypracoval základnú verziu teórie „sebeckého mozgu“ a sformuloval jej axiómy. Pri vysvetľovaní teórie „sebeckého mozgu“ sa odvolával na približne 5000 publikovaných citácií z klasickej endokrinológie a diabetológie a moderných neurovied, ale argumentoval matematicky (pomocou diferenciálnych rovníc) aj systémovo teoreticky. To bol pre diabetológiu nový metodologický prístup. Regulácia obsahu adenozíntripofátu hrá v mozgu ústrednú úlohu (druh energetickej meny pre organizmus).
Peters predpokladá štruktúru dvojitej spätnej väzby, v ktorej sa obsah ATP v neurónoch mozgu stabilizuje meraniami z dvoch senzorov s rôznou citlivosťou, ktoré vytvárajú signály žiadosti o surovú energiu. Citlivejší senzor zaznamenáva deficit ATP a vyvoláva signál o pridelení glukózy, ktorý je kompenzovaný požiadavkami z tela. Druhý menej citlivý senzor sa aktivuje len pri nadbytku glukózy a vysiela signál na zastavenie prideľovania glukózy mozgu. Optimálne množstvo ATP je určené rovnováhou medzi týmito signálmi receptorov.
Peters sa domnieva, že aj stresový systém funguje podľa tejto dvojitej spätnej väzby, ktorá tiež úzko súvisí so zásobovaním mozgu glukózou. Ak je jedinec konfrontovaný s podnetom vyvolávajúcim stres, reaguje zvýšeným centrálno-nervovým spracovaním informácií a spolu s tým aj zvýšenou potrebou glukózy v mozgu. Z nadobličiek sa uvoľňuje hormón kortizol, dôležitý pre reguláciu stresových reakcií, a hormón adrenalín, dôležitý pre obstarávanie glukózy. Množstvo uvoľňovaného kortizolu je tiež určené rovnováhou medzi citlivým a menej citlivým senzorom, rovnako ako je to v prípade regulácie obsahu ATP. Tento proces sa ukončí, ak sa stresový systém vráti do pokojového stavu.
Tento model je základom axióm teórie „sebeckého mozgu“, ktorú vypracoval Peters:
Integračná sila teórie „sebeckého mozgu“
Teória „sebeckého mozgu“ je integrovanou koncepciou, pretože z metodologického hľadiska ju možno považovať za spojenie dvoch samostatných výskumných smerov. Na jednej strane integruje výskum periférneho metabolizmu, ktorý skúma, ako funguje energetický metabolizmus prostredníctvom príjmu živín do orgánov tela. Na druhej strane zahŕňa výsledky odborníka na metabolizmus mozgu Luca Pellerina z Univerzity v Lausanne, ktorý zistil, že neuróny v mozgu sú v prípade potreby zásobované energiou prostredníctvom susedných astrocytov. Tento princíp orientovaný na požiadavky nervových buniek sa označuje ako „energia na požiadanie“.
S týmto prístupom teória „sebeckého mozgu“ uznáva opis dvoch koncov dodávateľského reťazca. Mozog nielenže riadi dodávateľský reťazec, ale je aj jeho konečným spotrebiteľom, a nie orgánom, cez ktorý dodávateľský reťazec prechádza. Z priority mozgu vyplýva, že regulácia zásobovania energiou v ľudskom organizme sa uskutočňuje na princípe dopytu, a nie ponuky: Energia sa objednáva vtedy, keď je potrebná.
Obr. 1: Reťazec dodávok energie „sebeckého mozgu“.
Ak koncentrácia ATP v nervových bunkách mozgu klesne, spustí sa mozgový mechanizmus (ťah 1), ktorý zvýši tok energie smerujúci z tela do mozgu podľa princípu „energia na požiadanie“. (Plné šípky znázorňujú stimuláciu, prerušované šípky inhibíciu; žltá farba znamená: „patrí k riadiacim častiam mozgu“). Ak obsah energie v tele klesá (krv, tukové tkanivo), klesajúca glukóza a klesajúci hormón tukového tkaniva leptín vyvolávajú ďalší mozgový mechanizmus (ťah 2). To znamená, že sa do tela vstrebáva viac energie z bezprostredného okolia (požitkové správanie). Keď dostupné zásoby v bezprostrednom okolí zmiznú, ďalší mozgový mechanizmus (pull 3) iniciuje pohyb a prieskum, t. j. hľadanie potravy. Glukostatická a lipostatická teória opisujú druhý krok v tomto zásobovacom reťazci (oblasť s tmavosivým pozadím). Teória „sebeckého mozgu“ nadväzuje na tieto dve tradičné teórie a rozširuje ich tým, že považuje mozog za konečného spotrebiteľa v kontinuálnom dodávateľskom reťazci (svetlosivá farba)
Založenie výskumnej skupiny „Sebecký mozog“
Po sformulovaní axióm v roku 1998 Achim Peters vyhľadal odborníkov z iných špecializácií, aby ďalej rozvíjali jeho teóriu „sebeckého mozgu“. Už v počiatočnom štádiu porovnával svoje myšlienky s názormi iných popredných medzinárodných vedcov. Medzi nimi bol švajčiarsky odborník na metabolizmus mozgu Luc Pellerin, uznávaný odborník na obezitu Denis G. Baskin, medzinárodne známa výskumníčka stresu Mary Dallmanová a renomovaný neurobiológ Larry W. Swanson. Na univerzite v Luebecku Achim Peters porovnával svoje zistenia so známym neuroendokrinológom Prof. Dr. Horstom Lorenzom Fehmom. O rok neskôr, v roku 1999, sa začala intenzívna spolupráca s psychiatrom a psychoterapeutom Prof. Dr. Ulrichom Schweigerom, ktorý tiež pôsobil na univerzite v Luebecku.
V roku 2004 vznikla interdisciplinárna výskumná skupina: „Sebecký mozog: mozgová glukóza a metabolický syndróm“ podporovaná Nemeckou nadáciou pre výskum (DFG). Achim Peters bol vymenovaný za profesora, ktorý bol vytvorený špeciálne pre túto skupinu. Pre projekt sa mu podarilo získať aj ďalších renomovaných vedcov vrátane Prof. Dr. Rolfa Hilgenfelda, významného odborníka na SARS a vývojára jedného z prvých inhibítorov tohto vírusu. V súčasnosti výskumnú skupinu tvorí 18 vedeckých riešiteľov čiastkových projektov z viacerých špecializácií vrátane internej medicíny, psychiatrie, neurobiológie, molekulárnej medicíny a matematiky. Poradný výbor zahŕňa vo svojich radoch profesorov Luca Pellerina, Denisa Baskina a Mary Dallmanovú.
„Tréning mozgu“: terapia obezity na základe teórie „sebeckého mozgu“
Podľa teórie „sebeckého mozgu“ možno obezitu pripísať aj psychologickým príčinám. Jednu z nich predstavujú zlé stratégie zvládania stresových situácií. Zistila sa súvislosť medzi tendenciou vyhýbať sa konfliktom a zvykom znižovať psychický stres okamžitou konzumáciou sladkostí. Priamy prísun glukózy obchádza obstarávanie glukózy z tela, ku ktorému by inak došlo pri normálnom procese prideľovania po uvoľnení stresového hormónu adrenalínu. Existujúci problém s alokáciou pri obezite sa môže takýmto zlým správaním ešte zhoršiť. Stresový systém sa môže ešte viac oslabiť, pretože môže zabudnúť, ako samostatne reagovať.
Tieto vzťahy viedli k rozvoju inovatívneho multidisciplinárneho psychiatrického a interného lekárskeho programu na Univerzite v Luebecku pre liečbu obezity. Prof. Dr. Ulrich Schweiger z Kliniky psychiatrie a psychoterapie pod vedením Prof. Dr. F. Hohagena bol kľúčovým hráčom v tomto vývoji. V úzkej spolupráci so Schweigerom internista Achim Peters odvodil terapeutický koncept z teórie „sebeckého mozgu“, ktorý bol fixovaný na pocity aj koordinované správanie vychádzajúce z mozgu. Cieľom tejto terapie je upraviť nastavenia a správanie zakódované v centrách emocionálnej pamäte mozgu, ktoré sa stali zvykom. „Trénovať mozog“ je slogan opisujúci tieto terapeutické opatrenia, ktoré môže umožniť nezvyčajná plasticita a schopnosť mozgu učiť sa. Môže to jednoducho zahŕňať nácvik stravovacích návykov, ktoré možno zo zdravotného hľadiska tolerovať, a ich kombináciu s redukciou škodlivých návykov. Mohlo by však zahŕňať aj úpravu správania spojeného so zvládaním konfliktov a iných stresových situácií. Podľa názoru výskumnej skupiny „Selfish Brain“, ak sa chybné rozdelenie kompenzuje chronicky okamžitou konzumáciou potravín, vzniká riziko, že sa jedenie stane jedinou reakciou na situáciu, ktorá si vyžaduje podstatne komplexnejšie sociálne správanie. Terapia obezity má preto fyziologickú aj psychologickú zložku: Je potrebné obnoviť nielen schopnosť alokácie, ale aj konanie a správanie v každodennom živote.
Experimentálny dôkaz─ rozsah platnosti teórie
Zvláštne postavenie mozgu počas nečinnosti (v dôsledku hladovania alebo nádorového ochorenia) bolo experimentálne potvrdené už pred viac ako 80 rokmi: Hmotnosť tela sa znižuje, ale hmotnosť mozgu sa takmer nezmenšuje, ak vôbec (pozri 3). Nedávno túto axiómu teórie sebeckého mozgu podporila práca na univerzite v Luebecku zahŕňajúca najmodernejšie postupy magnetickej rezonancie, napr. počas metabolického stresu. Obsah ATP v mozgu a svalstve testovaných osôb sa skúmal technikou magnetickej rezonancie, zatiaľ čo sa v krvi vyvolal buď energetický deficit, alebo prebytok injekciou inzulínu alebo glukózy. V oboch situáciách sa v mozgu namerala dostatočne vysoká koncentrácia ATP. Namerané látky s vysokým obsahom energie sa v celom priebehu menili v prospech mozgu a v neprospech telesných buniek. Zásobovanie mozgu glukózou malo prednosť napriek fyzickej záťaži, ktorá sa prežívala (pozri 11).
Niektoré z výsledkov boli prezentované na medzinárodnom kongrese, ktorý zorganizovala výskumná skupina „Selfish Brain“ 23. a 24. februára 2006 v Luebecku, ako aj na tlačovej konferencii určenej pre odborníkov i širšiu verejnosť.
V druhom období financovania, ktoré prebieha od konca roka 2007, sa do centra záujmu dostalo objasnenie nasledujúcich otázok: