Abteilung Humanernährung

Studien und Projekte

Einfluss der Topographie von Muskel- und Fettgewebe auf den Energiestoffwechsel und das kardiometabolische Risiko

In einer Population von 500 gesunden Erwachsenen und Jugendlichen wird der Einfluss von Alter, Geschlecht und Ernährungszustand auf die Körperzusammensetzung und die Topographie der Körpergewebe (Verteilung von Skelettmuskulatur und Fettgewebe) untersucht. Mittels Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) werden die regionale Körperfettverteilung sowie die Volumen von stoffwechselaktiven Organen (Herz, Gehirn, Leber, Nieren, Milz) der Probanden ermittelt. Die Körperzusammensetzung wird darüber hinaus mithilfe von Dual Energy X-Ray Absorptiometry (DXA), Air-Displacement Plethysmographie (ADP) und anthropometrischen Verfahren (Größe, Gewicht, Umfangsmessungen, Hautfalten) erfasst.

In einer Untergruppe von adipösen Probanden wird die Körperzusammensetzung vor und nach einer diätetischen Gewichtsreduktion gemessen sowie 1 Jahr danach.

Es sollen die Assoziationen zwischen anthropometrischen Indices (BMI, Taillenumfang), Körperzusammensetzung, Gewebetopographie und dem kardiometabolischen Risiko (Blutdruck, nüchtern Glukose- und Insulinspiegel, Plasmalipidmuster) ermittelt werden. Des Weiteren wird die Bedeutung der Körperzusammensetzung, der Topographie von Muskel- und Fettgewebe und der Masse innerer Organe für die Varianz des Energiestoffwechsels (Ruheenergieverbrauch, REE) bestimmt. Es wird an der Erstellung einer nationalen Referenzdatenbank zur differenzierten Körperzusammensetzung gearbeitet.

 

Impact of skeletal muscle and fat mass distribution on energy metabolism and cardiometabolic risk

In a population of 500 healthy adults and adolescents the effect of age, gender and nutritional status on body composition and tissue distribution (skeletal muscle mass and adipose tissue) are investigated. Regional fat mass distribution and volumes of metabolically active organs (i.e. heart, brain, liver, kidneys, and spleen) are assessed by magnetic-resonance-imaging (MRI). Body composition is measured by dual energy x-ray absorbtiometry (DXA), air-displacement plethysmography (ADP) and anthropometry (height, body weight, body circumferences, skin folds).

In a sub-population of obese subjects, body composition is assessed prospectively before, immediately after and one year following diet-induced weight loss.

Associations between anthropometric indices (BMI, waist circumference), body composition, tissue topography, and cardiometabolic risk factors (blood pressure, fasting glucose and insulin, lipid profile) will be investigated. Furthermore, the impact of body composition, the distribution of skeletal muscle mass and adipose tissue as well as organ masses on the variability of energy metabolism, i.e. resting energy expenditure, will be determined. The establishment of a reference database for different characteristics of body composition is currently in progress.


Metabolisch-funktionelle Phänotypen der adaptiven Thermogenese bei kontrollierter Über- und Unterernährung

DFG BO 3296/1-1 Epidemiologische und genetische Befunde erklären die individuelle Disposition für Übergewicht und Adipositas nicht ausreichend. Dies ist auch durch eine unzureichende Phänotypisierung begründet. Die Charakterisierung funktioneller Phänotypen könnte weiterführen. Bei kontrollierter kalorischer Über- und Unterernährung Normalgewichtiger zeigen sich erhebliche inter-individuelle Unterschiede in der Gewichtszu- und abnahme. Sie werden durch die individuell unterschiedliche Stoffwechselanpassung an die Energieaufnahme erklärt. Diese sog. metabolische Flexibilität betrifft die Steigerung der Stoffwechselrate bei Überernährung, sowie ihre Drosselung bei Unterernährung sowie die Regulation der Fettoxidation. Die Humanstudie intendiert mithilfe eines intra-individuellen Protokolls und differenzierter Erfassung von Körperzusammensetzung und Stoffwechsel eine bislang einmalige Charakterisierung metabolisch-funktioneller Risikophänotypen für die Entstehung von Übergewicht und Adipositas. Es wird untersucht, welche neuro-endokrinen Mechanismen eine eingeschränkte metabolische Flexibilität erklären und inwieweit sich diese durch körperliche Aktivität (Energy flux) beeinflussen lässt. Dabei soll eine Kohorte für Langzeituntersuchungen aufgebaut werden.

 

Metabolic-functional phenotypes of adaptive thermogenesis during controlled over- and underfeeding

The contribution of genetics to common obesity is limited. This may be partly explained by insufficient phenotyping when only BMI is used to define obesity. The characterization of functional phenotypes, defined by metabolic and neuroendocrine responses to caloric restriction, refeeding and overfeeding, might help to advance obesity research. Studies dealing with the effects of controlled over- and underfeeding on normal weight subjects showed substantial inter-individual differences in weight changes. These are explained by the individual metabolic adaptation (metabolic flexibility of macronutrient oxidation, insulin sensitivity and adaptive thermogenesis) in response to changes in energy intake.
The aim of our study is to characterize metabolic-functional phenotypes by measuring body composition and metabolic changes resulting from short-term over- and underfeeding. Neuro-endocrine mechanisms that might explain a limited or impaired metabolic flexibility, and the extent to which it might be altered by physical activity, are also investigated. In this context, a cohort will be established to carry out long-term investigations. 

 

Ätiologie, Pathophysiologie und Prävention einer überschießenden Körperfettzunahme nach Gewichtsreduktion - Vermeidung des JoJo-Effektes in der Behandlung von Übergewicht

BMBF-Projekt: 0315681

Das catch-up fat Phänomen ist eine evolutionär konservierte physiologische Reaktion, die nach einer Energierestriktion und nachfolgender Gewichtszunahme auftritt. Das Phänomen ist durch eine nachhaltige Drosselung der Thermogenese, ein verzögertes „Wiederaufholen“ der Körperproteinmasse und eine disproportionale Fettakkumulation im Körper (vorwiegend als viszerales Fett) charakterisiert. Klinisch entspricht das catch-up fat Phänomen dem sog. weight cycling in der Behandlung übergewichtiger Patienten und ist zu einem erhöhten kardiometabolischen Risiko assoziiert (Insulinresistenz, Inflammation). In dem vorliegenden Projekt werden die physiologischen, zellulären und molekularen Mechanismen dieses Phänomens auf der Grundlage hypothesen-zentrierter Ansätze bei Mensch, Maus und C. elegans untersucht. Die Hypothese des Antrags lautet, dass das catch-up fat Phänomen wesentlich durch die bei Gewichtsabnahme entstehende Leptinresistenz und proinflammatorische metabolische Adaptation als Folge der überschießenden Insulinantwort erklärt wird und entsprechend eine low GI-Diät (GI=glykämischer Index) während der „Wiederfütterung“ nach einer vorangegangenen Gewichtsabnahme eine Prävention des catch-up fat Phänomens und weight cyclings ist. Unser Ansatz liefert übergreifende Einblicke in die Pathogenese des catch-up fat Phänomens sowie dessen Prävention durch „gesunde“ Ernährung.

 

A low glycemic index diet as prevention of the catch-up fat phenomenon Etiology, pathophysiology and prevention of excess fat gain following weight reduction – Prevention of the “yo-yo effect” in the treatment of overweight

The “catch-up fat phenomenon” constitutes an evolutionary-conserved physiological mechanism to regulate weight regain following caloric restriction. It is characterized by a sustained suppression in thermogenesis, a delayed lean mass recovery and a disproportionate fat mass accumulation, particularly as visceral adipose tissue. In the clinical context, the “catch-up fat phenomenon” corresponds to the so-called “weight cycling” in the treatment of overweight patients and is associated with an increased cardiometabolic risk (insulin resistance, inflammation).In the present study, physiological, cellular and molecular mechanisms related to this phenomenon will be investigated based on hypothesis-centered approaches in humans, mice and C. elegans. Our research hypothesis suggests that the “catch-up fat phenomenon” is mainly explained by a leptin resistance and proinflammatory metabolic adaptations resulting from a disproportionate insulin response during weight regain. A low GI-diet (GI = glycemic index) during refeeding following weight loss might therefore prevent accelerated body fat recovery and weight cycling. Our approach provides comprehensive insights into the pathogenesis of the catch-up phenomenon as well as into its prevention by a “healthy” diet.

http://www.catchup-fat.uni-kiel.de/