تحديد السعرات الحرارية

يعرف تحديد السعرات الحرارية أو تقييد السعرات الحرارية بالنظام الغذائي القائم على التقليل من مَدْخول السعرات الحرارية دون المعاناة من سوء التغذية أو حدوث نقص في العناصر الغذائية الأساسية. يرتبط معنى كلمة "قليلة" بحسب كمية الاستهلاك السابقة للشخص قبل قصد تحديد السعرات الحرارية, أو بحسب المقارنة مع شخص عادي ذو نوع جسم مشابه. وقد تبين أن تحديد السعرات الحرارية دون المعاناة من سوء التغذية قد نجح في فصائل عدة, منها الخميرة, والسمك, والقوارض, والكلاب للتأخير من عميلة الشيخوخة البيولوجية, مما أدى إلى الحفاظ على الصحة و معدل ازدياد في كل من متوسط والحد الأقصى للعمر. ولكن لا يبدو أن تأثير إطالة العمر تشمل الكل.
وتعتبر الآثار طويلة المدى للتحديد المعتدل للسعرات الحرارية على صحة البشر غير معلومة.
أُجريت دراستين أساسيتين عن مدى العمر و تشملان الرئيسيات من غير البشر (المكاك الريسوسي).
وبدأت الأولى في عام 1987 بواسطة المؤسسة الوطنية للشيخوخة و أشارت النتائج المؤقتة التي نُشرت في أغسطس/ آب من عام 2012 أن تحديد السعرات الحرارية يمنح هذه الحيوانات فوائد صحية, ولكن لم يثبت ارتفاع في معدل متوسط العمر, و أما الحد الأقصى للعمر فلم تتاح بياناتها بعد بما أن الدراسة لا زالت جارية. كما بدأت الدراسة الثانية التي أجرتها جامعة ويسكونسن في عام 1989 و نشرت النتائج الأولية لـمدة الحياة في عام 2009, و أما النتائج النهائية فصدرت في عام 2014. و وجد أن نسبة 36.4% من الرئيسيات المقيدة السعرات معرضة للموت لأسباب تتعلق بالعمر مقارنة بالحيوانات الأخرى, و نسبة موتها لأي سبب آخر فهو 56.2% فقط.

الآليات

كانت هناك بحوث تٌجرى حول تحديد السعرات الحرارية منذ أكثر من 70 عاماً إلا أن آلية عمل تحديد السعرات الحرارية لا تزال غير مفهومة جيداً حتى الآن. و تشمل بعض التفسيرات انخفاض درجة حرارة جذع الجسم, و انخفاض في الانقسامات الخلوية, و انخفاض في معدل التمثيل الغذائي, و انخفاض إنتاج الجذور الحرة, و التقليل من تلف الحمض النووي, و الإنهاض.
درجة الحرارة
يخفض تحديد السعرات الحرارية من درجة حرارة جذع الجسم, و هي ظاهره يعتقد أن تكون استجابة تكيفية للحد من استهلاك الطاقة عندما يكون توفر العناصر الغذائية محدوداً. قد يطيل خفض درجة الحرارة عمر الحيوانات ذوات الدم البارد. و قد صُممت الفئران و الذين يعتبرون من ذوات الدم الحار, ليملكوا درجة حرارة جذع منخفضة مما أدى إلى زيادة العمر بشكل مستقل عن تحديد السعرات الحرارية.
الإنهاض
المقال الرئيسي: الإنهاض
أشارت بعض البحوث إلى الإنهاض كتفسير لفوائد تحديد السعرات الحرارية. و ذكر ساوثام و إرليخ (1943) أن مستخلص لحاء الشجر الذي كان معروفاً بمنع الفطريات, قد حفز نموها في الواقع عندما يُعطى بتركيز منخفض جداً. و قد ابتكروا مصطلح "الإنهاض" لوصف مثل هذه الأعمال المفيدة الناتجة عن استجابة الكائن الحي لعوامل الإجهاد البيولوجية منخفضة الحدة. وكما أن كلمة "إنهاض" و التي تعني بالإنجليزية "hormesis" المشتقة من الكلمة اليونانية "hormaein" تعني " الحماس". و تقترح فرضية إنهاض (الميتو) لتحديد السعرات الحرارية أن النظام الغذائي يفرض التوتر البيولوجي منخفض الحدة على الكائن الحي و الذي بدوره يثير الاستجابة الدفاعية التي تساعد على حمايته من أسباب الشيخوخة. و بعبارة أخرى فإن تحديد السعرات الحرارية تضع الكائن الحي في حالة دفاعية بحيث يمكنه النجاة, و بالتالي فإن ذلك يؤدي إلى صحة أفضل و حياة أطول. و تشمل هذه الاستجابات تعبيرات معززة لبروتينات الصدمة الحرارية و الإنزيمات المضادة للأكسدة. و من الممكن أن تكون جينات تطويل العمر هي المسؤولة عن هذا التحول إلى الحالة الدفاعية.
الإنهاض الميتوكوندري
كان الإنهاض الميتوكومدري مفهوماً افتراضياَ بحت حتى أواخر عام 2007 عندما أظهر عمل مجموعة مايكل ريستو على دودة صغيرة تدعى الربداء الرشيقة, أن تقييد أيض الجلوكوز يطيل العمر بشكل أساسي من خلال زيادة الإجهاد التأكسدي لتحفيز الكائن الحي في النهاية على المقاومة المستمرة للمزيد من الإجاد التأكسدي. و ربما كان هذا أول دليل تجريبي على كون الإنهاض هو السبب خلف إطالة العمر بعد تحديد السعرات الحرارية.
و على الرغم من إمكانية تصور الشيخوخة على أنها نتيجة تراكم للضرر إلا أن التقرير الحديث بأن الجذور الحرة تشارك في الإشارات بين الخلايا قد جعل المعادلة الفئوية لآثارها مع "الضرر" أصعب مما كان الوضع عليه في السابق. و قد أُقترح مسبقاً على أساس فرضي أن الجذور الحرة قد تحث على استجابة داخلية و تبلغ ذروتها في تكيفات أكثر فاعلية التي من شأنها أن تقي من الجذور الخارجية (وربما غيرها من المركبات السامة). كما اقترحت الأدلة التجريبية الأخيرة و بقوة إلى أن هذه هي القضية, و أن مثل هذا التحريض لإنتاج الجذور الحرة الداخلية يطيل عمر الكائن الحي النموذجي, و يمارس تأثير إطالة العمر و تعزيز الصحة. الإجهاد الميتوكوندريا غير المهلك مع زيادة متكافئة لأنواع الأكسجين التفاعلية قد يعجل العديد من التغيرات المفيدة في الفيزيولوجيا الخلوية الناتجة عن تحديد السعرات الحرارية.

التطور

قيل مؤخراً أنه خلال سنوات المجاعة قد يكون تجنب الإنجاب ,وتطوير آلية إنزيم الحماية و الإصلاح متطلبان للكائن الحي في محاولة لضمان أن يكون مناسباً للتكاثر في السنوات المقبلة. ويبدو أن وجهة النظر هذه مدعومة بدراسة حديثة تقوم بدراسة الهرمونات . وجدت الدراسة التي أجريت على الفئران الذكور أن تحديد السعرات الحرارية عموماً يغير من تعابير الجينات فيطبعها بطابع أنثوي ,وأن العديد من أشد الجينات الفردية تغيراً قد ارتبطت بالشيخوخة ,وإشارات الهرمونات ,وتنظيم p53 المصاحب لدورة الخلية وموت الخلايا المبرمج؛ و هذا يوصل إلى أن اثار إطالة العمر من جراء تحديد السعرات الحرارية قد تحدث جزئياً بسبب التحول إلى تعبير جيني يميل لكونه أنثوي. كما أن التقييد الشديد للسعرات الحرارية لفترات طويلة يقلل من المصل الكلي, و يحرر التستوستيرون و في الوقت ذاته يزيد من تركيز هرمون الجنس الجلوبيولين في البشر ملزمة, وتعتبر هذه التأثيرات مستقلة عن السمنة.

الكروماتين و PHA-4

تشير الدلائل إلى أن الآثار البيولوجية لتحديد السعرات الحرارية ترتبط ارتباطاً وثيقاً بوظيفة الكروماتين. و أمدت دراسة أجراها معهد سالك للدراسات البيولوجية والتي نشرت في دورية نيتشر مايو/أيار 2007 أن الجين PHA-4 هو المسؤول عن طول العمر بعد تحديد سعرات الديدان الحرارية, " مع نتائج مماثلة متوقع في البشر".
الجذور الحرة وعملية الارتباط بالغليكوزيل الخالي من الأنزيم
التفسيران المقترحان البارزان جداً عن الشيخوخة ولهما تأثير على تحديد السعرات الحرارية هما نظرية الجذور الحرة ونظرية عملية الارتباط بالغليكوزيل الخالي من الأنزيم. ومع كميات عالية من الطاقة المتاحة فلا تعمل الميتوكوندريا بكفاءة عالية وتنتج المزيد من فوق الأكسيد. فبتحديد السعرات الحرارية تحفظ الطاقة, و تقل كمية الجذور الحرة. كما أن الكائن الحي المحددة سعراته الحرارية سيملك دهون أقل ويتطلب طاقة أقل لدعم الوزن و يعني ذلك عدم الحاجة لوجود الكثير من الجلوكوز في مجرى الدم.
و ما يترتب على وجود نسبة جلوكوز أقل في الدم, انخفاض في حدوث عملية الارتباط بالغليكوزيل الخالي من الأنزيم للبروتينات المجاورة ,و تأكسد كمية شحوم أقل في مجرى الدم الذي من شأنه أن يسبب تشكل كتل لزجة مما يؤدي إلى تصلب الشرايين. كما أن المرضى المصابون بالنمط الثاني للسكري فهم الناس الذين يعانون من الحساسية للأنسولين الناجمة عن التعرض الطويل المدى لارتفاع السكر في الدم.

التقليل من تلف الحمض النووي

يقلل تحديد السعرات الحرارية من إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية و التي تسبب عدة أنواع من تلف الحمض النووي بما في ذلك 8-هيدروكسي-2'-ديوكسيغوانيزين, و الذي يرمز له بـ(8-OHdG). و يستخدم مستوى (OHdG-8) كمؤشر على المستوى العام للتلف التأكسدي في الحمض النووي.

محاكيات تحديد السعرات الحرارية

لقد أعطى العمل على آليات تحديد السعرات الحرارية الأمل لصنع الأدوية في المستقبل لزيادة عمر الإنسان من خلال محاكاة آثار تحديد السعرات الحرارية. وعلى وجه الخصوص, العدد الكبير من الجينات والممرات التي أُعلن عن أنها تنظم نشاطات تحديد السعرات الحرارية في الكائنات الحية النموذجية و هذا يمثل أهدافاً جذابة لتطوير العقاقير التي تحاكي فوائد تحديد السعرات الحرارية دون آثارها الجانبية. وعلى أي حال فقد ذكر عالم الأحياء ليونارد قوارينتي من معهد ماساتشوستس للتقنية محذراً بأن "(العلاج) لن يكون بديلاً عن نمط الحياة الصحي. فأنت لا تزال بحاجة إلى الذهاب لنادي الألعاب الرياضية."