Brunatna tkanka tłuszczowa jako skuteczna broń w walce z otyłością.
Otyłość stała się jednym z najpowszechniejszych problemów zdrowotnych współczesnego społeczeństwa, dotykając zarówno kraje rozwijające się, jak i te już rozwinięte. W związku z jej alarmującym rozpowszechnieniem poszukiwano coraz liczniejsze strategie terapeutyczne mające na celu zwalczenie tego problemu.
Jednym z potencjalnych obiecujących obszarów badawczych w tej dziedzinie jest rola brunatnej tkanki tłuszczowej (BAT).
W dzisiejszym wykładzie skoncentrujemy się na roli brunatnej tkanki tłuszczowej w walce z otyłością. Omówimy mechanizmy działania BAT, zwracając uwagę na jej zdolność do termogenezy oraz wpływ na metabolizm energetyczny organizmu. Ponadto przyjrzymy się najnowszym badaniom naukowym oraz potencjalnym strategiom terapeutycznym, które wykorzystują BAT jako narzędzie w zwalczaniu otyłości.
Tkanka tłuszczowa to znacznie więcej niż tylko magazyn tłuszczu i ochronne opakowanie dla naszego ciała.
Jest to istotny organ, który nie tylko gromadzi tłuszcz, ale także odgrywa rolę w przekazywaniu sygnałów między różnymi częściami organizmu.
Jej wygląd i funkcje różnią się w zależności od miejsca w organizmie, ilości zgromadzonego tłuszczu oraz od płci i wieku. Komórki w tkance tłuszczowej są elastyczne i potrafią zmieniać swoją strukturę i działanie w zależności od aktualnego stanu organizmu oraz otaczających warunków. Ponadto tkanka tłuszczowa pełni szereg ważnych funkcji fizjologicznych, dlatego nadmiar tkanki tłuszczowej może prowadzić do różnych problemów zdrowotnych w różnych narządach i układach.
Dotychczas w organizmie ludzkim obserwowano 2 rodzaje komórek tłuszczowych – białe, które tworzą białą tkankę tłuszczową (WAT), czasem nazywaną również żółtą, oraz brunatne, które tworzą brunatną tkankę tłuszczową (BAT). Morfologia tych komórek różni się głównie ze względu na ich funkcje fizjologiczne, a ich zawartość zależy od czynników genetycznych, metabolicznych i środowiskowych. Istnieją także komórki tłuszczowe beżowe, które powstają poprzez przekształcenie się adipocytów I są uważane za formę pośrednią między komórkami białej i brunatnej tkanki. Przeprowadzone badania przez zespół Cinti udowodniły również istnienie trzeciego rodzaju komórek tłuszczowych zwanych różowymi, które powstają w tkance podskórnej u kobiet w okresie ciąży i laktacji.
Pomimo różnych funkcji fizjologicznych wszystkie te komórki mają zdolność do wydzielania hormonów, choć rodzaj i ilość wydzielanych hormonów różni się między nimi. Do niedawna również uważano, że brunatna tkanka tłuszczowa znajduje się jedynie u małych dzieci. Prowadzone jednak badania udowodniły, że jest inaczej.
Główną rolą komórek tłuszczowych białych jest gromadzenie triglicerydów podczas nadmiernego dostarczania energii i korzystanie z nich w okresach zwiększonego zapotrzebowania energetycznego.
Natomiast komórki tłuszczowe brunatne specjalizują się w produkcji ciepła.
Pełnienie funkcji komórek tłuszczowych jest możliwe dzięki odpowiednim enzymom i białkom kontrolującym, procesy związane z rozkładem i produkcją tłuszczu z kolei te procesy regulowane są zarówno przez czynniki nerwowe, hormonalne (zarówno wewnątrz, jak i między komórkowo) oraz inne czynniki zaangażowane w metabolizm energetyczny. Owa zdolność rozwija się już na etapie rozwoju embrionalnego.
W 1895 roku niejaki Hammar po raz pierwszy w historii użył terminu „brunatna tkanka tłuszczowa”. Dlaczego brunatna? Ponieważ swój kolor otrzymuje dzięki cytochromom, które są obecne w licznych mitochondriach komórek.
Umiejscowienie i wielkość depozytów zależą od wielu czynników, takich jak płeć, pora roku, zawartość innych rodzajów tkanki tłuszczowej, a także poziom aktywności fizycznej. Obecnie wiele badań skupia się nad wykorzystaniem jej możliwości i potencjału w leczeniu otyłości. Wiadomo już, że tkanka brunatna odgrywa ważną rolę w organizmach małych ssaków i zwierząt hibernujących.
Brunatna tkanka tłuszczowa (BAT) to rodzaj tkanki tłuszczowej obecny tylko u ssaków, którego głównym zadaniem jest utrzymanie stałej temperatury ciała oraz rozpraszanie nadmiaru energii pochodzącej z pożywienia.
U ludzi zaczyna się rozwijać około siódmego miesiąca życia płodowego i osiąga największe rozmiary w okresie noworodkowym. Najwięcej brunatnej tkanki tłuszczowej znajduje się w okolicy tętnic szyjnych, podobojczykowych, dole pachowym, śródpiersiu oraz między łopatkami. Niedawno odkryto, że lokalizacja BAT u osób dorosłych pokrywa się z tą u noworodków, z największym nagromadzeniem w okolicy karku i nadobojczykowej. Tkanka brunatna może powiększać się u osób z zespołem Cushinga. Przeprowadzone badania z wykorzystaniem metody FCG PET, czyli z wykorzystaniem wychwytu znacznika fluorodeksyglukozy pozwoliły wykryć BAT w różnych partiach ciała, takich jak okolice rdzenia kręgowego, śródpiersie, okolice serca oraz podprzeponowo w okolicy nadnerczowej.
Tkanka brunatna różni się od tłuszczu białego zarówno pod względem budowy, jak i funkcji. Adipocyty brunatnej tkanki są mniejsze niż te w tkance białej, mają około 20-40 mikrometrów średnicy, a ich jądra są umieszczone centralnie. Tkanka brunatna składa się z wielu komórek, a wewnątrz nich znajdują liczne mitochondria o dobrze rozwiniętych grzebieniach. Mitochondria te zawierają wspomniane wcześniej cytochromy nadające tkance charakterystyczne zabarwienie. Adipocyty brunatnej tkanki skupiają się w tzw. zrazikach, które łączą się w większe struktury. Tkanka brunatna jest dobrze unaczyniona i unerwiona, co pozwala na kontakt każdej komórki z przynajmniej jednym naczyniem krwionośnym. Adipocyty brunatnej tkanki posiadają receptory adrenergiczne, szczególnie ważne są receptory beta adrenergiczne, które stymulują proces termogenezy. W wewnętrznej błonie mitochondriów tkanki tłuszczowej brunatnej znajduje się białko UCP-1 mające postać kanału jonowego przepuszczalnego dla jonów wodoru. Badania wykazały, że otyłe osoby mają niższą ekspresję UCP-1, co może wpływać na aktywność lipolityczną i przyczyniać się do nadmiernego gromadzenia tłuszczu.
Sygnałem do aktywacji tkanki brunatnej jest obniżenie temperatury otoczenia poniżej określonej wartości, zwanej termo obojętnością, która dla człowieka wynosi około 20- 22°C. Tkanka brunatna wykazuje zdolność do szybkiego wytwarzania ciepła, co powoduje, że temperatura krwi opuszczającej tkankę może być wyższa o kilka stopni niż temperatura docierającej do niej. Pod wpływem zimna przepływ krwi przez tkankę brunatną może wzrosnąć nawet 100-krotnie.
Komórki tkanki brunatnej mogą przekształcać się między sobą, co pozwala na elastyczne dostosowanie się do warunków zewnętrznych. Istnieje także możliwość powstawania tkanki brunatnej w miejscach, gdzie wcześniej występowała tkanka biała i odwrotnie. Nowe dane sugerują, że komórki białej tkanki tłuszczowej mogą przeistaczać się w komórki brunatne, które są nazywane komórkami beżowymi. Aktywacja tkanki brunatnej w celu wytworzenia ciepła w reakcji na zimno odbywa się przez działanie układu współczulnego i regulowana jest przez przepływ krwi. Badania wykazały, że tlenek azotu (NO) może zwiększyć termogenezę tkanki brunatnej poprzez wpływ na szybkość przepływu krwi.
Podejmowano również badania nad wpływem na aktywacje brunatnej tkanki tłuszczowej BAT termogenezą indukowaną dietą (DIT). Badania na ludziach sugerują, że ilość i aktywność BAT są wyższe u osób szczupłych niż u osób z nadwagą lub otyłością, co sugeruje rolę BAT w kontroli masy ciała.
Ostatnie badania sugerują, że komórki tłuszczowe beżowe podobne do komórek BAT, mogą chronić przed otyłością poprzez redukcję tkanki tłuszczowej. Aktywowane BAT wydają się również odgrywać rolę w regulacji metabolicznych czynników ryzyka chorób sercowo naczyniowych. Wykazano, że aktywowane BAT jest skuteczne w usuwaniu trójglicerydów z osocza i może łagodzić hipercholesterinemie oraz hamować tworzenie się blaszki miażdżycowej.
Aktywacja BAT zwiększa również wychwyt glukozy i poprawia wrażliwość na insulinę u ludzi.
Przeszczep komórek BAT u myszy spowodował lepszą tolerancję glukozy i wrażliwość na insulinę oraz zmniejszenie masy ciała i tkanki tłuszczowej, co sugeruje potencjalną rolę BAT w poprawie zdrowia metabolicznego.
Brunatna tkanka tłuszczowa BAT odgrywa istotną rolę w regulacji masy ciała poprzez proces termogenezy, który pozwala na rozproszenie nadmiaru energii w postaci ciepła. U osób otyłych obserwuje się jednak zaburzenia w funkcjonowaniu BAT, często związane z redukcją ekspresji wspomnianego białka UCP-1 oraz upośledzeniem termogenezy głównie z powodu zmniejszonego depozytu BAT lub zmniejsza wrażliwości receptorów beta adrenergicznych.
Termogeneza i lipoliza w BAT są intensyfikowane przez układ współczulny, zwłaszcza przez noradrenalinę, działającą na receptory Beta 3. W związku z tym BAT jest często uważany za „dobrą” tkankę tłuszczową w przeciwieństwie do białej tkanki tłuszczowej tzw. złej. Mutacje genów kodujących receptory Beta 3 mogą prowadzić do upośledzenia termogenezy i rozwoju otyłości brzusznej oraz cukrzycy typu 2.
Mimo pewnych podobieństw między BAT a WAT-białą tkanką tłuszczową ich główną różnicą jest funkcja- brunatna tkanka rozprasza energie, podczas gdy biała ją gromadzi.
Badania przeprowadzone na morsujących kobietach udowodniły, że już po jednym sezonie morsowania zwiększa się wrażliwość komórek na insulinę.
W innym badaniu sprawdzono wpływ różnych temperatur na ilość brunatnej tkanki tłuszczowej poprzez zmianę warunków spania uczestników. Pierwszy miesiąc uczestnicy spali w pomieszczeniu utrzymywanym w temperaturze 24°C, gdzie wykazano niewielką ilość brunatnej tkanki tłuszczowej. Następnie przez kolejny miesiąc, badani przenieśli się do pomieszczenia o temperaturze 19°C, co spowodowało znaczący wzrost tej tkanki. Powrót do temperatury 24 °C doprowadził do ponownego zmniejszenia się ilości brunatnej tkanki tłuszczowej a w ostatnim miesiącu, gdy temperatura wynosiła 27°C brunatna tkanka tłuszczowa niemal całkowicie zanikła.
Wniosek z tego taki, że niższa temperatura otoczenia wpływa na namnażanie się brunatnej tkanki tłuszczowej, a wyższa powoduje jej zanik.
Badając wpływ zimna na nasze ciało, odkryto niezwykłą zdolność brunatnej tkanki tłuszczowej do aktywowania się w odpowiedzi na niskie temperatury. Ta wyjątkowa tkanka może skutecznie wykorzystywać nasze zasoby energii w postaci cukru i tłuszczu, najpierw pobierając je z krwi, a gdy zaczyna brakować, sięgając także po zapasy białej tkanki tłuszczowej i cukru. Badania wykazały, że ilość brunatnej tkanki tłuszczowej w naszym ciele może się różnić, podobnie jak w przypadku białej tkanki tłuszczowej. Jednak w przeciwieństwie do białej tkanki, brunatna tkanka tłuszczowa aktywuje się szybko w chłodnych warunkach, co przekłada się na szybsze spalanie energii.
Przeprowadzone eksperymenty wykazały, że już po kilku minutach zanurzenia ręki lub stopy w lodowatej wodzie, brunatna tkanka tłuszczowa zaczyna intensywnie działać. Niestety, komórki białej tkanki tłuszczowej nie mają takiej zdolności, ponieważ nie posiadają tak dużego zapasu mitochondriów, które są niezbędne do szybkiego przetwarzania energii. To właśnie za ich sprawą komórki brunatnej tkanki tłuszczowej są tak wyjątkowe.
Na powstawanie brunatnej tkanki tłuszczowej w naszym organizmie wpływ ma również nasza dieta. Ważne jest, aby dostarczyć odpowiednich kwasów tłuszczowych oraz witamin w nich rozpuszczalnych.
Kiedy spożywamy niezbędne kwasy tłuszczowe omega 3, zapewniamy odpowiednią elastyczność naszej tkance tłuszczowej, ponadto kwasy omega 3 zapobiegają nadmiernej produkcji leptyny, która odpowiada za pobudzenie apetytu. Przyspieszają również spalanie tkanki tłuszczowej. Oprócz tego kwasy omega 3 są niezbędne dla zdrowia układu nerwowego, a wspomniane wcześniej witaminy rozpuszczalne w tłuszczach mają wpływ nie tylko na odporność, ekspresję genów, ale i prawidłowe działanie receptorów.
Kolejnym czynnikiem mającym ogromne wpływ na powstawanie brunatnej tkanki tłuszczowej w naszym organizmie jest aktywność fizyczna. To podczas ćwiczeń biała tkanka tłuszczowa zostaje przekształcana w brunatną tkankę tłuszczową. Cały sekret tkwi w tym, że podczas ćwiczeń zwiększa się produkcja tlenku azotu, który rozszerza naczynia krwionośne i poprawia ukrwienie mięśni. W tym momencie zostają aktywowane odpowiednie receptory, które prowadzą do wydzielania anabolicznego hormonu o nazwie iryzyna tzw. Czynnik Goldsteina. Związek ten ma zdolność przekształcania białej tkanki tłuszczowej w brunatną. Do tego wszystkiego poprawia wrażliwość na insulinę.
Podkreślając, jeśli będziemy mogli kontrolować ilość brunatnej tkanki tłuszczowej w organizmie, będziemy w stanie pozytywnie wpływać na nasze zdrowie. Można to przyrównać do ilości dobrej jakości mięśni w naszym organizmie. Tkanka tłuszczowa podczas spoczynku spala dużo mniej kilokalorii niż tkanka mięśniowa podczas spoczynku. Dlatego warto dbać o to, aby mieć odpowiednią ilość i jakość mięśni, które pomogą spalać kilokalorie. To samo tyczy się brunatnej tkanki tłuszczowej. Mając wystarczające jej depozyty w organizmie, mamy dodatkowy mechanizm spalający kalorie. Jak wiele kalorii jesteśmy w stanie spalić, korzystając z tego naturalnego procesu to jeszcze zagadka. Wiadomo jednak już, że na pewno warto zadbać o prawidłowy poziom brunatnej tkanki tłuszczowej w organizmie.
Temat brunatnej tkanki tłuszczowej jest bardzo szerokim tematem i ciągle zgłębianym przez naukowców dlatego i my będziemy do niego jeszcze nie raz wracać, licząc na nowe doniesienia ze świata nauki, które pomogą nam lepiej zrozumieć naturalne mechanizmy działające w naszym organizmie.
Literatura:
- Brązowa tkanka tłuszczowa: aktualizacja najnowszych odkryć Kara L. Marlatt , Ph.D., MPH i Eric Ravussin , PhD
2. Tkankatłuszczowa-charakterystyka morfologicznai biochemiczna różnych depozytow Eugenia Murawska-Ciałowicz 1, Katedra Fizjologii i Biochemii Akademii Wychowania Fizycznego we Wrocławiu
3. Brązowa tkanka tłuszczowa – nowa rola u człowieka? Lidell ME, Enerbäck S. Nat Rev Endokrynol. Czerwiec 2010; 6(6):319-25. doi: 10.1038/nrendo.2010.64. EPUB 2010, 13 kwietnia. PMID: 20386559