Brunatna tkanka tłuszczowa - rola w organizmie

W ostatnich latach coraz większą uwagę przykłada się funkcjom oraz budowie tkanki tłuszczowej. Adipocyty i adipokiny które ją tworzą, odgrywają niezwykle istotną rolę nie tylko w magazynowaniu energii, ale również w procesach metabolicznych i zapalnych organizmu.Tkanka tłuszczowa kojarzona jest zazwyczaj z magazynem zapasowej energii, ale nie można zapominać, że jest to również narząd endokrynnie czynny. Tkanka ta rozproszona jest w całym ciele, a jej grubość zależy od umiejscowienia, głównie skumulowana w części brzusznej trzewnej, brzusznej podskórnej oraz pośladkowo-udowej. U ssaków występują dwa rodzaje tkanki tłuszczowej: biała tkanka tłuszczowa, zwana także żółtą (WAT, White Adipose Tissue) oraz  brunatna tkanka tłuszczowa (BAT, Brown Adipose Tissue), mające odrębne funkcje w organizmie. W dorosłym organizmie zawartość tkanki tłuszczowej białej znacznie przewyższa ilość brązowej. Tkanka biała umiejscowiona jest pod skórą u wszystkich ssaków, natomiast brunatna obecna jest wyłącznie wśród gryzoni oraz ssaków naczelnych, a jej najwyższa zawartość występuje w okresie dojrzewania. U człowieka najwięcej tkanki brunatnej występuje po urodzeniu, w okresie niemowlęcym, a wraz z wiekiem jej ilość ulega zmniejszeniu. Umiejscowiona jest głęboko w organizmie, otacza głównie narządy (m.in. serce, płuca, wątrobę, trzustkę), kręgosłup oraz duże naczynia krwionośne. U noworodków zlokalizowana jest głównie w okolicy międzyłopatkowej, wzdłuż kręgosłupa, na szyi, w dole pachwowym oraz w okolicy okołonerkowej.  

Rola: brunatna tkanka tłuszczowa vs biała

Każda z powyższych tkanek pełni odrębne funkcje w organizmie – biała tkanka tłuszczowa magazynuje energię, zaś brunatna odpowiada za termogenezę. Tkanka tłuszczowa biała tworzy warstwy izolacyjne. Energia skumulowana jest pod postacią triglicerydów (TG), chroniących organizm przed utratą energii w postaci ciepła. Natomiast brunatna tkanka tłuszczowa odpowiedzialna jest za procesy metaboliczne m.in. wytwarzanie ciepła, które następnie rozprowadzane jest po organizmie w celu utrzymania stałej temperatury ciała. Zasadnicza różnica funkcjonalna między tkankami polega na tym, że biała magazynuje energię pod postacią TG, natomiast brunatna utylizuje lipidy z wytworzeniem energii. Ciepło w brunatnej tkance tłuszczowej wytwarzane jest głównie w procesie spalania długołańcuchowych kwasów tłuszczowych. Uwalniane protony przenoszone są dzięki UCP-1 (swoiste białko rozprzęgające) do mitochondriów (pomijając szlak fosforylacji oksydacyjnej i syntezy ATP), co w efekcie powoduje uwolnienie energii w postaci ciepła.  

Budowa BAT i WAT

Aktywna metabolicznie brunatna tkanka tłuszczowa w porównaniu z białą charakteryzuje się głównie bogatszym unerwieniem współczulnym oraz obecnością specyficznego systemu mitochondrialnego, w którym udział bierze swoiste białko rozprzęgające UCP-1. TG w białej tkance tłuszczowej gromadzone są w jednym pęcherzyku, powiększającym się w miarę ich akumulacji, natomiast w brunatnej kumulowane są w wielu pęcherzykach, dzięki czemu struktury komórkowe nie ulegają przemieszczeniu. Ułatwia to ich szybki rozkład i wykorzystanie zmagazynowanych w nich kwasów tłuszczowych. Mitochondria obecne w WAT są nieliczne, mają podłużny kształt oraz małą średnicę, natomiast obecne w BAT są duże, liczne oraz o sferycznym kształcie. W wewenętrznej błonie mitochondriów, znajduje się białko rozprzęgające — termogenina (UCP-1) będące markerem brunatnej tk. tłuszczowej, nieobecnym w białej. Bogate unaczynienie BAT umożliwia właściwy przepływ krwi - dostarczenie dużych ilości tlenu oraz transport wytworzonego w niej ciepła na zewnątrz.  

Zawartość brunatnej tkanki tłuszczowej w różnych grupach wiekowych

W porównaniu z białą tkanką tłuszczową, którą w ostatnich latach dokładnie przebadano, stosunkowo niewielki postęp poczyniono w kierunku funkcjonowania brunatnej tkanki tłuszczowej. Wiedza na temat jej roli fizjologicznej w organizmie jest stosunkowo ograniczona, ze względu na brak wiarygodnych metod określania obecności tkanki w ciele. Na podstawie badań anatomicznych stwierdzono obecność tkanki brunatnej u wszystkich noworodków, natomiast błędnie zakładano, że jest ona całkowicie tracona po okresie niemowlęcym. Brunatna tkanka tłuszczowa u noworodków umożliwia wytwarzanie dużych ilości  ciepła, dzięki czemu zapewnia utrzymanie stałej temperatury wwnętrznej ciała. Przez wiele lat sądzono, że u dorosłych brunatna tkanka tłuszczowa całkowicie zanika lub występuje w śladowych ilościach, przy czym nie odgrywa istotnej roli. Twierdzono, że funkcja utrzymywania odpowiedniej ciepłoty ciała stała się zbędna, ponieważ zapewnia ją termogeneza drżeniowa, zwiększona aktywność ruchowa czy odpowiedni ubiór. Wyniki badań ostatnich lat z zastosowaniem nowych technik badawczych (pomiar wychwytu 18-fluorodeoksyglukozy oceniany metodą PET, sprzężony z tomografią komputerową (PET/CT)), wykazały obecność BAT u znacznego odsetka badanych dorosłych. Przypuszcza się, że może pełnić bardzo ważną funkcję nie tylko w produkcji ciepła, ale i przyczyniać się do utrzymania należnej masy ciała oraz zapobieganiu insulinooporności. Dawniej obecność brunatnej tkanki tłuszczowej możliwa była do zbadania wśród dorosłych wyłącznie dzięki badaniom histologicznym tkanki pobranej podczas autopsji zwłok czy badaniom ekspresji genu UCP-1 w tkance tłuszczowej.  

Pierwsze badanie na obecność BAT

Jedne z pierwszych, obszernych badań histologicznych na obecność BAT wśród dorosłych przeprowadziła Heaton prawie pół wieku temu. Na podstawie próbek tkanek tłuszczowych pobranych od 52 zmarłych w wieku od 0 do 80 lat, określono obecność brunatnej tkanki tłuszczowej w poszczególnych partiach ciała, zależnie od wieku. Próbki pobrano z 18 miejsc, m.in. z okolicy międzyłopatkowej szyi, okołoobojczykowo-pachowej, okołonerkowej, nadnerczy, przyaortalnej, sieci większej i pachwinowej. W przedziale wiekowym 0–10 lat stwierdzano obecność BAT u wszystkich badanych, w każdym z analizowanych miejsc. Wśród 10–40 latków zaobserwowano obecność tkanki brunatnej wśród zbliżonego odsetka badanych jak w niższym przedziale wiekowym, z tą różnicą, że zanikła ona w poszczególnych miejscach. W kolejnych przedziałach wiekowych zaobserwowano zmniejszanie częstości jej występowania. Natomiast większość badanych obszarów posiadała BAT, nawet wśród kilku osób powyżej 70 lat. Największą częstość występowania w tym przedziale wiekowym zlokalizowanej wzdłuż naczyń międzyżebrowych na szyi, wokół nerek oraz nadnerczy.  

Wpływ temperatury na obecność BAT

Tkanka tłuszczowa brunatna ulega aktywacji podczas narażenia na zimno. Jej zwiększoną ilość na szyi już dawno zaobserwowano wśród robotników pracujących w niskich temperaturach. Huttunen i wsp. przeprowadzili badania wśród pracowników zatrudnionych w przestrzeni otwartej, eksponowanych na chłód oraz u pracowników biurowych. W pierwszej grupie badanych stwierdzono obecność BAT w okolicy szyjnej oraz w tkance tłuszczowej podnasierdziowej. Jej ilość u osób zmarłych w okresie zimowym była wyższa niż u zmarłych w sierpniu. Nie stwierdzano jej obecności u pracowników biurowych. Dane te mogą świadczyć o stymulującym wpływie chłodnego otoczenia na ilość brunatnej tkanki tłuszczowej w organizmie.  

Jaki ma wpływ brunatna tkanka tłuszczowa na rozwój nadwagi i otyłości?

Pod wpływem przewlekłej nadmiernej podaży węglowodanów i tłuszczy nasila się termogeneza poposiłkowa, za którą odpowiada leptyna (tzw. hormon sytości) oraz mechanizmy ośrodkowe. Bezpośrednie sygnały związane ze spożyciem posiłku (glukoza, insulina, enterostatyna) oraz wytworzona w tkance tłuszczowej leptyna, pobudzają receptory w obrębie VMN, aktywujące układ współczulny i termogenezę. Warto też wspomnieć o lipolizie, która dominuje w warunkach zwiększonego zapotrzebowania na energię (wysiłek fizyczny, zimno) oraz w sytuacjach stresowych, na przykład w okresie głodu. Podczas głodzenia następuje zanik tkanki tłuszczowej brunatnej, natomiast zjawisko to jest odwracalne pod wpływem diety wysokokalorycznej. Atrofię tkanki tłuszczowej brunatnej obserwuje się również u kobiet karmiących. Nieprawidłowe funkcjonowanie tkanki tłuszczowej brunatnej może sprzyjać rozwojowi otyłości. Przewlekła stymulacja współczulna u osób otyłych powoduje zmniejszenie wrażliwości receptorów b-adrenergicznych, przez co termogeneza zostaje upośledzona i dochodzi do nadmiernego gromadzenia się tkanki tłuszczowej. Kontrola homeostazy energetycznej prawdopodobnie odgrywa kluczową rolę w aspekcie leczenia otyłości. Wg naukowców z Joslin Diabetes Center, obecność tkanki brunatnej może wspomagać leczenie chorób wynikających z otyłości – insulinooporności, cukrzycy czy zespołu metabolicznego. Podczas badań na zwierzętach zauważono, że przeszczepienie brunatnych komórek tłuszczowych wpłynęło na wzrost ekspresji interleukiny-6 (IL-6), odpowiedzialnej za zwiększenie wydatkowania energii oraz pozytywny wpływ na zmniejszenie masy ciała. Nie udokumentowano jednak, czy takie same efekty można uzyskać wśród ludzi, natomiast jest duża szansa, że mogą one zostać w przyszłości wykorzystane do leczenia otyłości i cukrzycy. Wyniki badań wskazują, że im większa masa ciała, tym mniejsza jest ilość i aktywność brunatnej tkanki tłuszczowej w organizmie. Zaobserwowano również zależność, osoby chorujące na cukrzycę typu 2 względem osób zdrowych charakteryzują się zmniejszoną ilością tej tkanki. W licznych publikacjach udowodniono, że wzrost zawartości brunatnej tkanki tłuszczowej w organizmie wpływa pozytywnie na metabolizm oraz spadek masy ciała. Wytworzenie brunatnych komórek tłuszczowych w organizmie dorosłego człowieka jest możliwe poprzez wykonywanie ćwiczeń fizycznych oraz występowanie dreszczy pod wpływem zimna. Proces ten umożliwia hormon – iryzyna, odkryty stosunkowo niedawno (2012) przez naukowców Harvardu. Z przeprowadzonych badań wynika, że 10-15 minutowy atak dreszczy produkuje taką ilość iryzyny co godzinna jazda na rowerze.  

Podsumowanie

Należy pamiętać, że nie zawsze tkanka tłuszczowa musi być zła. Jej odpowiednia ilość jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania gospodarki hormonalnej czy ochrony narządów wewnętrznych. Natomiast do dnia dzisiejszego nie wynaleziono „złotego środka” na pozbycie się nadmiaru białej tkanki tłuszczowej. Oprócz zbilansowanej diety niezbędny jest ruch i aktywność fizyczna, jako broń w walce z nadwagą i innymi chorobami dietozależnymi.  

Bibliografia:

1. Cannon B, Nedergaard J. (2004): Brown adipose tissue: function and physiological significance. Physiol Rev; 84: 277–359.
2. Heaton J.M. (1972): The distribution of brown adipose tissue in the human. J. Anat. 112, 35–39.
3. Huttunen P., Hirvonen J., Kinnula V. (1981): The occurrence of brown adipose tis- sue in outdoor workers. Eur. J. Appl. Physiol. 46, 339–345.
4. Paul Lee et. al. (2014): Irisin and FGF21 Are Cold-Induced Endocrine Activators of Brown Fat Function in Humans, Cell Metabolism, Volume 19, 2, 302–309.
5. Siemińska L. (2007): Adipose tissue. Pathophysiology, distribution, sex differences and the role in inflammation and cancerogenesis. Endokrynologia Polska, 58, 4, 330-343.
6. Wouter D. et al. (2009): Cold-Activated Brown Adipose Tissue in Healthy Men. N Engl J Med., 360, 1500-1508.
7. Wójcik B., Górski J. (2011): Brunatna tkanka tłuszczowa u dorosłego człowieka: występowanie i funkcja. Otył. Zab. Przem. Mat, 7, 1, 34-40.