Wärmeproduktion als Reaktion auf Kälte

Die Thermogenese ist ein wichtiger Prozess für die Aufrechterhaltung der Körpertemperatur und des Energiegleichgewichts bei Säugetieren. Die Erforschung des braunen Fettgewebes (BAT) und seiner Aktivierungswege bietet vielversprechende Perspektiven für die Behandlung und Vorbeugung von Fettleibigkeit und der damit verbundenen Stoffwechselkomplikationen.

Die Thermogenese ist ein Stoffwechselprozess, durch den Säugetiere als Reaktion auf verschiedene Bedingungen Wärme erzeugen. Dieses Phänomen ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Körpertemperatur von etwa 36-37 °C und kann durch verschiedene Mechanismen ausgelöst werden. Eine Schlüsselkomponente der Thermogenese ist das braune Fettgewebe (BAT), das eine wesentliche Rolle bei der Thermogenese ohne Frösteln spielt, einem Prozess, der mit einem hohen Energieverbrauch (EE) einhergeht und umgekehrt mit der Adipositasrate bei Erwachsenen korreliert ist.

Die BAT, die aus braunen und beigen Fettzellen besteht, wird hauptsächlich durch den β3-adrenergen Rezeptor (β3-AR) aktiviert. Obwohl die Beweise beim Menschen nicht so stichhaltig sind wie bei Nagetieren, hat sich gezeigt, dass dieser Rezeptor für die Thermogenese der BAT entscheidend ist. Die Aktivierung dieses Signalwegs trägt nicht nur zur Gewichtsabnahme bei, sondern hat auch positive Auswirkungen auf andere Stoffwechselstörungen wie Insulinresistenz, Lebersteatose und Hyperglykämie.

Die Thermogenese kann durch verschiedene Faktoren ausgelöst werden, darunter Kälteexposition, Ernährung und thermogene Nahrungsergänzungsmittel. In diesem Zusammenhang kann die Thermogenese unterteilt werden in die Zitterthermogenese, bei der Wärme durch unwillkürliche Kontraktion der Skelettmuskulatur erzeugt wird, und die Schüttelthermogenese, bei der Wärme durch unwillkürliche Kontraktion der Skelettmuskulatur erzeugt wird.Dieser Prozess ermöglicht es Säugetieren, Wärme durch die unwillkürliche Kontraktion der Skelettmuskulatur zu erzeugen, und die Thermogenese ohne Zittern, die die Aktivierung des Zellstoffwechsels im BAT und in der Skelettmuskulatur beinhaltet. Dieser Prozess ermöglicht es Säugetieren, ihre Körpertemperatur durch die Erzeugung von Wärme aus der Oxidation von Fettsäuren und anderen Energiesubstraten zu kontrollieren.

Die Energiebilanzgleichung (ES = EI - EO) ist von grundlegender Bedeutung für Ernährung und Stoffwechsel und besagt, dass die Veränderung des Körpergewichts aus dem Ungleichgewicht zwischen aufgenommener (EI) und verbrauchter Energie (EO) resultiert. Die Energiezufuhr stammt aus der aufgenommenen Nahrung und Flüssigkeit, während der Energieaufwand den Wärmeverlust und die vom Körper geleistete Arbeit umfasst. Die gespeicherte Energie (SE) ist die Änderungsrate der Makronährstoffspeicher des Körpers.

Der Energieverbrauch wird in mehrere Komponenten unterteilt: die obligatorische Thermogenese im Zusammenhang mit dem Grundumsatz, die postprandiale Thermogenese, die durch körperliche Aktivität ausgelöste Thermogenese und die adaptive Thermogenese, die als Reaktion auf eine niedrige Umgebungstemperatur aktiviert wird. Die obligatorische Thermogenese hängt mit dem Zellstoffwechsel und der Organfunktion zusammen, während die postprandiale Thermogenese die thermische Wirkung der Nahrung darstellt. Körperliche Aktivität trägt wesentlich zum variablen Energieaufwand bei.

Die braunen Adipozyten des BAT sind aufgrund ihres hohen Mitochondriengehalts, der die Fettsäureoxidation und die Wärmeerzeugung erleichtert, besonders effektiv in der Wärmeproduktion. Dieser Prozess wird durch den Grad der Kopplung zwischen exergonischen und endergonischen chemischen Reaktionen und die Aktivitäten der ATPasen gesteuert, die ATP, das wichtigste Molekül zur Speicherung und Nutzung von Energie, hydrolysieren.