Termogeneza jest kluczowym procesem dla utrzymania temperatury ciała i równowagi energetycznej u ssaków. Badania nad BAT (brązową tkanką tłuszczową) i jej szlakami aktywacji oferują obiecujące perspektywy leczenia i zapobiegania otyłości i związanym z nią powikłaniom metabolicznym.
Produkcja ciepła w odpowiedzi na zimno
Termogeneza to proces metaboliczny, w którym ssaki wytwarzają ciepło w odpowiedzi na różne warunki. Zjawisko to ma kluczowe znaczenie dla utrzymania temperatury ciała na poziomie około 36-37°C i może być wywoływane przez różne mechanizmy. Kluczowym składnikiem termogenezy jest brązowa tkanka tłuszczowa (BAT), która odgrywa istotną rolę w termogenezie bez drżenia, procesie związanym z wysokim wydatkiem energetycznym (EE) i który jest odwrotnie skorelowany ze wskaźnikami otyłości u dorosłych.
BAT, składający się z brązowych i beżowych adipocytów, jest aktywowany głównie przez receptor β3-adrenergiczny (β3-AR). Chociaż dowody u ludzi nie są tak solidne jak u gryzoni, wykazano, że receptor ten ma kluczowe znaczenie w termogenezie BAT. Aktywacja tego szlaku nie tylko przyczynia się do utraty wagi, ale także ma pozytywny wpływ na inne zaburzenia metaboliczne, takie jak insulinooporność, stłuszczenie wątroby i hiperglikemia.
Termogeneza może być indukowana przez różne czynniki, w tym ekspozycję na zimno, dietę i termogeniczne suplementy diety. W tym kontekście termogenezę można podzielić na termogenezę drżeniową, w której ciepło jest wytwarzane przez mimowolne skurcze mięśni szkieletowych, oraz termogenezę drżeniową, w której ciepło jest wytwarzane przez mimowolne skurcze mięśni szkieletowych.Proces ten pozwala ssakom wytwarzać ciepło poprzez mimowolne skurcze mięśni szkieletowych oraz termogenezę bez drżenia, która obejmuje aktywację metabolizmu komórkowego w BAT i mięśniach szkieletowych. Proces ten pozwala ssakom kontrolować temperaturę ciała poprzez wytwarzanie ciepła z utleniania kwasów tłuszczowych i innych substratów energetycznych.
Równanie bilansu energetycznego (ES = EI - EO) ma fundamentalne znaczenie dla odżywiania i metabolizmu, stwierdzając, że zmiana masy ciała wynika z braku równowagi między energią spożytą (EI) a energią wydatkowaną (EO). Spożycie energii pochodzi z pożywienia i płynów, podczas gdy wydatek energii obejmuje utratę ciepła i pracę wykonaną przez organizm. Energia zmagazynowana (SE) to tempo zmian w zapasach makroskładników odżywczych w organizmie.
Wydatek energetyczny dzieli się na kilka komponentów: obowiązkową termogenezę związaną z podstawowym metabolizmem, termogenezę poposiłkową, termogenezę wywołaną aktywnością fizyczną i termogenezę adaptacyjną, która jest aktywowana w odpowiedzi na niską temperaturę otoczenia. Termogeneza obowiązkowa jest związana z metabolizmem komórkowym i funkcjonowaniem narządów, podczas gdy termogeneza poposiłkowa jest efektem termicznym żywności. Aktywność fizyczna znacząco przyczynia się do zmiennego wydatku energetycznego.
Brązowe adipocyty BAT są szczególnie skuteczne w produkcji ciepła ze względu na wysoką zawartość mitochondriów, co ułatwia utlenianie kwasów tłuszczowych i wytwarzanie ciepła. Proces ten jest kontrolowany przez poziom sprzężenia między egzergicznymi i endergicznymi reakcjami chemicznymi oraz aktywność ATPaz, które hydrolizują ATP, główną cząsteczkę magazynującą i wykorzystującą energię.
Analizowane geny
Bibliografia
Levine JA, Eberhardt NL, et al. Role of nonexercise activity thermogenesis in resistance to fat gain in humans. Science. 1999 Jan 8;283(5399):212-4.
Ishida Y, Matsushita M, et al. Genetic evidence for involvement of β2-adrenergic receptor in brown adipose tissue thermogenesis in humans. International Journal of Obesity.
Oomen JM, van Rossum CTM, et al. β2-Adrenergic Receptor Polymorphisms and Salbutamol-Stimulated Energy Expenditure. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, Volume 90, Issue 4, 1 April 2005, Pages 2301–2307.
Reguero M, Gómez de Cedrón M, et al. Precision Nutrition to Activate Thermogenesis as a Complementary Approach to Target Obesity and Associated-Metabolic-Disorders. Cancers (Basel). 2021 Feb; 13(4): 866.
Kiani AK, Medori MC, et al. Clinical assessment for diet prescription. J Prev Med Hyg. 2022 Oct 17;63(2 Suppl 3):E102-E124.
Ricquier D. Fundamental mechanisms of thermogenesis. Comptes Rendus. Biologies, Volume 329 (2006) no. 8, pp. 578-586.