Produkcja ciepła w odpowiedzi na zimno

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.

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.