W tym wpisie na blogu przyjrzymy się fizjologicznemu mechanizmowi, dzięki któremu noworodki wykorzystują brunatną tkankę tłuszczową do utrzymywania temperatury ciała, a także jej potencjałowi medycznemu.
Kiedy dorośli odczuwają zimno, generują ciepło poprzez takie działania jak dreszcze, aby utrzymać temperaturę ciała. Jest to naturalna reakcja organizmu. Kiedy temperatura zewnętrzna spada, układ nerwowy kurczy mięśnie, aby wywołać dreszcze, które generują ciepło, aby utrzymać temperaturę ciała. Mitochondria, które są budulcem komórek, odgrywają ważną rolę w tym procesie. Mitochondria przekształcają glukozę uzyskaną z pożywienia w adenozynotrifosforan (ATP) i przechowują go. Kiedy temperatura ciała spada, ATP jest rozkładane przez dreszcze mięśni, generując ciepło.
Jednak noworodki nie mają tak rozwiniętych mięśni jak dorośli, więc nie mogą się wystarczająco trząść, aby utrzymać temperaturę ciała. Zamiast tego noworodki utrzymują temperaturę ciała za pomocą brunatnej tkanki tłuszczowej rozmieszczonej wokół kręgosłupa i nerek. W przeciwieństwie do innych tkanek tłuszczowych, brunatna tkanka tłuszczowa ma doskonałą zdolność do generowania ciepła. Dzieje się tak, ponieważ brunatne adipocyty składają się z kropelek oleju zawierających kwasy tłuszczowe i dużą ilość mitochondriów.
Mitochondria w normalnych komórkach składają się z macierzy, błony wewnętrznej, błony zewnętrznej i przestrzeni między błonami wewnętrzną i zewnętrzną. Mitochondria w komórkach tłuszczu brunatnego mają taką samą strukturę, ale różnią się tym, że specyficzne białko w błonie wewnętrznej odgrywa rolę w wytwarzaniu ciepła. Proces, w którym to białko pomaga noworodkom utrzymać temperaturę ciała, jest następujący.
Gdy temperatura ciała noworodka spada, z podwzgórza w mózgu wysyłany jest sygnał powodujący wydzielanie noradrenaliny z zakończeń nerwowych układu współczulnego. To stymuluje receptory β w błonach komórkowych brunatnych komórek tłuszczowych, powodując transport kwasów tłuszczowych obecnych w brunatnych komórkach tłuszczowych przez błony zewnętrzne i wewnętrzne mitochondriów do macierzy. Elektrony generowane przez rozpad kwasów tłuszczowych są następnie przenoszone przez koenzymy do białek związanych z błoną w błonie wewnętrznej. Te białka związane z błoną działają jak kanały, transportując jony wodorowe (H+) już obecne w macierzy do przestrzeni międzybłonowej.
Gdy jony wodoru przemieszczają się z matrycy do przestrzeni międzybłonowej, powstaje gradient stężeń jonów wodoru między przestrzenią międzybłonową a matrycą. Ta różnica stężeń wytwarza energię zwaną ruchliwością protonów, a ta siła powoduje, że jony wodoru wracają do podłoża, gdzie ich stężenie jest niższe. Jednakże, ponieważ błona wewnętrzna jest nieprzepuszczalna dla protonów, takich jak jony wodoru, muszą one przechodzić przez określone kanały białkowe w błonie wewnętrznej w taki sam sposób, jak wtedy, gdy przemieszczają się do przestrzeni międzybłonowej.
Ważne jest tutaj to, że jony wodoru przechodzą przez kanał białkowy zwany „termogeniną”, który znajduje się tylko w mitochondriach komórek brunatnego tłuszczu. W mitochondriach normalnych komórek jony wodoru przechodzą przez syntazę ATP, gdy wracają do substratu, a siła napędowa protonów jest wykorzystywana do syntezy ATP. Natomiast w komórkach brunatnego tłuszczu termogenina nie wykorzystuje siły napędowej protonów do syntezy ATP. Dlatego jony wodoru są przyspieszane przez transport protonów i zderzają się z wodą w substracie, generując ciepło.
Dzięki temu procesowi noworodki są w stanie utrzymać temperaturę ciała w inny sposób niż dorośli. Dzięki unikalnemu mechanizmowi wytwarzania ciepła przez brunatne komórki tłuszczowe noworodki są w stanie utrzymać stosunkowo stabilną temperaturę ciała nawet wtedy, gdy zmienia się środowisko zewnętrzne, co odgrywa bardzo ważną rolę w ich przetrwaniu. Ten mechanizm regulacji temperatury ciała jest obserwowany nie tylko u noworodków, ale także u zwierząt zapadających w sen zimowy. Zwierzęta te wykorzystują brunatną tkankę tłuszczową do wytwarzania ciepła niezbędnego do przetrwania w celu utrzymania temperatury ciała w zimie.
Funkcja brunatnej tkanki tłuszczowej nie tylko reguluje temperaturę ciała, ale ma również istotny wpływ na metabolizm energetyczny w organizmie. Ostatnie badania wykazały, że brunatna tkanka tłuszczowa ma potencjał, aby przyczynić się do zapobiegania chorobom metabolicznym, takim jak otyłość i cukrzyca. Dzieje się tak, ponieważ brunatna tkanka tłuszczowa skutecznie zużywa tłuszcz w procesie wytwarzania ciepła. Dlatego aktywacja brunatnej tkanki tłuszczowej może mieć pozytywny wpływ na kontrolę masy ciała i zdrowie metaboliczne, a możliwość opracowania nowych metod leczenia wykorzystujących to została zasugerowana.
Podsumowując, mechanizm utrzymywania temperatury ciała u noworodków jest osiągany poprzez unikalny proces generowania ciepła przez brunatną tkankę tłuszczową. Proces ten odgrywa zasadniczą rolę w przeżyciu noworodków i ma istotny wpływ na metabolizm energetyczny w organizmie. Oczekuje się, że dalsze badania nad funkcjami i rolami brunatnej tkanki tłuszczowej doprowadzą do różnych zastosowań medycznych.
