Tkanka tłuszczowa kojarzy się głównie z magazynem energii. Warto, jednak wiedzieć, że pełni także funkcje ochronne oraz jest istotnym narządem endokrynnym. Tkanka ta jest zróżnicowana pod względem morfologicznym i czynnościowym, co jest zależne od jej umiejscowienia, rozmiaru, a także rodzaju płci oraz wieku. Dzięki plastyczności komórek tłuszczowych ma zdolność do zmiany swojej struktury i metabolizmu. Nadmierna ilość tkanki tłuszczowej w organizmie wywołuje stany patologiczne.
Tkanka tłuszczowa – funkcje
Ze względu na dużą gęstość energetyczną oraz niewielkie uwodnienie, tkanka tłuszczowa jest optymalnym magazynem energii w organizmie. Jeśli chcielibyśmy uzyskać taką samą ilość energii, jaką daje tłuszcz poprzez gromadzenie białka wraz z wodą, wówczas masa takiego kompleksu byłaby 5-krotnie większa. W przypadku gromadzenia glikogenu masa byłaby wyższa co najmniej 8-krotnie. To pokazuje, że organizm korzysta z najlepszej znanej mu formy przechowywania energii. Dowiedziono, że u dorosłego człowieka posiadającego 15 kg tłuszczu, które odpowiada w przybliżeniu 110 000 kalorii, wystarczy energii na przeżycie około 2 miesiący przy zapotrzebowaniu w granicach 2000 kcal/dzień.
Odpowiednia ilość masy tłuszczu względem całego organizmu u dorosłego człowieka powinna wynosić 12-20% u mężczyzn oraz 20-30% u kobiet. Przyjmuje się, że wartością krytyczną zagrażającą zdrowiu jest 25% masy tłuszczu u mężczyzn oraz 33% u kobiet. Większa część tłuszczu jest widoczna i znajduje się w tkance podskórnej.
Tkanka tłuszczowa może zmieniać swoją masę poprzez wpływ różnych czynników, takich jak: sposób żywienia, ilość wysiłku fizycznego czy wpływ środowiska zewnętrznego. Tkanka tłuszczowa w organizmie człowieka pełni trzy główne funkcje: energetyczną, izolacyjną oraz amortyzującą – chroniącą narządy przed urazami mechanicznymi.
Stanowi także dobre źródło wody metabolicznej, ponieważ ze 100 gramów tłuszczu można uzyskać aż 109 gramów wody, co jest około dwukrotnie lepszym wynikiem w porównaniu z pozyskiwaniem jej z węglowodanów czy białka. Magazyn energii w formie tłuszczu jest wykorzystywany podczas zwiększonego zapotrzebowania energetycznego organizmu. Tkanka tłuszczowa w sposób naturalny osłania narządy przed urazami mechanicznymi.
Główną masę tkanki tłuszczowej stanowią komórki zwane adipocytami, inne elementy tej tkanki to preadipocyty, fibroblasty, monocyty, makrofagi, leukocyty, komórki śródbłonka i komórki SVF (ang. stromal vascular fraction). Wszystkie z wyżej wymienionych komórek odgrywają rolę w fizjologii oraz patofizjologii tkanki tłuszczowej.
Tkanka tłuszczowa jako narząd endokrynny
Odkrycie leptyny (hormonu sytości) i jej wpływu na ośrodek sytości w podwzgórzu uświadomiło naukę o endokrynnej roli, jaką pełni tkanka tłuszczowa w organizmie. Dzisiaj wiadomo, że ta tkanka wydziela wiele różnych hormonów, które pełnią funkcje ogólnoustrojowe, regulując odczuwanie głodu i sytości. Komórki tłuszczowe oprócz hormonów wydzielają także peptydy oraz cytokiny uczestniczące w procesach immunologicznych. Zaburzenia w aspekcie regulacyjnej roli tkanki tłuszczowej prowadzą do rozwoju wielu stanów patologicznych, do których należą m.in.: cukrzyca, otyłość, choroby serca czy zespół policystycznych jajników.
Gromadzenie się tkanki tłuszczowej – hiperplazja i hipertrofia
Rozmiar tkanki tłuszczowej może się zwiększyć w wyniku dwóch różnych procesów: hiperplazji – zwiększenia liczby komórek bądź hipertrofii – zwiększenia ich rozmiaru. Pojęcie adipogenezy odnosi się do zwiększenia liczby adipocytów poprzez proces różnicowania i ich rozwoju z komórek pierwotnych. Adipogeneza jest wieloetapowym i dość skomplikowanym procesem, który do tej pory nie został szczegółowo poznany przez świat nauki.
Adipocyty pojawiają się już w 14 tygodniu rozwoju płodu, a w czasie narodzin ich liczba wynosi około 30 milionów. Ilość komórek tłuszczowych wówczas stanowi około 13% masy ciała i zwiększa się do około 25% w 9 miesiącu życia. We wczesnym okresie życia masa tkanki tłuszczowej zwiększa się w wyniku hipertrofii, natomiast w okresie dojrzewania zachodzi hiperplazja, czyli zwiększenie liczby adipocytów. Przekarmianie dzieci zatem wpływa na wzrost liczby komórek tłuszczowych, które z wiekiem i w wyniku niewłaściwej diety mogą powiększać swoją objętość.
Zawartość brzusznej tkanki tłuszczowej wzrasta wraz z wiekiem u obu płci i niezależnie od tego czy dana osoba ma nadwagę czy prawidłową masę ciała. Zauważa się także związek między wiekiem, a zawartością wisceralnej tkanki tłuszczowej. Jest ona bardziej podatna na lipolizę i w konsekwencji redukcję w porównaniu z tkanką podskórną. Niektórzy autorzy badań sugerują nawet, że wszystkie znane metody redukcji zmniejszają objętość tkanki wisceralnej, a niestety nie dzieje się tak z tkanką podskórną.
Rodzaje tkanki tłuszczowej
W organizmie człowieka wyróżnia się 3 rodzaje adipocytów: białe (żółte), brunatne (brązowe) oraz stosunkowo niedawno poznane – różowe, które powstają u kobiet w ciąży i w okresie laktacji. Mimo pełnienia różnych funkcji wszystkie te rodzaje adipocytów wydzielają hormony. Podstawową rolą białych adipocytów jest gromadzenie trójglicerydów podczas nadmiernej dostawy energii i wykorzystywanie ich w czasie zwiększonego zapotrzebowania. Główną funkcją brązowych adipocytów jest wytwarzanie ciepła, natomiast różowe są odpowiedzialne za wytwarzanie mleka u kobiet. Pełnienie tych funkcji jest możliwe dzięki obecnym w komórkach białkom i enzymom, które pozwalają przeprowadzić procesy lipolizy i lipogenezy.
Biała tkanka tłuszczowa
Biała tkanka tłuszczowa nazywana jest jednopęcherzykową ze względu na to, że we wnętrzu jej komórek kumulowana jest energia w postaci kropli tłuszczu. Białe adipocyty, aby skutecznie pełnić główną ich funkcję potrafią zmieniać swoją średnicę około 20-krotnie. W przestrzeni między komórkami tłuszczowymi znajduje się substancja podstawowa i zawarte w niej różne komórki m.in. leukocyty, makrofagi, fibroblasty czy komórki zrębu naczyń.
Biała tkanka tłuszczowa występuje w różnych częściach ciała, a z punktu widzenia anatomii może występować jako typ: podskórny, międzynarządowy oraz brzuszny. Rozmieszczenie tkanki tłuszczowej jest skorelowane z występowaniem zaburzeń kardiologicznych oraz metabolicznych. Obserwuje się, że nadmiar tej tkanki gromadzący się w wyższych partiach ciała jest związany ze zwiększonym ryzykiem przedwczesnej śmierci i wystąpienia wielu chorób, aniżeli gromadzenie się jej w dolnych częściach ciała. Największy rezerwuar tłuszczu w organizmie stanowi tkanka podskórna (65-70%), a następnie tkanka trzewna i pozaotrzewnowa m.in. wątroby czy trzustki. U mężczyzn dominuje tkanka podskórna brzuszna, natomiast u kobiet głównie występuje w okolicy pośladkowo-udowej. Podskórne oraz wisceralne adipocyty wykazują zróżnicowanie strukturalne, a także czynnościowe. Komórki tkanki tłuszczowej podskórnej są większe i mniej aktywne metabolicznie od komórek tkanki trzewnej. Najbardziej aktywnymi lipolitycznie rejonami ciała są miejsca wewnątrzbrzuszne, znajdujące się pod tkanką podskórną. Z kolei najmniejszą aktywnością lipolityczną charakteryzują się rejony podskórnej tkanki w okolicach pośladkowo-udowych.
Brązowa/brunatna tkanka tłuszczowa
Po raz pierwszy określenie brunatnej tkanki tłuszczowej zostało użyte w 1895 roku przez Hammara. Występuje ona jedynie u ssaków, a jej główną rolą jest utrzymywanie stałej temperatury ciała. U ludzi zaczyna się rozwijać około siódmego miesiąca życia płodowego, a jej dojrzała postać pojawia się już u noworodków i stanowi około 1% masy ciała. Największe skupiska tkanki brunatnej obserwuje się w okolicach tętnic szyjnych i podobojczykowych oraz między łopatkami, śródpiersiu i dole pachowym. Umiejscowienie tkanki brązowej w ciele dorosłego człowieka jest ściśle związane z występowaniem jej już w okresie noworodkowym.
Adipocyty tkanki brunatnej różnią się pod wieloma względami od tych, które budują białą tkankę tłuszczową. Przede wszystkim są mniejszych rozmiarów, a ponadto ich wnętrze jest wielopęcherzykowe, co oznacza, że tłuszcz jest tam kumulowany w postaci wielu pęcherzyków. Inną istotną cechą komórek tkanki brązowej jest występowanie w ich mitochondrium białka zwanego termogeniną, które oddziela procesy wytwarzania ciepła od kumulacji energii w ATP. W wyniku tego wytworzona energia jest w większym stopniu wykorzystywana na potrzeby cieplne organizmu. Białko to jest zatem regulatorem termogenezy i decyduje o ilości wytwarzanego ciepła. Znane są co najmniej 3 postaci tego białka nazywanego fachowo UCP: w tkance brunatnej znajduje się UCP-1, w komórkach wszystkich tkanek jest obecne UCP-2, natomiast UCP-3 znajdziemy głównie w mięśniach szkieletowych.
Komórki, które zawierają termogeninę, są zdolne do wytwarzania większej ilości energii cieplnej kosztem produkcji ATP. Wytwarzane ciepło przez komórki jest najpierw pobierane przez krew, a następnie transportowane do różnych tkanek. Badania prowadzone na otyłych osobach oraz myszach wykazały niższą aktywność tych białek w obu przypadkach w porównaniu z grupami kontrolnymi posiadającymi tkankę tłuszczową w granicach normy. Sygnałem determinującym aktywację brunatnej tkanki tłuszczowej jest niska temperatura (niższa od termoobojętności), która w przypadku człowieka wynosi poniżej 20-22°C. Ekspozycja na zimno zwiększa zawartość tkanki brunatnej i może powiększyć nawet 100-krotnie objętość krwi przepływającej przez nią.
Istnieją dowody na to, że w białej tkance tłuszczowej mogą znajdować się adipocyty brunatnej tkanki oraz odwrotnie, czyli w tkance brunatnej obserwuje się obecność białych adipocytów; świadczy to o transdyferencji obu tych tkanek. Zgodnie z najnowszymi informacjami komórki białej tkanki nabywając cech komórek brunatnej tkanki tłuszczowej , mają od nich mniej wyraziste zabarwienie i z tego powodu nazywane są beżowymi.
Znaczne ograniczenie kalorii poprzez np. głodzenie powoduje kurczenie się tej tkanki, zatrzymując jednocześnie tylko niewielką część energii na potrzeby procesów cieplnych. Nadmierna podaż węglowodanów i tłuszczów z kolei nasila termogenezę poposiłkową. Zaburzenia funkcji tkanki brązowej mogą upośledzać procesy termogenezy oraz prowadzić do otyłości.
Metabolizm
Ponad 95% tłuszczu człowieka jest gromadzone w tkance tłuszczowej i przechowywane w postaci triglicerydów. Reszta tłuszczu znajduje się w wątrobie, mięśniach oraz w najmniejszym udziale we krwi. Tempo reakcji chemicznych zachodzących w komórkach tłuszczowych jest zależne od wielu czynników, począwszy od pracy hormonów, przez czynniki stresogenne, aż po stan odżywienia i aktywność fizyczną. Głównymi procesami metabolicznymi zachodzącymi w tkance tłuszczowej są: lipogeneza i lipoliza. Tkanka ta jest odpowiedzialna za utrzymywanie odpowiedniego poziomu kwasów tłuszczowych we krwi.
Lipogeneza
Ten proces polega na syntezie triglicerydów z wykorzystaniem kwasów tłuszczowych. Dostarczanie lipidów do adipocytów odbywa się na dwa sposoby: w wyniku przetransportowania triglicerydow z krążenia oraz poprzez syntezę nielipidowych substratów, głównie glukozy. Lipogeneza może zachodzić w dwóch miejscach – w wątrobie oraz w tkance tłuszczowej. Tempo syntezy tłuszczów jest zwiększone w wyniku nadmiernej podaży energii, zwłaszcza pokarmów bogatych w węglowodany.
Lipoliza
Lipoliza jest odwrotnym procesem od lipogenezy, który polega na rozkładzie trójglicerydów do kwasów tłuszczowych i glicerolu oraz uwolnieniu ich do krwioobiegu. Aktywność uwalniania triglicerydów z tkanki tłuszczowej reguluje układ hormonalny i nerwowy oraz takie czynniki jak: odżywianie, starzenie się, stres i wysiłek fizyczny. W kontekście hormonów, głównymi regulatorami tego procesu jest insulina oraz katecholaminy. Najsilniejszym działaniem antylipolitycznym charakteryzuje się insulina, która jest hormonem anabolicznym zwiększającym wychwytywanie glukozy oraz kwasów tłuszczowych stymulując ich syntezę. Tempo lipolizy ulega przyspieszeniu po nocnym okresie głodu, wówczas spada stężenie insuliny i zwiększa się działanie lipolityczne przez katecholaminy. Podobny efekt obserwuje się w wyniku wysiłku fizycznego, który również powoduje wzrost stężenia katecholamin. Wzrost ten najwyraźniej uwidoczniony jest 30 minut po rozpoczęciu wysiłku fizycznego. Badania pokazują, że lipolityczna aktywność katecholamin zmienia się z wiekiem, u osób starszych jej tempo wyhamowuje. Jednakże kluczowym stanem, w którym lipoliza ulega modyfikacji jest otyłość.
Literatura:
- E. Murawska-Ciałowicz, Tkanka tłuszczowa – charakterystyka morfologiczna i biochemiczna różnych depozytów, Postępy Hig. Med. Dośw. 2017, Katedra Fizjologii i Biochemii Akademii Wychowania Fizycznego Wrocław; 71, 466-484,