Histofizjologiczna charakterystyka tkanki tłuszczowej: rozrost

ROZDZIAŁ
6
Histofizjologiczna
charakterystyka tkanki
tłuszczowej: rozrost i przerost
tkanki tłuszczowej w otyłości
W rozwoju filogenetycznym wielu gatunków zwierząt tkanka tłuszczowa pojawia się stosunkowo późno – dopiero u stawonogów. U zwierząt wyżej zorganizowanych, zwłaszcza stałocieplnych, fizjologiczna i patogenetyczna rola tej tkanki staje się coraz większa. Zwrócono uwagę na odwrotnie proporcjonalną zależność między wielkością wątroby i tkanki
tłuszczowej: u zwierząt zmiennocieplnych wątroba jest duża, a tkanka tłuszczowa słabo rozwinięta, podczas gdy u zwierząt o stałej temperaturze ciała
warstwa tkanki tłuszczowej jest grubsza, natomiast wątroba stosunkowo
mała. Fakt ten wskazuje na znaczenie rozwoju tkanki tłuszczowej dla energetycznej sprawności organizmów zwierzęcych.
Życie ustroju zwierzęcego lub ludzkiego bez tkanki tłuszczowej jest niemożliwe. Człowiek (i zwierzę), aby żyć, musiałby mieć zdolność przystosowania szybkości wchłaniania pokarmu z przewodu pokarmowego do aktualnych, ciągle zmiennych wydatków energetycznych. Dlatego musi mieć
w zasadzie stały dostęp do jedzenia. Cały zapas łatwo dostępnych (glikogen
wątroby) węglowodanów w ustroju dorosłej osoby nie przekracza bowiem
75 g, czyli 1256 kJ (300 kcal). Jest to równoważnik kawałka chleba.
Tkanka tłuszczowa jest heterogenna zarówno pod względem morfologii, jak i funkcji. Podstawową strukturę tkanki tłuszczowej stanowią:
dojrzałe adypocyty, komórki podścieliska, naczynia krwionośne i limfatyczne oraz struktury nerwowe. Populację dojrzałych adypocytów stanowią komórki o różnej wielkości. Ich średnica może się wahać w granicach od 20 do 200 µm.
97
RODZAJE TKANKI TŁUSZCZOWEJ
Znane są dwa typy tkanki tłuszczowej: brunatna tkanka tłuszczowa –
BAT (brown adipose tissue) oraz biała tkanka tłuszczowa – WAT (white
adipose tissue), których wzajemne proporcje ilościowe u ludzi zależą od
wieku, czynników dziedzicznych i środowiskowych, metabolizmu, a także
unerwienia i unaczynienia tkanki.
Brunatna tkanka tłuszczowa (BAT)
Jest tkanką złożoną z adypocytów o dużej liczbie mitochondriów oraz
małej ilości lipidów zmagazynowanych w cytoplazmie w postaci wielokątnych („multilocular”) kropelek tłuszczu.
Tkankę tę cechuje większe zużycie tlenu i bogatszy skład enzymatyczny niż tkanki tłuszczowej białej. BAT zawiera też więcej od niej glikogenu, nienasyconych kwasów tłuszczowych, fosfo- i galaktolipidów,
cholesterolu oraz witamin. Gromadzi i syntetyzuje niektóre hormony steroidowe oraz podlega szybkiej regulacji przez gonadotropiny, kortyzol
i katecholaminy.
Dostarcza energii, głównie dla reakcji termicznych (1, 2). BAT występuje u wielu gatunków zwierząt; u ludzi pojawia się już w okresie życia płodowego i w okresie noworodkowym.
U dorosłych komórki tej tkanki występują pojedynczo rozproszone
w tkance tłuszczowej białej, głównie trzewnej. Niedorozwój BAT u noworodków, np. z małą masą urodzeniową, może odgrywać istotną rolę w procesie wczesnego rozwoju oporności na insulinę.
Główną funkcją BAT jest wytwarzanie ciepła i proces termogenezy. Stanowi on jedną z ważniejszych form wydatkowania energii. Podlega kontroli
układu nerwowego autonomicznego przez aktywację receptorów β-adrenergicznych – β2 i β3. W adypocytach BAT wytwarzane jest białko, które
oddziela („rozprzęga”) proces akumulacji energii wytwarzanej w toku katabolizmu takich substratów, jak glukoza i kwasy tłuszczowe w postaci ATP,
od procesu wytwarzania ciepła. Pod wpływem tego białka, określanego
mianem białka rozprzęgającego – UCP-1 (uncoupling protein 1), energia
wytwarzana przy spalaniu glukozy lub kwasów tłuszczowych w mniejszym
stopniu ulega magazynowaniu w formie ATP w mitochondriach, a w większym przeznaczana jest na bezpośrednie wytwarzanie ciepła. UCP-1 jest
98
więc regulatorem termogenezy. Określa ono, ile energii może być traconej
w formie ciepła i reguluje odczyny termoregulacyjne. Istnieją różne formy
UCP – 1, 2, 3 itd.
Białko UCP-1 występuje jedynie w BAT, a UCP-2 w różnych tkankach
organizmu. Ekspresję UCP-3 obserwuje się głównie w mięśniach szkieletowych oraz w mniejszej ilości również w BAT, ekspresję UCP-5 zaś w tkance nerwowej. Ostatecznym efektem aktywacji UCP (np. przez zimno czy
posiłek) jest wzrost produkcji energii cieplnej.
Adypocyty BAT charakteryzują się ponadto nasiloną ekspresją czynników transkrypcyjnych regulujących aktywność enzymów związanych
z β-oksydacją lipidów, np. PPAR-α. Badania ostatnich lat wykazały, że BAT
jest miejscem produkcji i wydzielania czynników mających wpływ na tworzenie naczyń oraz nerwów (VEGF, IL-8, NO, HIF-1). Pod wpływem stymulacji układu współczulnego BAT produkuje tlenek azotu (NO) i tlenek
węgla, które przypuszczalnie dyfundują przez łożysko naczyń i biorą udział
w procesach angiogenezy oraz termogenezy. Niedobór NO przyczynia się
do upośledzenia procesu angiogenezy w tkance tłuszczowej.
Biała tkanka tłuszczowa (WAT)
WAT stanowi zasadniczy magazyn tłuszczu u człowieka i złożona jest
z dużych, kulistych adypocytów, w których cytoplazma z peryferyjnie położonym jądrem wypełniona jest dużą kroplą tłuszczu (typ „monolocular”).
Cienkie pasmo cytoplazmy zawiera niewielkie ilości małych mitochondriów.
Badanie struktury wnętrza komórki tłuszczowej za pomocą mikroskopu
elektronowego wykazuje, że warstwa cytoplazmy komórki tłuszczowej otaczająca wewnątrzkomórkową kroplę tłuszczu zawiera znaczną ilość organelli odpowiedzialnych za aktywność metaboliczną komórki. Komórkę
tłuszczową otacza błona komórkowa, która na zewnątrz łączy się z siateczkowatą strukturą luźnej substancji międzykomórkowej. W przestrzeniach
międzykomórkowych tkanki tłuszczowej znajduje się substancja podstawowa zawierająca srebrochłonne włókna, fibrocyty, elementy limfoidalne oraz
komórki tuczne. Tkanka tłuszczowa biała jest zaopatrywana w krew przez
gęstą siatkę małych i włosowatych naczyń krwionośnych. Unerwienie tkanki tłuszczowej stanowią włókna adrenergiczne, które przebiegają wzdłuż
naczyń krwionośnych. Rozgałęzione zakończenia włókien nerwowych oplatają poszczególne komórki tłuszczowe i kończą się w ich błonie komórkowej. Powiązania tkanki tłuszczowej z układem chłonnym nie są w pełni
zbadane.
99
Ryc. 6.1. Struktura białej tkanki tłuszczowej. a – Przekrój białej tkanki tłuszczowej,
b – adypocyt w dużym powiększeniu.
Szczególna jest też funkcja WAT. Tkanka ta przede wszystkim
uczestniczy w magazynowaniu energii w postaci skumulowanych triglicerydów i estrów cholesterolu oraz w uwalnianiu substratów energetycznych – wolnych kwasów tłuszczowych. WAT spełnia również istotne
funkcje endokrynne, produkując wiele białek (adypokin), które biorą
udział w kontroli łaknienia, regulacji ciśnienia tętniczego, układu krzepnięcia i fibrynolizy oraz kształtowaniu wrażliwości na insulinę.
Niektóre z tych białek odgrywają pozytywną rolę, inne zaś są przyczyną
różnego rodzaju zaburzeń, szczególnie w sytuacji, w której dochodzi do
zwiększonego ich wydzielania.
Wykazano, że w regulacji aktywności tkanki tłuszczowej oraz utrzymaniu właściwego bilansu energetycznego ustroju istotne znaczenie mają wewnątrzkomórkowe czynniki transkrypcyjne. Główną rolę odgrywają czynniki należące do rodziny „p160”, a wśród nich głównie koaktywatory receptora steroidowego (SRC-1 – steroid receptor coactivator 1, NCOA-1
– nuclear receptor coactivator 1). Są to także czynniki będące pośrednikami
transkrypcji (transcriptional intermediary factors), takie jak TIF-2, GRIP-1,
SRC-2 i NcoA-2 oraz czynnik PGC-1 będący koaktywatorem ekspresji genów uczestniczących w procesie termogenezy. W BAT obserwuje się szczególnie zwiększoną ekspresję czynnika PGC-1, który zwiększa metabolizm
mitochondrialny przez indukcję białka rozprzęgającego termogenezę
– UCP-1. Brak ekspresji czynnika transkrypcyjnego TIF-2 chroni przed rozwojem otyłości przez zwiększoną termogenezę, natomiast brak czynnika
SRC-1 sprzyja rozwojowi otyłości przez zmniejszenie ogólnego wydatku
energetycznego. Z kolei brak czynnika TIF-2 zmniejsza aktywność PPAR-γ
i zmniejsza akumulację tłuszczów.
100