Кисты
Белый и бурый жир человека. Клетка бурой жировой ткани

Белый и бурый жир человека. Клетка бурой жировой ткани

Внимание спортивных врачей все больше привлекает бурая жировая ткань. Ранее считалось, что этот тип ткани имеется только у маленьких детей. Однако недавние исследования показали, что это не так. Раньше считалось, что у человека во взрослом возрасте нет бурого жира, но множество новых фактов доказали обратное. Бурый жир существует и продолжает выполнять свои функции, по крайней мере, у некоторых людей. Бурый жир превращает энергию, которая поступает с пищей, в тепло. Таким образом, бурый жир сжигает калории, хотя организм не прилагает к этому никаких усилий. Различия в количестве бурого жира помогают объяснить, почему одни остаются стройными, а другие рано полнеют или набирают лишний вес с возрастом.

В отличие от белой жировой ткани бурые жировые клетки содержат большое количество митохондрий, которые и придают клеткам буро-красный цвет. Во внутренней мембране митохондрий этих клеток содержится белок термогенин (до 15% от всех белков митохондрий). При охлаждении организма бурые адипоциты получают сигналы по симпатическим нервам, и в них активируется расщепление жира – липолиз. Благодаря термогенину большая часть энергии ионов водорода рассеивается в виде тепла, подогревая протекающую через ткань кровь и обеспечивая поддержание температуры тела при охлаждении. Поэтому бурый жир легко мобилизуется для обеспечения энергетических потребностей организма. Он располагается в межлопаточной области, вдоль крупных сосудов грудной и брюшной полостей, в затылочной области шеи.

Масса бурой жировой ткани в среднем достигает у взрослого 0,1 % массы тела, но его количество зависит от врожденных свойств организма. Это дает новый инструмент для отбора и селекции спортивного резерва. Однако приходится констатировать, что большинство морфологических признаков зависят не от одного, а от многих генов, и точное их наследование неизвестно. Как правило, можно только утверждать, что у данного признака имеется генетическая база и что на него оказывает влияние несколько генов и их пенетрантность может быть различной. Ученые ищут способы увеличить у человека количество бурого жира или заставить его работать активнее. Ведь если у человека больше бурого жира, он может получить дополнительный источник энергии. Выделение тепла особенно важно, когда температура окружающей среде начинает падать. Способность поддерживать постоянную температуру тела было важным шагом в эволюции млекопитающих. У человека это особенно важно для младенцев, которые активно теряют тепло в силу незрелости системы регуляции температуры организма. Дети не умеют даже дрожать от холода. Поэтому под кожей у младенцев есть ясно различимые отложения бурого жира, главным образом на спине, плечах и вокруг шеи.

В зрелом возрасте, однако, все меняется. Возникло предположение, что с возрастом функцию бурого жира – функцию генерации тепла – когда это необходимо, берут на себя другие ткани. Например мышцы, которые, сокращаясь, генерируют тепло во время озноба. Не так давно ученые заглянули внутрь человеческого организма с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) – и неожиданно получили странные результаты. По-сути ПЭТ – это рентгенологическое исследование, но предварительно человеку вводят радиоактивное вещество, которое накапливается в метаболически активных «горячих точках» и сигнализирует о наличии в организме опухоли. Иногда снимки оказывались «испорчены» яркими пятнами вокруг ключиц, плеч и спины. Как выяснилось впоследствии, некоторые пациенты мерзли в процессе исследования. Когда в помещении, где проводили процедуру, было тепло, подобные очаги исчезали. Рентгенологи первыми заподозрили, что наблюдают, как бурый жир выделает энергию в ответ на холод.

Интерес к бурому жиру возрос, и несколько научных команд начали изучать его на добровольцах. Оказалось, что у некоторых людей есть небольшие, но явно выраженные островки бурого жира, каждый из которых обильно снабжен кровью и нервными окончаниями. Анализ образцов тканей, взятых из этих «горячих точек», обнаружил термогенин – главный признак бурого жира на молекулярном уровне. Один из факторов – это возраст. В недавнем исследовании метаболически активный бурый жир обнаружили у 50% испытуемых 23-35 лет, но только у 2-х из 24 испытуемых 38-65 лет.

Ученые из Гарвардской медицинской школы показали, что у эмбриона клетки бурого жира развиваются не из жировых клеток, а из предшественников мышечных клеток. Уже установлен ген, который переключает развитие этих клеток, определяя их превращение в клетки бурого жира. Этот ген – главный регулятор производства бурого жира. Ученым удалось взять клетки кожи мыши, переключить их с помощью этого гена и снова трансплантировать. После этого позитронно-эмиссионная томография показала, что у мыши появились маленькие «горячие точки» – места, где трансплантанты превратились в островки бурого жира.

Бурая жировая ткань у человека. Часть 1: бурый жир у детей и у взрослых. Около 65 миллионов лет назад в районе полуострова Юкатан упал огромный метеорит. Его падение подняло в воздух множество пыли, которая не оседала годами (“ядерная зима”). Это привело к вымиранию динозавров и быстрой эволюции наших предков млекопитающих. Одним из механизмов, который позволил нашим предкам доминировать был развитый термогенез (теплообразование) – способность тела поддерживать постоянную температуру. Одним из механизмов термогенеза является работа бурой жировой ткани.

Это начало. Вот продолжение:

Да, термогенез бывает разный. Выделяют два способа теплообразования: сократительный термогенез (знобит, дрожит, «зуб на зуб не попадает»), при котором теплообразование обусловлено сокращениями скелетных мышц (частный случай — холодовая мышечная дрожь), и несократительный термогенез (работа бурой жировой ткани). При заболевании организм сам повышает температуру, чтобы эффективнее бороться с болезнью. При развитии лихорадки система терморегуляции организма не расстраивается. Она динамично перестраивается, активируется и работает на более высоком функциональном уровне.

Что такое бурая жировая ткань?

В человеческом организме существует два типа жировой ткани: белый жир (white adipose tissue; WAT). Это его все ненавидят и отчаянно с ним борютсяи бурый жир (brown adipose tissue; BAT). О нем известно намного меньше.

Несомненно, в организме нет ничего лишнего, и деление на «полезную» и «неполезную» в данном случае весьма условно. И всё же жировая ткань делится на два вида: белую и бурую. Первая составляющая лишь запасает и хранит неизрасходованные организмом жиры. Вторая (которая кажется бурой из-за наполняющих её митохондрий) активно сжигает накопившийся жир в случае необходимости.

У кого есть бурый жир?

Раньше всего бурую жировую ткань нашли у животных. Среди животных бурая жировая ткань лучше всего развита у тех, которые зимой впадают в спячку. Во время спячки обмен веществ замедляется, из-за чего поддерживать температуру тела сокращениями скелетных мышц невозможно. Поэтому у животных, впадающих в зимнюю спячку, хорошо развита бурая жировая ткань, которая и поддерживает температуру тела животного. Также бурая жировая ткань важна и при пробуждении животных от спячки: с помощью генерируемого ею тепла повышается температура тела, особенно тех его участков, где расположена бурая жировая ткань, из-за чего животное может выйти из спячки.

Раньше считалось, что бурая составляющая есть только у детей. Она позволяет им адаптироваться к новому миру после выхода из утробы матери. У человека бурая жировая ткань хорошо развита только у новорожденных (примерно 5 % от массы тела) и находится в районе шеи, почек, вдоль верхней части спины, на плечах. Также в организме младенцев бурая жировая ткань часто встречается в смешанном с белой жировой тканью виде. Для новорожденных бурая жировая ткань имеет очень большое значение, так как помогает избежать гипотермии, которая является частой причиной смерти недоношенных новорождённых. Из-за бурой жировой ткани младенцы менее восприимчивы к холоду, чем взрослые (родителям полезно прочитать эту фразу дважды).

Бурый жир – это специальный инструмент новорожденных у живородящих млекопитающих, подаренный им эволюцией. Дело в том, что только что появившиеся на свет детеныши млекопитающих не умеют дрожать от холода, как это обычно происходит со взрослыми. Этот механизм у них еще не созрел.

Казалось бы, ерунда, но ситуация чревата для них смертью. Даже незначительное охлаждение таких жизненно-важных органов, как сердце и легкие, для малышей крайне опасно. Поэтому, пока они растут, их согревает уникальный процесс. По-английски он называется non-shivering thermogenesis, то есть продукция тепла без дрожи.

Примерно 2%-4% от общей массы новорожденного составляет тот самый бурый жир, расположенный преимущественно между лопатками и ключицами, то есть как раз вокруг главных органов, а также вокруг сонных артерий и яремных вен.

Клетки бурого жира обладают исключительной особенностью – они содержат очень много митохондрий (органелл, отвечающих за накопление энергии в клетке). Из-за них он, собственно, и «бурый». В митохондриях клеток бурого жира есть особый белок UCP1, который мгновенно превращает жирные кислоты в тепло, минуя фазу синтеза АТФ.

Липиды (триглицериды), содержащиеся в жировой ткани – это запас материала, из которого может быть получена энергия (АТФ).

Когда новорожденному нужно много энергии (например, чтобы согреться) – жиры подвергаются липолизу, в результате которого получаются жирные кислоты.

UCP1 в клетках бурого жира превращают жирные кислоты в тепло, в результате чего запасы жира тают. Сначала расходуются триглецириды в самом буром жире, а когда они на исходе – начинают таять запасы липидов и в ненавистном белом жире, окружающим клетки бурого жира (BRITE – brown in white).

В результате, «организм худеет». Однако, для того, чтобы этот процесс протекал эффективно – новорожденный должен нормально дышать(превращение жирных кислот требует кислород) и есть! (для запуска липолиза нужна энергия).

Увы, у взрослых этот механизм ослабевает. Уже через 2 недели после рождения дрожь, как реакция на холод (shivering), начинает замещать работу бурого жира(non-shivering thermogenesis), особенно если детей сильно кутают и держат в жаре.

Бурая жировая ткань есть и у взрослого человека.

Теперь выясняется, что «полезный» жир также присутствует (и работает) в организме взрослых. Долгое время считалось, что бурый жир утрачивает свою значение уже в конце первого года жизни. Однако, относительно недавно (в 2008 году!) выяснилось, что бурый жир не только присутствует организме взрослого человека (это стало известно еще в 1908 году), но и может быть активирован холодом.

Этим открытием мы обязаны появлению нового метода визуализации активного метаболизма в ткани – позитронно-эмиссионной томографии, объединенной с компьютерной томографией (fused PET-CT), показавшей, что взрослый человек имеет около 20-30 граммов (так мало) функционального бурого жира, преимущественно в надключичной области.

PET-CT регистрирует метаболическую активность ткани, и на правом рисунке мы видим, как нарастает активность бурого жира в ответ на холодовой стресс у взрослого человека.

«Мы выдали 24 молодым людям определённую дозу радиоактивной глюкозы, – рассказывает физиолог Ваутер ван Маркен Лихтенбелт. – Это было сделано для того, чтобы потом иметь возможность обнаружить активную бурую жировую ткань с помощью специальной аппаратуры». Затем участников исследования привели в комнату, температура в которой не превышала 16 °С. PET- и CT-сканирование показало, что под кожей шеи, груди и живота 23 человек присутствует «полезная» жировая ткань, которая работала, согревая людей в холодном помещении.

«Мы очень удивились, когда обнаружили её так много и у такого большого количества людей!» — восклицает ван Маркен Лихтенбелт. Когда же троих участников обследовали при комнатной температуре, то не нашли никаких следов бурого жира. Это не значит, что ткань исчезла, просто она перестала активно работать, считают эксперты.

Эффективность работы бурой жировой ткани у человека.

Бурый жир составляет не более 1—2% массы тела. Тем не менее стимуляция этой ткани симпатической нервной системой при охлаждении животных, предварительно адаптированных к холоду, повышает теплопродукцию бурого жира в такой степени, что она может достигать одной трети всей дополнительно образованной в организме теплоты. В активированном состоянии бурый жир может тратить до 300 Ватт (это цифра другого исследования, некоторые говорят про 400) на килограмм веса взрослого человека.

Это 21 Киловатт на 70-килограммового человека . Для сравнения – человек в покое сжигает около 1 Киловатта энергии в человеке среднего веса. Улавливаете суть? Активировав бурый жир вы можете лежать на диване и сжигать в двадцать раз больше энергии , чем раньше. Об этом подробнее в следующих статьях (выйдет завтра и послезавтра).

Сжигание жира.

Бурый жир позволяет сжигать жиры, при его активации происходит перекачка жирных кислот из белой жировой ткани в бурую. В отличие от более распространенного собрата, откладывающегося под кожей, в сальниках и капсулах внутренних органов, бурый жир вместо запасания энергии сжигает ее в больших количествах, выделяя тепло.

Это термогенез, обусловленный избыточным потреблением пищи. Н. Ротуел и М. Сток поставили следующий опыт. Взрослым крысам скармливали ресторанную диету, т. е. разнообразную и вкусную пищу. Потребление животными этой пищи оказалось на 80% большим, чем в контрольной группе, получавшей обычный корм. При этом масса животных за три недели увеличилась только на 27%. Измерение газообмена показало, что хорошо питавшиеся крысы потребляли на 25% больше кислорода, чем в контроле. Эта надбавка исчезала после введения животным пропанолола — антагониста норадреналина. Масса бурого жира за те же три недели опыта возросла более чем втрое в митохондриях увеличилось количество термогенина. (Оказалось также, что мутация, вызывающая ожирение, сопровождается снижением уровня термогенина у мышей.).

Улучшает обмен веществ, защищая от ожирения и диабета, улучшает чувствительность к инсулину.

Специалисты Американской Диабетической Ассоциации полагают что бурый жир содержит в себе очень важный потенциал для пациентов, страдающих ожирением и диабетом. Ткань активированного бурого жира действительно может сжечь огромное количество глюкозы и жиров и помочь контролировать уровень сахара в крови. Примечательно и то, что у людей, имеющих лишний вес, количество бурого жира снижено, а его активность подавлена. Поэтому в ближайшее время, благодаря появлению новых методов визуализации активного бурого жира, возможно появление новых медикаментозных и других методов накопления и активации бурого жира у взрослых людей.

Начну с цитаты учебника биохимии под редакцией Северина : “Молекулы жиров в адипоцитах объединяются в крупные жировые капли, не содержащие воды, и поэтому являются наиболее компактной формой хранения топливных молекул. Подсчитано, что, если бы энергия, запасаемая в жирах, хранилась в форме сильно гидратированных молекул гликогена, то масса тела человека увеличилась бы на 14-15 кг.”

Еще одна вводная цитата: «Механизм переключения режима хранения энергии на режим траты может быть терапевтической целью в борьбе с ожирением» .

Термогенез и термогенин

Жир – эффективный способ запасать энергию. Чтобы от жира избавиться, нам нужен способ тратить/рассеивать эту лишнюю энергию. Млекопитающим везет в том, что гомойотермия (постоянная температура тела) дает нам механизм, необходимый для выживания в холодных условиях , благодаря которому наши митохондрии могут рассеивать энергию преимущественно из жиров в виде тепла. Так называемый «холодный термогенез» или non-shivering thermogenesis.

Рассеивать энергию может uncoupling protein 1 (UCP1), он же термогенин.

Термогенез бурого жира связывают с термогенином (UCP1), белком внутренней мембраны митохондрий.

UCP1 улучшает проводимость внутренней мембраны для Н+, что рассеивает митохондриальный Н+ градиент. Это означает, что даже при избытке АТФ жиры продолжат «гореть» в митохондриях, при этом полученная энергия будет рассеиваться в виде тепла.

Путь получается примерно таким:

Стресс холода
Норадреналин
Адренергическая стимуляция жировых капель в клетках бурой жировой ткани
Длинноцепочные кислоты из жировой капли клетки стимулируют термогенин
Термогенин (UCP1) рассеивает Н+- градиент
Жиры перерабатываются (даже при избытке АТФ) в тепло.

UCP1 впоследствии ингибируется цитозольными пуриновыми нуклеотидами. Механизм, благодаря которому жирные кислоты это преодолевают, остается неизвестным.

Механизм активации термогенина, естественно, более комплексный. Другие факторы рассмотрим немного позже. Роль свободных жирных кислот в прямой активации (присоединяются) UCP1 показал Андрий Федоренко с коллегами .

Рисунок 1. Свободная жирная кислота из жировой капли активирует термогенин (UCP1) , который приводит рассеиванию энергии в виде тепла.

Возникновение бурого жира в процессе эволюции и его роль

Эндогенная выработка тепла дает млекопитающим ряд эволюционных преимуществ, но значительная часть энергии вынуждена расходоваться на поддержание температуры тела в более холодной среде. Большинство термо-сенсоров в нашем организме реагируют на холод.

Существуют 2 основных механизма реагирования на холод – shivering и non-shivering. Через дрожь, когда холодный стимул заставляет мышцы быстро сокращаться, преобразуя механическую энергию в тепло. И термогенез без сокращений мышц, обусловленной сжиганием жира ради тепла. Этот механизм является более энергоэффективным. В нем участвуют бурый жир и термогенин.

Самые древние следы термогенина относятся к 400 млн лет до н.э. Около 170 млн лет назад однопроходные отделились от ветви развития млекопитающих. В них есть следы UCP1, но UCP1-положительный адипоцитов в них по сей день не обнаружили. У южноамериканского сумчатого обнаружили начальную стадию развития UCP1 мРНК. У астралийской жирнохвостной сумчатой мыши обнаружили подобие бурой жировой ткани, но в ней не было адаптивной функции холод-норадреналировный_стресс-активация_UCP1. У афротерий обнаруживают термогенный бурый жир при низких температурах окружающей среды. У готтентотского златокрота термогенез бурого жира считается основным адаптивным механизмом к холоду. Схематически путь эволюции термогенного бурого жира отражен на рисунке ниже.

Рисунок 2. Появление термогенного бурого жира, активирующегося на холоде, в процессе эволюции млекопитающих.

Типы жировой ткани

Рисунок 3. Типы жировой ткани и ее пластичность в ответе на температурные изменения. A) Основные морфологические и функциональные различия между бурыми, бежевыми и белыми адипоцитами. В) Анатомической расположение основных отложений жировой ткани. Бурый: iBAT – межлопаточный бурый; sBAT – подлопаточный бурый; cBAT – шейный; Подкожный белый: asWAT – передний подкожный белый; ingWAT – паховый; висцеральный жир: mWAT – брыжеечный; rWAT – забрюшинный; pgWAT — perigonadal. Пунктир – брюшина. С) Модель бурого/белого жира в C57 BL6 мышах-самцах возраста 13 недель. В термонейтральной зоне (30 градусов, 4 недели) бурые адипоциты стали напоминать белый. С 22 градусов бурый жир стал активным. При прогрессивном понижении температуры с 22 до 6 градусов подкожный белый жир изменяется и начинает напоминать бурый. Висцеральный жир в целом устойчив к температурным воздействиям.

Бурая жировая ткань (BAT )

Бурую жировую ткань отличает большое количество митохондрий, большое количество небольших жировых капель и большая выраженность разобщающего белка 1 (UCP1). Без внешней стимуляции бурый жир менее активен из-за пуриновых нуклеотидов. Холодный стресс приводит как к активации UCP1, так и к липолизу, предоставляющему топливо для нужд термогенеза. Активный бурый жир импортирует глюкозу и жирные кислоты, чтобы предоставить дополнительное топливо для поддержания термогенеза.

У людей и мышей бурые адипоциты концентрируются в местах большого притока крови. Самые большие отложения в межлопаточной, подлопаточной и шейной зонах. Небольшие запасы в районе почечного рубчика, аорты. Посмертный анализ людей показал, что отложения бурого жира есть вокруг сонной артерии. До 2007 года наука отрицала наличие бурого жира у взрослого человека. Есть обратная корреляция между количеством/активностью бурого жира и индексом массы тела (BMI).

BAT (brown adipose tissue) можем расширяться за счет числа клеток (гиперплазия) и за счет размера клеток (гипертрофия). Гипертрофия во многом зависит от среды. Без температурного стресса бурый жир менее метаболически активен и собирает жиры в одной жировой капле. Но даже при небольшом понижении температуры имеет более привычную многокамерную морфологию жировых капель. Холод уменьшает размер BAT за счет липолиза и бета-оксидации, но продолжительное воздействие холода может увеличить массу бурого жира за счет активации механизмов пролиферации и дифференциации прекурсоров адипоцитов, то есть увеличивая число адипоцитов.

Рисунок 4. Распределение бурой жировой ткани у взрослых (слева) и младенцев (справа)

Белая жировая ткань (WAT )

Белый жир – самый распространенный тип адипоцитов, содержащий одну большую жировую каплю. Основная функция белых адипоцитов – запасать «топливо» и высвобождать адипокины (такие как лептин, адипонектин) для регуляции энергетического гомеостаза. Расширение белого жира (в том числе при ожирении) предохраняет органы и мышцы от липотоксичности. WAT обычно делят на подкожный и висцеральный. Переизбыток последнего связывают связывают с метаболическими болезнями, в том время как избыток подкожного считают защитным. Белый жир может расширяться как в размере клеток, так и в количестве. Основные места отложения подкожного и висцерального белого жира отмечены на рисунке 3.

Бежевый жир (brite, brown-in-white)

Есть некая дискуссия о происхождении бежевого жира. Является ли это формой белого жира или это совершенного другая форма жира, активирующаяся при внешнем стимуле – это важно с фармацевтической точки зрения, но не с практической.

«Коричневение» происходит во время энергетического стресса. Наш самый очевидный пример – закаливание, когда энергии от сокращения мышц (дрожи) не хватает для поддержки температуры тела. Но коричневение происходит также и при других внешних стрессах: раковая кахексия, серьезные ожоги, физические упражнения и так далее.

По указанной выше цепочке активируется термогенин (UCP1). Клетки начинают запасать жир и сжигать его для производства тепла. Появляется больше митохондрий и становится больше жировых капель. Висцеральный жир гораздо хуже подвергается «коричневению», чем подкожный белый.

Круговорот жиров

Важно понимать, что именно при воздействии стресса (допустим, холода) бурый жир становится термогенным, белый жир превращается в бежевый (брайт). В отсутствии стимула бурый и бежевый жир начинают напоминать белый.

Рисунки 5. Конверсии видов жира друг в друга при наличии/отсутствии внешнего стимула (в частности холода).

Факторы, влияющие на активацию бурого и бежевого жира

Эндогенные факторы, связанные непосредственного с холодом

Рисунок 6. Эндогенные факторы, влияющие на активацию бурого/бежевого жира. Нейроны и макрофаги выделяют ноадреналин; сердце выделяют натрийуретические пептиды; печень и буржый жир выделяют FGF21; мышцы выделяют ирисин; щитовидка Т4, который конвертируется в Т3; бурый жир выделяет bmp8 b и vegf, который усиливает термогенную функцию в автокринной манере. Орексин и Bmp7 способствуют образованию бурого жира, хотя их клеточный источник неизвестен;

Эти и другие факторы важны скорее для исследователей, ищущих способы фармацевтической активации бурого жира. Испытания β3-AR агонистов пока не принесли ожидаемого результата на людях. Для нас важнейшим активатором остается холод, который кроме всего прочего способствует росту кровяных сосудов в жировой ткани, что способствует доставке кислорода и термообмену.

Для дальнейшей работы с литературой неплохо запомнить транскрипторный коактиватор PCG-1α, который напрямую связан с биогенезом митохондрий и является центральным транскрипторным эффектором адренергической (стрессовой) активации термогенных адипоцитов.

PPAR-γ рецепторы, которые играют роль в адипогенном механизме.

FGF21 фактор будет встречаться в литературе по метаболическому здоровью (в частности по диабету), этот фактор влияет на улучшение чувствительности инсулину, поглощение глюкозы периферийными клетками, снижает вес.

Найтрийуретические пептиды снижают объем крови, давление, способствуют выделению натрия почками, способствуют липолизу. Логично предположить, что между кардиомиоцитами и жировой тканью должен быть диалог для защиты сердечной мышцы во время холода.

Сильно озабоченным стоит погуглить факторы KLF11, PRDM16, EBF2, ось EWS/YBX1/BMP7, IRF4, ZFP516 или почитать о них по ссылке ниже .

Все вышеописанные факторы модулируются холодом, а также фармакологическим вмешательством. Поэтому с практической точки зрения на них не стоит тратить слишком много времени.

Экзогенные факторы, хорошо дополняющие холод

Симпатическая стимуляция β3-адренергических рецепторов больше важна для преобразования белого жира в бежевый (или активации бежевого), чем для бурого.

Капсаицин (жгучий перец) – стимуляция β3-AR;
Рыбий жир (омега-3);
Физические нагрузки;
Высокожировая диета.

Острый перец и нагрузки – это дополнительный стресс, с этим на уровне формальной логики все ясно.

Ким и коллеги пишут, что рыбий жир активирует симпатическую нервную систему, увеличивает потребление кислорода (читайте оксидацию жиров) и ректальную температуру с активацией β3-AR и термогенина (UCP1). Как любитель мяса хочу заметить, что жиры говядины травяного (читайте ДГК, омега-3) откорма и зернового (омега-6, ненасыщенные жирные кислоты) очень сильно отличаются не только на вкус, но и цвет. При травяном откорме жир бурый, при этом от текстурно хоть и не такой нежный, как его менее здоровый собрат, но значительно вкуснее. Жир же зернового откорма белый.

Фармакологические экзогенные средства я не хочу рассматривать по двум причинам: научная сторона пока не пришла к гарантированно рабочим решениям и есть проверенные и действенные средства, не требующие фарм-поддержки.

Кетогенная диета и бурый жир

Жировая ткань относится к соединительным тканям со специальными свойствами. Развивается из мезенхимы. После рождения обновление идет за счет адвентициальных клеток.

Различают два вида жировой ткани: белую и бурую. Бурая жировая ткань характерна лишь для раннего детского возраста. У взрослых может находится в средостении, вдоль аорты. Белая жировая ткань встречается в подкожной жировой клетчатке, в сальниках, в строме внутренних органов, орбитах.

Белая жировая ткань состоит из адипоцитов (липоцитов), содержащих одну крупную каплю жира. Липоциты имеют округлую форму, в центре крупная капля жира, а вокруг узкий ободок цитоплазмы, содержащий митохондрии, комплекс Гольджи, ЭПС и палочковидное ядро.

Клетки бурой жировой ткани содержат мелкие капельки жировых включений, много митохондрий с пластинчатыми кристами. Митохондрии здесь отличатся мелкими размерами, плотным матриксом, расширенным межмембранным пространством. Такие митохондрии способны активно захватывать воду и набухать, при этом при помощи белка термогенина усиливается разобщение окислительного фосфорилирования и происходит выделение тепла. В центре клетки находится округлое ядро, содержащее эухроматин. Бурый цвет ткани придают железосодержащие пигменты - цитохромы митохондрий. Клетки бурой жировой ткани окружены мно гочисленными капиллярами.

На данной фотографии (рисунок 20) представлен фрагмент адипоцита бурой жировой ткани, содержащий участок цитоплазмы и часть ядра. Видно, что ядро расположено в центре клетки, имеет округлую форму, содержит эухроматин. В кариолемме заметны поры. Митохондрии с пластинчатыми кристми многочисленны. Липидные включения заполнены гомогенным содержимым.

Бурая жировая ткань участвует в терморегуляции.

Белая жировая ткань - обеспечивает поглощение из крови, синтез и накопление нейтральных липидов. Выполняет трофическую функцию, связанную с обеспечением энергетического запаса к резерва воды в организме.

» 43

Рисунок 21 - Остеоцит (увеличение в 10 000 раз):

ядро; 2 - цитоплазма; 3 - плазмолемма;

4 - отросток остеоцита; 5 - лакуна

Остеоцит

Остеоциты - это зрелые, высокодифференцированные клетки костной ткани. Имеют отросчатую форму, темное компактное ядро и слабоба-зофилъную цитоплазму. Некоторые остеоциты имеют развитые мембранные структуры, другие находятся на различных стадиях деструкции.

Остеоциты располагаются в костных полостях - лакунах. Их тонкие отростки проходят в костных канальцах, пронизывающих основное вещество. При помощи этих канальцев происходит обмен веществ между остеоци-тами и кровью. Остеоциты не делятся, но участвуют в процессах метаболизма, обновления межклеточных структур и поддержания ионного баланса. Функция остеоцитов сводится к участию в обменно-транспортных про цессах и регуляции минерального состава костной ткани.

На электронограмме (рисунок 21) представлены структуры костной ткани: клетка и межклеточное вещество:

1. Остеоцит лежит в ячейке (лакуне). Кроме тела остеоцита в лакуне находится аморфный компонент межклеточного вещества, который сооб щается с жидкостью в костных канальцах. За пределами ячейки располо жено сильно минерализованное электронно-плотное межклеточное веще ство. Клетка отросчатой формы. Отростки лежат в костных канальцах. Видны два отростка.

Ядро остеоцита повторяет форму тела клетки. В ядре не видны ядрышки, преобладает гетерохроматин (активность считывания информации с ДНК, а значит и синтеза - низкая).

Цитоплазма остеоцита скудная. Вокруг ядра различимы единичные цистерны и пузырьки.

2. Из-за сильной минерализации межклеточное вещество не пропус кает электронов и выглядит абсолютно черным. Поскольку остеоцит не синтезирует межклеточное вещество, то неминерализованной костной тка ни на данной электронограмме нет.

Рисунок 22 - Фрагмент поперечно-полосатого мышечного волокна

(увеличение в 13 000 раз):

S - саркомер; А - анизотропный диск; I - изотропный диск;

Z - телофрагма; Н - светлая полоса в центре А-диска

в середине которой проходит М-линия (мезофрагма)

Фрагмент поперечно-полосатого мышечного волокна

На электронограмме (рисунок 22) представлен фрагмент миосимпла-ста. Мышечное волокно - это структурно-функциональная единица поперечно-полосатой скелетной мышечной ткани, которая развивается из миотомов сомитов мезодермы.

Каждое волокно покрыто сарколеммой, состоящей из двух слоев: внутреннего - плазмолеммы и внешнего - базальной мембраны, в которую вплетаются ретикулярные волокна. Многочисленные ядра занимают периферическое положение. В саркоплазме содержатся включения миог-лобина и гликогена, свободные рибосомы в виде полисом. Присутствуют лизосомы, много митохондрий, хорошо развита агранулярной ЭПС (депо Са++), клеточный центр отсутствует. Триада - это комплекс из одной инвагинации плазмолеммы (Т-трубочка) и двух цистерн агранулярной ЭПС (L-трубочки). Обеспечивает проведение возбуждения от плазмолеммы к мембранам ЭПС.

Основной объем саркоплазмы занят сократительным аппаратом - миофибриллами, которые являются органеллами специального назначения. Миофибриллы состоят из уложенных параллельными рядами миофила-ментов. Миофиламенты - это нити сократительных белков. Тонкие фила-менты содержат актин, тропомиозин, тропонин. Толстые филаменты состоят из миозина. Упорядоченное расположение миофиламентов придает миофибрилле поперечную исчерченность (видны правильно чередующиеся темные и светлые диски).

Саркомер - это структурно-функциональная единица миофибриллы, участок между телофрагмами (рисунок 23.1).

Рисунок 23.1 - Саркомер поперечно-полосатого мышечного волокна

(увеличение в 175 000 раз):

1 - мезофрагма; 2 - толстые миозиновые филаменты;

3 - тонкие актиновые миофиламенты; 4 - Z-телофрагма;

5 - часть 1-диска; 6 - М-линия; 7 - А-диск; 8 - саркомер

(тошшс (шлсшс

филаменты") фнламта ты)

Рисунок 23.2 - Схема строения миофиламентов

Саркомер поперечно-полосатого мышечного волокна

На электронограмме (рисунки 23.1, 23.2) представлен саркомер - структурно-функциональная единица миофибриллы поперечно-полосатой мышечной ткани.

Саркомер - это часть миофибриллы между телофрагмами (Z-линиями). Формула саркомера 1/2 I-диска + А-диск +1/2 I-диска. Линия сшивки соседних саркомеров (Z-линия) состоит из белков алъфа-актинина, десмина, виментина.

Миофибриллы состоят из уложенных параллельными рядами мио-филаментов. Миофиламенты - это нити сократительных белков. Тонкие филаменты - актин, тропомиозин, тропонин. Толстые филаменты - миозин. Упорядоченное расположение миофиламентов придает миофибрилле поперечную исчерченность, т. е. видны правильно чередующиеся темные и светлые диски.

В поляризованном свете темные диски обнаруживают двойное лучепреломление (анизотропные, А-диски). В середине А-диска находится светлая полоска Н-полоска. Там находятся только толстые миозиновые нити, которые прикрепляются в центре А-диска к М-линии (мезофрагма)

Светлые диски называют изотропными (I -диски). 1-диски состоят только из тонких филаментов. В центре диска видна телофрагма (Z- линия). Это место прикрепления тонких филаментов.

При сокращении тонкие актиновые нити глубоко заходят между мио-зиновыми и продвигаются к средней линии. При этом ширина I-диска и Н-полоски уменьшается, А-диска не изменяется.

Рисунок 24 - Различия в структуре и конфигурации

вставочных дисков сердечной мышцы

(увеличение в 76 000 раз):

А - вставочный диск в миокарде предсердий;

Б - вставочный диск в миокарде желудочков;

В - слоистые структуры типа десмосом вставочных дисков желудочков

Рассказываем о полезности активации бурой жировой ткани

Бурый жир позволяет сжигать жиры, при его активации происходит перекачка жирных кислот из белой жировой ткани в бурую. В отличие от более распространенного собрата, откладывающегося под кожей, в сальниках и капсулах внутренних органов, бурый жир вместо запасания энергии сжигает ее в больших количествах, выделяя тепло.

Бурый жир улучшает обмен веществ, защищая от ожирения и диабета, улучшает чувствительность к инсулину.

Специалисты Американской Диабетической Ассоциации полагают что бурый жир содержит в себе очень важный потенциал для пациентов, страдающих ожирением и диабетом. Ткань активированного бурого жира действительно может сжечь огромное количество глюкозы и жиров и помочь контролировать уровень сахара в крови. Примечательно и то, что у людей, имеющих лишний вес, количество бурого жира снижено, а его активность подавлена. В настоящее время появились новый медикаментозный метод накопления и активации бурого жира у взрослых людей.

Эффективность работы бурой жировой ткани у человека

Бурый жир составляет не более 1—2% массы тела. Тем не менее, стимуляция этой ткани симпатической нервной системой при охлаждении животных, предварительно адаптированных к холоду, повышает теплопродукцию бурого жира в такой степени, что она может достигать одной трети всей дополнительно образованной в организме теплоты. В активированном состоянии бурый жир может тратить до 300 Ватт (это цифра другого исследования, некоторые говорят про 400) на килограмм веса взрослого человека.

Это 21 Киловатт на 70-килограммового человека. Для сравнения - человек в покое сжигает около 1 Киловатта энергии в человеке среднего веса. Улавливаете суть? Активировав бурый жир вы можете лежать на диване и сжигать в двадцать раз больше энергии, чем раньше.

Бурая жировая ткань: протокол активации

Как и для остальных аспектов здоровья, для бурого жира работают четыре правила: световое правило, температурное правило, нагрузочное (стрессовое) правило, пищевое правило. Давайте разберемся, каким образом мы можем активировать бурый жир.

Итак, вначале мы разберем эти правила, а затем обсудим, чего не следует делать, чтобы не уменьшать активность бурой жировой ткани.

Температурное правило

Самый главный триггер активации бурой жировой ткани - это снижение температуры окружающей среды (закаливание). Суть нашей биологии в том, что нет необходимости хранить жир, когда вам нужно свободное тепло, чтобы выжить)).

1. Ура контрастному душу!

Как показали недавние исследования, для этих целей достаточно снизить температуру в помещении на несколько градусов от обычной. Также, возможно, тут может быть полезна быстрая ходьба в зимнее время года. В исследовании было установлено, что количество сжигающих калории клеток бурой жировой ткани увеличивается со снижением окружающей температуры. У людей с более высоким содержанием бурого жира его активация холодом улучшает показатели энергетического метаболизма.

Так, в исследовании на 5 добровольцах, в спальных комнатах которых была установлена температура на уровне 19С, было продемонстрировано 30-40%-ное увеличение бурой жировой ткани и ее сжигающей калории активности. В то же время увеличение комнатной температуры до 26С вело к снижению содержания бурого жира. 19 градусов - это достаточно комфортная температура, можете компенсировать ее более теплым одеялом (дышать будете все равно более прохладным воздухом).

2. Спим в хорошо проветриваемом помещении при температуре 19-20 градусов.

В другом японском исследовании, в котором приняли участие 12 человек, молодых людей с низким количеством бурого жира просили на протяжении 6 недель проводить по 2 часа в день в комнате с температурой около 17C. В начале этого 6-недельного исследования молодые люди при 17С сжигали в среднем около 108 ккал дополнительно (в сравнении с количеством килокалорий, сжигаемых при нормальной окружающей температуре), а в конце исследования дополнительно сжигалось уже около 289 ккал. Обратите внимание, это всего 2 часа в день! Доктор Matthias Bluher в своих экспериментах помещал людей ежедневно на 10 минут на холод (40С), в результате чего через 4 недели они теряли в среднем по 3-4 килограмма.

3. Уменьшаем температуру в помещениях.

Принцип охлаждения работает у всех! Классическая школа закаливания предлагает множество вариантов закаливания. В качестве закаливающих процедур широко используется пребывание и занятие спортом на свежем воздухе, а также водные процедуры (обтирание, обливание, купание, контрастный душ). Одним из самых распространённых видов закаливания является хождение босиком. Холодная вода отнимает тепло тела в 32 раза быстрее, чем холодный воздух. Плавание или шагание в воде значительно увеличивает потери тепла, более чем на 50%.

При длительных перерывах в закаливании его эффект снижается или теряется совсем (не будем относить к закаливанию моржевание, особенно если человек лезет в прорубь раз в месяц). Также вы можете следить за тем, чтобы не одевать избыток одежды на улице и дома, принимать дома «воздушные ванны», которые более безопасны, чем обливание.

Пребывание ночью в прохладном помещении (при 16 градусах), что не только увеличит количество бурого жира, но и нормализует сон, что, в свою очередь, поможет справиться с проблемой лишнего веса.

Начинать закаливание (любое из предложенных видов) нужно только после посещения и проверки врача, так как закаливание — это тренировка, а не лечение, и людям с заболеванием и со слабым иммунитетом подобные процедуры могут быть противопоказаны.

Закаливание следует рассматривать как попытку приблизить образ жизни человека к естественному, не дать угаснуть врождённым адаптационным способностям организма. Безусловно, снижение комнатной температуры не станет панацей от лишнего веса, но может быть важным дополнительным шагом наряду с физической активностью и правильным питанием.

Исследования показали, что холод может быть даже эффективнее физических нагрузок! Австралийские ученые обнаружили, что дрожание от холода, подобно более длительной по времени физической нагрузке, стимулирует превращение запасающего энергию белого жира в энергосжигающий бурый жир. Клетки бурого жира могут стать новой терапевтической мишенью для борьбы с ожирением, жировым перерождением печени и сахарным диабетом.

Главный принцип безопасности! Холодовая адаптация опосредуется рецепторами на поверхности кожи, а не глубокими холодовыми рецепторами ядра. Это холодовой сенсорный афферентный цикл. Переохлаждение ядра тела очень опасно!

Нагрузочное (стрессовое правило)

Физическая нагрузка тренирует наши мышцы, делает их сильнее, одновременно сжигая калории. Собственно говоря, это касается не только мышц, а вообще любой ткани: интенсивная работа требует энергии, добываемой при расщеплении жиров. На молекулярном уровне это сопровождается активацией ряда регуляторных белков — транскрипционных факторов, которые в свою очередь «будят» гены, отвечающие за перестройку метаболизма в клетках и тканях.

Давно было известно, что при физической нагрузке затраты энергии возрастают непропорционально сильно: энергии тратится больше, чем требуется для выполнения упражнений или работы. Физическая активность активирует бурую жировую ткань, этому способствуют иризин и фактор транскрипции PGC1-α.

Недавние исследования показали, что физические упражнения влекут за собой выделение неизвестного ранее гормона иризина (ген FNDC5), который заставляет белый жир становиться бурым и препятствует ожирению. Гормон служит передатчиком информации между различными тканями организма (поэтому его и назвали в честь древнегреческой богини Ириды, или Ирис, вестницы Олимпа).

В одной из недавних работ показано, что иризин циркулирует в плазме крови всех изученных людей, а его концентрация у молодых атлетов в несколько раз выше, чем у женщин среднего возраста, страдающих ожирением. В свою очередь, это ведёт к повышению экспрессии ряда нейропротекторных генов в клетках головного мозга, в частности — повышается экспрессия мозгового нейротрофического фактора (BDNF). Видимо, тренировка мышц связана с системой, участвующей в протекции когнитивных функций, и FNDC5 (как и BDNF, а также PGC-1α) являются важными медиаторами этих процессов.

Известно было также, что при нагрузке в скелетных мышцах повышается содержание белка — фактора транскрипции PGC1-α. В то же время было известно, что, когда при физической нагрузке в мышцах возрастает количество белка PGC1, это благоприятно воздействует не только на сами мышцы, но и на весь организм. У трансгенных мышей с повышенным уровнем PGC1 под старость не развивается ожирение и диабет, и живут они дольше обычных. Сначала было установлено, что после 3 недель бегания в колесе или плавания у тех же трансгенных мышей (с повышенным уровнем PGC1) резко (в 25-65 раз) возрастает количество термогенина в подкожном белом жире, и там увеличивается число «бурых» адипоцитов.

Световое правило

Исследователи из Лейденского университета нашли совсем простой способ держать бурый жир в тонусе - оказывается, нужно просто по вечерам поменьше сидеть при искусственном свете. Известно, что стимуляция бурого жира происходит при участии β3 адренергического рецептора - при его активации клетки сжигают больше липидов и выделяют больше тепла. Патрик Ренсен (Patrick Rensen) и его коллеги обнаружили, что если мышей держать при искусственном освещении 16, а то и все 24 часа в сутки, то у них снижается активность рецептора, и соответственно, бурые жировые клетки начинают хуже работать, и липидные молекулы отправляются в запасающий белый жир. С мышами, у которых световой день длился стандартные 12 часов, ничего такого не происходило. (В скобках заметим, что мыши - животные сумеречные, то есть светлое время суток для них - как для нас ночь.)

В результате у мышей, которых долго держали на свету, накапливалось на 25-50% больше жира, хотя животных из всех групп кормили одинаково и физическая активность у них была тоже одинаковой.

Разумеется, тут дело не в самом по себе искусственном свете, а в суточном ритме, который портится из-за освещённости в неурочное время: биологические часы говорят о том, что уже давно должна быть ночь, а глаза продолжают видеть свет. Конечно, мы всё равно заснём, пусть и при искусственном освещении, но на биологических часах это всё равно отразится. Известно, что даже если ложиться спать в правильное время, то всё равно яркое освещение, которое сопровождает нас до последнего, само по себе может причинить вред.

Ну а то, что сбитый циркадный ритм связан с ожирением, давно уже подтверждено как экспериментами, так и клиническими исследованиями. По некоторым данным слишком долгий световой день провоцирует ожирение даже сильнее, чем неправильное питание. И, по-видимому, эффект здесь не в последнюю очередь обусловлен неправильной работой бурого жира. Его взаимодействие с биологическими часами в мозге осуществляется через симпатическую нервную систему: если бурую жировую ткань отключали от симпатических нервных путей, то эффект был такой же, как и при расстройстве суточного ритма - бурые клетки переставали сжигать липиды.

Есть ли такая же взаимосвязь между активностью бурого жира и суточным ритмом у человека, покажут дальнейшие исследования. Похожие результаты были получены два года назад специалистами из Университета Вандербильта, которые обнаружили, что чувствительность к инсулину у клеток зависит от времени суток, и что при нарушенном циркадном ритме клетки начинают жить на одной только глюкозе, откладывая жиры про запас. Результат - избыточный вес. Эти эксперименты тоже ставили на животных; с другой стороны, повторим, медицинская статистика говорит о том, что и у людей нарушенный суточный ритм часто сопровождается разными нехорошими физиологическими эффектами, в том числе и в обмене веществ. В общем, тем, кто хочет похудеть, можно порекомендовать не только правильно питаться, но и вовремя ложиться спать - или хотя бы не злоупотреблять перед сном всевозможными гаджетами. Про синий свет я подробно писал ранее:

Таким образом, все то, что увеличивает уровень мелатонина, увеличивает и количество бурого жира, помогая худеть. То есть первым делом для того, чтобы похудеть после 40, 50, 60 лет, надо нормализовать сон. Это поможет и бурый жир нарастить и устранить те проблемы со здоровьем, к которым приводит нехватка сна.

Пищевое правило

Постоянные подъемы инсулина или повышенный уровень инсулина подавляет работу бурой жировой ткани. Мерзливость - это одно из проявлений инсулинорезистентности. Поэтому соблюдение простых правил: отсутствие перекусов, выдерживание пауз между приемами пищи, снижение углеводов помогут вам восстановить активность бурой жировой ткани.

У кого снижен уровень бурого жира?

К сожалению, пока измерить уровень бурой жировой ткани сложно. Раньше для определения наличия клеток бурого жира исследователи брали участки жировой ткани на биопсию, но благодаря успехам визуализирующих диагностических методик стало возможно идентифицировать бурый жир и без травматизации тела человека. Для определения бурой жировой ткани в наше время применяют методику ПЭТ-КТ (позитронно-эмиссионная томография с компьютерной томографией). Сразу отметим: делать этого не нужно!

В группу риска попадают:

1. Возраст: у молодых его больше, чем у пожилых. Однако с возрастом количество бурой жировой ткани уменьшается. Поэтому у взрослых бурый жир составляет лишь небольшую часть от общего жира.

2. Люди с избыточным весом. Не ясно, причина это или следствие. Но определить почему - учёные так и не смогли. Не ясно, то ли худые люди более стройные, потому что у них больше бурой (активной) составляющей, то ли полные не так сильно «мёрзнут» из-за наличия дополнительной прослойки белого жира.

3. Нарушенная чувствительность к инсулину и расстройства регуляции глюкозы. У людей с нормальным уровнем сахара коричневого жира больше, чем у тех, у кого сахар повышен.

4. У женщин бурого жира больше, чем у мужчин.

5. Люди, принимающие бета-блокаторы, имеют меньше бурого жира, чем те, кто на этих лекарствах не сидит. Бета-блокаторы используются в лечении артериальной гипертензии.

6. Уменьшается активность бурого жира при проблемах с щитовидной железой.

Мысли на перспективу

Холодные среды вызывают давно закопанную эпигенетическую программу у всех млекопитающих, которая позволяет преобразовывать WAT в бурую жировую ткань (BAT), чтобы жечь калории как свободное тепло, одновременно не генерируя АТФ, и не увеличивая ROS (реактивные виды кислорода). Это позволяет нам более медленно стареть, в то же время увеличивая метаболизм и способность работать на меньших калориях, при этом сжигая жир, чтобы делать тепло для согрева.

Мы снижаем наши жировые запасы в организме, также улучшая композицию тела! Низкие температуры также повышают мРНК IGF-1, чрезвычайно увеличивая выброс гормона роста. Это повышает эффективность аутофагии и быстро улучшает мышечную и сердечную функцию. Холод делает всё это без упражнений!

Холод также увеличивает GnRH (гонадотропин-рилизинг-гормон) и способствует репродуктивной активности. Это важно в холоде, так как большинство млекопитающих беременны в течение зимних месяцев. Вот где для млекопитающих возникает связь с HCG. Лептин контролирует все яйцеклетки и плацентарную функцию у всех млекопитающих. Чем ниже уровни лептина, тем более "живой и здоровой" будет беременность. Врачи знают о крепкой связи лептина, инсулина с синдромом поликистозных яичников! Холодные условия могут также улучшить плодовитость, потому что холод снижает количество лептина, в то время как его рецептор становится сверх-чувствительным.