Wie Säugetiere Wärme erzeugen: Ein tieferer Einblick

Säugetiere sind warmblütige Lebewesen, was bedeutet, dass sie ihre Körpertemperatur stabil halten können, auch wenn sich die äusseren Bedingungen ändern. Diese erstaunliche Fähigkeit nennt man Temperatur-Homöostase. Wenn's draussen kalt ist, haben unsere Körper clevere Wege, um warm zu bleiben, wie zum Beispiel den Blutfluss zur Haut reduzieren, unsere Haare aufstellen und sogar zittern.

Aber hier kommt der Clou: Wenn Säugetiere über Tage oder Wochen Kälte ausgesetzt sind, finden sie einen anderen Weg, um Wärme zu erzeugen, besonders in bestimmten Arten von Fettzellen. Diese Zellen, die braune und beigefarbene Adipozyten genannt werden, können Wärme aus gespeicherter Energie erzeugen, ohne zittern zu müssen. Das nennt man nicht-zitternde Thermogenese (NST). Der Hauptakteur in diesem Prozess ist ein spezielles Protein, das Uncoupling Protein 1 (UCP1) heisst, das es den Zellen erlaubt, Energie in Wärme umzuwandeln, anstatt sie als ATP, die Energiewährung der Zelle, zu speichern.

#Wie Bekommen Wir Energie für Wärme?

NST wird durch verschiedene Brennstoffe angeregt, die in unseren Körpern zirkulieren, wie Glukose und Fettsäuren. Diese Brennstoffe sind wie das Benzin im Auto und geben unseren Körpern den Energieschub, den sie brauchen, um warm zu bleiben. Interessanterweise sehen wir, wenn wir mehr aktives braunes Fettgewebe haben, oft Verbesserungen, wie unsere Körper Zucker und Fette verwalten. Das könnte sogar zu einer besseren Herzgesundheit führen!

#Das Rätsel um UCP1

Das UCP1-Protein gibt's schon seit den 1980er-Jahren, aber unser Wissen über seine Struktur ist relativ neu. Dennoch bleibt die ganze Geschichte darüber, wie UCP1 funktioniert, ein Puzzle. Wir wissen, dass langkettige Fettsäuren UCP1 aktivieren, und diese Fettsäuren stammen normalerweise aus dem Abbau gespeicherter Fette in unseren Körpern. Zwei wichtige Enzyme, ATGL und HSL genannt, sind für diesen Fettabbau verantwortlich.

Wenn's draussen kalt ist, senden unsere Nerven Signale, die die Freisetzung spezieller Hormone auslösen. Diese Hormone aktivieren Rezeptoren in den braunen Fettzellen, die dann eine Reihe von Ereignissen auslösen, die zu einer erhöhten Energieproduktion und Wärmeentwicklung führen. Überraschenderweise hat einige Forschung gezeigt, dass Tiere auch ohne die Aktivität von ATGL ihre Körpertemperatur aufrechterhalten und Wärme durch NST erzeugen können.

#Untersuchung der Rolle von Lipasen im Braunen Fett

Um tiefer zu graben, wie diese Prozesse funktionieren, haben Wissenschaftler ein spezielles Mausmodell entwickelt, das sowohl ATGL als auch HSL im braunen Fett fehlt. Sie wollten sehen, ob diese Mäuse bei Kälte trotzdem Wärme erzeugen konnten. Zu ihrer Überraschung schafften es diese "BAT-iDAKO"-Mäuse, warm zu bleiben, was Fragen aufwarf, was genau UCP1 anheizte.

Während es den Mäusen gut zu gehen schien, zeigten die Studien, dass der Mangel an ATGL und HSL die gesamte Fähigkeit des braunen Fetts verringerte, Wärme bei Kälte zu erzeugen. Obwohl die Anzahl der braunen Fettzellen zunahm, war die Menge der Mitochondrien in diesen Zellen, die wichtig für die Energieproduktion sind, niedrig.

Ein weiterer Twist in dieser Geschichte betraf das weisse Fettgewebe, das sich in der Nähe des braunen Fettes befand. Es stellte sich heraus, dass das weisse Fettgewebe einspringen konnte, indem es mehr Wärme erzeugte, um das dysfunktionale braune Fett auszugleichen. Wenn allerdings beide Lipasen in allen Fettgeweben fehlten, konnten die Mäuse nicht mehr warm bleiben.

#Veränderungen der Körpertemperatur bei Kälteeinwirkung

Als die Forscher die Körpertemperatur der BAT-iDAKO-Mäuse während der Kälteexposition massen, fanden sie etwas Interessantes. Die Mäuse hielten eine etwas höhere Kerntemperatur als ihre normalen Artgenossen, was darauf hindeutet, dass sie sich trotz des Fehlens wichtiger Enzyme im braunen Fett ganz gut schauten.

Die Studie hörte jedoch nicht nur bei der Körpertemperatur auf. Sie betrachtete auch die Energiekonsumraten dieser Mäuse unter kalten Bedingungen. Sowohl die BAT-iDAKO- als auch die Kontrollmäuse zeigten ähnliche Energieverbrauchswerte, als sie ein spezielles Medikament erhielten, um den Energieverbrauch zu stimulieren. Das deutete darauf hin, dass die nicht-zitternde Thermogenese ohne den Fettabbau im braunen Fett gut funktionierte.

#Der Einfluss der Nahrungsaufnahme auf den Energiestoffwechsel

Die BAT-iDAKO-Mäuse zeigten einige Veränderungen in ihrem Gesamtstoffwechsel. Sie hatten eine höhere Nutzung von Kohlenhydraten während des Tages, was darauf hindeutet, dass sie mehr auf Zucker für Energie und weniger auf Fette angewiesen waren. Das ging einher mit einer erhöhten Nahrungsaufnahme tagsüber, während ihre Essgewohnheiten nachts gleich blieben. Interessanterweise änderten sich ihre körperlichen Aktivitätslevel nicht, was zeigt, dass sie nicht einfach nur den ganzen Tag rumsitzen und essen.

Auf zellulärer Ebene bemerkten die Forscher, dass das braune Fett der BAT-iDAKO-Mäuse ein Durcheinander von Zellen aufwies, einschliesslich Entzündungen und Fibrose, was bedeutet, dass es eine Art Narbenbildung gab. Das unterschied sich von dem normal aussehenden braunen Fett.

#Die Rolle von inguinalem weissem Fettgewebe

Da das braune Fett nicht richtig funktionierte, richteten die Forscher ihre Aufmerksamkeit auf das inguinale weisse Fettgewebe (ingWAT). Zu ihrer Überraschung hatte sich das ingWAT in den BAT-iDAKO-Mäusen ziemlich verändert. Das weisse Fett begann, UCP1 zu produzieren, das Protein, das sie untersuchten. Dieses Browning des weissen Fetts erlaubte es, die Körpertemperatur aufrechtzuerhalten, wenn das braune Fett weniger effektiv war.

Das ingWAT der BAT-iDAKO-Mäuse zeigte eine Zunahme der Mitochondrienfunktion und des Energiesubstrataufnahme, was bedeutete, dass dieses Fett einsprang, um einige der thermogenen Aufgaben während der Kälteexposition zu übernehmen.

#Konsequenzen des Verlusts von ATGL und HSL

In einem anderen Experiment schufen die Forscher ein Modell, in dem sowohl ATGL als auch HSL in allen Fettgeweben ausgeschaltet wurden. Die Ergebnisse waren drastisch anders. Diese Mäuse, die DAKO-Mäuse genannt wurden, konnten überhaupt keine nicht-zitternde Thermogenese aufrechterhalten, was zu einer eingeschränkten Temperaturregulation in der Kälte führte.

Im Gegensatz zu den BAT-iDAKO-Mäusen zeigten die DAKO-Mäuse eine dramatische Verringerung ihrer Fähigkeit, Wärme zu erzeugen, was zu einem signifikanten Rückgang der Kerntemperatur während der Kälteanpassung führte. Trotz dessen gelang es ihnen auch, ihre Körpertemperatur durch andere systemische Anpassungen aufrechtzuerhalten.

#Das grössere Bild verstehen

Diese Experimente haben gezeigt, dass, während braunes Fettgewebe (BAT) eine entscheidende Rolle bei der Temperaturregulierung und dem Energiestoffwechsel spielt, andere Fettgewebe wie weisses Fettgewebe einspringen können, wenn es nötig ist. Diese Flexibilität hebt ein faszinierendes Backup-System in unseren Körpern hervor.

Obwohl es kompliziert erscheinen mag, wenn es darum geht, warm zu bleiben, haben unsere Körper einige Tricks auf Lager. Ob es nun das braune Fett ist, das uns mit gespeicherter Energie aufwärmt, oder das weisse Fett, das einspringt, um zu helfen, die Wissenschaft hinter unserer Wärme ist sowohl beeindruckend als auch ein bisschen lustig, wenn man darüber nachdenkt – wie ein Notstromgenerator für den Fall, dass die Hauptstromquelle einen kalten Tag einlegt!

#Abschliessende Gedanken zu Fett und Thermogenese

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass braunes und weisses Fett wie ein Duo zusammenarbeitet, um uns warm zu halten. Während braunes Fett der Star der Show mit seinen wärmeproduzierenden Fähigkeiten ist, kann weisses Fett zur Rettung kommen, wenn es nötig ist. Die Studien mit BAT-iDAKO- und DAKO-Mäusen zeigen, wie anpassungsfähig unsere Körper sein können, insbesondere wenn es um Temperaturregulierung geht.

Das nächste Mal, wenn du einen Schauer in der Luft spürst, denk an die unglaublichen Mechanismen, die in deinem Körper am Werk sind. Schliesslich ist nicht nur du, der sich in der Kälte warm anziehen muss; dein Körper hat auch seine eigene Version von „Dress for Success“ mit Fett!