Tkanka tłuszczowa i mięśniowa jako organy wydzielnicze
utworzone przez Ewa | gru 18, 2023 | Metabolizm
Tkankę tłuszczową i mięśniową długo postrzegano jako tkanki jedynie biernie uczestniczące w różnych zjawiskach (fizjologicznych czy patologicznych) w organizmie człowieka. Dziś natomiast wiemy, że obie biorą aktywny udział w zapobieganiu czy rozwoju różnych chorób. Wiedza ta jest stosunkowo świeża i powoli odkrywana na przestrzeni ostatnich 30 lat. Mimo to już teraz wiemy, że zarówno tkanka tłuszczowa, jak i mięśniowa wydzielają substancje o wszechstronnym wpływie na organizm, stanowiąc odrębne i zaawansowane organy wydzielnicze.
Nadmierna masa ciała i otyłość stanowią jeden z kluczowych problemów zdrowotnych na całym świecie. Najważniejszą przyczyną tego trendu jest przyjmowanie zbyt dużej ilości energii w stosunku do zapotrzebowania, a ta gromadzi się w postaci tkanki tłuszczowej. Często, choć nie zawsze, temu gromadzeniu energii i rozrostowi tkanki tłuszczowej towarzyszą zmiany w obrębie tkanki mięśniowej.
Tkanka tłuszczowa
Tkanka tłuszczowa stanowi złożony organ składający się adipocytów i ich prekursorów, komórek śródbłonka, fibroblastów oraz komórek immunologicznych, takich jak makrofagi, komórki dendrytyczne oraz limfocyty T. Wszystkie te komórki pełnią rolę wydzielniczą, uwalniając różne metabolity, lipidy, cytokiny i adipokiny.
Główne komórki tkanki tłuszczowej stanowią adipocyty. Wśród nich wyróżniamy dwie populacje komórek o różnych funkcjach i budowie: białe i brązowe. Białe adipocyty zawierają duże krople tłuszczu i stosunkowo niewiele mitochondriów, a ich ich głównym zadaniem jest gromadzenie zapasów energii. Adipocyty brązowe z kolei zawierają drobne kropelki tłuszczu oraz wiele mitochondriów, dzięki czemu przyczyniają się do zwiększenia wydatkowania energii. Ta właściwość tkanki tłuszczowej brązowej zależy od obecności białka UCP1, zwanego termogeniną, które umożliwia rozproszenie jonów kationowych na wewnętrzej powierzchni błony mitochondrialnej, co prowadzi do zwiększenia produkcji energii cieplnej (ale nie energii zgromadzonej w ATP).
Obie populacje adipocytów tworzą skupiska zwane odpowiednio tkanką tłuszczową białą i brązową.
Tkanka tłuszczowa jako tkanka hormonalnie czynna
Tkanka tłuszczowa jest złożonym organem wydzielania wewnętrznego, a jej kluczową rolą jest utrzymywanie homeostazy energetycznej organizmu.
W prawidłowych warunkach tkanka tłuszczowa odgrywa rolę w regulacji gospodarowania energią poprzez gromadzenie tłuszczu, który można wykorzystać w okresie poszczenia (dzięki czemu oszczędzane są cenne białka), ale też w regulowaniu metabolizmu, apetytu, reprodukcji, aktywności układu immunologicznego.
Role te tkanka tłuszczowa wypełnia poprzez wydzielanie cząsteczek sygnałowych: adipokin i cytokin. Są one kluczowe dla utrzymania zdrowia, jednak mogą też przyczyniać się do patologii, takich jak otyłość. Swój udział w rozwoju otyłości ma biała tkanka tłuszczowa.
Adipokiny i cytokiny
Adipocyty wydzielają adipokiny. Są to cząsteczki sygnałowe, które regulują szereg procesów biologicznych poprzez mechanizmy autokrynne (działąjąc na komórkę, która je uwolniła), parakrynne (działając na sąsiednie komórki) i endokrynne (gdy drogą krwi przenoszone są do odległych miejsc działania).
Adipokiny uczestniczą w regulowaniu równowagi między głodem a sytością, odkładaniem i wydatkowaniem energii, tolerancji glukozy, uwalniania i wrażliwości na insulinę, wzrostu komórki, zapalenia; regulują też angiogenezę (czyli tworzenie nowych naczyń krwionośnych) i reprodukcję. Są zaangażowane w regulację gospodarki węglowodanowej i wrażliwości na insulinę, stąd zaburzenia w ich wydzielaniu mogą przyczyniać się do rozwoju cukrzycy typu 2.
Narządami docelowymi, na które działają adipokiny, są m.in. mózg, wątroba, mięśnie, trzustka, śledziona i węzły chłonne.
Cytokiny uwalnianie z tkanki tłuszczowej także uczestniczą w komunikacji między komórkami, jednak ich zasadniczą funkcją jest regulacja odpowiedzi immunologicznej. Mogą one być bezpośrednio uwalniane z tkanki tłuszczowej, ale też innych populacji komórek towarzyszących adipocytom (fibroblastom czy komórkom immunologicznym).
Gdy tkanki tłuszczowej jest za dużo
Otyłość wywołana nadmiarem spożywanej energii zmienia tkankę tłuszczową nie tylko poprzez zwiększenie jej rozmiarów. Zmienia skład komórek, które ją tworzą, także zmienia funkcjonowanie adipocytów. Wiele adipocytów w rozwiniętej tkance tłuszczowej narażonych jest na hipoksję (niedobór tlenu) z powodu niedostatecznego rozwoju naczyń krwionośnych w jej obrębie. I to hipoksja wydaje się być czynnikiem inicjującym stan zapalny towarzyszący nadmiarowi tkanki tłuszczowej i otyłości. Prowadzi do zwiększonego uwalniania adipokinin z adipocytów oraz utraty tolerancji na insulinę i procesu zapalnego.
Leptyna i adiponektyna- najważniejsze adipokiny
Leptyna jest białkiem produkowanym głównie przez dojrzałe adipocyty białej tkanki tłuszczowej. Jej działanie na receptor zlokalizowany w mózgu w podwzgórzu hamuje łaknienie i zwiększa wydatkowanie energii. Poziom krążącej we krwi leptyny odzwierciedla zapasy energii zgromadzonej w tkance tłuszczowej. Obniżenie poziomu leptyny we krwi w wyniku redukcji tkanki tłuszczowej powoduje odpowiedź na poziomie hormonalnym i behawioralnym, której celem jest uzupełnienie utraconych zasobów. Skutkuje to zwiększonym apetytem i skłania do jedzenia, prowadzi też do zmniejszonego wydatkowania energii oraz zahamowania procesów zużywającyh duże ilości energii, jak odporność czy reprodukcja.
Ludzie i zwierzęta z mutacjami w obrębie genu kodującego leptynę lub receptora dla leptyny mają nasilony apetyt, czego efektem jest przyjmowanie nadmiernej ilości energii oraz otyłość. Jednak wiele postaci ludzkiej otyłości nie podlega korekcji pod wpływem leptyny, co wskazuje na oporność na jej działanie. Fizjologicznie wydaje się, że kluczowe znaczenie ma jej niski poziom, który w sytuacji głodu czy poszczenia stanowi silny bodziec do zwiększenia łaknienia oraz oszczędnego gospodarowania energią.
Adiponektyna jest hormonem białkowym produkowanym zarówno w białej, jak i brązowej tkance tłuszczowej, w największej ilości w tkance tłuszczowej podskórnej. Ale paradoksalnie jej największe stężenia we krwi występują przy małej masie tkanki tłuszczowej (i odwrotnie- im więcej tkanki tłuszczowej podskórnej, tym niższy poziom adiponektyny). Zadaniem adiponektyny jest poprawa wrażliwości na insulinę poprzez działanie na dwa typy receptorów: w mięśniach aktywuje szlak AMPK, w wątrobie hamuje uwalnianie glukozy.
Dodatkowo działa w układzie nerwowym stymulując apetyt i zmniejszając wydatkowanie energii; być może ma też wpływ na neurodegenerację.
Inne adipokiny
W tkance tłuszczowej powstają także inne hormony związane opornością na insulinę i zespołem metabolicznym.
Do nich należą rezystyna, aczkolwiek jej wpływ na działanie insuliny potwierdzono jedynie u myszy. U ludzi produkowana jest głównie przez komórki układu immunologicznego- makrofagi, tym samy stanowiąc łącznik między zawartością tkanki tłuszczowej a odpornością.
Białko wiążące retinol typu 4 (RBP4), produkowane głównie przez tkankę tłuszczową i wątrobę, aktywuje stan zapalny w tkance tłuszczowej przyczyniając się do insulinooporności. Vaspina działa jako hormon poprawiający wrażliwośc komórek na insulinę, podobnie jak omentyna, chociaż ta druga powstaje z komórek tkanki tłuszczowej niebędących adipocytami.
Adipokiny w otyłości
Otyłość związana jest z podwyższonym poziomem leptyny we krwi. Pacjenci z najwyższymi poziomami leptyny mieli najwyższe ryzyko rozwoju cukrzycy typu 2 w trakcie 6- letniego okresu obserwacji. W innym badaniu pacjenci z najwyższymi poziomami insuliny we krwi mieli najwyższe poziomy leptyny. W kolejnym z kolei stwierdzono, że oporność na insulinę oceniana wskaźnikiem HOMA-IR pozytywnie korelowała z podwyższonym poziomem leptyny u obu płci.
Inaczej jednak leptyna działa w tkance mięśniowej- tutaj poprawia wrażliwośc na indulinę.
Poza tym jest zaangażowana w odporność komórkową- reguluje polaryzację limfocytów sprzyjając uwalnianiu cytokin o działaniu prozapalnym związanych z ramieniem Th1.
Leptyna jest hormonem zaangażowanym w homeostazę glukozy w mechanizmach centralnym i obwodowym. Centralnie integruje sygnały dotyczące przyjmowaniu i wydatkowaniu energii. Obwodowo reguluje homeostazę glukozy i tłuszczów w wielu tkankach. Krytycznie wysokie wysokie poziomy leptyny we krwi prowadzą do oporności na jej działanie, czego efektem jest rozregulowanie osi leptynowej i dalszy rozwój powikłań otyłości, w tym cukrzycy.
Adiponektyna jest cząsteczką sygnałową adipocytów, która chroni przed rozwojem chorób powiązanych z otyłością, jak cukrzyca typu 2. Jej poziom odwrotnie koreluje z opornością na insulinę, otyłością brzuszną czy poziomem cytokin prozapalnych, jest więc adipokiną ochronną. Wysoki poziom adiponektyny z kolei jest skorelowany z wrażliwością na insulinę oraz wysokim poziomem lipoprotein o dużej gęstości HDL. Jest natomiast obniżony u osób z otyłością lub ze stanem przedcukrzycowym. Hormon ten jest postrzegany jako uwrażliwiający komórki na działanie insuliny oraz hamujący odkładanie tłuszczu w mięśniach i wątrobie poprzez nasilenie beta-oksydacji.
Otyłość centralna (czyli trzewna) związana z chorobami metabolicznymi jest nasilana przez niskie poziomy adiponektyny. Niskie poziomy adiponektyny ponadto sprzyjają stanowi zapalnemu o niskim stopniu nasilenia towarzyszącemu otyłości centralnej. Nie wiadomo dokładnie, co jest przyczyną, a co skutkiem, ale albo czynniki prozapalne hamują wydzielanie adiponektyny, albo obniżona adiponektyna sprzyja produkcji cytokin prozapalnych.
Tkanka mięśniowa jako organ wydzielniczy
Także tkanka mięśniowa jest tkanką hormonalnie czynną- produkuje i wydziela liczne miokiny działające autokrynnie, parakrynnie i endokrynnie (a więc na komórki, które je wydzielają, na sąsiednie komórki oraz komórki odległe, do których dostają się drogą krwi).
Miokiny produkowane są pod wpływem aktywności fizycznej. Wiążą one aktywność mięśni z funkcjonowaniem innych tkanek: mózgu, kości, skóry, trzustki, jelit czy tkanki tłuszczowej.
Podejrzewano od wielu lat, że impulsy pochodzące z mięśni szkieletowych przekazywane do innych organów nie są wyłącznie przenoszone drogą nerwową. Wiadomo też było, że aktywność fizyczna wpływa na inne, poza tkanką mięśniową organy, jak wątroba, mózg czy tkanka tłuszczowa. Dopiero w XXI wieku odkryto cytokiny produkowane i uwalniane przez mięśnie do krwi, m.in. in jest to interleukina 6 (Il-6) wywołująca liczne efekty metaboliczne. W ślad za odkryciem pochodzącej z mięśni Il-6 odkryto około 650 kolejnych miokin, aczkolwiek efekty biologiczne poznano w przypadku zaledwie kilku procent z nich. Niektóre z nich są odpowiedzialne za dostarczanie energii w przypadku intensywnej aktywności fizycznej. Inne są zaangażowane w proliferację, różnicowanie i regenerację mięśni niezależnie od aktywności fizycznej. Poznano także miokiny o funkcjach przeciwnowotworowych.
Niektóre miokiny wywołują efekt w samych mięśniach regulując ich masę.
Interleukina 6 jako najlepiej poznana miokina
Il-6 sprzyja miogenezie, ale też reguluje metabolizm lipidów i glukozy. Brak aktywności fizycznej powoduje wysoki podstawowy poziom Il-6 we krwi. Intensywna aktywność wywołuje zwyżkę Il-6 we krwi, ale efekt ten osłabiają powtarzające się treningi.
Il-6 zwiększa podstawowy i zależny od insuliny wychwyt glukozy przez komórki, a także beta- oksydację kwasów tłuszczowych- oba te zjawiska są zależne od enzymu AMPK. Jest to ten enzym, poprzez który działąją stosowane w regulowaniu gospodarki węglowodanowej metformina czy berberyna, natomiast naturalnym aktywatorem tego szlaku są restrykcje kaloryczne oraz aktywność fizyczna.
Podsumowanie
Nie od dziś wiemy, że tkanki tłuszczowa i mięśniowa zaangażowane są w nasze zdrowie i choroby: zbyt duża ilość tkanki tłuszczowej oraz mała aktywność mięśni kojarzone są ze zwiększonym ryzykiem chorób o podłożu metabolicznym, ale także autoimmunologicznych czy nowotworów. Długo natomiast nie było jasne, jakie mechanizmy się za tym kryją. Dziś wiemy, że obie tkanki są ważnymi organami wydzielniczymi produkującymi cząsteczki sygnałowe o różnorodnym i ważnym wpływie na funkcjonowanie organizmu.
Jeśli podobał Ci się wpis i chcesz otrzymywać powiadomienia o nowych wpisach na blogu oraz informacje na tematy związane ze zdrowiem i odżywianiem, zapisz się na co dwutygodniowy newsletter:
Literatura:
Funcke JB, Scherer PE. Beyond adiponectin and leptin: adipose tissue-derived mediators of inter-organ communication. J Lipid Res. 2019 Oct;60(10):1648-1684.
Kahn CR, Wang G, Lee KY. Altered adipose tissue and adipocyte function in the pathogenesis of metabolic syndrome. J Clin Invest. 2019 Oct 1;129(10):3990-4000.
Booth A, Magnuson A, Fouts J, Foster MT. Adipose tissue: an endocrine organ playing a role in metabolic regulation. Horm Mol Biol Clin Investig. 2016 Apr 1;26(1):25-42.
McNeely MJ, Boyko EJ, Weigle DS, Shofer JB, Chessler SD, Leonnetti DL, Fujimoto WY. Association between baseline plasma leptin levels and subsequent development of diabetes in Japanese Americans. Diabetes Care 1999;22:65–70.
Wauters M, Considine RV, Yudkin JS, Peiffer F, De Leeuw I, Van Gaal LF. Leptin levels in type 2 diabetes: associations with measures of insulin resistance and insulin secretion. Horm Metab Res 2003;35:92–6.
Severinsen MCK, Pedersen BK. Muscle-Organ Crosstalk: The Emerging Roles of Myokines. Endocr Rev. 2020 Aug 1;41(4):594–609. doi: 10.1210/endrev/bnaa016.
