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 делится на два типа: коричневая и белая . Отвечает, в частности, за хранение энергии, а также защищает внутренние органы от ударов и повреждений. Норма для женщин – это 20-25% массы тела, а у мужчин – 15-20%.

Жировая ткань – основные сведения

Накоплением энергии в виде жира и выброс его в кровь в случае дефицита энергии занимается жировая ткань . Норма для женщин – это 20-25%, а у мужчин – 15-20% от общей массы тела . С возрастом и при увеличении количества потребляемой пищи объем жировой ткани увеличивается.

Важными функциями жировых клеток являются термоизоляция тела, а также защита внутренних органов от травм и ударов. Они принимают также участие в метаболизме организма . Они переваривают, в частности, глюкозу, аминокислоты и липиды. Отвечают за регулировку ответной реакции организма, принимая участие в стимулировании иммунной системы .

Выделяют два типа жировой ткани: бурая и белая , иногда её называют желтой.

У женщин жир накапливается, в основном, на бёдрах, ягодицах и верхней части бедер. Представляет собой запас энергии (на период беременности и кормления).

В свою очередь, жир у мужчин присутствует, в основном, на животе и груди. Его избыток, который определяется как ожирение , не нужен мужскому организму, поэтому мужчинам легче от него избавиться.

Бурая жировая ткань

Бурая жировая ткань накапливается у человека, в основном, в неонатальном периоде, и со временем исчезает. Расположена она в области шеи, плеч и спины, между лопатками, на больших артериях и почках.

Её задачей является производство тепла из жира, который быстро разлагается. Она активируется при контакте с холодом .

Большее, чем обычно, количество бурой жировой ткани на шее можно наблюдать у взрослых, которые проживают в условиях низких температур, например, работают на открытом воздухе в зимний период.

Висцеральная жировая ткань

Висцеральная жировая ткань накапливается в брюшной полости. Она окружает внутренние органы, защищая их. Многие исследования показали, что с возрастом большее количество жира перемещается в живот, даже если в остальных частях тела он не прибывает. Содержание висцеральной жировой ткани выше у мужчин и у женщин в период менопаузы. Организм у дам в этом возрасте производит меньше женских половых гормонов.

Абдоминальное ожирение , связанное с повышенным количеством висцеральной ткани, может привести к гиперинсулинемии, инсулинорезистентности , снижению толерантности к глюкозе, и даже к сахарному диабету 2 типа и гипертонической болезни . Может быть связана также с повышенной склонностью к заболеваниям сердечно-сосудистой системы.

Висцеральная жировая ткань откладывается, как правило, в результате неправильных привычек в еде. К ним относятся: поедание фаст-фуда, большое количество сахара в рационе, нерегулярное употребление пищи, перекусы, а также употребление газированных напитков, сладких соков, алкоголя и отсутствие физической активности. Неблагоприятно влияет оказывает употребление пищи в поздние вечерние часы , потому что ночью выделяется меньше ферментов и гормонов, необходимых для пищеварения. Из-за этого отложение жировой ткани ускоряется.

Белая жировая ткань

Белая жировая ткань белая, на самом деле имеют желтый цвет. Её клетки содержат липиды, а точнее триглицериды . Они поставляются, в основном, из пищи. Выполняет функцию накопителя энергии и смягчения ударов. С этой целью присутствует, в частности, вокруг почек, в ступнях и в глазницах.

Белая жировая ткань, благодаря наличию капилляров кровеносных сосудов, транспортирует норадреналин. Этот гормон стимулирует попадание жира в кровь. Кроме того, белая жировая ткань содержит рецепторы гормонов, которые собирают и выпускают жир. К ним относятся инсулин , гормон роста и гормоны щитовидной железы , а также норадреналин.

Жировая ткань – как рассчитать

Для этого нужны только две переменные: масса тела и объем талии, то есть обхват талии. Процентное содержание жировых клеток в теле можно вычислить используя формулу. Он отличается в зависимости от пола. Для мужчин выглядит следующим образом:

YMCA =(1,634×A−0,1804×B−98,42)/(2,2×B×100)

Для женщин применяется следующий шаблон:

YMCA =(1,634×A−0,1804×B−76,76)/(2,2×B×100)

В обеих формулах А обозначает обхват талии в сантиметрах, а B – массу тела, выраженную в килограммах.

Бурый жир (Brown Adipose Tissue) обеспечивает термогенез или продукцию тепла за счёт сжигания жира. У людей с ожирением, как правило, содержится значительно меньшее количество бурого жира по сравнению с белым.

Его клетки обладают исключительной особенностью - они содержат очень много митохондрий (органелл, отвечающих за накопление энергии в клетке). В митохондриях клеток бурого жира есть особый белок UCP1, который мгновенно превращает жирные кислоты в тепло, минуя фазу синтеза АТФ.

Agelessteam.wordpress.com

В лаборатории жировые клетки были подвержены действию ирисина. Под его воздействием возросла активность другого белка, который превращал белый жир в бурый.

Бурый жир помогает телу сжигать как можно больше калорий, а не складирует их в качестве запасов в укромных местах на талии или в области бёдер.

Кроме того, бурый жир положительно влияет и на другие аспекты метаболического процесса: чувствительность к инсулину и толерантность к глюкозе. Именно эти процессы помогают предотвратить ожирение, диабет второго типа и сердечно-сосудистые заболевания.

Впервые превращение обычного жира в бурый после физических упражнений было замечено у мышей. Во время последнего исследования этот же эффект наблюдался у людей.

На этом выгоды от выработки организмом ирисина не заканчиваются. Учёные также выяснили, что при смешивании со стволовыми клетками в жировой ткани (молодые жировые клетки, не достигшие зрелого состояния) ирисин превращает её не в стандартную жировую ткань, а в нечто иное. Под воздействием гормона стволовые клетки становятся совершенно другим видом ткани, который уплотняет структуру и делает их более крепкими.

Ещё один интересный факт. В образце жировой ткани с добавлением ирисина количество стандартного белого жира на 20–60% меньше, чем в образце без добавления гормона. Стоит отметить, что опыты производились на образцах человеческой ткани, а не на самом человеке. Следующий шаг - повторить эксперимент на людях, чтоб окончательно подтвердить воздействие ирисина в реальной жизни, а не в лабораторных условиях.

Такое воздействие ирисина на наш организм можно считать дополнительным стимулом для тренировок, пусть данные исследований и не подтверждены на 100%. И пока доктор Янг с коллегами будет трудиться над доказательствами в стенах университета, мы можем продолжать работать над своим телом в спортивном клубе.

Также следует отметить, что ученые различают два вида термогенеза:

• Сократительный - для получения тепла используются сокращения скелетных мускулов, выражающиеся в дрожи и ознобе.
• Несократительный - в этом процессе активное участие принимает бурый жир.

Следует помнить, что организм часто специально увеличивает температуру тела, чтобы бороться с заболеваниями и если она не превышает 37.5 градусов, то лучше не пытаться ее сбивать. А сейчас давайте более подробно рассмотрим, какое значение имеет бурая жировая ткань в бодибилдинге.

Бурая жировая ткань - что это?

В нашем теле существует два вида жировых тканей: бурая и белая. Хотя сегодня ученые считают, что есть и третий вид, названный бежевым жиром, но о нем мы расскажем в конце этой статьи. Тот жир, с которым постоянно борется человечество, когда пытается худеть, является белым, и он достаточно хорошо изучен. Применительно к бурой жировой ткани этого сказать нельзя и информации о ней пока не столь много.

Безусловно, в человеческом организме нет ничего плохого и хорошего и по этой причине подобное деление весьма условно. Белая жировая ткань содержит в себе запасы энергии, а бурая при необходимости их сжигает. Кстати, бурый цвет он имеет по причине наличия в ней митохондрий.

Впервые бурая жировая ткань была обнаружена у животных и весьма развита у тех видов, которые зимой погружаются в спячку. Это связано с тем, что в этот период скорость метаболизма резко снижается и сократительный термогенез в таких условиях невозможен. Кроме этого бурый жир участвую и в процессе пробуждения животных от спячки, способствуя повышению температуры тела.

Ранее ученые были уверены, что бурый жир присутствует только в теле младенцев и благодаря ему ребенок может адаптироваться к новым условиям обитания вне утробы матери. У младенцев на бурый жир приходится около пяти процентов всей массы тела. Благодаря бурой жировой ткани ребенок в первое время после рождения может избежать гипотермии, а именно она является основной причиной смерти у недоношенных детей. Ученые определили, что благодаря большему количеству бурого жира, младенцы в меньшей степени восприимчивы к холоду, чем взрослые.

Мы уже говорили, что в бурой жировой ткани содержится много митохондрий, а также особое белковое соединение UCP1, способное быстро добывать из жирных кислот тепловую энергию, не задействуя для этого АТФ. Как известно, липиды, которые содержаться в жировых клетках являются запасным материалом для производства АТФ. Если младенцу необходимо согреться или требуется большое количество энергии для других целей, то бурая жировая ткань быстро окисляет жиры до состояния жирных кислот. После этого они благодаря UCP1 быстро преобразуются в энергию.

Все это приводит к стремительному сжиганию жира, и организм начинает стремительно худеть. Чтобы этот процесс продолжался постоянно, ребенок должен дышать и питаться. С возрастом этот механизм начинает работать не так эффективно. Примерно через 14 дней с момента рождения у ребенка уже активируется процесс сократительного термогенеза.

Однако бурый жир есть у взрослых людей, и при этом может быть активирован с помощью холода.

Эффективность бурого жира у взрослых людей

В организме взрослого человека содержится не более двух процентов бурого жира. В ходе экспериментов с участием животных было установлено, что при стимуляции симпатической нервной системой усиливается работоспособность жировой бурой ткани. Правда, для этого необходимо, чтобы соблюдалось два дополнительных условия. Во-первых, житные должны быть адаптированы к холоду, а во-вторых, необходимо воздействие на организм холода.

В ходе одного эксперимента было установлено, что бурый жир при активации способен тратить около 300 ватт энергии на каждый кило массы тела. Применительно к человеку весом в 80 кило, расход энергии составит 24 киловатта. Для сравнения, в состоянии покоя расходуется в среднем около одного киловатта.

Бурая жировая ткань способна очень активно сжигать жиры и во время этого процесса происходит окисление белых жировых клеток, после чего полученных жирные кислоты транспортируются в бурую жировую ткань. Ученые обнаружили, что термогенез, вызываемый бурым жиром обусловлен употреблением избыточной пищи.

В ходе исследования одна группы подопытных крыс питалась простым кормом, а второй давали вкусную пищу. В результате у представителей второй группы при потреблении на 80 процентов большего количества пищи, масса тела увеличилась примерно на четверть, что можно считать слабым показателем. Зато этих животных резко увеличилось потребление кислорода, а также примерно в три раза увеличились запасы бурого жира.

Сейчас ученые предполагают, что бурый жир обладает большим потенциалом и может стать весьма полезным для людей, страдающих диабетом и ожирением. В активном состоянии бурый жир способен сжигать большое количество жировых запасов организма увеличить потребление глюкозы, находящейся в крови. Также следует сказать, что у полных людей количество бурого жира меньше в сравнении с нормальным состоянием и его активность значительно ниже.

И в заключение несколько слов следует сказать о бежевом жире. Бежевая жировая ткань обладает теми же термогенными свойствами, что и бежевая. Ученые предполагают, что по своей функциональности бежевый жир располагается между белым и бурым. Вполне возможно, что взрослый человек обладает большим запасом бежевого жира, а не бурого. Вероятно, именно по этой причине на людей не действуют те стимуляторы, которые вызывают активацию бурой жировой ткани у животных.

Ученые продолжают исследования в этой области и возможно, что бурый жир, имеющийся в организме младенцев, с возрастом превращается в бежевый и необходимы особые стимуляторы, чтобы активировать рецепторы этой ткани.

Больше познавательной информации о бурой жировой ткани узнаете из этого видео: