Az energia leadás módjai és azok szabályzása

A hosszú távú energiaegyensúlyt nemcsak a kalória bevitel, hanem az energia leadás is befolyásolja. A szervezet energiát használ önmaga fenntartásához (alapanyagcsere, metabolikus ráta), a mozgáshoz, valamint madarakban és emlősökben a testhőmérséklet fenntartásához.

2.3.1. Az alapanyagcsere és szabályozása

Az életfunkciók (légzés, szívverés, izzadás, emésztés, stb.) fenntartásához a szervezet energiát használ, ezt az energia mennyiséget jelöli az alapanyagcsere. Mivel az alapanyagcsere teszi ki a napi energiafelhasználás legnagyobb részét, nagyban befolyásolja az energiaháztartás egyensúlyát (Sabounchi és mtsai 2013). Értékét a testsúly, a nem és az életkor is befolyásolja (Patil és Bharadwaj 2013).

11

Az alapanyagcsere szintje egyenes arányban áll a pajzsmirigy hormonok vérben keringő mennyiségével. Ezek a hormonok neuroendokrin szabályzás alatt állnak, mely szabályozókör a már említett hypothalamo-hypophysis-pajzsmirigy tengely. A kör kiindulási pontja a hypothalamuson belül a PVN TRH termelő sejtjei. Ezen sejtek axonjaiból felszabaduló TRH a portális keringésen keresztül fokozza az agyalapi mirigy elülső lebenyének tireoidea-stimuláló hormon (TSH) termelését. A szisztémás keringésen keresztül a TSH serkenti a pajzsmirigy tiroxin (T4) és trijód-tironin (T3) expresszióját és leadását (Nillni 2010). A TSH negatív visszacsatolás révén csökkenti a TRH, a pajzsmirigyhormonok pedig a TRH és a TSH termelődést. A pajzsmirigy hormonok megemelik a sejtek oxigén felvételét, gyorsítják a metabolizmusukat, és ezáltal fokozzák a szervezet hőtermelést is. Hideg hatására a pajzsmirigy a PVN-t elérő nyúltvelői katekolaminerg rendszeren (A1, A2 sejtcsoport) keresztül (2. A ábra) aktiválódik, ami segíti a hideghez való alkalmazkodást (Nillni 2010, Pacak és Palkovits 2001, Silva 2006). Ugyanakkor éhezés alatt a pajzsmirigy hormonok szintje csökken, az alapanyagcsere is redukálódik, ezzel rábírva a szervezetet az energiaraktárak takarékos kihasználására (Nillni 2010). A hízással ellentétes folyamat - a pajzsmirigy serkentése - indul be. A szignálok ilyenkor nagymértékben a humorális útvonalon, az ARC magon keresztül jutnak a PVN-be (2. A,B ábra) (Nillni 2010). Így nem meglepő, hogy a pajzsmirigy működésének zavaraival általában együtt jár az energiaháztartás és a testsúly változása is.

2.3.2. A hőszabályozás idegi mechanizmusai

Ha az állat hideg környezetbe kerül, hogy megtartsa a testhőmérsékletét, hőt termel, melegben pedig növeli a hőleadást. A hőszabályozás fő központjának a hypothalamus preopticus areáját (POA) tekintjük (Nagashima és mtsai 2000). Ezen az agyterületen találhatunk meleg, illetve hideg szignálokra érzékeny termoszenzitív neuronokat. Az előbbiek hatására a POA-ból kiinduló efferens pályáknak köszönhetően kitágulnak a bőr erei, megindul a nyál- és verejtéktermelés, melyek a párolgásnak köszönhetően elősegítik a szervezet hűtését (Morrison és Nakamura 2011), (Nagashima és mtsai 2000). Az utóbbiak hatására a szervezet megpróbál hőt termelni, illetve a hőleadását csökkenteni. Mivel kísérleteink során a testhőmérséklet emelésében résztvevő mechanizmusokat vizsgáltuk, így csak ezeket fogom részletezni dolgozatomban.

12

Hőtermelés történhet izom munkával, az állat helyváltoztató aktivitásával, vagy didergés (shivering) útján.

A másik lehetőség az úgynevezett „reszketésmentes” (non-shivering) hőtermelés (Nagashima és mtsai 2000). Ennek központja a barna zsírszövet (BAT), ami morfológiailag abban különbözik a fehértől zsírszövettől, hogy kis méretű lipid cseppekkel van kitöltve, és sok mitokondriumot tartalmaz (Morrison 2004), melyek a színét is adják. A mitokondriumok a sejt energiatermelő egységei. A tápanyaglebontásból keletkező szerves anyagok a sejtekben a biológiai oxidáció, másnéven sejtlégzés során szén-dioxidra és vízre bomlanak, a közben felszabaduló energia pedig ATP formájában raktározódik. Az ATP a sejtlégzés utolsó fázisában a terminális oxidációnak nevezett folyamat során a mitokondriumokban keletkezik. A BAT különlegessége, hogy itt a mitokondriumok egy speciális fehérjét tartalmaznak, az uncoupling protein-1 enzimet (UCP1), mely szét tudja kapcsolni az energiatermelést az ATP szintézistől, így az energia hő formájában felszabadul (Gianotti és mtsai 1998, Virtue és Vidal-Puig 2013). A BAT ereiben aktivált állapotában fellépő fokozott véráramlásnak köszönhetően az itt keletkező hő eloszlik a szervezetben (Cannon és Nedergaard 2004). Sokáig úgy gondolták, hogy a BAT-nek csak kisebb testű emlősökben (patkány, egér), illetve csecsemőkben van jelentősége (Cannon és Nedergaard 2004), de újabban kiderült, hogy jelentős aktív BAT mennyiség található

Mint már láttuk, a hypothalamus-hypophysis-pajzsmirigy útvonal fontos láncszeme az alapanyagcsere szabályzásának, és ismert, hogy a pajzsmirigyhormonok modulálni képesek a BAT hőtermelését is (Nillni 2010, Silva 2006). Ezenkívül több orexigén és anorexigén peptid is módosító tényezőként hat a hőtermelésre (Szekely és mtsai 2004).

Nagy általánosságban elmondható, hogy az anorexigén peptidek (pl.: CRH, TRH, oxitocin) fokozzák, míg az orexigének (pl.: NPY, orexin A) gátolják a termogenezist (Balasko és mtsai 1999, Chaves és mtsai 2013, Lechan és Fekete 2006, Solinas és mtsai 2006, Szekely és mtsai 2004). A fenti szabály alól kivételt képez az MCH, mely annak

13

ellenére, hogy orexigén hatású, emeli a testhőmérsékletet (Pereira-Da-Silva és mtsai 2003).

3. ábra: A hideg környezetben aktiválódó autonóm termoregulációs pályák. A bőrben lévő hidegérzékeny receptorok által közvetített információ a gerincvelő hátsó szarvában, majd a lateralis parabrachialis magban átkapcsolódva jut a preopticus area neuronjaihoz. Alapesetben ezek tónusos gátlás alatt tartják a dorsomedialis magban és a rostralis raphe pallidusban lévő célsejtjeiket. A hideg hatására a preopticus area sejtjei gátlódnak, a diszinhibíció révén pedig aktiválódnak a dorsomedialis mag és a rostralis raphe pallidus sejtjei. A rostralis raphe pallidus szimpatikus premotoros neuronokat tartalmaz, melyek az intermediolateralis sejtoszlopon keresztül a bőrfelszínhez közel futó erek összehúzódását váltják ki. A rostralis raphe pallidus egy másik neuronpopulációja hat a barna zsírszövetre, ezen sejtek axonjai szintén az intermediolateralis sejtoszlopon kapcsolnak át, de ezek az információt a dorsomedialis magon keresztül kapják, nem pedig közvetlenül a preopticus areából. Ugyanezen az útvonalon jut el az ingerület azokhoz a sejtekhez, melyek a medulla medialis premotoros neuronjaihoz projiciálnak, majd az elülső szarv alfa és gamma motoneuronjait hozzák ingerületbe, kiváltva ezzel a didergést.

LPB: lateralis parabrachialis mag, POA: preopticus area, DMH: dorsomedialis mag, IML:

intermediolateralis sejtoszlop, rRPa: rostralis raphe pallidus, BAT: barna zsírszövet. Az ábra (Morrison és Nakamura 2011) alapján.

14

A testhőmérséklet megtartásának másik módja a hőveszteség csökkentése. Ezt egyfelől a bunda borzolása révén (embernél a „libabőr”), annak megnövekedett hőszigetelő képességének köszönhetően történhet, vagy a bőrfelülethez közel futó erek összehúzódása által, ami főleg a végtagok és a vékony bőrrel fedett, szőrtelen testrészek esetében érvényesül (Nagashima és mtsai 2000). Mind a BAT, mind pedig az erek szimpatikus beidegzés alatt állnak (Morrison és Nakamura 2011).

A bőrben lévő hidegérzékeny receptorok által közvetített információ a gerincvelő hátsó szarvában, majd a lateralis parabrachialis magban átkapcsolódva jut a POA GABAerg interneuronjaihoz (3. ábra). Alapesetben ezek tónusos gátlás alatt tartják a DMH-ban és a rostralis raphe pallidusban (rRPa) lévő célsejtjeiket. A hideg hatására a POA GABAerg sejtjei gátlódnak, így a diszinhibíció révén aktiválódnak a DMH és a rRPa sejtjei. A rRPa szimpatikus premotoros neuronokat tartalmaz, melyek az intermediolateralis sejtoszlopon (IML) keresztül a bőrfelszínhez közel futó erek összehúzódását váltják ki, csökkentve a bőr keringését és ezáltal a hőleadást (Baffi és Palkovits 2000, Bratincsák és Palkovits 2004, Morrison és Nakamura 2011) (3. ábra). A rRPa egy másik neuronpopulációja hat a BAT-re, ezen sejtek axonjai is az IML-on kapcsolnak át, de ezek az információt a DMH-on át kapják, nem pedig közvetlenül a POA-ból, mint az erek összehúzódását stimuláló sejtcsoport esetében (Nagashima és mtsai 2000). Ugyanezen az útvonalon jut el az ingerület azokhoz a sejtekhez, melyek a medulla medialis premotoros neuronjaihoz projiciálnak, majd az elülső szarv alfa és gamma motoneuronjait hozzák ingerületbe, kiváltva ezzel az izmok ritmikus összehúzódását, vagyis a didergést (Morrison és Nakamura 2011), (3. ábra).