Vatsaontelon sisäisessä rasvakudoksessa insuliinistimuloitu glukoosin soluunotto on vain noin 40 % pienempää kuin luustolihaksissa (Virtanen ym. 2005). Tämä vahvistaa sitä, että
luustolihasten rinnalla rasvakudoksella on tärkeä rooli glukoosin käytössä. Huomattavaa on myös se, että vertaillessa insuliinistimuloitua rasvasolua ja lihassolua, rasvasolu käyttää glukoosia tehokkaasti, vaikka rasvapisarat vievät suurimman osan sen soluvolyymista (> 90 %) (Virtanen ym. 2005). Tämän perusteella rasvasolun glykolyyttinen kyky
entsyymikonsentraatioiden ja/tai -aktiivisuuden osalta on tehokkaampi kuin lepotilassa olevan lihaksen.
2.4 Lihavuuden vaikutus ruskean rasvakudoksen toimintaan
Ruskeaa rasvakudosta on talvehtivilla jyrsijöillä ja imeväisikäisillä lapsilla, joilla se edesauttaa elimistön ydinlämpötilan tasapainoa (Enerbäck 2010, Fenzl ja Kiefer 2014). Aktivoitunut ruskea rasvakudos käyttää lämmöntuotantoon glukoosia ja vapaita rasvahappoja (Virtanen ja Nuutila 2015). Ruskean rasvakudoksen kyky vapauttaa energiaa lämpönä on herättänyt tutkijoiden kiinnostuksen sen mahdollisten vaikutusten insuliiniherkkyyden, glukoosiaineenvaihdunnan ja energiatasapainon suhteen, mitä mahdollisesti voitaisiin hyödyntää diabeteksen hoidossa ja painonhallinnassa (Chondronikola ym. 2014, Ravussin ja Galgani 2011, Virtanen ja Nuutila 2015).
2.4.1 Ruskean rasvakudoksen rakenne ja toiminta
Ruskeat rasvasolut kehittyvät dermatomista lähtöisin olevista prekursori- eli esiastesoluista, jotka voivat myös kehittyä lihassoluiksi riippuen transkriptiotekijä Myf5:stä (Harms ja Seale 2013). Alkulähtökohtansa perusteella ruskean rasvasolun kehitys muistuttaa enemmän
luustolihaskudoksen kuin valkoisen rasvakudoksen solukehitystä (Billon ja Dani 2012, Hansen ja Kristiansen 2006, Kajimura ym. 2010). Ruskea rasvakudos on hapettumiskapasiteetiltaan
tehokasta kudosta, ja valkoiseen rasvakudokseen verrattuna sen verisuonitus ja hermotus on merkittävämpää, mikä tukee sen roolia energia-aineenvaihdunnassa (Gunawardana 2014).
Ruskean rasvasolun solurakenne poikkeaa valkoisesta rasvasolusta. Suurien, ja lukumäärältään vähäisempien yksilokeroisten rasvapisaroiden sijaan ruskeassa rasvasolussa on useita pieniä monilokeroisia rasvapisaroita ja suuri määrä mitokondrioita, joiden sisäkalvosta on voimakkaasti poimuttunut, poimujen (kristojen) määrä on suuri ja tiivis sijainti lisää toiminnalle oleellista pinta-alaa (Cinti 2012, Gunawardana 2014). Rasvapisaroiden pieni koko ja runsas määrä tarjoaa
suuren pinta-alan, jolloin lipolyysi on tehokasta ja vastaa hyvin aktivoituneiden mitokondrioiden rasvahappojen tarpeeseen (Virtanen ja Nuutila 2015). Aikuisilla ihmisillä on havaittu myös ruskeaa rasvakudosta, joka ei ilmennä Myf5:tä ja jonka solut kehittyvät rasvasolulinjasta.
Kyseiset solut esiintyvät valkoisen rasvakudoksen seassa, ja niitä kutsutaankin niin sanotuiksi brite-soluiksi (brown-in-white). Brite-soluja sisältävää valkoista rasvakudosta kutsutaan beigeksi rasvakudokseksi, ja sen aktivoinnissa nähdään terapeuttisia mahdollisuuksia (Wu ym. 2012).
Esimerkiksi jos lihavien ihmisten beigeä rasvakudosta pystyttäisiin aktivoimaan, voisi
mahdollisesti lisätä elimistön energiankulutusta ja lievittää rasva- ja glukoositasapainon häiriöitä.
Ruskean rasvakudoksen päätehtävä on termogeneesi, eli lämmöntuotto (Virtanen ja Nuutila 2015). Ihmiskehossa se sijaitsee lapaluiden välissä, kainaloissa, selkärangan vierellä, kaulalla, solisluiden alla ja rintakehän suurten verisuonten lähellä. Vastasyntyneillä ja pienillä lapsilla ruskealla rasvalla on tärkeämpi rooli lämmöntuotannossa kuin aikuisilla. Silloin kun lihakset eivät vielä kykene tuottamaan lämpöä, ruskea rasvakudos tuottaa lämpöä koko keholle. Aikuisilla ihmisillä ruskean rasvakudoksen vaikutus lämmöntuotantoon on lähinnä paikallista sen pienen määrän vuoksi. Vastasyntyneillä ruskean rasvakudoksen sijainti kehossa vaihtelee, ja suurin rasvakertymä sijaitsee lapaluiden päällä (Lidell ym. 2013). Lapsen lähtiessä liikkeelle ruskean rasvakudoksen määrä on pieni, mutta lapsuus- ja teini-iässä lihaskudoksen määrän kasvaessa myös ruskean rasvakudoksen määrä kasvaa samassa tahdissa (Virtanen ja Nuutila 2015).
Aikuisille tehdyssä akuutissa kylmäaltistuksessa solisluiden yläpuolisen ihon lämpötila ei laske samalla tavalla kuin perifeeristen alueiden iholla (Yoneshiro ym. 2011). Tämä viittaa siihen, että solisluiden lähellä sijaitsevan ruskean rasvakudoksen merkitys lämmöntuotannon kannalta voi olla merkityksellistä aivoihin kulkevan veren lämpötilan turvaamiseksi.
Ruskea rasvasolu kykenee vapauttamaan lämpöä mitokondrion sisäkalvolla toimivan irtikytkijäproteiini UCP1:n avulla (Feldmann ym. 2009, Virtanen ja Nuutila 2015). UCP1 mahdollistaa mitokondrion sisäkalvolla tapahtuvan ATP:ta tuottavan elektroninsiirtoketjun katkaisemisen, jolloin energiaa vapautuu lämpönä sen varastoinnin sijaan. Ruskean
rasvakudoksen runsaan sympaattisen hermotuksen vuoksi se kykenee tehokkaaseen
paikalliseen katekoliamiinien vapauttamiseen ja adrenergisvälitteisen signaalin seurauksena ATP:n tuotanto katkeaa (Virtanen ja Nuutila 2015). Solukehityksen ja rakenteen lisäksi myös ruskean rasvakudoksen herkkyys insuliinille muistuttaa lihaskudosta. Insuliinin vaikutuksesta sen glukoosinkäyttö kasvaa noin viisinkertaiseksi paastotilanteeseen verrattuna, mikä on
verrannollinen lihasten glukoosinkäyttöön (Orava ym. 2011). Ruskean rasvakudoksen
aktivoituessa sen rasvahappojen kulutus lisääntyy huomattavasti sekä solunsisäisistä lähteistä että muualta elimistön valkoisen rasvakudoksen varastoista lisääntyneen lipolyysin seurauksena (Virtanen ja Nuutila 2015).
Toiminnallisen ruskean rasvakudoksen tutkiminen ihmisellä on luotettavinta PET-kuvantamisen avulla. 18Fluorodeoksiglukoosia (18F-FDG) hyödyntävissä FDG-PET-kuvissa aktivoitunut ruskea rasvakudos näkyy merkkiainekertyminä, koska aktivoituneessa kudoksessa glukoosinkäyttö lisääntyy (Virtanen ja Nuutila 2015). Koska ruskean rasvakudoksen aineenvaihdunnallinen aktiivisuus on huoneenlämmössä samanlaista valkoisen rasvakudoksen kanssa, kuvantaminen edellyttää stimulaatiota, esimerkiksi kylmäaltistusta (Orava ym. 2011). Kylmäaltistuksessa ruskean rasvakudoksen aktivoituessa sen verenkierto lisääntyy kaksinkertaiseksi ja oksidatiivinen aineenvaihdunta lisääntyy merkittävästi (Ouellet ym. 2012). Kylmäaltistus vakioidaan esim. kylmäpeitteiden tai -puvun avulla, joiden sisällä kiertävää veden lämpötilaa voidaan säätää (Virtanen ja Nuutila 2015). Tutkimuksissa käytetyt keinot eroavat jossain määrin toisistaan. Virtanen ym. (2009) tutkimuksessa tutkittavat viettivät 2 tuntia kevyissä vaatteissa huoneessa, jonka lämpötila oli 17–19 °C. PET–CT-kuvauksen aikana tutkittavan jalka asetettiin ajoittain jääveteen (5–9 °C; vaihdellen 5 minuuttia vedessä ja 5 minuuttia poissa vedestä).
Lihasvärinä voi häiritä ruskean rasvakudoksen aiheuttaman lämmöntuotannon (non-shivering thermogenesis) tutkimista, mutta se ei vaikuta ruskean rasvakudoksen aineenvaihdunnan mittaustuloksiin (Virtanen ja Nuutila 2015). Magneettikuvaus (MK) ja magneettispektroskopia
(MRS) eivät aiheuta säderasitusta, joten niiden käyttö mahdollistaa useammat mittauskerrat ja lasten tutkimisen. Koska ruskea rasvakudos sisältää valkoista rasvakudosta vähemmän
solunsisäistä rasvaa ja enemmän vettä, tämä ilmenee MK:ssa ja MRS:ssä voimakkaampana veden ja heikompana rasvan signaalina, minkä vuoksi kudokset voidaan erottaa toisistaan. MK on hyvin toistettava menetelmä ja sitä voidaan todennäköisesti jatkossa hyödyntää myös laajemmissa tutkimuksissa ja seurantatutkimuksissa (Hu ja Kan 2013). Ruskean rasvakudoksen verenkierron lisääntymistä voidaan mitata kontrastiainetehosteisen perfuusiokuvantamisen avulla, mutta sen käyttöä rajoittaa ruskean rasvakudoksen pienet alueet (Virtanen ja Nuutila 2015).
2.4.2 Lihavuus ja ruskea rasvakudos
Ruskean rasvakudoksen aktiivisuus on käänteisesti yhteydessä painoindeksiin ja
rasvaprosenttiin (Saito ym. 2009, van Marken Lichtenbelt ym. 2009) ja sen kylmästimuloitu glukoosinkäyttö on lihavilla vain kolmannes siitä, mikä se on normaalipainoisilla (Orava ym.
2013). Sitä ei kuitenkaan tiedetä, heikentääkö pitkäaikainen lihavuus ruskean rasvakudoksen toimintaa, vai altistaako jokin muu esim. geneettinen tekijä ruskean rasvakudoksen toiminnassa lihavuuteen (Virtanen ja Nuutila 2015). Ruskea rasvakudos on myös yhdistetty normaaleihin veren glukoositasoihin ja sillä on mahdollisesti vaikutusta glukoosiaineenvaihduntaan (Matsushita ym. 2014, Ouellet ym. 2011). Tämä viittaa siihen, että ruskea rasvakudos voi
mahdollisesti suojata lihavuudelta ja diabetekselta (Chondronikola ym. 2014). Tutkittavilla, joilla on toiminnallista aktiivista ruskeaa rasvakudosta, kylmäaltistus lisää plasman glukoosin
hapettumista ja koko kehon herkkyyttä insuliinille, mikä antaa viitteitä aktiivisen ruskean rasvakudoksen ja glukoositasapainon yhteydestä. Aktiivisen ruskean rasvakudoksen
mahdollinen energiankulutuksen lisäys ei todennäköisesti olisi riittävän suuri painonpudotuksen kannalta lihavuuden hoidossa, erityisesti jos kyse on sairaalloisesta lihavuudesta (Virtanen ja Nuutila 2015). Sen sijaan ruskean rasvakudoksen aktivointia voitaisiin mahdollisesti hyödyntää pudotetun painon ylläpitämisessä.