第263回 熱産生(体温)


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体内の熱産生を起こす諸因子

1.基礎代謝:
基礎代謝量の約60~70%は体温保持に必要な熱量で、残りが心肺活動や肝臓の循環器系活動、筋活動と内分泌系の神経活動です。基礎代謝の内訳は、骨格筋/脂肪組織/肝臓/脳/心臓/腎臓/その他で、基本的に老化に伴い代謝能力は低下しますが、現在の簡便な計測方法では体表面積(身長x体重)で算出されるので、大まかな参考値にしか過ぎません。
因みに、より正確な数値を求めようとするなら、「マスク等の器具を装着し、個々に測定した結果から推定する方法」、「二重標識水」、「チャンバーを使用する高解析ヒューマンカロリメーター」があります。

2.身体活動(生活活動+運動)

3.食事誘発性熱産生

4.EPOC(アフターバーン)

5.寒冷時に起こるふるえ熱産生と非ふるえ熱産生:
全ての恒温動物は、寒冷環境の中でも細胞機能や生理的プロセスを継続するため、体温維持のための熱産生を行っている。

ふるえ熱産生
ふるえによる熱産生は骨格筋の収縮の繰り返しによる熱産生であり、運動神経を介して調節される。

非ふるえ熱産生:
非ふるえ熱産生は代謝亢進による熱産生の増加のことである。
視床下部が低温を感知すると、交感神経活性化を介して、褐色および白色脂肪組織にノルアドレナリンが放出される。これがβ3アドレナリン受容体を活性化し、ノルアドレナリンは白色脂肪組織(WAT)で脂肪分解を起こすと同時に、褐色脂肪組織(BAT)で熱産生遺伝子(PPARγ-coactivator1a(Ppargc1a)、Ucp1、Acsl1)を活性化させる。Alternatively activated macrophages(AAM:代替活性化マクロファージ)はin vivo(生体内)で熱産生を調節している。インターロイキン-4(IL-4)はマクロファージを刺激し、発熱遺伝子発現、脂肪酸の動員エネルギー消費を増加させる。さらに、AAMによるノルアドレナリン分泌が寒冷ストレスに対する生体反応を調節していることも明らかになった。交感神経に加えて、AAMは第2の非ふるえ熱産生の調節回路を形成していると考えられる(英科学誌Nature. 480,104–108, Published online, Nov 20, 2011

6.直接的に熱を発生させるわけではありませんが、甲状腺ホルモン・黄体ホルモンなどにも代謝を亢進して熱の産生を促す作用がある。

骨格筋の熱産生とUCP3(Uncoupling protein=脱共役たんぱく質)
UCP3は骨格筋(速筋)のミトコンドリア内膜に特異的に発現し、ミトコンドリア内膜の脂肪酸の通過や活性酸素の除去などエネルギー代謝に重要な役割を果たしています。また褐色脂肪組織に存在し、脂肪代謝と熱産生の機能を有すUCP1と密接に関連していることが指摘されています。
骨格筋の熱は、激しい運動や重労働により筋が収縮するとき、安静時の約10倍以上の熱が産生されることは周知の事実でしたが、安静時に筋が熱を生産する仕組みは長い間謎でした。UCP-3は、その筋の熱産生に関係することが判りました。
ご参考までに、その他のUCP(脱共役たんぱく質)についても解説しておきます。

UCP1
褐色脂肪細胞に特異的に存在し、主な機能は脂肪燃焼と熱産生です。
交感神経の昂進→β3アドレナリン受容体の刺激は、即時的にUCP1熱産生を活性化すると同時に、T3などと協調してUCP1遺伝子発現促進、ミトコンドリア増生、褐色脂肪細胞増加を引き起こし、個体としての熱産生能力を高めてエネルギー消費を亢進させます。
また、白色脂肪細胞の中性脂肪の分解も促進するので、遊離した脂肪酸が褐色脂肪UCP1によって熱へと散逸されることになり、全体として体脂肪を減少させることになります。 
更に注目されるのは、通常は褐色脂肪細胞がほとんどなくとも、適当な刺激を与えると白色脂肪が褐色化しUCP1が発現して、エネルギー消費の亢進が可能となります。

UCP2
白色脂肪組織や骨格筋、脾臓、小腸など全身に幅広く存在します。
白色細胞におけるUCP2の主な生理的役割は、刺激によって中性脂肪を分解して脂肪酸を送り出すことです。白色細胞においてもある程度のアンカップリングによる熱産生を行ってはいますが、UCP1と同じような役割は殆ど期待出来ず、全身レベルでのエネルギー消費にはほとんどに寄与しません。

UCP4
脳にある神経細胞ニューロンに出ると言われていますが、確証はありません。

UCP5
どこまでアンカップリングのアクティビティを持っているのかということについては、人工的な系では証明されていますが、 in vivo(試験管内で人や動物の組織を用いて行う実験)や in vitro(マウス等の実験動物を用いて、生体内で実験)は進んでいません。

<追記>
白色脂肪は、皮膚の下なら殆ど全ての部位で蓄えられますが、褐色脂肪は、心臓・腎臓の周り・首周り・脇の下・肩甲骨の間と言った限られた場所にしか付きません。この為、褐色脂肪はとても量が少なく、大人では全部で40gくらいしかないのです。従って最近の研究では、ネズミのように体格に比べて褐色脂肪が多い動物はともかく、人間では褐色脂肪の働きはそれほど重要でないかもしれない、寧ろ別のタイプのUCP3を持つ骨格筋の働きの方が重要ではないかと言う説が有力視されています。このような中で、白色脂肪から褐色脂肪様が発生するとの新たな研究報告が発表されました。次回お話します。