Fettgewebe – Arten, Funktion, Neubildung und Abbau

Weiße Fettzellen

Das weiße Fettgewebe (WAT, white adipose tissue) speichert in erster Linie Energiereserven in Form von Triglyzeriden. Diese werden in den Fettzellen (Adipozyten) gespeichert, sodass das Gewebe unter dem Mikroskop weiß-gelblich erscheint. Die Fettzellen unterliegen dabei einem stetigen Auf- und Abbau. Einzelne Fettzellen sterben ab (Nekrose) und werden durch neue ersetzt (Adipogenese). Welche Faktoren in der Kindheit und Jugend die Fettzellanzahl bestimmen, ist weitgehend unbekannt. Plausibel wären sowohl ein genetischer Einfluss als auch die Auswirkungen einer frühzeitigen Fehlernährung.

Zellpaket: Fettläppchen

Mehrere Fettzellen werden von Kollagenfasern zu einem Zellpaket zusammengebunden, von denen mehrere wiederum durch Bindegewebe zu größeren Fettläppchen zusammengefasst werden. Hierdurch gewinnt das Fettgewebe je nach Lokalisation an Festigkeit (z. B. Fußsohlen: hohe Festigkeit; Gesäß: geringe Festigkeit). Insbesondere im Bereich der Hüften und Oberschenkel sind diese Fettläppchen bei Frauen größer und lockerer als bei Männern.

Versorgung mit Nährstoffen

Neben den Adipozyten enthält das Fettgewebe weiterhin multipotente Stammzellen, Vorläuferzellen, Bindegewebszellen, Makrophagen und andere infiltrierte Immunzellen. Blut- und Lymphgefäße ermöglichen den Austausch von Nährstoffen, Hormonen und anderen vom Fettgewebe gebildeten Botenstoffen.

Lokalisation

In der Regel sind 80 % des Fettgewebes subkutan lokalisiert und etwa 20 % finden sich im Bauchraum und in der Nähe der großen Organe wie Herz, Leber und Nieren. Individuelle Unterschiede können nur durch bildgebende Verfahren sichtbar gemacht werden.

Das subkutane Fettgewebe (Unterhautfettgewebe) befindet sich unter der Haut und dient in erster Linie als Schutz vor Verletzungen und Temperaturschwankungen. Es ist metabolisch wenig aktiv und weist keinen Zusammenhang zur Insulinresistenz auf.

Das viszerale Fettgewebe – auch intraabdominales Fett oder Bauchfett genannt – findet sich größtenteils unter der Bauchmuskulatur in der Bauchhöhle und umgibt die inneren Organe. Der Hauptanteil umhüllt den Darm und das Gekröse. Kleinere Ansammlungen finden sich im Bereich der Nieren, um das Herz, den Magen und die Blutgefäße. Viszerales Fettgewebe unterscheidet sich in seiner Zelldynamik, endokrinen Funktion und Sensitivität gegenüber hormonellen Faktoren deutlich vom Unterhautfettgewebe.

Die Menge an viszeralem Fett korreliert unter anderem mit steigendem Körpergewicht und mit der Entwicklung einer Insulinresistenz [Thö 2002]. Es werden verstärkt Fettsäuren freigesetzt, die über die intestinalen Blutgefäße zur Pfortader und direkt zur Leber gelangen. Freie Fettsäuren spielen sowohl im Rahmen der Insulinresistenz als auch bei der Entstehung von Fettstoffwechselstörungen eine Rolle.

Braune Zellen mit Mitochondrien

Das braune Fettgewebe (BAT, brown adipose tissue) besitzt Fettzellen mit reichlich Mitochondrien („Zellkraftwerken“) und erscheint unter dem Mikroskop daher bräunlich. Braunes Fettgewebe findet sich vor allem bei Neugeborenen, bei denen es als Schutz vor Unterkühlung dient.

Wärmeproduktion

Braune Fettzellen verbrennen zur Wärmeproduktion freie Fettsäuren, anstatt diese – wie bei weißen Fettzellen – zu speichern. In anderen Geweben werden Glukose und Fettsäuren nur dann abgebaut, wenn die Zelle Energie benötigt. Ist das nicht der Fall, werden die Nährstoffe stattdessen als Energiereserven gespeichert. Im braunen Fettgewebe aber sind diese Mechanismen verändert. Der Nährstoffabbau läuft hier praktisch ins Leere und dient nur dem Zweck, die entstehende Wärme zu nutzen.

Abnahme bis zum Erwachsenenalter

Bis zum Erwachsenenalter nimmt die braune Fettmasse ab und verliert an Aktivität, da die Wärmeproduktion bei Kälte nun größtenteils durch Muskelzittern („Frieren“) gewährleistet wird. Erst neuere Untersuchungen zeigten, dass auch Erwachsene über eine mehr oder weniger ausgeprägte Restaktivität verfügen, deren Therapiepotenzial derzeit Gegenstand der Adipositasforschung ist.

„Brite“ Fettzellen

Neben den weißen und braunen Fettzellen gibt es eine weitere Art von Fettzellen. Diese verhalten sich im Basalzustand wie weiße Fettzellen, können aber nach thermogener Stimulation Eigenschaften der braunen Fettzellen annehmen. Sie werden daher beige oder brite (aus „brown“ und „white“ zusammengesetzt) bezeichnet. Beige Fettzellen sind somit ebenfalls in der Lage, Fettsäuren zur Wärmeproduktion zu verwerten.

Praktische Relevanz

Unklar ist noch, welche praktische Relevanz braune und beige Fettzellen beim Menschen – vor allem mit Blick auf Prävention und Therapie der Adipositas – besitzen. Nachgewiesen werden konnte bislang lediglich, dass es funktionstüchtige beige und braune Fettzellen beim Erwachsenen gibt. Inwiefern sich die Bildung dieser gezielt steuern lässt, ist unklar. Aus Tierstudien ist zwar bekannt, dass einige Substanzen wie Irisin und Retinoide oder Kältereize die Bildung beigefarbener und brauner Fettzellen fördern können. Therapeutische Erfolge blieben bisher jedoch aus.

Energiespeicher

Jede weiße Fettzelle kann Triglyzeride als Energiereserven speichern, sodass ein durchschnittlicher Mensch in Hungerperioden schätzungsweise einen Monat ohne Nahrung auskommen könnte. Je nach Körperkonstitution macht das Fettgewebe 10 % (Sportler) bis 50 % (Menschen mit Adipositas) des Körpergewichts aus.

Das Unterhautfettgewebe an Hüften und Gesäß sowie am Bauch sind die größten Fettdepots. Insbesondere auf die femoralen Depots greift der Körper erst bei extremen Energiedefiziten zurück, sodass eine Fettreduktion an dieser Stelle nur unter hohen Anstrengungen erreichbar ist. Zur kurzfristigen Energieversorgung der inneren Organe bei Nahrungsmangel dient in erster Linie das stoffwechselaktivere Bauchfett.

Isolier-, Schutz- und Stützmaterial

Aufgrund der schlechten Wärmeleitung dient insbesondere das Unterhautfettgewebe als Isolierschicht, die den Körper vor Auskühlung schützt. Als eine Art druckelastisches Polstermaterial fungiert es um Organe, an den Fußsohlen und an den Handinnenflächen als mechanischer Schutz. Zudem sind einige Organe wie beispielsweise die Nieren oder die Augen von einer Fettschicht umgeben, die diese in ihrer anatomischen Lage halten.

Hormonelle Regulation

Der Stoffwechsel der Fettzellen unterliegt weitgehend einer hormonellen Regulation, die vor allem den Auf- und Abbau von Triglyzeriden steuert. Daneben bildet das stoffwechselaktive viszerale Fettgewebe eine Reihe von Hormonen und Metaboliten, die in deren Gesamtheit als Adipokine bezeichnet werden.

Braunes Fettgewebe: Schutz vor Stoffwechsel-erkrankungen

Bei Untersuchungen mittels der Positronen-Emissions-Tomografie konnten Forscher beobachten, dass PatientInnen mit braunem Fettgewebe weniger an Diabetes mellitus litten (4,6 %) als untersuchte Personen ohne das aktive Fettgewebe (9,5 %). Ähnliches zeichnete sich für vorliegende Fettstoffwechselstörungen (18,9 % versus 22,2 %) und Herz-Kreislauf-Erkrankungen mit Vorhofflimmern (2,8 % versus 3,7 %), koronarer Herzkrankheit (3,1 % versus 5,0 %) oder auch Bluthochdruck (26,8 % versus 29,6 %) ab. Die Effekte waren bei bestehendem Übergewicht stärker ausgeprägt als bei Normalgewichtigen [Bec 2021].

Das bestärkt die Annahme, dass Menschen mit braunem Fettgewebe einen gesünderen Stoffwechsel aufweisen als Menschen ohne das Wärme produzierende Fett. Möglicherweise reduziert es auch das Risiko für Folgeschäden bereits bestehender Stoffwechselerkrankungen.

Speicherung als Triglyzeride

Obwohl Fettzellen in der Lage sind, Fettsäuren aus Glukose aufzubauen, stammt der Großteil der zum Fettaufbau herangezogenen Fettsäuren aus dem Blutkreislauf. Nur etwa 2 bis 4 % der Glukose aus der Nahrung werden aufgenommen. Fettsäuren aus der Nahrung werden im Fettgewebe mithilfe von Enzymen von ihren Transportern abgespalten und in die Zellen transportiert. Hier werden diese zu Triglyzeriden verknüpft und als Fette gespeichert.

Fördernde Faktoren

Dieser als Fettaufbau (Lipogenese) bezeichnete Prozess wird durch Insulin und insbesondere durch kohlenhydratreiche Mahlzeiten sowie durch Glukokortikoide stimuliert.

Hemmende Faktoren

Hemmend wirken neben zahlreichen metabolischen Faktoren (AMP-stimulierte Proteinkinase, Glukagon, Katecholamine, TNF-alpha) vor allem körperliche Aktivität und Fasten.

Anzahl und Größe der Fettzellen

Die Vergrößerung des Fettgewebes kann grundsätzlich durch zwei verschiedene Vorgänge definiert werden. Zum einen findet eine Vermehrung der Fettmasse durch einen Anstieg der Fettzellgröße statt. Zum anderen steigt bei andauerndem Überangebot an Energie und/oder Fettsäuren auch die Anzahl der Fettzellen. Welcher Vorgang wann und wo dominiert, ist noch Gegenstand der Forschung.

Leptin

Leptin gilt als Indikator für den Füllstand der Energiereserven. Große Adipozyten bilden größere Mengen des Hormons, kleinere Zellen entsprechend weniger, sodass der Blutspiegel den Umfang der Fettmasse widerspiegelt. Leptin passiert die Blut-Hirn-Schranke und hemmt im Gehirn die Freisetzung Hunger fördernder Substanzen bzw. aktiviert Neuronen, die zur Sättigung beitragen. Im Umkehrschluss wird bei geringen Fettreserven und entsprechend niedrigem Leptinspiegel die Nahrungsaufnahme gefördert. Sind die Leptinspiegel dauerhaft zu hoch, entwickelt sich eine sogenannte Leptinresistenz, die bei Menschen mit Adipositas gehäuft auftritt [Hen 2008]. In der Folge steigt das Hungergefühl schneller an, während das Sättigungsgefühl schneller nachlässt.

Adiponektin

Im Gegensatz zu Leptin wird Adiponektin verstärkt von wenig gefüllten Fettzellen gebildet. Mit Zunahme der Fettmasse, insbesondere des viszeralen Fettgewebes, sinkt dessen Bildung. Menschen mit Adipositas weisen folglich geringere Spiegel im Blut auf als Menschen mit Normalgewicht. Mäusen, denen das Hormon intravenös verabreicht wurde, reagierten auf die Behandlung mit einem verstärkten Energieverbrauch und einer daraus resultierenden Gewichtsabnahme [Qi 2004].

Obwohl die genauen Wirkmechanismen von Adiponektin nach wie vor unklar sind, geht ein niedriger Adiponektinspiegel mit hohen Blutzucker- und Insulinspiegeln sowie mit einer verstärkten Insulinresistenz einher [She 2012]. Der Blutspiegel von Patienten mit Typ 2-Diabetes ist eher niedrig. Im Umkehrschluss senken höhere Adiponektinspiegel das Risiko für die Zuckerkrankheit [Hal 2004]. Der größere Einfluss des viszeralen Fettes auf die Adiponektinbildung liefert dabei einen wesentlichen Grund, warum gerade die Zunahme an Bauchfett mit der verstärkten Gefahr einer Insulinresistenz und daraus resultierenden metabolischen Auswirkungen einhergeht.

Entzündungsfaktoren

Mit zunehmender Fettmasse infiltrieren Immunzellen wie Makrophagen und Monozyten das Fettgewebe. Diese sezernieren eine Reihe von Entzündungsfaktoren, die das Risiko für verschiedene Stoffwechselerkrankungen und koronare Herzerkrankungen erhöht. Hierzu gehören beispielsweise TNF-alpha, Resistin oder Interleukin-6. Der genaue Stellenwert der einzelnen Faktoren in der Pathogenese oder auch der Therapie bei Übergewicht und Adipositas ist bislang nicht restlos geklärt und bedarf daher immer einer individuellen Betrachtung.

Fördernde und hemmende Faktoren

Beim Fettabbau (Lipolyse) spalten Enzyme in den Fettzellen die Fettsäuren ab, die anschließend aus den Fettzellen ausgeschleust werden. Stimuliert wird die Lipolyse vor allem durch Katecholamine wie Adrenalin und natriuretische Peptide. Der stärkste Hemmer der Lipolyse ist Insulin, wodurch sich vor allem kohlenhydratreiche Mahlzeiten negativ auf den Fettabbau auswirken.

Lokale Unterschiede

Das Ausmaß des Fettabbaus schwankt stark zwischen den einzelnen Fettgewebsarten. Während das viszerale Fett eine hohe Aktivität aufweist, nimmt diese vom Unterhaut- zum Fettgewebe an Hüften und Gesäß hin ab. Insbesondere bei Frauen ist der Fettabbau hier schwach, sodass eine Fettreduktion an diesen Stellen nur sehr langsam vonstattengeht.

Größe und Anzahl der Fettzellen

Eine Reduktion des Körpergewichts hat fast immer auch eine Abnahme der durchschnittlichen Fettzellgröße zur Folge. Die Anzahl der Fettzellen hingegen ist weitaus stabiler. Da die Fettzellen des viszeralen Fettgewebes mit am größten sind, vermindert sich dieser Fettanteil folglich am schnellsten.