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Thermoregulation: Heizen, ohne zu zittern

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Säugetiere verwenden viel Energie darauf, ihre Körpertemperatur auch bei frostigen Außentemperaturen konstant zu halten: Sie leisten sich zum einen ihr braunes Fettgewebe als heizende und isolierende Unterwäsche und produzieren – wenn das nicht reicht – zudem Abwärme durch das Zittern ihrer Muskulatur. Allerdings müssten die Muskeln eigentlich gar nicht zittern, um heiß zu werden, melden nun Zellbiologen um Muthu Periasamy von der Ohio State University nach ihren Experimenten an Mäusen.

Die Forscher haben die Rolle der Muskeln als Notfallheizung zunächst an Mäusen untersucht, denen braunes Fettgewebe fehlt. Trotzdem können auch solche Nager ihre normale Körpertemperatur bei niedrigen Temperaturen von 4 Grad Celsius durch verstärktes Muskelzittern aufrechterhalten. Das Zittern selbst ist dafür allerdings gar nicht nötig, wie die Forscher weiter herausfanden, nachdem sie auch die Muskelkontraktion durch einen muskelrelaxierenden Wirkstoff unterbanden. Dabei sank die Körpertemperatur dann zwar etwas, nicht aber so stark wie erwartet – ein weiterer Mechanismus muss demnach als Heizung einspringen.

Als Ursache erkannten die Forscher einen Wärme erzeugenden Leerlaufmechanismus, der in den Muskelzellen auch abläuft, wenn sie sich nicht kontrahieren. Im Zentrum dieses Stoffwechselprozesses steht der Regulator Sarcolipin (Sln), ein Molekül, das die Kalzium-ATPase-Pumpe des Sarcoplasmatischen Reticulums (SpR) der Muskelzellen reguliert. Im Normalfall schüttet das SpR unter Energieverbrauch Kalziumionen aus, um eine Muskelkontraktion herbeizuführen; Sln entkoppelt diesen Vorgang aber von der tatsächlichen Kontraktion und sorgt dafür, dass sich der Energie verbrauchende Vorgang ständig im Leerlauf wiederholt und dabei Hitze erzeugt, ohne die Muskelfasern zu bewegen.

Dieser Prozess ist als Heizmechanismus offenbar von bisher unterschätzter großer Bedeutung, so die Forscher: Mäuse können Kältephasen selbst dann überdauern, wenn ihre Fettschicht fehlt und ihr Muskelzittern blockiert ist – ist aber zusätzlich Sln dysfunktional, so sterben sie bald an Unterkühlung. In gesunden Tieren dient der Sln-abhängige zitterfreie Leerlaufmechanismus im Muskel übrigens wohl auch zum Verbrennen überschüssiger Energie in Zeiten reichlichen Nahrungsangebots, spekulieren Periasamy und Kollegen: Reichlich ernährte Tiere ohne Sln neigen dazu, rasch Übergewicht anzusetzten.

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