Alterations in the thermogenetic mechanism during postnatal development: the dependence on environmental temperature conditions

Kurzfassung

Es werden zwei Modi der Thermogenese unterschieden: Muskelzittern und non-shivering Thermogenese (NST; chemische Thermogenese im eigentlichen Sinne). Der letztere Mechanismus ist stärker ausgeprägt bei kälteadaptierten Nagern und bei Neugeborenen zahlreicher Species, so auch beim menschlichen Neugeborenen. Ein für die NST bedeutsames Gewebe stellt das multiloculäre Fettgewebe („braunes“ Fettgewebe) dar. Untersuchungen zur Bestimmung der quantitativen Anteile der beiden Modi der Thermogenese im Verlaufe der Entwicklung des neugeborenen Meerschweinchens haben zu folgenden Ergebnissen geführt: (1) Bei einer Testtemperatur von 8° C beträgt der Anteil der NST beim neugeborenen Tier 90% der Gesamtthermogenese; letztere beträgt das 3- bis 4fache des Grundumsatzes und reicht aus, um die Rectaltemperatur der Tiere auf 39° C zu halten. Nach Blockade der NST tritt kräftiges Kältezittern auf: der Mechanismus des Kältezitterns ist ausgebildet, wird aber normalerweise nicht eingesetzt. Die Wärmebildungskapazität des non-shivering Mechanismus ist wesentlich größer als die des Kältezitterns. (2) Im Alter von 4 Wochen macht bei in Wärme aufgezogenen Tieren (30° C) der Anteil der NST nur noch weniger als 10 bis 15% aus, bei Tieren, die in Kälte (8° C) gehalten worden waren, jedoch noch 50%. (3) Beim neugeborenen Tier beträgt der Anteil allein des interscapularen multiloculären Fettgewebes über 2% der Körpermasse. Bei den in Kälte aufgezogenen Tieren bleibt die multiloculäre Struktur dieses Gewebes erhalten, die Masse des Gewebes fällt jedoch auf 0,7% ab. Bei Aufzucht in Wärme erfährt das interscapulare Fettgewebe innerhalb von 2 bis 4 Wochen eine vollständige Umwandlung in weißes Fettgewebe. Der Abbau der NST ist somit als Entwicklungsprozeß anzusehen, der durch niedere Umgebungstemperatur hintangehalten, aber nicht vollständig aufgehalten werden kann.

Summary

• 1. Cold-induced heat production, its mechanisms and modifications during postnatal development, has been studied in the guinea pig.

• 2. In the newborn guinea pig, exposed to a test temperature of 8° C, non-shivering thermogenesis (NST) accounts for at least 90% of the total cold-induced heat production; the latter makes up as much as 3 to 4 times basal metabolic rate and is sufficient to maintain colon temperature at the normal level of 39° C. After blockade of NST the animals displayed vigorous shivering, i. e. the shivering mechanism is already developed at the time of birth but is not used under normal conditions. The heat-forming capacity of the non-shivering mechanism is much larger than that of the shivering.

• 3. At the age of 4 weeks the proportion of NST was less than 10 to 15% in guinea pigs which had been reared in a warm environment (30° C), whereas in animals reared in the cold (8° C), it still amounted to 50%.

• 4. The newborn guinea pig possesses a large amount of multilocular adipose tissue (“brown fat“), which is an important site of NST. The multilocular structure in the interscapular fat pad was still present at the age of four weeks in the animals reared in the cold, whereas it had acquired the appearance of white fat in the animals reared in the warmth. Its percentage weight, however, was smaller in the “cold” group than in the newborn group.

• 5. According to these results, the process of replacement of non-shivering by shivering thermogenesis during postnatal development is to be thought of as a developmental process that can be retarded but not entirely inhibited by cold environmental conditions.