間接熱量測定、赤外線サーモグラフィ、および血糖値の組み合わせを使用して、ヒトの褐色脂肪組織の熱発生を測定します

ここに示した方法は、ヒトのBAT熱発生を測定するための技術的に単純で安全で費用効果の高いプロトコルです。このプロトコルは、IRTをエネルギー消費(EE)と基質利用の両方の測定値と相関させることにより、皮膚の血流の変化による局所的な温暖化と熱発生によるより深い温暖化を区別するためにIRTを単独で使用することの信頼性に関連する懸念に対処します。この技術は電離放射線を使用しないため、PETイメージング技術では不可能な繰り返し測定分析が可能です。最後に、PETイメージング技術はBAT活性化を識別できますが、このプロトコルが測定する生理学的結果(温度の上昇とEE)については報告しません。

ここに記載されているプロトコルの強みは、誘発BAT熱発生の結論を支持する4行の証拠があることです:(1)測定されたTscfの増加、変化したコア温度と隣接する参照領域にわたる安定した皮膚温度と並行して;(2)エネルギー消費の増加。(3)基板使用率の変化;(4)血糖値の低下。収束する観測はすべて、BAT熱発生の予測結果と一致しています。プロトコルの重要な部分は、介入前に炭水化物代謝を確保するための参加者の炭水化物負荷です。BAT熱発生は、RERの低下によって示されるように、基質代謝を炭水化物から遊離脂肪酸に切り替えます。BAT熱発生のための好ましい基質は遊離脂肪酸であるが、活性BATへのグルコースの有意な取り込みは十分に確立されている⁵、^6、7。したがって、BAT熱発生と同時に血糖値の低下が観察されます。絶食状態での基質利用率(RER)と血糖値の低下の相互シフトを観察することはできません。

以前の研究では、Tscfの増加(IRTによって測定)はBAT熱発生を結論付けるのに十分であると結論付けています。ただし、この結論は、Tscfがコア温度を超える場合にのみ確実です。Tscfがコア温度以下の場合、皮膚の血流の増加による局所的な温度変化を排除することはできません。系統的レビューでは、IRTだけでは鎖骨上皮膚温度の上昇がBAT熱発生によるものかどうかを判断することはできないと結論付けました³⁷。このレビューでは、最も一般的な方法(¹⁸F-FDG PET/CT)が^BAT37へのグルコースの取り込みを測定することが指摘された。しかしながら、BAT熱発生のための好ましい基質は脂肪酸¹³である。この方法論的な問題は、BAT熱発生によるエネルギー消費と基質利用の変化を示すことができないため、これらの測定値のいずれかだけではBATの真の代謝活性の適切な測定値ではないため、IRTデータの検証におけるPET / CTデータ間の意味のある比較を妨げます。それにもかかわらず、ここで説明するプロトコルを使用すると、温度の変化を定量化できるだけでなく、BAT熱発生の重要な生理学的結果であるエネルギー消費の増加を確認することもできます。IRTは、BAT熱発生に関連する温度および温度変化を測定するための非接触、非侵襲的、および比較的安価な方法です。対照的に、PET-CTは高価であり、個人を電離放射線にさらすため、臨床画像研究の小規模な後ろ向き分析へのこの方法の適用が制限されています。大規模な無作為化臨床試験への現在のプロトコルの適用は、比較的簡単で費用効果が高いでしょう。

カフェイン介入後の炭水化物酸化の減少は、介入によるBAT熱発生の増加の結果としての基質利用の切り替えによって説明できることに注意することが重要です。インスリンシグナル伝達の測定は、この研究の結果をより堅牢にします。しかし、カフェインがBATへの作用 を介して インスリンシグナル伝達に影響を与えるかどうか、または血糖値の低下がBATがより多くのエネルギー基質を摂取した結果であるかどうかについては、この研究の結果に基づいて明らかではありません。

¹⁸F-FDG PET/CT法は、BATの生理活性を定量および測定するために使用する場合、特にBAT活性に対する栄養素または食事成分の影響を調査する場合、いくつかの固有の制限があります。¹⁸F-FDG PET / CT法では、筋肉組織による摂食誘発性のグルコース取り込みの増加を回避するために被験者を絶食させる必要があり、BATとBAT機能の両方の検出を大幅に減少させる可能性があります³⁸。さらに、この技術だけでは、BAT活性化の生理学的影響または程度を測定することはできません。さらに、PET画像研究における電離放射線の使用は、反復測定クロスオーバー研究を設計するための倫理的および健康と安全のハードルです。さらに、^18F-FDGはグルコース取り込みのみを表し、グルコース代謝の測定と同じではありません。BAT温度を測定する前に炭水化物負荷被験者を投与し、血糖値と間接熱量測定を組み合わせるこの方法により、絶食状態では利用できない熱発生と基質使用率の変化の生理学的影響を厳密に測定できます。

強みと限界
このプロトコルは、純粋にBATを研究するよりも広い意味を持ちます。介入前に炭水化物負荷参加者によって、炭水化物負荷とカフェイン介入の両方に応答する血糖値の振動、および基質利用の変化を観察することができます。したがって、この技術は、ヒトの間接熱量測定研究および代謝測定を改善するために使用することができる。この研究の結果が、寒冷暴露やアドレナリン作動性刺激などの他の介入後に再現できるかどうかはまだわかっていません。ただし、この研究の結果は、別の食事成分、つまり トウガラシ²⁷の介入後に再現されています。説明された技術を用いた介入の分析のための二重盲検アプローチを用いて結果に対するさらなる厳密さと信頼性を得ることができ、これは容易に実施することができた²⁷。

室温は参加者から参加者へと安定していたため、室温の変化の潜在的な混乱はこのプロトコルには関係ありません。さらに、呼吸ガス分析装置の校正中に湿度が考慮されました。これは、製造元の指示に従ってキャリブレーションが完了しているため、この機器のセットアップで推測されます。

測定と治療の時間間隔は、プロトコルのトラブルシューティングが行われた小規模なパイロット研究の後に決定されました。.基本的に、測定の時間間隔は、研究者が測定を実行するために必要な時間と参加者の快適さに基づいて決定されました。介入の時間は、介入が遊離脂肪酸酸化(すなわち、BAT熱発生)を増加させ、炭水化物酸化を低下させるかどうかを調べるために、炭水化物負荷後に炭水化物代謝が起こるのにかかった時間に基づいて決定されました。

特に、毛細血管と静脈の血糖値の間には違いがあります³⁹。しかしながら、院外ケアの文脈において、血糖値が測定される最も一般的な方法は、ハンドヘルドのポイントオブケアグルコ^{メーター40}によって分析された毛細血管起源の血液サンプルを介することである。さらに、非臨床設定における健康な個人(このプロトコルに含まれるものと同様)では、ポイントオブケアの毛細血管ベースのグルコ^{メーター41}を使用して測定した場合、毛細血管および静脈の血糖値の間に統計的に有意ではあるが臨床的に有意ではない差がある。これに関連して、市場で入手可能なほとんどのポイントオブケアグルコメーターが毛細血管血液サンプルを分析するように設計されているという事実のために、毛細血管サンプリングは依然として最適なアプローチであろう⁴¹。臨床的な観点からは、静脈血糖が優れた分析方法であると主張するかもしれません。ただし、静脈血サンプリングは高価であり、特殊な機器を必要とするだけでなく(同上)、侵襲的でもあります。プロトコル中の有害事象のリスクを高めるという倫理的考慮事項は、静脈血糖の代理尺度としての毛細血管血糖の高い相関と信頼性を示す報告された文献とバランスをとる必要があります⁴²。もちろん、ここで重要なのは、糖尿病の診断ではなく、毛細血管血糖モニタリングが適切なプロトコル以上の血糖値の変化を測定することに着手したことです。

グルコースは熱発生を誘発することができ、そして単一の食事はBAT⁴³を活性化することができる。しかし、むしろ重要なことに、この原稿に含まれるデータは、介入群またはプラセボ群におけるグルコース負荷の有意な影響を示さない。さらに、原稿に含まれるデータは、3回目の介入(トウガラシ年)を含むVan Schaikらの結果から導き出されたものであり、グルコース負荷は測定値に有意な影響をもたらさなかった²⁷。

このプロトコルは、低体脂肪で活動的なBATの男性参加者にのみ使用されていることに注意してください(制御可能な変数の数を減らすために、女性は研究から除外されました)。ヒトにおける肥満とBAT量との間には既知の逆相関がある⁴⁴。さらに、食事や運動によって体重が減った以前の肥満の人は、基礎代謝率が低く、通常の体重を維持するために低カロリーの食事を摂取しなければならないことが知られています^45,46。さらに、BAT活性はBAT増殖を刺激することができる⁸。ここで説明する方法は、他の技術では得られない方法で代謝性疾患に関連するBAT活性の変化を調査するための長期的な研究を可能にします。

結論
結論として、IRTと炭水化物負荷後の間接熱量測定を使用してヒト褐色脂肪組織の活動を定量化するための測定アプローチを示します。重要なステップには、1)BAT温度を測定する前に絶食状態にある参加者に炭水化物を負荷し、間接熱量測定と血糖値を組み合わせて、BAT熱発生の生理学的範囲と基質利用の変化を定量化できるようにします。2)関連するIRT BATデポと温度を基準点とコア温度から評価して、解剖学的位置に基づいてBAT活性化を示すTscfの増加を実証します。これらの定量的測定により、成人のエネルギー代謝と体温調節に対するBATの寄与をより正確に評価できると考えています。この徹底的なアプローチは、研究者がBAT生理学を研究するために使用され、将来のヒトBAT活性化アプローチを開発するための新しい標準として役立つはずです。