استخدام مزيج من القياس الحراري غير المباشر والتصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء ومستويات الجلوكوز في الدم لقياس التوليد الحراري للأنسجة الدهنية البنية في البشر
Summary
هنا ، نقدم بروتوكولا لتحديد الأهمية الفسيولوجية لتأثير نشاط الأنسجة الدهنية البنية (BAT) على التمثيل الغذائي البشري. يتم تحقيق ذلك من خلال الجمع بين تحميل الكربوهيدرات وقياس السعرات الحرارية غير المباشرة مع قياسات التغيرات فوق الترقوة في درجة الحرارة. يمكن أن يساعد هذا النهج الجديد في تطوير هدف دوائي للتوليد الحراري BAT في البشر.
Abstract
في الثدييات ، يتم تنشيط الأنسجة الدهنية البنية (BAT) بسرعة استجابة للبرد من أجل الحفاظ على درجة حرارة الجسم. على الرغم من أن BAT قد تمت دراسته بشكل كبير في الحيوانات الصغيرة ، إلا أنه من الصعب قياس نشاط BAT في البشر. لذلك ، لا يعرف سوى القليل عن قدرة توليد الحرارة والأهمية الفسيولوجية لأفضل التقنيات المتاحة في البشر ، بما في ذلك الدرجة التي يمكن بها لمكونات النظام الغذائي تنشيط BAT. ويرجع ذلك إلى القيود المفروضة في الطريقة الأكثر استخداما حاليا لتقييم تنشيط الجلوكوز الموسوم إشعاعيا ل BAT (fluorodeoxyglucose أو 18FDG) الذي تم قياسه بواسطة التصوير المقطعي المحوسب بالإصدار البوزيتروني (PET-CT).
عادة ما يتم تنفيذ هذه الطريقة في الأشخاص الصائمين ، حيث تؤدي التغذية إلى امتصاص العضلات للجلوكوز ، مما قد يخفي امتصاص الجلوكوز في أفضل التقنيات المتاحة. تصف هذه الورقة بروتوكولا مفصلا لتحديد نفقات الطاقة البشرية في الجسم الكلي واستخدام الركيزة من التوليد الحراري ل BAT من خلال الجمع بين القياس الحراري غير المباشر والتصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء ومراقبة نسبة الجلوكوز في الدم لدى الذكور البالغين المحملين بالكربوهيدرات. لتوصيف الأهمية الفسيولوجية لأفضل التقنيات المتاحة ، فإن مقاييس تأثير نشاط أفضل التقنيات المتاحة على صحة الإنسان أمر بالغ الأهمية. نوضح بروتوكولا لتحقيق ذلك من خلال الجمع بين تحميل الكربوهيدرات وقياس السعرات الحرارية غير المباشرة مع قياسات التغيرات فوق الترقوة في درجة الحرارة. سيساعد هذا النهج الجديد على فهم فسيولوجيا وعلم الأدوية لتوليد الحرارة BAT في البشر.
Introduction
تختلف الأنسجة الدهنية البنية (BAT) بشكل ملحوظ عن الأنسجة الدهنية البيضاء (WAT) في محتواها من الميتوكوندريا ، والتعصيب الودي ، وقطرات الدهون متعددة العينين ، والقدرة على توليد الحرارة ، والتوزيع التشريحي. تم اعتبار BAT موجودا فقط عند الرضع والثدييات الصغيرة حتى تأكيد وجوده في البالغين من البشر في عام 20091،2،3. وهكذا ، حتى وقت قريب نسبيا ، كان دور BAT في علم وظائف الأعضاء البشرية والتوازن الأيضي غير مفهوم بشكل جيد. أظهرت الدراسات المكثفة التي أجريت على الحيوانات الصغيرة أنه أثناء التعرض للبرد ، يرجع أكثر من نصف عملية التمثيل الغذائي إلى القدرة الحرارية غير المرتعشة ل BAT4. أظهرت العديد من الدراسات أنه عند التعرض للبرد المعتدل (17-18 درجة مئوية) ، ترتبط الزيادات في إنفاق الطاقة وامتصاص الجلوكوز في BAT ارتباطا وثيقا بتوليد الحرارة BAT في البشر5،6،7. علاوة على ذلك ، يمكن أن يساهم التوليد الحراري BAT بما يصل إلى 10٪ من نفقات الطاقة أثناء الراحة لدى البشر أثناء التعرض للبرد (للمراجعة ، انظر Van Schaik et al.8). إن دراسة فسيولوجيا وتأثير أفضل التقنيات المتاحة على صحة الإنسان والمرض مقيدة حاليا بقيود البروتوكول. لذلك ، من الضروري أن يكون لديك طريقة دقيقة لقياس التأثير الأيضي الحقيقي ل BAT لفهم تأثير التوليد الحراري ل BAT بشكل أفضل على السمنة ومضاعفاتها الأيضية لدى البشر.
إن التوزيع التشريحي لأفضل التقنيات المتاحة للإنسان يجعل الحصول على قياسات دقيقة لأفضل التقنيات المتاحة أمرا صعبا. داخل البشر ، يتم توزيع BAT داخل مستودعات WAT في البطن والصدر ، وعلى الأخص الرقبة9. تم استخدام تشريح الجثة ودراسات الجثة لتوصيف BAT تشريحيا10,11 ، لكن هذه الطرق لا يمكنها توفير معلومات وظيفية. من الصعب التمييز بين BAT باستخدام تقنيات التصوير التقليدية بسبب الكثافات المماثلة ل WAT و BAT8. هناك مشكلة أخرى مربكة وهي أن مستودعات الدهون البيج تقع أيضا داخل نفس الطبقات الضيقة من اللفافة أو في مستودعات معينة مع WAT8 ، مما يجعل من الصعب التمييز باستخدام تقنيات التصوير التقليدية.
للتغلب على هذه المشكلة ، يتم قياس حجم BAT عادة من خلال الجمع بين التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) والتصوير المقطعي المحوسب (CT). يعد الجلوكوز التناظري 18 F-fluourodeoxyglucose (18F-FDG) هو المقتفي الأكثر شيوعا المستخدم لدراسة BAT 12. ومع ذلك ، فإنه يعاني من العديد من القيود ، مثل تعريض الأشخاص للإشعاع المؤين وكونه غازيا ومكلفا. بالإضافة إلى ذلك ، فإن أكبر قيد على 18F-FDG المقتفي هو أنه يقيس امتصاص نظير الجلوكوز ، وهو ليس مثاليا نظرا لأن الأحماض الدهنية الحرة هي الركائز المفضلة لتوليد الحرارةBAT 13. لا تقيس تقنية 18F-FDG PET / CT امتصاص الأحماض الدهنية الحرة كركيزة للتوليد الحراري ، وبالتالي لا تقيس الأهمية الفسيولوجية لتوليد الحرارة BAT. هناك تقنيات بديلة تستخدم لتقييم BAT البشري ، والتي تشمل قياس امتصاص الماء المسمى بالأكسجين -15 (15 O-O2) 14,11 C-acetate 15 ، وهو حمض دهني طويل السلسلة (18 F-fluoro-6-thia-heptadecanoic acid)16 ، أو adenosine 17 ، بالإضافة إلى التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي 18 والتصوير بالرنين المغناطيسي 19، لكنها لا تزال باهظة الثمن وتعرض الأشخاص للإشعاع المؤين. لذلك ، لا يوجد معيار ذهبي موثوق به وغير مكلف ، والأهم من ذلك ، آمن لتحديد كمية أفضل التقنيات المتاحة البشرية.
التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء (IRT) هو تقنية تصوير بديلة غير جراحية20,21 تقيس درجة حرارة الجلد التي تغطي مستودع BAT المعروف. في حين أن هذا يشير إلى زيادة إنفاق الطاقة ، إذا كانت درجة الحرارة المقاسة لا تتجاوز درجة الحرارة الأساسية ، فلا يمكن تحديد ما إذا كان التغير المقاس في درجة الحرارة هو ببساطة نتيجة لتغير تدفق الدم. علاوة على ذلك ، لا توفر الزيادة المقاسة في درجة الحرارة المحلية قيما لنفقات الطاقة المتغيرة ، والتي غالبا ما تكون نقطة النهاية المرغوبة. استخدم عدد من المجموعات البحثية IRT لقياس الزيادة في درجة الحرارة في مستودعات أفضل التقنيات المتاحة البشرية بعد تدخل الكافيين أو التحفيز البارد. هذا المستودع هو الحفرة فوق الترقوة22،23،24،25،26،27.
ومع ذلك ، ليس من الواضح ما إذا كان عمل الكافيين على BAT مباشرا أم بوساطة عبر الدوائر العصبية. هناك أدلة على أن الكافيين يحفز ميزات اللون البني في الخلايا الشحمية في المختبر22 ، وقد أظهر العمل السابق أن الكافيين (100 ملغ) يزيد من تقلب معدل ضربات القلب ، والذي قد يكون مؤشرا على زيادة في محرك العصب الودي بشكل منهجي في الجسم27. هذا يتماشى مع الأدلة في القوارض ، حيث يزيد الكافيين عبر الجهاز العصبي المركزي من توليد الحرارة دون تأثير ديناميكي ضارعلى القلب 28.
نظرا لأن الركيزة المفضلة للتوليد الحراري BAT هي الأحماض الدهنية الحرة المشتقة من الدهون الثلاثية13 ، وعزل BAT النشط الذي يدور الدهون للحفاظ على توليد الحرارة29 ، فإن مقاييس استخدام الركيزة مهمة في تقييم التنشيط الفسيولوجي ل BAT. نسبة التبادل التنفسي (RER) هي نسبة حجم الأكسجين المستهلك (V̇O 2) وثاني أكسيد الكربون المنتج (V̇CO2)30. يشير RER البالغ 0.7 إلى استقلاب الأحماض الدهنية ، ويشير RER البالغ 1.0 إلى استقلاب الكربوهيدرات31. لذلك ، فإن الدليل على تفضيل استخدام الأحماض الدهنية على زيادة نفقات الطاقة هو ارتباط رئيسي لتوليد الحرارة BAT.
بالإضافة إلى ذلك ، بالنظر إلى أن امتصاص الجلوكوز هو ارتباط معروف بنشاط BAT (انظر أعلاه) ، فإن انخفاض نسبة الجلوكوز في الدم بالتوازي مع التغير في استخدام الركيزة هي ارتباطات رئيسية لتوليد الحرارة BAT. أفادت الدراسات السابقة التي تستخدم القياس الحراري غير المباشر وحده ، أو مع تسجيل درجة الحرارة لدى الأفراد الصائمين ، عن تغيير طفيف أو معدوم في استخدام الركيزة32,33. نظرا لأن هذا من المحتمل أن يتم إخفاءه من خلال حالة الصيام (حيث يفضل التمثيل الغذائي قبل الامتصاص استخدام الدهون) ، فإننا نقترح الجمع بين IRT وقياس السعرات الحرارية غير المباشرة مع تحميل الكربوهيدرات.
تهدف هذه المقالة إلى توفير نهج خطوة بخطوة يمكن للباحثين السريريين استخدامه لتحديد الأهمية الفسيولوجية لأفضل التقنيات المتاحة في البشر بشكل موثوق ، والأهم من ذلك ، بأمان من خلال الجمع بين IRT وقياس السعرات الحرارية غير المباشر ومستويات الجلوكوز في الدم. من الأفضل استخدام هذه التقنية بعد أن يكون الأشخاص محملين بالكربوهيدرات ويتعرضوا إما لعوامل BAT الدوائية أو المحفزات البيئية. يمكن استخدام نتائج هذا النهج لدراسة نشاط أفضل التقنيات المتاحة ، واستخدام الركيزة ، وإنفاق الطاقة بعد تنشيط أفضل التقنيات المتاحة في موضوعات الدراسةالفردية 27.
Protocol
Representative Results
Discussion
الطريقة التي أظهرناها هنا هي بروتوكول بسيط تقنيا وآمن وفعال من حيث التكلفة لقياس التوليد الحراري BAT في البشر. يعالج البروتوكول المخاوف المتعلقة بموثوقية استخدام IRT بمفرده للتمييز بين الاحترار المحلي بسبب تغير تدفق الدم في الجلد والاحترار الأعمق بسبب توليد الحرارة من خلال ربط IRT بكل من مقاييس إنفاق الطاقة (EE) واستخدام الركيزة. نظرا لأن هذه التقنية لا تستخدم الإشعاعات المؤينة ، فإنها تسمح بتحليل المقاييس المتكررة ، وهو أمر غير ممكن مع تقنيات التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني. أخيرا ، في حين أن تقنيات التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني يمكنها تحديد تنشيط أفضل التقنيات المتاحة ، إلا أنها لا تبلغ عن النتائج الفسيولوجية (زيادة درجة الحرارة وكفاءة الطاقة) التي يقيسها هذا البروتوكول.
تكمن قوة البروتوكول الموصوف هنا في أن هناك أربعة خطوط من الأدلة التي تدعم استنتاج التوليد الحراري ل BAT المثار: (1) زيادة Tscf المقاسة ، بالتوازي مع درجة الحرارة الأساسية غير المتغيرة ودرجة حرارة الجلد المستقرة فوق المنطقة المرجعية المجاورة. (2) زيادة نفقات الطاقة ؛ (3) تغيير في استخدام الركيزة ؛ و (4) انخفاض في مستويات الجلوكوز في الدم. تتوافق جميع الملاحظات المتقاربة مع النتائج المتوقعة للتوليد الحراري ل BAT. الجزء الأساسي من البروتوكول هو تحميل الكربوهيدرات للمشاركين لضمان استقلاب الكربوهيدرات قبل التدخل. يحول التوليد الحراري BAT استقلاب الركيزة من الكربوهيدرات إلى الأحماض الدهنية الحرة ، كما يتضح من الانخفاض في RER. في حين أن الركيزة المفضلة لتوليد الحرارة BAT هي الأحماض الدهنية الحرة ، فإن الامتصاص الكبير للجلوكوز في BAT النشط راسخ5،6،7. لذلك ، نلاحظ انخفاضا في مستويات الجلوكوز في الدم بالتزامن مع توليد الحرارة BAT. لن يكون من الممكن ملاحظة التحول المتبادل في استخدام الركيزة (RER) وانخفاض مستويات الجلوكوز في الدم في حالة الصيام.
وقد خلصت الدراسات السابقة إلى أن زيادة Tscf (المقاسة بواسطة IRT) كافية لاستنتاج توليد الحرارة BAT. ومع ذلك ، فإن هذا الاستنتاج مؤكد فقط إذا تجاوز Tscf درجة الحرارة الأساسية. إذا كان Tscf أقل من أو يساوي درجة الحرارة الأساسية ، فلا يمكن استبعاد التغير المحلي في درجة الحرارة بسبب زيادة تدفق الدم في الجلد. خلصت مراجعة منهجية إلى أن IRT وحده غير قادر على تحديد ما إذا كانت الزيادات في درجة حرارة الجلد فوق الترقوة ناتجة عن التوليد الحراريBAT 37. لاحظت المراجعة أن الطريقة الأكثر شيوعا (18F-FDG PET / CT) تقيس امتصاص الجلوكوز في BAT37. ومع ذلك ، فإن الركيزة المفضلة لتوليد الحرارة BAT هي الأحماض الدهنية13. تمنع هذه المشكلة المنهجية أي مقارنة ذات مغزى بين بيانات PET / CT في التحقق من صحة بيانات IRT ، حيث أن أيا من هذه المقاييس وحدها ليست مقياسا مناسبا للنشاط الأيضي الحقيقي ل BAT لأنها لا يمكن أن تشير إلى التغيير في نفقات الطاقة واستخدام الركيزة بسبب التوليد الحراري BAT. ومع ذلك ، مع البروتوكول الموضح هنا ، لا يمكننا فقط تحديد التغير في درجة الحرارة ، ولكن يمكننا أيضا تأكيد زيادة في إنفاق الطاقة – وهي نتيجة فسيولوجية رئيسية لتوليد الحرارة BAT. IRT هي طريقة غير ملامسة وغير جراحية وغير مكلفة نسبيا لقياس تغيرات درجة الحرارة ودرجة الحرارة المرتبطة بالتوليد الحراري BAT. في المقابل ، فإن PET-CT مكلف ويعرض الأفراد للإشعاع المؤين ، مما يحد من إمكانية تطبيق هذه الطريقة على التحليلات الاستعادية الصغيرة لدراسات التصوير السريري. سيكون تطبيق البروتوكول الحالي على التجارب السريرية العشوائية واسعة النطاق بسيطا نسبيا وفعالا من حيث التكلفة.
من المهم ملاحظة أن الانخفاض في أكسدة الكربوهيدرات بعد تدخل الكافيين يمكن تفسيره من خلال التبديل في استخدام الركيزة نتيجة لزيادة توليد الحرارة BAT بسبب التدخل. إن مقاييس إشارات الأنسولين ستجعل نتائج هذه الدراسة أكثر قوة. ومع ذلك ، ليس من الواضح بناء على نتائج هذه الدراسة ما إذا كان الكافيين سيؤثر على إشارات الأنسولين من خلال العمل على BAT أو ما إذا كان الانخفاض في نسبة الجلوكوز في الدم نتيجة لامتصاص BAT لمزيد من ركائز الطاقة.
تحتوي طريقة 18F-FDG PET / CT على العديد من القيود المتأصلة عند استخدامها لتحديد وقياس النشاط الفسيولوجي لأفضل التقنيات المتاحة ، خاصة عند التحقيق في تأثير العناصر الغذائية أو المكونات الغذائية على نشاط BAT. تتطلب طريقة 18F-FDG PET / CT صيام الأشخاص لتجنب الزيادات التي يسببها التغذية في امتصاص الجلوكوز من قبل الأنسجة العضلية ، والتي يمكن أن تقلل بشكل كبير من اكتشاف كل من وظيفة BAT وBAT 38. علاوة على ذلك ، لا يمكن لهذه التقنية وحدها قياس التأثير الفسيولوجي أو مدى تنشيط BAT. بالإضافة إلى ذلك ، يعد استخدام الإشعاع المؤين في دراسات التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني عقبة أخلاقية وصحية وأمنية لتصميم الدراسات المتقاطعة ذات التدابير المتكررة. بالإضافة إلى ذلك ، يمثل 18F-FDG امتصاص الجلوكوز فقط ، وهو ليس مثل قياس استقلاب الجلوكوز. تسمح لنا طريقة تحميل الكربوهيدرات هذه قبل قياس درجة حرارة BAT والجمع بين مستويات الجلوكوز في الدم وقياس السعرات الحرارية غير المباشر بقياس التأثير الفسيولوجي لتوليد الحرارة واستخدام الركيزة المتغيرة بدقة ، والتي لن تكون متاحة في حالة الصيام.
نقاط القوة والقيود
هذا البروتوكول له آثار أوسع من مجرد دراسة أفضل التقنيات المتاحة. من خلال المشاركين الذين يقومون بتحميل الكربوهيدرات قبل التدخل ، يمكن ملاحظة تذبذب مستويات الجلوكوز في الدم استجابة لكل من تحميل الكربوهيدرات وتدخل الكافيين ، وكذلك التغيرات في استخدام الركيزة. لذلك ، يمكن استخدام هذه التقنية لتحسين دراسات قياس السعرات الحرارية البشرية غير المباشرة والتدابير الأيضية. لم يعرف بعد ما إذا كان يمكن تكرار نتائج هذه الدراسة بعد تدخلات أخرى ، مثل التعرض للبرد أو التحفيز الأدرينالي. ومع ذلك ، فقد تم تكرار نتائج هذه الدراسة بعد التدخل بمكون غذائي مختلف ، وهو الفليفلة السنوية27. يمكن الحصول على مزيد من الدقة والثقة في النتائج باستخدام نهج مزدوج التعمية لتحليل التدخلات باستخدام التقنيات الموصوفة ، ويمكن تنفيذ ذلك بسهولة27.
الخلط المحتمل لدرجة حرارة الغرفة المتنوعة غير ذي صلة في هذا البروتوكول ، حيث تم الحفاظ على درجة حرارة الغرفة مستقرة من مشارك إلى مشارك. بالإضافة إلى ذلك ، تم أخذ الرطوبة في الاعتبار أثناء معايرة محلل غازات الجهاز التنفسي. يتم الاستدلال على ذلك في إعداد هذه القطعة من المعدات ، حيث يتم الانتهاء من المعايرة وفقا لتعليمات الشركة المصنعة.
تم تحديد الفترات الزمنية للقياس والعلاج بعد دراسة تجريبية صغيرة تم فيها إجراء استكشاف الأخطاء وإصلاحها للبروتوكول. بشكل أساسي ، تم تحديد الفترات الزمنية للقياس بناء على الوقت اللازم للباحث لإجراء القياسات ولراحة المشارك. تم تحديد وقت التدخل بناء على الوقت المستغرق لحدوث استقلاب الكربوهيدرات بعد حمل الكربوهيدرات للتحقق مما إذا كان التدخل قد زاد من أكسدة الأحماض الدهنية الحرة (أي التوليد الحراري BAT) وخفض أكسدة الكربوهيدرات.
والجدير بالذكر أن هناك اختلافات بين مستويات الجلوكوز الشعري والوريدي39. ومع ذلك ، في سياق الرعاية خارج المستشفى ، فإن الطريقة الأكثر شيوعا لقياس مستويات الجلوكوز في الدم هي عن طريق عينة دم من أصل شعري تم تحليلها بواسطة جهاز قياس السكر في نقطة الرعاية40. بالإضافة إلى ذلك ، في الأفراد الأصحاء (على غرار تلك المدرجة في هذا البروتوكول) في بيئة غير سريرية ، هناك فرق ذو دلالة إحصائية ، ولكن ليس ذا دلالة سريرية ، بين مستويات الجلوكوز في الدم الشعري والوريدي عند قياسه باستخدام مقياس السكر القائم على الشعيرات الدموية في نقطة الرعاية41. في هذا السياق ، سيظل أخذ العينات الشعرية هو النهج الأمثل نظرا لحقيقة أن معظم أجهزة قياس السكر في نقاط الرعاية المتوفرة في السوق مصممة لتحليل عينات الدم الشعرية41. من منظور سريري ، يمكن القول أن جلوكوز الدم الوريدي هو الطريقة الأفضل للتحليل. ومع ذلك ، فإن أخذ عينات الدم الوريدي ليس مكلفا فحسب ويتطلب معدات متخصصة (المرجع نفسه) ، ولكنه أيضا غازي. يجب موازنة الاعتبارات الأخلاقية لزيادة خطر الأحداث الضائرة أثناء البروتوكول مع الأدبيات المبلغ عنها التي تظهر الارتباط العالي والموثوقية لجلوكوز الدم الشعري كمقياس بديل لجلوكوز الدم الوريدي42. المفتاح هنا ، بالطبع ، هو أننا لم نشرع في تشخيص مرض السكري ولكن لقياس التغيرات في مستويات الجلوكوز في الدم ، والتي تعد مراقبة نسبة الجلوكوز في الدم الشعرية أكثر من بروتوكول مناسب لها.
يمكن أن يحفز الجلوكوز توليد الحرارة ، ويمكن للوجبات الفردية تنشيط BAT43. ومع ذلك ، والأهم من ذلك ، أن البيانات المدرجة في هذه المخطوطة لا تظهر أي تأثير كبير لتحميل الجلوكوز في مجموعة التدخل أو مجموعة الدواء الوهمي. علاوة على ذلك ، تم اشتقاق البيانات المدرجة في المخطوطة من نتائج Van Schaik et al. ، والتي تضمنت تدخلا ثالثا (الفليفلة السنوية) ، ولم ينتج عن حمل الجلوكوز تأثير كبير على التدابير27.
وتجدر الإشارة إلى أن هذا البروتوكول قد استخدم فقط في المشاركين الذكور الذين يعانون من انخفاض الدهون في الجسم و BAT النشطة (لتقليل عدد المتغيرات التي يمكن التحكم فيها ، تم استبعاد الإناث من الدراسة). هناك علاقة عكسية معروفة بين السمنة وكتلة BAT في البشر44. بالإضافة إلى ذلك ، من المعروف أن الأشخاص الذين يعانون من السمنة المفرطة سابقا والذين فقدوا الوزن من خلال النظام الغذائي وممارسة الرياضة لديهم معدل أيض أساسي أقل ويجب أن يستهلكوا وجبات منخفضة السعرات الحرارية للحفاظ على الوزن الطبيعي45,46. علاوة على ذلك ، يمكن أن يحفز نشاط أفضل التقنيات المتاحة نمو أفضلالتقنيات المتاحة 8. ستسمح الطريقة الموضحة هنا بإجراء دراسات طويلة الأجل للتحقيق في التغيرات في نشاط BAT المرتبط بأمراض التمثيل الغذائي بطريقة لا توفرها التقنيات الأخرى.
استنتاج
في الختام ، نوضح نهج قياس لقياس نشاط الأنسجة الدهنية البنية البشرية باستخدام IRT وقياس السعرات الحرارية غير المباشرة بعد حمل الكربوهيدرات. تشمل الخطوات الحاسمة 1) تحميل الكربوهيدرات للمشاركين الذين هم في حالة صيام قبل قياس درجة حرارة BAT مع الجمع بين قياس السعرات الحرارية غير المباشرة ومستويات الجلوكوز في الدم للسماح بالقياس الكمي للمدى الفسيولوجي للتوليد الحراري BAT واستخدام الركيزة المتغيرة. 2) تقييم مستودعات IRT BAT ذات الصلة ودرجات الحرارة من نقطة مرجعية ودرجة الحرارة الأساسية لإثبات أي زيادة في Tscf من شأنها أن تكون مؤشرا على تنشيط BAT بناء على الموقع التشريحي. نعتقد أن هذه القياسات الكمية تسمح بإجراء تقييم أكثر دقة لمساهمة BAT في استقلاب الطاقة البشرية للبالغين والتنظيم الحراري. يجب استخدام هذا النهج الشامل من قبل الباحثين لدراسة فسيولوجيا BAT والعمل كمعيار جديد لتطوير مناهج تنشيط BAT البشرية في المستقبل.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نود أن نشكر جميع المتطوعين في الدراسة على مشاركتهم في دراستنا. تم دعم هذا العمل من قبل مبادرة أبحاث هولسورث ، وجامعة لا تروب ، ومعهد علوم الدفاع (DSI ، أستراليا).
Materials
| Automated Sphygmomanometer | Omron SEM-2 advanced, Omron, Kyoto, Japan | ||
| Dual-energy X-ray absorptiometry scanner | Hologic Horizon, Hologic Inc., Bedford, MA, USA | ||
| ECG electrodes | Ambu Blue Sensor R, Malaysia | ||
| Five lead ECG | Medilog AR12 plus; Schiller, Germany | ||
| FLIR E60 camera | FLIR Systems Australia, Melbourne , Australia | ||
| FLIR Research Studio Professional Edition | FLIR Systems Australia, Melbourne , Australia | ||
| Freestyle Optium Xceed | Abbott Diabetes Care, Alameda, Canada | ||
| Glucose Gel | Winners Sports Nutrition, Mt Martha, Victoria, Australia | ||
| MaskA cold-sterilized silicone mask | 7400 series Oro-Nasal Mask, Hans Rudolph | ||
| Medilog Darwin2 software | Professional; Schiller, Germany | ||
| Non-contact Infrared Thermometer | Berrcom, JXB-178, Guangdong, China | ||
| Optium Glucose Strip Xceed | Abbott Diabetes Care, Alameda, Canada | ||
| ParvoMedics TrueOne 2400 respiratory gas analyser | ParvoMedics Inc, East Sandy, UT, USA | ||
| Pre-sterilized Non-rebreathing Valve | Two-way non-rebreathing valve T-Shape configuration, 2600 Medium or 2700 Large, Hans Rudolph |
References
- Cypess, A. M., et al. Identification and importance of brown adipose tissue in adult humans. The New England. Journal of Medicine. 360 (15), 1509-1517 (2009).
- van Marken Lichtenbelt, W. D., et al. Cold-activated brown adipose tissue in healthy men. The New England Journal of Medicine. 360 (15), 1500-1508 (2009).
- Virtanen, K. A., et al. Functional brown adipose tissue in healthy adults. New England Journal of Medicine. 360 (15), 1518-1525 (2009).
- Abreu-Vieira, G., Xiao, C., Gavrilova, O., Reitman, M. L. Integration of body temperature into the analysis of energy expenditure in the mouse. Molecular Metabolism. 4 (6), 461-470 (2015).
- Orava, J., et al. Different metabolic responses of human brown adipose tissue to activation by cold and insulin. Cell Metabolism. 14 (2), 272-279 (2011).
- Chen, K. Y., et al. Brown fat activation mediates cold-induced thermogenesis in adult humans in response to a mild decrease in ambient temperature. Journal of Clinical Endocrinology Metabolism. 98 (7), 1218-1223 (2013).
- Ouellet, V., et al. Brown adipose tissue oxidative metabolism contributes to energy expenditure during acute cold exposure in humans. The Journal of Clinical Investigation. 122 (2), 545-552 (2012).
- Van Schaik, L., Kettle, C., Green, R., Irving, H., Rathner, J. Effects of caffeine on brown adipose tissue thermogenesis and metabolic homeostasis: A review. Frontiers in Neuroscience. 15, 54 (2021).
- Lee, P., et al. Temperature-acclimated brown adipose tissue modulates insulin sensitivity in humans. Diabetes. 63 (11), 3686 (2014).
- Heaton, J. M. The distribution of brown adipose tissue in the human. Journal of Anatomy. 112 (1), 35-39 (1972).
- Sievers, W., et al. Innervation of supraclavicular adipose tissue: A human cadaveric study. PLoS One. 15 (7), 0236286 (2020).
- Chondronikola, M., Beeman, S. C., Wahl, R. L. Non-invasive methods for the assessment of brown adipose tissue in humans. The Journal of Physiology. 596 (3), 363-378 (2018).
- Carpentier, A. C., et al. Brown adipose tissue energy metabolism in humans. Frontiers in Endocrinology. 9, 447 (2018).
- Raiko, J., et al. Human brown adipose tissue [15O] O2 PET imaging in the presence and absence of cold stimulus. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 43 (10), 1878-1886 (2016).
- Blondin, D. P., et al. Selective impairment of glucose but not fatty acid or oxidative metabolism in brown adipose tissue of subjects with type 2 diabetes. Diabetes. 64 (7), 2388-2397 (2015).
- Blondin, D. P., et al. Dietary fatty acid metabolism of brown adipose tissue in cold-acclimated men. Nature Communications. 8, 14146 (2017).
- Lahesmaa, M., et al. Regulation of human brown adipose tissue by adenosine and A2A receptors-studies with [15O] H2O and [11C] TMSX PET/CT. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 46 (3), 743-750 (2019).
- Koskensalo, K., et al. Human brown adipose tissue temperature and fat fraction are related to its metabolic activity. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. 102 (4), 1200-1207 (2017).
- Gifford, A., Towse, T. F., Walker, R. C., Avison, M. J., Welch, E. B. Characterizing active and inactive brown adipose tissue in adult humans using PET-CT and MR imaging. American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism. 311 (1), 95-104 (2016).
- Law, J., et al. Thermal imaging is a noninvasive alternative to PET/CT for measurement of brown adipose tissue activity in humans. Journal of Nuclear Medicine. 59 (3), 516-522 (2018).
- Brasil, S., et al. A systematic review on the role of infrared thermography in the brown adipose tissue assessment. Reviews in Endocrine and Metabolic Disorders. 21 (1), 37-44 (2020).
- Velickovic, K., et al. Caffeine exposure induces browning features in adipose tissue in vitro and in vivo. Scientific Reports. 9 (1), 9104 (2019).
- Pérez, D. I. V., et al. Physically active men with high brown adipose tissue activity showed increased energy expenditure after caffeine supplementation. Journal of Thermal Biology. 99, 103000 (2021).
- Symonds, M. E., et al. Thermal imaging to assess age-related changes of skin temperature within the supraclavicular region co-locating with brown adipose tissue in healthy children. The Journal of Pediatrics. 161 (5), 892-898 (2012).
- Salem, V., et al. Glucagon increases energy expenditure independently of brown adipose tissue activation in humans. Diabetes, Obesity and Metabolism. 18 (1), 72-81 (2016).
- Lee, P., et al. Hot fat in a cool man: Infrared thermography and brown adipose tissue. Diabetes, Obesity and Metabolism. 13 (1), 92-93 (2011).
- Van Schaik, L., et al. Both caffeine and Capsicum annuum fruit powder lower blood glucose levels and increase brown adipose tissue temperature in healthy adult males. Frontiers in Physiology. 13, 870154 (2022).
- Van Schaik, L., et al. but not anxiogenic, doses of caffeine act centrally to activate interscapular brown adipose tissue thermogenesis in anesthetized male rats. Scientific Reports. 11 (1), 113 (2021).
- McNeill, B. T., Morton, N. M., Stimson, R. H. Substrate utilization by brown adipose tissue: What’s hot and what’s not. Frontiers in Endocrinology. 11, 571659 (2020).
- Schmidt-Nielsen, K. . Animal Physiology: Adaptation and Environment. , (1997).
- Peronnet, F., Massicotte, D. Table of nonprotein respiratory quotient: An update. Canadian Journal of Sport Sciences. 16 (1), 23-29 (1991).
- Galgani, J. E., Ryan, D. H., Ravussin, E. Effect of capsinoids on energy metabolism in human subjects. British Journal of Nutrition. 103 (1), 38-42 (2010).
- Ohnuki, K., et al. CH-19 sweet, a non-pungent cultivar of red pepper, increased body temperature and oxygen consumption in humans. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 65 (9), 2033-2036 (2001).
- Wang, Q., et al. Brown adipose tissue activation is inversely related to central obesity and metabolic parameters in adult human. PLoS One. 10 (4), 0123795 (2015).
- Vijgen, G. H., et al. Brown adipose tissue in morbidly obese subjects. PLoS One. 6 (2), 17247 (2011).
- Cunningham, J. Calculation of energy expenditure from indirect calorimetry: Assessment of the Weir equation. Nutrition. 6 (3), 222-223 (1990).
- Jimenez-Pavon, D., et al. Infrared thermography for estimating supraclavicular skin temperature and BAT activity in humans: A systematic review. Obesity. 27 (12), 1932-1949 (2019).
- Roman, S., et al. Brown adipose tissue and novel therapeutic approaches to treat metabolic disorders. Translational Research. 165 (4), 464-479 (2015).
- Sirohi, R., Singh, R. P., Chauhan, K. A comparative study of venous and capillary blood glucose in a tertiary care hospital. Indian Journal of Public Health Research and Development. 11 (7), 740 (2020).
- Funk, D. L., Chan, L., Lutz, N., Verdile, V. P. Comparison of capillary and venous glucose measurements in healthy volunteers. Prehospital Emergency Care. 5 (3), 275-277 (2001).
- Topping, J., et al. A comparison of venous versus capillary blood samples when measuring blood glucose using a point-of-care, capillary-based glucometer. Prehospital and Disaster Medicine. 34 (5), 506-509 (2019).
- Akinbami, F., et al. Tale of two sites: capillary versus arterial blood glucose testing in the operating room. The American Journal of Surgery. 203 (4), 423-427 (2012).
- Saito, M., Matsushita, M., Yoneshiro, T., Okamatsu-Ogura, Y. Brown adipose tissue, diet-induced thermogenesis, and thermogenic food ingredients: from mice to men. Frontiers in Endocrinology. 11, 222 (2020).
- Yoneshiro, T., et al. Age-related decrease in cold-activated brown adipose tissue and accumulation of body fat in healthy humans. Obesity. 19 (9), 1755-1760 (2011).
- Fothergill, E., et al. Persistent metabolic adaptation 6 years after "The Biggest Loser" competition. Obesity. 24 (8), 1612-1619 (2016).
- Hall, K. D. Energy compensation and metabolic adaptation: "The Biggest Loser" study reinterpreted. Obesity. 30 (1), 11-13 (2021).
