Summary
在这里,我们提出了一种测量人类和实验动物餐后棕色脂肪组织活性的方案。
Abstract
通过正电子发射断层扫描计算机断层扫描(PET-CT)通过餐后或肥胖或糖尿病患者积累的18F-氟脱氧葡萄糖(FDG)来测量棕色脂肪组织(BAT)活性,作为首选方法失败。主要原因是18F-FDG与餐后高血糖血浆浓度竞争BAT细胞膜上相同的葡萄糖转运蛋白。此外,BAT也使用脂肪酸作为能量来源,这在PET-CT中是不可见的,并且可以随着肥胖和糖尿病患者的葡萄糖浓度而改变。因此,为了估计BAT在动物和人类中的生理重要性,应用了最近出版物中使用的一种新的红外热成像方法。
禁食过夜后,通过人类志愿者和雌性野生型小鼠餐前和饭后的红外热成像测量BAT活性。相机软件使用与物体的距离、皮肤发射率、反射室温、空气温度和相对湿度来计算物体的温度。在小鼠中,BAT上方的剃光区域是测量平均和最大温度的感兴趣区域。雌性小鼠的发情周期阶段是在用甲酚紫(0.1%)染色溶液染色的阴道涂片实验后确定的。在健康志愿者中,选择了颈部的两个皮肤区域:锁骨上区域(锁骨上方,存在BAT细胞)和锁骨间区域(锁骨之间,没有检测到BAT组织)。BAT 活动由这两个值的减法确定。此外,可以在动物和人类参与者中确定皮肤区域的平均和最大温度。
通过红外热成像(一种非侵入性和更灵敏的方法)测量的餐后BAT活性的变化被证明是实验动物的性别,年龄和发情周期的阶段。作为饮食诱导的产热的一部分,人类的BAT激活也被证明与性别,年龄和体重指数有关。进一步确定餐后BAT活性的病理生理变化对于高葡萄糖血浆浓度(肥胖和糖尿病2型)以及不同实验动物(敲除小鼠)的参与者非常重要。这种方法也是确定可能激活BAT活性的药物的可变工具。
Introduction
与白色脂肪组织(WAT)相比,棕色脂肪组织(BAT)不储存而是消耗能量。在交感神经刺激下,BAT利用脂肪酸和葡萄糖,并通过激活解偶联蛋白1(UCP1)产生热量。UCP1的功能是利用两个线粒体膜之间的H+梯度来产生热量,而不是ATP。BAT的功能是在寒冷条件下增加热量产生,从而导致能量消耗增加1。冷暴露后,来自皮肤的感觉输入抑制下丘脑视前区 (POA) 正中视前 (MnPO) 核中的热敏感神经元,从而降低 POA 神经元对苍白嘴 (rRPa) 的抑制作用。rRPa神经元的激活增加交感神经活性,随后BAT活性增加2,3。冷诱导的BAT激活可改善人类的胰岛素敏感性4,并且在体重指数(BMI)增加和年龄为1,5,6,7的人类中,这种活性降低。
除了在冷诱导产热中的作用外,饭后,英蝙蝠对瘦男性人群的葡萄糖摄取增加,有助于饮食诱导的产热(DIT),这在BAT阳性男性受试者中更高8,9。用于测量BAT活性的最先进技术是正电子发射断层扫描计算机断层扫描,称为PET-CT。该方法通过测量放射性示踪剂氟脱氧葡萄糖(18F-FDG)的积累来确定BAT活性。然而,PET-CT作为检测餐后BAT激活的首选方法失败。原因之一是,餐后,18F-FDG与餐后高血糖竞争相同的葡萄糖转运蛋白,这使得它不适合确定餐后BAT激活,特别是在比较健康和糖尿病参与者的BAT活性时血糖浓度可能存在差异。此外,BAT使用脂肪酸作为热量产生的能量来源,这是PET-CT所不可见的。18餐后蝙蝠中的F-FDG积累几乎看不见10,因此在大多数情况下被解释为阴性结果。不出所料,最近有人提出,BAT的激活在人群中比我们以前想象的更明显;因此,有必要采用一种新的方法来检测BAT活性及其参与代谢紊乱7。解决这个问题的尝试是用磁共振成像(MRI)测量糖尿病前期患者和具有胰岛素抵抗的2型糖尿病(T2DM)患者的BAT体积11。然而,通过MRI测量的BAT体积不足以估计BAT的日常功能和葡萄糖和脂肪酸的使用。因此,为了估计健康与T2DM患者BAT活性的实际差异,需要一种新的方法,为找出T2DM患者BAT功能障碍的病理机制提供可能性。
为了确定BAT的激活,我们使用红外(IR)热成像技术测量了餐前和饭后的BAT热量产生(图1)12,13。将红外热成像技术作为测量健康和肥胖个体或糖尿病患者餐后BAT活性的首选方法,将对现场产生巨大影响。时至今日,红外热成像仍用于测定 BAT13、14、15 的冷诱导活化。在近代人类历史上,寒冷引起的BAT活动不再非常明显(由于栖息地的适当加热,适当的衣服),而饭后BAT激活每天都在发生。此外,这两种BAT功能通过下丘脑的生理调节是完全不同的。饭后,下丘脑弓形核(Arc)中表达前黑皮质素(POMC)的神经元的激活导致交感神经活动通过rRPa16增加。通过红外热成像或PET-CT测量的冷诱导的BAT活化在用作日常BAT活动的测量时是不合适的。餐后BAT活性增加之后是葡萄糖利用,这对于维持葡萄糖稳态,胰岛素敏感性和葡萄糖浓度的日常调节最终很重要。餐后BAT激活导致餐后葡萄糖消耗增加,随后热量产生和体温(DIT)增加。这被证明是性别,年龄和BMI依赖12。在雄性和雌性实验室小鼠中观察到餐后BAT激活的相似性别差异17。这些发现对应于Burke等人最近发现的BAT调节的性别差异,他们表明通过POMC神经元亚群对BAT褐变的下丘脑调节在雄性和雌性小鼠中有所不同18。女性、老年人群和肥胖人群中 BAT 的餐后激活较小。餐后缺乏BAT激活(葡萄糖利用率降低)可能导致女性糖耐量受损的患病率更高19,20,21,22。不幸的是,大多数关于BAT激活的研究只在男性身上进行。通过在饭后激活BAT,瘦男性人群的葡萄糖摄取增加。毫不奇怪,在BAT激活后,BAT阳性男性受试者的DIT更高8,9。此外,雄性小鼠的BAT移植改善了葡萄糖耐量,增加了胰岛素敏感性,并降低了体重和脂肪量23。
PET-CT作为测量BAT活性的首选方法失败,尤其是在饭后。因此,开发了一种非侵入性和更敏感的方法。红外热成像能够估计不同实验动物(敲除小鼠)以及人类参与者的BAT活性,无论性别,年龄或不同病理条件对BAT活性的影响如何。这种方法的另一个好处是参与者和实验动物的简单性,这使我们能够估计BAT加强治疗的潜在益处。最近使用红外热成像来确定寒冷暴露或用餐后BAT生理行为的研究在最近发表的Brasil等人24中有所描述。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
所有实验动物实验程序均已获得国家伦理委员会和农业部的批准(EP 185/2018)。实验是根据克罗地亚实验动物科学学会的伦理法典和ARRIVE指南进行的。在涉及人类受试者的研究中执行的所有程序均符合赫尔辛基宣言,并经萨格勒布大学医学院伦理委员会批准(UP/I-322-01/18-01/56)。在这项研究中,我们展示了三位女性参与者的结果(BMI:29 kg/m 2 ± 5 kg/m2)。获得所有人类志愿者的知情同意,以参与研究和提供数据。
1. 测量人类餐后棕色脂肪组织的活化
注意:在夏季进行实验,当日温度不低于22°C时,以保持基础BAT活性尽可能低。
- 仔细选择对照健康参与者(如果要在病理条件下估计BAT活动),因为BAT活动取决于性别,年龄,BMI,甚至发情周期的阶段。
- 为了估计女性参与者的月经周期阶段,请询问她们的平均月经周期有多长以及最后一次月经第一天的日期。不要忘记标记实验日期。
注意:正确选择匹配的对照受试者是临床研究最困难的部分,因为健康对照组和患有病理状况的参与者应尽可能相似,并且仅在所调查的疾病上有所不同。
- 为了估计女性参与者的月经周期阶段,请询问她们的平均月经周期有多长以及最后一次月经第一天的日期。不要忘记标记实验日期。
- 要求参与者好好休息,不要吃早餐(禁食 - 不摄入卡路里),在早上聚集进行实验,并休息至少30分钟,以避免在肌肉活动期间通过交感神经激活 可能 激活BAT活动。
- 要求参与者在测量前15分钟脱掉他们的上衣,以避免在确定基线BAT活性的同时使皮肤表面变暖(衣服的热效应)的可能影响。在适当的室温(22-27°C)下进行测量。
- 执行红外测量。
- 当参与者休息时,将热像仪(探测器类型:非制冷微测辐射热计;探测器间距:17 μm;相机光谱范围:7.5-14.0 μm;热灵敏度:30 °C时20 mK;镜头:36 mm;分辨率:1024像素x 768像素;瞬时视野[IFOV]:0.47 mRad)安装在三脚架上,并将其放置在距离参与者坐的位置1 m的地方。
注意:如果在较冷的天气(室外气温低于15°C,湿度为50%)进行测量,请将相机置于室温下并打开至少1小时,然后再进行测量。由于自动校准,冷仪器在预热至室温后会给出不同的结果。 - 按照制造商的说明将热成像摄像机连接到计算机和软件。在1 m的焦距处记录铝箔(皱巴巴然后拉伸的铝箔),以确定房间的反射温度,以测量温度表示。在相机软件中,输入距离 0 m,发射率 1。
注意:反射表观温度是将相机的发射率设置为1.0,距离设置为0 m时获得的参数,并且在皱巴巴然后拉伸的铝箔上进行测量。反射表观温度表示来自环境的探测器总入射红外辐射的近似值。 - 在开始测量之前,确定室内空气温度和空气湿度(以后分析所必需的)。与其拍摄一张热图像,不如录制短片。从电影中,稍后选择最佳图像帧进行分析,以减少丢失宝贵数据的可能性。
- 在开始录制之前,请设置以下参数:视频录制的持续时间为 10-15 秒(或任何其他所需值),5 fps(每秒帧数)或任何其他值(在我们手中,5 fps 是所需的最大值),以及磁盘上保存电影的位置,如下所述。
- 在主相机窗口上方的软件中,选择左侧的第三个图标。在弹出菜单中,选取“ 编辑记录设置”,之后将打开一个新窗口。
- 在记录模式下,选择 “记录到磁盘”,然后在该模式下,将 “此持续时间的记录 ”设置为所需时间。在同一窗口的录制选项中,将记录速率限制为 5 (Hz) 并选择保存录制的位置。
- 要设置帧速率,请关闭现有窗口,在主菜单中打开“ 编辑 ”,然后选择 “首选项”。在打开的窗口的右侧,在目标 帧速率中输入 5。在下面的同一窗口中,选择 热键/远程启动可以停止记录,然后从下拉菜单中选择 启动/停止模式。
注意:尝试以尽可能低的帧速率制作尽可能短的电影,因为它会消耗内存。在这些设置下,一条记录将具有大约 100 Mb。
- 当参与者休息时,将热像仪(探测器类型:非制冷微测辐射热计;探测器间距:17 μm;相机光谱范围:7.5-14.0 μm;热灵敏度:30 °C时20 mK;镜头:36 mm;分辨率:1024像素x 768像素;瞬时视野[IFOV]:0.47 mRad)安装在三脚架上,并将其放置在距离参与者坐的位置1 m的地方。
- 将参与者定位,使颈部的锁骨上区域,即BAT所在的锁骨上方(图1),焦距为1 m,并通过按F5键以5 fps的帧速率录制短片(10-15 s)。 录制将在指定时间停止。
- 测量时在房间内,确保只有参与者和执行测量的人在场。避免空气流动或气流(例如,来自空调)。确保参与者远离冷风、阳光(直接或间接)或任何热源,如灯泡。
- 如果合适,用标准血糖仪从指尖测量毛细血管血液中的血糖浓度,并使用腋窝温度计测量体温。
- 确保所有参与者都吃同一顿饭。注意被测对象的食物限制和要求(例如,糖尿病患者的膳食)。所有参与者,包括对照(健康)人和患有代谢紊乱的参与者,都应该吃同一餐。
注意:有关糖尿病患者可以食用的膳食的更多详细信息,请联系当地内分泌学家或与患有糖尿病的参与者讨论。 - 在饭后所需时间,使用相同的设置值按 F5 进行新录制。不要重复设置的录制协议。在饭后30分钟,1小时,2小时和3小时重复测量12。对于您的特定研究设计,饭后时间可能更短或更长,但我们建议至少前三个时间点。
注意:即使测量速度很快,参与者人数的限制为四到六人。随着参与者人数的增加,某些人的延迟时间会太长。
2.测量实验动物餐后棕色脂肪组织的活化
注意:由于动物被饲养在具有调节室温和12小时/ 12小时昼夜周期的动物设施中,因此可以在任何季节进行实验。实验期间的室温应在22°C至27°C之间。 在这项研究中,检查了六只雌性动物和六只雄性野生型(WT)C57Bl/6NCrl动物。
- 按照机构的道德准则麻醉动物。在这项研究中,使用腹腔注射氯胺酮/甲苯噻嗪(分别为80-100mg / kg和6-8mg / kg)进行麻醉。在双眼上涂抹眼部凝胶,以防止麻醉期间角膜干燥。在实验前一天使用小型动物修剪器剃除测试动物的肩胛间区域(肩胛骨之间的皮肤区域)。
- 在实验前一天,还要确定雌性动物发情周期的阶段。
注意:发情周期的阶段由阴道涂片决定。- 将棉签浸入室温无菌盐水溶液(0.9%NaCl)中,然后将其插入阴道。用拭子轻轻刮擦阴道壁,将附着的细胞铺在载玻片上,然后让它风干。
- 把动物放回笼子里。用500μL的0.1%醋酸甲酚紫染色细胞1分钟,然后用水冲洗3次。
- 在具有100倍放大倍率和明场照明的光学显微镜下观察细胞。根据涂片中观察到的白细胞和有核和角化上皮细胞的数量确定发情周期的阶段25。
- 在实验前一天晚上(禁食过夜)随意用水取出动物 的食物。最好的方法是将动物转移到新的干净笼子里,以避免笼子里可能残留的食物。
- 在实验日的早晨,准备热像仪和记录设置,以测试人类参与者。
- 在进行红外测量之前,请勿打扰动物或对动物造成压力。小心地将动物放在干净的笼子里(确保其他动物的气味不会对动物的交感神经系统产生影响)。将保持架放在热像仪下方,焦距为 1 m。按 F5 录制动画。
- 在给每只动物之前称重食物颗粒,以便计算食物摄入量。让动物在笼子里吃30分钟,饭后再次称量食物颗粒。在这项研究中,雌性动物吃了0.038±0.004克食物/体重。
注意:如果您决定测量血糖浓度,请在饭前但红外测量后进行测量,以确保这不会导致交感神经系统激活BAT细胞。 - 在开始用餐后所需时间(通常在饭后 30 分钟、1 小时和 2 小时)重复红外测量17,26。
- 完成所有实验后,如上所述再次测试雌性动物的发情周期阶段(雌性动物可能比预期更早退出发情周期的所需阶段)。
3. 分析热记录
注意:热像仪软件使用五个变量计算物体的温度。
- 分析前在软件中设置以下变量:皮肤发射率,e = 0.9815,27,反射室温(根据铝箔图像计算),空气温度,相对湿度,到物体的距离= 1 m。使用具有这些值的软件执行分析。
注意:首选调色板是彩虹,因为它使用更多的色调,这样可以更容易地检测到锁骨上方的BAT。 - 对于每部电影,将列出的变量输入到主窗口右侧的相机软件中。通过移动屏幕底部的播放头或按 暂停 按钮,从影片中选择合适的帧(图像)。
- 通过在主窗口左侧选择所需形状的区域来选择感兴趣区域 (ROI)。选择最符合锁骨上方或锁骨之间的皮肤区域的形状。
- 选择 ROI 时,ROI 的最小、最大和平均温度将显示在右侧。在图像中,红色三角形表示最大记录温度的点,蓝色三角形表示最小记录温度。重复此步骤几帧,以确保测量的温度在录制的几秒钟内保持稳定。
- 从餐后最高温度中减去餐前BAT以上皮肤区域的最高温度,以确定实验动物餐后BAT活性的增加。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
确定BAT活性的最简单方法是减去人类受试者饭前和饭后高于BAT的最大皮肤温度。计算BAT活性的更好方法是选择两个感兴趣的区域:BAT上方的皮肤区域,位于锁骨上区域,以及皮肤锁骨间区域,其中人类没有发现BAT组织,指定为参考区域(根据PET-CT;图1)。然后通过减去这两个温度很容易确定BAT活性。如图1所示,确定BAT活性为1.8°C。 为了确定喂食后BAT的激活,在饭后指定的时间点重复此操作12。在这项研究中,我们对三名女性参与者进行了实验。参与者1和参与者2也获得了类似的结果,BMI分别为23 kg/m 2和34 kg/m2。参与者3的BMI最低(18 kg / m2),餐后BAT活动增加最高(图1B,左)。皮肤锁骨上区域的最高温度不能很好地代表BAT活性,因为即使在饭后3小时皮肤温度也没有降低(图1B,右)。由于人群中BAT活动的差异,结果的分析应单独进行,和/或选择研究的参与者应非常谨慎。实验动物的BAT活性没有这样的差异,因为它们密切相关。
与使用PET-CT(18F-FDG)相比,这种方法的第一个优点是,无论热源如何,它都可以测量BAT活性。因此,红外热成像技术更加灵敏,更真实地代表了不同生理或病理生理条件下的BAT活性。该方法可用于确定导致BAT活动变化的生理条件,例如年龄,性别或发情周期的阶段。在人类中,另一个好处是能够确定肥胖和2型糖尿病等代谢疾病中BAT活性的病理生理变化。将高血糖浓度人群的BAT活性与健康对照组进行比较时,可以看到一个特殊的好处,因为在PET-CT中,放射性葡萄糖与体内葡萄糖相同的葡萄糖转运蛋白竞争,导致假阴性结果或对BAT活性的误报。
一个可能的问题是皮肤厚度的差异,特别是皮下白色脂肪组织的差异,这可以改变不同受试者的皮肤温度高于BAT28。这个问题可以通过比较饭前和饭后的BAT激活来避免。通常,不同病理生理状况的活性和后续重要性由寒冷暴露后的BAT激活决定。然而,这种类型的BAT激活是季节性的,在人类中(与荒野中的动物相比),不是很重要。为了确定BAT活动对日常生活以及葡萄糖稳态的影响,饭后BAT激活后葡萄糖和脂肪酸的利用是正确的方法。
应注意在温暖的环境中或肌肉活动后过早进行的测量。肌肉活动会增加体温,导致皮肤血管舒张(图2)。当与周围皮肤区域相比,BAT上方没有可见的温暖皮肤区域时,从研究中排除记录。
实验动物的BAT活性由位于肩胛骨之间的BAT的最高温度(肩胛间BAT,iBAT)和iBAT上方皮肤的平均温度决定。在实验动物中更容易测量BAT以上的皮肤平均温度,因为它比人类更局部(图3)。在这项研究中,在雌性WT动物(28.2±0.5周龄)中测量了餐后BAT活性的变化。如图 3所示,在饭后30分钟确定BAT活性的统计学显着变化,但仅在测量最高温度时(p < 0.05)。当BAT活动表现为平均温度的变化时,变化并不显着(p = 0.066)。因此,通过肩胛间皮肤区域最高温度的变化 来 呈现BAT活性是呈现结果的更好方法。BAT活性的这种变化与摄入的食物量呈正相关(r = 0.65)。
两组受试者的主要关注点是雄性和雌性以及年轻和老年动物中BAT激活的生物学差异,以及发情周期17期间BAT活性的差异。应特别注意从最后一顿饭经过的时间,如果不遵循上述协议,这将很难估计。早上同时进行实验不够精确17.
测量BAT活动时的另一个问题是尽可能避免动物的压力。任何干扰都会增加交感神经活动,因此增加BAT活动16。此外,如果小鼠的肩胛间区域没有正确剃光,可能会出现大多数涉及温度记录的错误,这可能导致测量错误的皮肤区域。
图1:红外热成像。 (A)选择两个皮肤区域:一个在棕色脂肪组织(BAT;锁骨上区域)上方,第二个在锁骨间区域(该区域参考点的皮肤下方不存在BAT组织)。BAT位置表示为锁骨上方最温暖的区域。根据PET-CT的颈部BAT位置的示意图如左图所示。温度是在包围的皮肤区域测量的最高温度。条形代表5厘米。 (B)每个参与者的两个皮肤区域的最大温度之间的差异,显示饭后2小时BAT活动的增加(左)。蝙蝠活性不能通过蝙蝠以上皮肤的最高温度来表示(右)。结果表示为平均值的平均值±标准误差。* p < 0.05 与起始值(配对方差分析)相比。缩写:SC = 肩胛上。 请点击此处查看此图的大图。
图 2:无法测量 BAT 活动时的条件。 该图表示由于皮肤血管扩张增加而无法确定BAT活性的条件。条形代表 5 厘米。 请点击此处查看此图的大图。
图3:实验室小鼠中的棕色脂肪组织 。 (A,B)肩胛间棕色脂肪组织(BAT)在冷暴露后被激活,然后才通过PET-CT显示为 18F-FDG积累。使用热像仪可以看到BAT的活动,而无需进行冷暴露。(C) BAT在热扫描中的位置对应于PET-CT图像中通过箭头显示的BAT。剃光区域比BAT大,能够看到温度的所有变化(Tmax的位置无法完美预测,在一些研究中,可以测量平均温度)。该条代表1厘米。 (D)给出了六只雌性小鼠在BAT以上测量的最大和平均温度。结果表示为平均值的平均值±标准误差。* p < 0.05 与起始值(配对方差分析)相比。 请点击此处查看此图的大图。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
最近的研究提供了越来越多的证据表明,成年人类和动物的生理调节和BAT活性在肥胖和糖尿病发展中的重要性。此外,外源性激活剂可能激活的BAT正在成为制药公司的目标。为了能够估计BAT在非常繁重的疾病中的生理调节和病理生理重要性,以及发现潜在的治疗方法,红外热成像正在成为首选方法。尽管红外技术正在成为测量BAT活性12,13,14,15,17的新方法,但应特别注意的不是应用的方法本身,而是BAT活化的生理特性。应特别注意性别、年龄、发情周期的阶段、喂养状况以及人类参与者和实验动物可能的压力。
对人类和实验动物进行的饭后BAT活性增加的测量结果非常相似12,17。进行这些测量的关键步骤包括避免压力和肌肉活动(在进行测量之前不应打扰动物)。对于女性参与者,应考虑发情(月经)周期中BAT活动的功能差异。此外,皮肤应该是裸露的(动物应在进行实验的前一天刮胡子以避免不必要的压力)。此外,正确设置相机软件以获得最佳热分辨率非常重要。为了将数据呈现为热图像,最好的方法是选择适合特定研究的适当调色板。如果正确遵循协议,则在执行红外热成像时出错的可能性较小。
该方法的局限性在于,如果不稍微担心,就不可能比较具有不同皮下脂肪量的人(或肥胖动物与体重正常的动物)之间的BAT活性。为避免此问题,应使用相同的受试者作为对照,通过测量餐前和饭后的BAT活动。计算餐后BAT活性的增加将消除从皮下BAT到皮肤表面的热量分布差异。
在我们看来,通过两个皮肤区域的最大皮肤温度之间的变化来报告BAT活性是一种更好的方法,因为它消除了平均温度测量结果中BAT大小和/或指定皮肤区域的差异29。
如前所述,迄今为止测量BAT活性的首选方法是使用放射性葡萄糖(18F-FDG)的PET-CT。随着时间的推移,这种方法已被证明不够敏感,它对放射性物质的使用令人担忧,而且非常昂贵。PET-CT在确定餐后BAT激活方面毫无用处。 18餐后蝙蝠中的F-FDG积累几乎不可见10 ,被认为是阴性结果。最近,有人提出BAT激活在人群中更为明显,因此在代谢疾病的发展和传播中越来越重要7。解决这个问题的尝试是通过MRI测量糖尿病前期和具有胰岛素抵抗的T2DM患者的BAT体积11。然而,BAT的量并不能提供有关BAT活性以及葡萄糖和脂肪酸利用的任何信息,这在糖尿病患者中很重要。
将红外热成像技术作为测量BAT活性的首选方法,特别是在高血糖浓度的人类受试者中,将对现场产生巨大影响。红外热成像用于测定健康志愿者12和实验动物17的冷诱导活化BAT13,14,15以及最近餐后BAT活化。无论物种如何,女性和老年受试者的餐后BAT激活较小。不幸的是,大多数关于BAT活化和代谢研究的研究只在男性受试者(雄性实验动物或男性)上进行。这种方法的问题在于它忽略了发情周期阶段对BAT活动30的影响。
最后,红外热成像将有可能研究BAT在不同人群中的生理和病理生理重要性,特别是在绝经前和绝经后妇女中,这些研究尚未得到。
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
作者没有什么可透露的。
Acknowledgments
这项研究由克罗地亚科学基金会研究基金(IP-2018-01- 7416)资助。
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.1% cresyl violet acetate | Commonly used chemical | ||
Device for measuring air temperature and humidity | Kesterl | Kestrel 4200 | Certificat of conformity |
External data storage | Hard Drive with at least 1 TB | ||
Glass microscopic slides | Commonly used | ||
Small cotton tip swab | Urethral swabs | ||
Software for analysis | FLIR Systems, Wilsonville, OR, USA | FLIR Tools | |
Software for meassurements | FLIR Systems, Wilsonville, OR, USA | ResearchIR software | FLIR ResearchIR Max, version 4.40.12.38 (64-bit) |
Thermac Camera | FLIR Systems, Wilsonville, OR, USA | FLIR T-1020 |
References
- van Marken Lichtenbelt, W. D., et al. Cold-activated brown adipose tissue in healthy men. New England Journal of Medicine. 360 (15), 1500-1508 (2009).
- Morrison, S. F., Nakamura, K. Central neural pathways for thermoregulation. Frontiers in Bioscience. 16 (1), 74-104 (2011).
- Contreras, C., et al.
The brain and brown fat. Annals of Medicine. 47 (2), 150-168 (2015). - Chondronikola, M., et al. Brown adipose tissue improves whole-body glucose homeostasis and insulin sensitivity in humans. Diabetes. 63 (12), 4089-4099 (2014).
- Ouellet, V., et al. Outdoor temperature, age, sex, body mass index, and diabetic status determine the prevalence, mass, and glucose-uptake activity of 18F-FDG-detected BAT in humans. Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. 96 (1), 192-199 (2011).
- Pfannenberg, C., et al. Impact of age on the relationships of brown adipose tissue with sex and adiposity in humans. Diabetes. 59 (7), 1789-1793 (2010).
- Leitner, B. P., et al. Mapping of human brown adipose tissue in lean and obese young men. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (32), 8649-8654 (2017).
- Vosselman, M. J., et al. Brown adipose tissue activity after a high-calorie meal in humans. American Journal of Clinical Nutrition. 98 (1), 57-64 (2013).
- Hibi, M., et al. Brown adipose tissue is involved in diet-induced thermogenesis and whole-body fat utilization in healthy humans. International Journal of Obesity. 40 (11), 1655-1661 (2016).
- Fenzl, A., Kiefer, F. W. Brown adipose tissue and thermogenesis. Hormone Molecular Biology and Clinical Investigation. 19 (1), 25-37 (2014).
- Koksharova, E., et al. The relationship between brown adipose tissue content in supraclavicular fat depots and insulin sensitivity in patients with type 2 diabetes mellitus and prediabetes. Diabetes Technology & Therapeutics. 19 (2), 96-102 (2017).
- Habek, N., Kordić, M., Jurenec, F., Dugandžić, A. Infrared thermography, a new method for detection brown adipose tissue activity after a meal in humans. Infrared Physics & Technology. 89, 271-276 (2018).
- Lee, P., Ho, K. K. Y. Hot fat in a cool man: Infrared thermography and brown adipose tissue. Diabetes, Obesity and Metabolism. 13 (1), 92-93 (2011).
- Ang, Q. Y., et al. A new method of infrared thermography for quantification of brown adipose tissue activation in healthy adults (TACTICAL): A randomized trial. Journal of Physiological Sciences. 67 (3), 395-406 (2017).
- Jang, C., et al. Infrared thermography in the detection of brown adipose tissue in humans. Physiological Reports. 2 (11), 12167 (2014).
- Dodd, G. T., et al. Leptin and insulin act on POMC neurons to promote the browning of white fat. Cell. 160 (1-2), 88-104 (2015).
- Habek, N., et al. Activation of brown adipose tissue in diet-induced thermogenesis is GC-C dependent. Pflügers Archiv: European Journal of Physiology. 472 (3), 405-417 (2020).
- Burke, L. K., et al. Sex difference in physical activity, energy expenditure and obesity driven by a subpopulation of hypothalamic POMC neurons. Molecular Metabolism. 5 (3), 245-252 (2016).
- Glumer, C., Jorgensen, T., Borch-Johnsen, K. Prevalences of diabetes and impaired glucose regulation in a Danish population: The Inter99 study. Diabetes Care. 26 (8), 2335-2340 (2003).
- Sicree, R. A., et al. Differences in height explain gender differences in the response to the oral glucose tolerance test-the AusDiab study. Diabetic Medicine. 25 (3), 296-302 (2008).
- van Genugten, R. E., et al. Effects of sex and hormone replacement therapy use on the prevalence of isolated impaired fasting glucose and isolated impaired glucose tolerance in subjects with a family history of type 2 diabetes. Diabetes. 55 (12), 3529-3535 (2006).
- Williams, J. W., et al. Gender differences in the prevalence of impaired fasting glycaemia and impaired glucose tolerance in Mauritius. Does sex matter. Diabetic Medicine. 20 (11), 915-920 (2003).
- Stanford, K. I., et al. Brown adipose tissue regulates glucose homeostasis and insulin sensitivity. Journal of Clinical Investigation. 123 (1), 215-223 (2013).
- 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).
- Byers, S. L., Wiles, M. V., Dunn, S. L., Taft, R. A. Mouse estrous cycle identification tool and images. PLoS One. 7 (4), 35538 (2012).
- Crane, J. D., Mottillo, E. P., Farncombe, T. H., Morrison, K. M., Steinberg, G. R. A standardized infrared imaging technique that specifically detects UCP1-mediated thermogenesis in vivo. Molecular Metabolism. 3 (4), 490-494 (2014).
- Hartwig, V., et al. Multimodal imaging for the detection of brown adipose tissue activation in women: A pilot study using NIRS and infrared thermography. Journal of Healthcare Engineering. 2017, 5986452 (2017).
- James, L., et al. The use of infrared thermography in the measurement and characterization of brown adipose tissue activation. Temperature. 5 (2), 147-161 (2018).
- Folgueira, C., et al. Hypothalamic dopamine signaling regulates brown fat thermogenesis. Nature Metabolism. 1 (8), 811-829 (2019).
- Ratko, M., Habek, N., Kordić, M., Dugandžić, A. The use of infrared technology as a novel approach for studies with female laboratory animals. Croatian Medical Journal. 61 (4), 346-353 (2020).