Thermographie infrarouge pour la détection des changements dans l’activité du tissu adipeux brun

Summary

Nous présentons ici un protocole de mesure de l’activité du tissu adipeux brun après un repas chez l’homme et les animaux de laboratoire.

Abstract

La mesure de l’activité du tissu adipeux brun (MTD) par tomographie par émission de positrons par tomodensitométrie (TEP-TDM) via l’accumulation de ¹⁸F-fluorodésoxyglucose (FDG) après un repas ou chez les patients obèses ou diabétiques échoue comme méthode de choix. La raison principale est que le ¹⁸F-FDG est en concurrence avec la concentration plasmatique postprandiale élevée de glucose pour le même transporteur de glucose sur la membrane des cellules BAT. En outre, la MTD utilise également des acides gras comme source d’énergie, ce qui n’est pas visible avec la TEP-TDM et pourrait être modifiée avec la concentration de glucose chez les patients obèses et diabétiques. Par conséquent, pour estimer l’importance physiologique des MTD chez les animaux et les humains, une nouvelle méthode de thermographie infrarouge utilisée dans des publications récentes est appliquée.

Après le jeûne d’une nuit, l’activité des MTD a été mesurée par thermographie infrarouge avant et après un repas chez des volontaires humains et des souris femelles de type sauvage. Le logiciel de la caméra calcule la température de l’objet en utilisant la distance de l’objet, l’émissivité de la peau, la température ambiante réfléchie, la température de l’air et l’humidité relative. Chez la souris, la zone rasée au-dessus de la MTD était une région d’intérêt pour laquelle les températures moyennes et maximales étaient mesurées. La phase du cycle œstral chez les souris femelles a été déterminée après une expérience par frottis vaginaux colorés avec une solution de coloration au violet de crésyl (0,1%). Chez des volontaires sains, deux zones cutanées du cou ont été sélectionnées : la zone supraclaviculaire (au-dessus de la clavicule, où les cellules MTD sont présentes) et la zone interclaviculaire (entre les clavicules, où aucun tissu MTD n’a été détecté). L’activité MTD est déterminée par la soustraction de ces deux valeurs. En outre, les températures moyennes et maximales des zones cutanées ont pu être déterminées chez les animaux et les humains participants.

Il a été démontré que les changements dans l’activité des MTD après un repas mesurés par thermographie infrarouge, une méthode non invasive et plus sensible, dépendaient du sexe, de l’âge et de la phase du cycle œstral chez les animaux de laboratoire. Dans le cadre de la thermogenèse induite par l’alimentation, il a également été prouvé que l’activation de la MTD chez l’homme dépendait du sexe, de l’âge et de l’indice de masse corporelle. La détermination plus approfondie des changements physiopathologiques de l’activité des MTD après un repas sera d’une grande importance pour les participants présentant des concentrations plasmatiques élevées de glucose (obésité et diabète sucré de type 2), ainsi que chez différents animaux de laboratoire (souris knock-out). Cette méthode est également un outil variable pour déterminer les médicaments activateurs possibles qui pourraient rajeunir l’activité des MTD.

Introduction

Le tissu adipeux brun (MTD), contrairement au tissu adipeux blanc (WAT), ne stocke pas mais dépense plutôt de l’énergie. Lors de la stimulation sympathique, la MTD utilise des acides gras et du glucose et produit de la chaleur par l’activation de la protéine de découplage 1 (UCP1). La fonction de UCP1 est d’utiliser un gradient H ⁺ entre deux membranes mitochondriales pour produire de la chaleur au lieu de l’ATP. La fonction de la MTD est d’augmenter la production de chaleur par temps froid, ce qui entraîne une augmentation de la dépense énergétique¹. Après une exposition au froid, les entrées sensorielles de la peau inhibent les neurones sensibles à la chaleur dans le noyau préoptique médian (MnPO) de la zone préoptique hypothalamique (POA), ce qui diminue l’effet inhibiteur des neurones POA sur le raphé pallidus rostral (rRPa). L’activation des neurones rRPa augmente l’activité sympathique, qui est suivie d’une augmentation de l’activité^MTD2,3. L’activation de la MTD induite par le froid améliore la sensibilité à l’insuline chez les humains⁴, et cette activité est diminuée chez les humains ayant un indice de masse corporelle (IMC) et un âge accru de 1,5,6,7.

Outre son rôle dans la thermogenèse induite par le froid, après un repas, l’absorption de glucose dans la MTD augmente dans la population masculine maigre, contribuant à la thermogenèse induite par l’alimentation (DIT), qui est plus élevée chez les sujets masculins positifs aux MTD ^8,9. La technique de pointe utilisée pour mesurer l’activité des MTD est la tomographie par émission de positrons par tomodensitométrie, connue sous le nom de TEP-CT. Cette méthode détermine l’activité MTD en mesurant l’accumulation du fluorodésoxyglucose radiotraceur (¹⁸F-FDG). Cependant, la TEP-TDM n’est pas la méthode de choix pour détecter l’activation de la MTD après un repas. L’une des raisons est que, après un repas, le ¹⁸F-FDG entre en compétition avec l’hyperglycémie postprandiale pour le même transporteur de glucose, ce qui le rend inapproprié pour déterminer l’activation de la MTD après un repas, en particulier lorsque l’on compare l’activité des MTD chez les participants sains et diabétiques avec des différences possibles dans les concentrations de glucose dans le sang. De plus, la MTD utilise des acides gras comme source d’énergie pour la production de chaleur, ce qui n’est pas visible avec la TEP-TDM. ¹⁸ L’accumulation de F-FDG dans les MTD après un repas est à peine visible¹⁰ et est donc interprétée comme un résultat négatif dans la plupart des cas. Sans surprise, récemment, il a été suggéré que l’activation de la MTD est plus prononcée dans la population humaine que nous ne le pensions auparavant; par conséquent, une nouvelle approche pour détecter l’activité des MTD et leur implication dans les troubles métaboliques est nécessaire⁷. Une tentative de résoudre ce problème consiste à mesurer le volume de MTD avec imagerie par résonance magnétique (IRM) chez les patients prédiabétiques et les patients atteints de diabète sucré de type 2 (DT2) avec résistance à l’insuline¹¹. Cependant, le volume de MTD mesuré par IRM n’est pas un indicateur suffisant pour estimer la fonction quotidienne et l’utilisation du glucose et des acides gras par les MTD. Par conséquent, pour estimer les différences réelles dans l’activité des MTD chez les patients en bonne santé par rapport aux patients atteints de DT2, une nouvelle approche est nécessaire qui offre la possibilité de découvrir le mécanisme pathologique du dysfonctionnement de la MTD chez les patients atteints de DT2.

Pour déterminer l’activation de la MTD, nous avons effectué des mesures de la production de chaleur BAT avant et après un repas à l’aide de la thermographie infrarouge (IR) (Figure 1)^12,13. L’établissement de la thermographie IR comme méthode de choix pour mesurer l’activité des MTD après un repas chez les personnes en bonne santé et obèses ou les patients atteints de diabète sucré aura un impact énorme sur le terrain. À ce jour, la thermographie IR est utilisée pour déterminer l’activation induite par le froid de BAT^13,14,15. Dans l’histoire humaine récente, l’activité des MTD induite par le froid n’est plus très prononcée (en raison d’un réchauffement adéquat des habitats, de vêtements appropriés), tandis que l’activation des MTD après un repas se produit tous les jours. De plus, la régulation physiologique de ces deux fonctions MTD via l’hypothalamus est complètement différente. Après un repas, l’activation des neurones exprimant la proopiomélanocortine (POMC) dans le noyau arqué hypothalamique (ARC) entraîne une augmentation de l’activité du nerf sympathique via rRPa¹⁶. L’activation des MTD induite par le froid mesurée par thermographie IR ou TEP-TDM est inappropriée lorsqu’elle est utilisée comme mesure de l’activité quotidienne des MTD. L’augmentation de l’activité des MTD après un repas est suivie d’une utilisation du glucose, ce qui est finalement important pour maintenir l’homéostasie du glucose, la sensibilité à l’insuline et la régulation quotidienne de la concentration de glucose. L’activation postprandiale de la MTD entraîne une augmentation de la consommation de glucose postprandiale, suivie d’une augmentation de la production de chaleur et de la température corporelle (DIT). Il a été démontré qu’il s’agissait du sexe, de l’âge et de l’IMC¹². Des différences similaires entre les sexes dans l’activation de la MTD après un repas sont observées chez les souris de laboratoire mâles et femelles¹⁷. Ces résultats correspondent aux différences entre les sexes récemment découvertes dans la régulation de la MTD par Burke et al., qui ont montré que la régulation hypothalamique du brunissement de la MTD via une sous-population de neurones POMC diffère chez les souris mâles et femelles¹⁸. L’activation postprandiale de la MTD est plus faible chez les femmes, les populations âgées et les personnes obèses. L’absence d’activation de la MTD après un repas (diminution de l’utilisation du glucose) pourrait entraîner une prévalence plus élevée d’altération de la tolérance au glucose chez les femmes 19,20,21,22. Malheureusement, la majorité des études sur l’activation des MTD n’ont été réalisées que sur des hommes. En activant la MTD après un repas, l’absorption du glucose augmente dans la population masculine maigre. Il n’est pas surprenant que, après l’activation de la MTD, le DIT soit plus élevé chez les sujets masculins positifs^aux MTD ^8,9. De plus, la transplantation de MTD chez les souris mâles améliore la tolérance au glucose, augmente la sensibilité à l’insuline et diminue le poids corporel et la masse grasse²³.

La TEP-TDM échoue comme méthode de choix pour mesurer l’activité des MTD, en particulier après un repas. Par conséquent, une méthode non invasive et plus sensible a été développée. La thermographie IR permet d’estimer l’activité des MTD chez différents animaux de laboratoire (souris knock-out), ainsi que chez les participants humains, indépendamment du sexe, de l’âge ou des effets de différentes conditions pathologiques sur l’activité des MTD. Un avantage supplémentaire de cette méthode est sa simplicité pour les participants et les animaux de laboratoire, ce qui nous permet d’estimer les avantages potentiels de la thérapie de rappel par MTD. Les études récentes utilisant la thermographie IR pour déterminer le comportement physiologique des MTD après une exposition au froid ou un repas sont décrites dans la publication récente de Brasil et ^al.24.

Protocol

Toutes les procédures expérimentales sur des animaux de laboratoire ont été approuvées par le Comité national d’éthique et le ministère de l’Agriculture (EP 185/2018). Les expériences ont été menées conformément au Codex éthique de la Société croate pour la science des animaux de laboratoire et aux directives ARRIVE. Toutes les procédures effectuées dans les études impliquant des participants humains étaient conformes à la Déclaration d’Helsinki et approuvées par le Comité d’éthique de l?…

Representative Results

Le moyen le plus simple de déterminer l’activité des MTD consiste à soustraire la température maximale de la peau au-dessus de la MTD avant et après un repas chez des sujets humains. Une meilleure façon de calculer l’activité des MTD consiste à sélectionner deux régions d’intérêt : la zone cutanée au-dessus de la MTD, qui est située dans la zone supraclaviculaire, et la zone interclaviculaire de la peau où aucun tissu MTD n’est trouvé chez l’homme, désignée comme zone de référence (selon la …

Discussion

Des études récentes présentent des preuves croissantes concernant la régulation physiologique et l’importance de l’activité des MTD chez les humains et les animaux adultes dans le développement de l’obésité et du diabète sucré. En outre, l’activation possible des MTD par des activateurs exogènes devient une cible pour les sociétés pharmaceutiques. Pour pouvoir estimer la régulation physiologique et l’importance physiopathologique des MTD dans les maladies très lourdes, ainsi que découvrir une ap…

Materials

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