ब्राउन वसा ऊतक गतिविधि में परिवर्तन का पता लगाने के लिए इन्फ्रारेड थर्मोग्राफी
Summary
यहां, हम मनुष्यों और प्रयोगशाला जानवरों में भोजन के बाद भूरे रंग के वसा ऊतक गतिविधि को मापने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं।
Abstract
भोजन के बाद या मोटापे या मधुमेह के रोगियों में पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन टोमोग्राफी कम्प्यूटेड टोमोग्राफी (पीईटी-सीटी) के संचय के माध्यम से पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन टोमोग्राफी कम्प्यूटेड टोमोग्राफी (पीईटी-सीटी) द्वारा भूरे रंग के वसा ऊतक (बीएटी) गतिविधि को मापना पसंद की विधि के रूप में विफल रहता है। मुख्य कारण यह है कि 18एफ-एफडीजी बीएटी कोशिकाओं की झिल्ली पर एक ही ग्लूकोज ट्रांसपोर्टर के लिए पोस्टप्रांडियल उच्च ग्लूकोज प्लाज्मा एकाग्रता के साथ प्रतिस्पर्धा करता है। इसके अलावा, बीएटी फैटी एसिड का उपयोग ऊर्जा के स्रोत के रूप में भी करता है, जो पीईटी-सीटी के साथ दिखाई नहीं देता है और मोटापे और मधुमेह के रोगियों में ग्लूकोज एकाग्रता के साथ बदला जा सकता है। इसलिए, जानवरों और मनुष्यों में बीएटी के शारीरिक महत्व का अनुमान लगाने के लिए, हाल के प्रकाशनों में उपयोग की जाने वाली एक नई अवरक्त थर्मोग्राफी विधि लागू की जाती है।
रात भर उपवास के बाद, बीएटी गतिविधि को मानव स्वयंसेवकों और मादा जंगली प्रकार के चूहों में भोजन से पहले और बाद में अवरक्त थर्मोग्राफी द्वारा मापा गया था। कैमरा सॉफ्टवेयर वस्तु से दूरी, त्वचा ग्रहणशीलता, प्रतिबिंबित कमरे के तापमान, हवा के तापमान और सापेक्ष आर्द्रता का उपयोग करके वस्तु के तापमान की गणना करता है। चूहों में, बीएटी के ऊपर मुंडा क्षेत्र रुचि का एक क्षेत्र था जिसके लिए औसत और अधिकतम तापमान मापा गया था। मादा चूहों में एस्ट्रस चक्र का चरण क्रेसिल वायलेट (0.1%) दाग समाधान के साथ सना योनि स्मीयर द्वारा एक प्रयोग के बाद निर्धारित किया गया था। स्वस्थ स्वयंसेवकों में, गर्दन के दो त्वचा क्षेत्रों का चयन किया गया था: सुप्राक्लेविकुलर क्षेत्र (कॉलरबोन के ऊपर, जहां बीएटी कोशिकाएं मौजूद हैं) और इंटरक्लेव्युलर क्षेत्र (कॉलरबोन्स के बीच, जहां कोई बीएटी ऊतक का पता नहीं चला है)। बीएटी गतिविधि उन दो मूल्यों के घटाव से निर्धारित होती है। इसके अलावा, जानवरों और मानव प्रतिभागियों में त्वचा क्षेत्रों के औसत और अधिकतम तापमान निर्धारित किए जा सकते हैं।
इन्फ्रारेड थर्मोग्राफी द्वारा मापा गया भोजन के बाद बीएटी गतिविधि में परिवर्तन, एक गैर-आक्रामक और अधिक संवेदनशील विधि, प्रयोगशाला जानवरों में निर्भर सेक्स, उम्र और एस्ट्रस चक्र के चरण के रूप में दिखाया गया था। आहार-प्रेरित थर्मोजेनेसिस के हिस्से के रूप में, मनुष्यों में बीएटी सक्रियण भी सेक्स, आयु और बॉडी मास इंडेक्स पर निर्भर साबित हुआ था। भोजन के बाद बीएटी गतिविधि में पैथोफिजियोलॉजिकल परिवर्तनों को निर्धारित करना उच्च ग्लूकोज प्लाज्मा सांद्रता (मोटापा और मधुमेह मेलिटस टाइप 2) वाले प्रतिभागियों के साथ-साथ विभिन्न प्रयोगशाला जानवरों (नॉक-आउट चूहों) में बहुत महत्वपूर्ण होगा। यह विधि संभावित सक्रिय दवाओं को निर्धारित करने के लिए एक चर उपकरण भी है जो बीएटी गतिविधि को फिर से जीवंत कर सकती है।
Introduction
सफेद वसा ऊतक (डब्ल्यूएटी) के विपरीत भूरे रंग के वसा ऊतक (बीएटी), स्टोर नहीं करता है, बल्कि ऊर्जा खर्च करता है। सहानुभूति उत्तेजना पर, बीएटी फैटी एसिड और ग्लूकोज का उपयोग करता है और अनकपलिंग प्रोटीन 1 (यूसीपी 1) के सक्रियण द्वारा गर्मी पैदा करता है। यूसीपी 1 का कार्य एटीपी के बजाय गर्मी का उत्पादन करने के लिए दो माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली के बीच एच + ढाल का उपयोग करना है। बैट का कार्य ठंड की स्थिति में गर्मी उत्पादन में वृद्धि करना है, जिससेऊर्जा व्यय में वृद्धि होती है। ठंड के संपर्क के बाद, त्वचा से संवेदी इनपुट हाइपोथैलेमिक प्रीप्टिक क्षेत्र (पीओए) के औसत प्रीप्टिक (एमएनपीओ) नाभिक में गर्म-संवेदनशील न्यूरॉन्स को रोकते हैं, जो रोस्ट्रल राफे पैलिडस (आरआरपीए) पर पीओए न्यूरॉन्स के निरोधात्मक प्रभाव को कम करता है। आरआरपीए न्यूरॉन्स की सक्रियता सहानुभूति गतिविधि को बढ़ाती है, जिसके बाद बीएटी गतिविधि 2,3 में वृद्धि होती है। ठंड से प्रेरित बीएटी सक्रियण मनुष्यों में इंसुलिन संवेदनशीलता में सुधार करता है4, और यह गतिविधि मनुष्यों में बढ़े हुए बॉडी मास इंडेक्स (बीएमआई) और 1,5,6,7 वर्ष की आयु के साथ कम हो जाती है।
ठंड-प्रेरित थर्मोजेनेसिस में इसकी भूमिका के अलावा, भोजन के बाद, बीएटी में ग्लूकोज अपटेक दुबला पुरुष आबादी में बढ़ जाता है, जो आहार-प्रेरित थर्मोजेनेसिस (डीआईटी) में योगदान देता है, जो बीएटी-पॉजिटिव पुरुषविषयों में अधिक है। बीएटी गतिविधि को मापने के लिए उपयोग की जाने वाली अत्याधुनिक तकनीक पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन टोमोग्राफी कंप्यूटेड टोमोग्राफी है, जिसे पीईटी-सीटी के रूप में जाना जाता है। यह विधि रेडियोट्रेसर फ्लोरोडीऑक्सीग्लूकोज (18एफ-एफडीजी) के संचय को मापकर बीएटी गतिविधि को निर्धारित करती है। हालांकि, पीईटी-सीटी भोजन के बाद बीएटी के सक्रियण का पता लगाने के लिए पसंद की विधि के रूप में विफल रहता है। इसका एक कारण यह है कि, भोजन के बाद, 18एफ-एफडीजी एक ही ग्लूकोज ट्रांसपोर्टर के लिए पोस्टप्रांडियल हाइपरग्लेसेमिया के साथ प्रतिस्पर्धा करता है, जो भोजन के बाद बीएटी सक्रियण निर्धारित करने के लिए अनुपयुक्त बनाता है, खासकर जब रक्त शर्करा सांद्रता में संभावित अंतर के साथ स्वस्थ और मधुमेह प्रतिभागियों में बीएटी गतिविधि की तुलना की जाती है। इसके अलावा, बैट गर्मी उत्पादन के लिए ऊर्जा के स्रोत के रूप में फैटी एसिड का उपयोग करता है जो पीईटी-सीटी के साथ दिखाई नहीं देता है। 18 भोजन के बाद बीएटी में एफ-एफडीजी संचय मुश्किल से10 दिखाई देता है और इसलिए, ज्यादातर मामलों में नकारात्मक परिणाम के रूप में व्याख्या की जाती है। अप्रत्याशित रूप से, हाल ही में, यह सुझाव दिया गया था कि बीएटी की सक्रियता मानव आबादी में अधिक स्पष्ट है जितना हमने पहले सोचा था; इसलिए, बीएटी गतिविधि और चयापचय संबंधी विकारों में इसकी भागीदारी का पता लगानेके लिए एक नया दृष्टिकोण आवश्यक है। इस समस्या को हल करने का एक प्रयास इंसुलिन प्रतिरोध 11 के साथ प्रीडायबिटिक रोगियों और मधुमेह मेलिटस टाइप 2 (टी 2 डीएम) वाले रोगियों में चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) के साथ बीएटी की मात्रा कोमापना है। हालांकि, एमआरआई द्वारा मापा गया बीएटी वॉल्यूम बीएटी द्वारा ग्लूकोज और फैटी एसिड के रोजमर्रा के कार्य और उपयोग का अनुमान लगाने के लिए पर्याप्त संकेतक नहीं है। इसलिए, स्वस्थ बनाम टी 2 डीएम रोगियों में बीएटी गतिविधि में वास्तविक अंतर का अनुमान लगाने के लिए, एक नए दृष्टिकोण की आवश्यकता है जो टी 2 डीएम रोगियों में बीएटी की खराबी के पैथोलॉजिकल तंत्र का पता लगाने की संभावना प्रदान करता है।
बीएटी के सक्रियण को निर्धारित करने के लिए, हमने इन्फ्रारेड (आईआर) थर्मोग्राफी (चित्रा 1) 12,13) का उपयोग करके भोजन से पहले और बाद में बीएटी गर्मी उत्पादन के माप का प्रदर्शन किया। स्वस्थ और मोटापे से ग्रस्त व्यक्तियों या मधुमेह मेलेटस वाले रोगियों में भोजन के बाद बीएटी गतिविधि को मापने के लिए पसंद की विधि के रूप में आईआर थर्मोग्राफी की स्थापना क्षेत्र पर भारी प्रभाव डालेगी। आज तक, आईआर थर्मोग्राफी का उपयोग बीएटी 13,14,15 के ठंड-प्रेरित सक्रियण के निर्धारण के लिए किया जाता है। हाल के मानव इतिहास में, ठंड से प्रेरित बीएटी गतिविधि अब बहुत स्पष्ट नहीं है (आवास, उचित कपड़ों के उचित हीटिंग के कारण), जबकि भोजन के बाद बीएटी सक्रियण हर दिन होता है। इसके अलावा, हाइपोथैलेमस के माध्यम से इन दो बीएटी कार्यों का शारीरिक विनियमन पूरी तरह से अलग है। भोजन के बाद, हाइपोथैलेमिक आर्क्यूट न्यूक्लियस (आर्क) में प्रोपियोमेलानोकोर्टिन (पीओएमसी) -व्यक्त न्यूरॉन्स की सक्रियता से आरआरपीए16 के माध्यम से सहानुभूति तंत्रिका गतिविधि में वृद्धि होती है। आईआर थर्मोग्राफी या पीईटी-सीटी द्वारा मापा गया बीएटी का ठंड-प्रेरित सक्रियण अनुचित है जब रोजमर्रा की बीएटी गतिविधि के लिए एक उपाय के रूप में उपयोग किया जाता है। भोजन के बाद बीएटी गतिविधि में वृद्धि के बाद ग्लूकोज का उपयोग होता है, जो अंततः ग्लूकोज होमियोस्टैसिस, इंसुलिन संवेदनशीलता और ग्लूकोज एकाग्रता के दैनिक विनियमन को बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण है। पोस्टप्रैंडियल बीएटी सक्रियण से पोस्टप्रैंडियल ग्लूकोज की खपत में वृद्धि होती है, इसके बाद गर्मी उत्पादन और शरीर के तापमान (डीआईटी) में वृद्धि होती है। यह लिंग, आयु और बीएमआई निर्भर12 दिखाया गया था। भोजन के बाद बीएटी सक्रियण में समान लिंग अंतर नर और मादा प्रयोगशाला चूहों में देखा जाताहै। ये निष्कर्ष बर्क एट अल द्वारा बैट के विनियमन में हाल ही में खोजे गए लिंग अंतर के अनुरूप हैं, जिन्होंने दिखाया कि पीओएमसी न्यूरॉन्स की उप-जनसंख्या के माध्यम से बीएटी ब्राउनिंग का हाइपोथैलेमिक विनियमन पुरुष और महिला चूहों में भिन्न होताहै। बीएटी का पोस्टप्रैंडियल सक्रियण महिलाओं, वृद्ध आबादी और मोटापे से ग्रस्त लोगों में छोटा है। भोजन के बाद बीएटी सक्रियण की कमी (ग्लूकोज उपयोग में कमी)महिलाओं में बिगड़ा हुआ ग्लूकोज सहिष्णुता का उच्च प्रसार हो सकता है 19,20,21,22। दुर्भाग्य से, बैट सक्रियण पर अधिकांश अध्ययन केवल पुरुषों पर किए गए थे। भोजन के बाद बैट को सक्रिय करने से, दुबला पुरुष आबादी में ग्लूकोज अपटेक बढ़ जाता है। यह आश्चर्य की बात नहीं है कि, बीएटी सक्रियण के बाद, बीएटी पॉजिटिव पुरुष विषयों में डीआईटीअधिक है 8,9। इसके अलावा, नर चूहों में बीएटी प्रत्यारोपण ग्लूकोज सहिष्णुता में सुधार करता है, इंसुलिन संवेदनशीलता बढ़ाता है, और शरीर के वजन और वसा द्रव्यमान को कम करताहै।
पीईटी-सीटी बीएटी गतिविधि को मापने के लिए पसंद की विधि के रूप में विफल रहता है, खासकर भोजन के बाद। इसलिए, एक गैर-आक्रामक और अधिक संवेदनशील विधि विकसित की गई थी। आईआर थर्मोग्राफी विभिन्न प्रयोगशाला जानवरों (नॉक-आउट चूहों) के साथ-साथ मानव प्रतिभागियों में बीएटी गतिविधि का अनुमान लगाने में सक्षम बनाता है, लिंग, आयु या बीएटी गतिविधि पर विभिन्न रोग स्थितियों के प्रभावों की परवाह किए बिना। इस विधि का एक अतिरिक्त लाभ प्रतिभागियों और प्रयोगशाला जानवरों के लिए सादगी है, जो हमें बीएटी बूस्टर थेरेपी के संभावित लाभों का अनुमान लगाने की अनुमति देता है। ठंड के संपर्क या भोजन के बाद बीएटी के शारीरिक व्यवहार को निर्धारित करने के लिए आईआर थर्मोग्राफी का उपयोग करने वाले हालिया अध्ययनों को ब्रासिल एट अल .24 के हालिया प्रकाशन में वर्णित किया गया है।
Protocol
Representative Results
Discussion
हाल के अध्ययन मोटापे और मधुमेह मेलेटस के विकास में वयस्क मनुष्यों और जानवरों में बीएटी गतिविधि के शारीरिक विनियमन और महत्व के बारे में बढ़ते सबूत प्रस्तुत करते हैं। इसके अलावा, बहिर्जात सक्रियकर्ताओ…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस अध्ययन को क्रोएशियाई साइंस फाउंडेशन अनुसंधान अनुदान (आईपी-2018-01- 7416) द्वारा वित्त पोषित किया गया था।
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 |
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