Het gebruik van Deuteriumoxide als niet-invasief, niet-dodelijk hulpmiddel voor de beoordeling van lichaamssamenstelling en waterverbruik bij zoogdieren
Summary
Dit artikel beschrijft de deuteriumoxide verdunningstechniek bij twee zoogdieren, een insectivore en carnivoor, om het totale lichaamswater, de spiermassa, de massa van lichaamsvet en het waterverbruik te bepalen.
Abstract
Body condition scoring systemen en body condition indexen zijn veel voorkomende technieken die worden gebruikt voor de beoordeling van de gezondheidstoestand of fitness van een soort. Body condition scoring systemen zijn evaluator afhankelijk en hebben het potentieel om zeer subjectief. Body condition indices kunnen worden verward door foerageren, de effecten van lichaamsgewicht, evenals statistische en inferential problemen. Een alternatief voor lichaamsconditie scoringsystemen en lichaamsconditieindexen is het gebruik van een stabiele isotoop zoals deuteriumoxide om de lichaamssamenstelling te bepalen. De deuteriumoxideverdunningsmethode is een herhaalbare, kwantitatieve techniek die wordt gebruikt om de lichaamssamenstelling bij mensen, dieren in het wild en in het wild te schatten. Bovendien kan de deuteriumoxideverdunningstechniek worden gebruikt om het waterverbruik van een individueel dier te bepalen. Hier beschrijven we de aanpassing van de deuteriumoxide verdunningstechniek voor het beoordelen van de lichaamssamenstelling bij grote bruine vleermuizen(Eptesicus fuscus)en voor het beoordelen van het waterverbruik bij katten(Felis catis).
Introduction
Body condition scoring systemen en body condition indexen zijn veel voorkomende technieken die worden gebruikt voor de beoordeling van de gezondheidstoestand of geschiktheid van een soort1,2. Veel binnenlandse en zoölogische soorten hebben unieke body condition scoring (BCS) systemen die worden gebruikt om de spier van een dier en oppervlakkig vetweefsel te beoordelen3. BCS-beoordeling is echter afhankelijk van de evaluator, wat betekent dat BCS een objectieve of semikwantitatieve meting is wanneer deze wordt beoordeeld door een getrainde beoordelaar. Bij wilde diersoorten worden lichaamsconditieindexen vaak gebruikt in plaats van BCS en zijn gebaseerd op een verhouding van lichaamsmassa tot lichaamsgrootte of lichaamsmassa tot onderarm2. Lichaamsconditie indicis zijn vaak verward door de effecten van foerageren en kan worden verward door de lichaamsgrootte, alsmede statistische en inferentieve problemen4.
Een alternatief voor lichaamsconditie scoringsystemen en lichaamsconditieindexen is het gebruik van een stabiele isotoop om de lichaamssamenstelling te bepalen. Een veelgebruikte stabiele isotoop is deuteriumoxide (D2O), een niet-radioactieve vorm van water waarin de waterstofatomen deuteriumisotopen zijn. De deuteriumoxideverdunningsmethode die in deze studie wordt beschreven, kan een niet-subjectieve, kwantitatieve en herhaalbare techniek zijn die wordt gebruikt om de lichaamssamenstelling bij mensen te schatten5 en een breed scala aan soorten4,6,7. Deze techniek kan voordelig zijn voor het bestuderen van de lichaamssamenstelling in het wild. Het kan bijvoorbeeld worden gebruikt om longitudinale veranderingen in lichaamssamenstelling te beoordelen, zoals voor en na een beheersactie. Bij sommige wilde diersoorten kan deuteriumoxide echter het werkelijke watergehalte overschatten8. Daarom is het bij de aanpassing van de techniek voor een soort belangrijk om de methode te valideren door de deuteriumoxidemethode te vergelijken met karkasanalyse voor niet-bedreigde soorten. Voor bedreigde en bedreigde soorten moet een niet-destructieve methode, zoals dubbele röntgenonthouding (DXA), worden beschouwd als een alternatieve vergelijkingsmethode voor de goudstandaarddestructieve methode voor volledige karkasanalyse.
Naast de lichaamssamenstelling kan de D2O verdunningstechniek worden gebruikt om het waterverbruik van een individueel dier te bepalen9. Deze unieke toepassing van D2O kan worden gebruikt om niet alleen onderzoeksvragen te beantwoorden, maar kan ook nuttig zijn voor het beoordelen van het waterverbruik van individuele dieren(en) die in grote sociale omgevingen zijn gehuisvest.
Hier beschrijven we de aanpassing van de D2O verdunningstechniek voor het beoordelen van lichaamssamenstelling in een insectivore, grote bruine vleermuizen(Eptesicus fuscus), en voor het beoordelen van het waterverbruik bij een carnivoor, katten (Felis catis).
Protocol
Representative Results
Discussion
Het gebruik van deuteriumoxide om TBW te bepalen wordt sinds de jaren 194017 gebruikt en wordt gebruikt bij mensen en een verscheidenheid aan huisdieren- en wilde diersoorten4,6,7. Andere niet-destructieve technieken zijn ontwikkeld, waaronder bio-elektrische impedantie analyse (BIA), DXA, en kwantitatieve magnetische resonantie (QMR). Elke methode heeft voor- en nadelen die in overweging moeten worden ge…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit onderzoek werd ondersteund door MDC Cooperative Agreement (#416), US Forest Service Cooperative Agreement (16-JV-11242311-118), American Academy of Veterinary Nutrition en Waltham/Royal Canin, USA Grant (subsidienummer: 00049049), NIH-opleidingsbeurs (subsidienummer: T32OS011126) en het University of Missouri Veterinary Research Scholars Program. De auteurs bedanken Shannon Ehlers voor het vooraf beoordelen van dit manuscript. Wij danken Dr. Robert Backus voor het verstrekken van de D2O normen en het toestaan van het gebruik van zijn laboratorium.
Materials
| 0.2 micron non-pyrogenic disk filter | Argos Technologies | FN32S | nylon, 30mm diameter, 0.22um, sterile |
| 1.5 mL conical microcentrifuge tubes | USA Scientific | 1415-9701 | 1.5 ml self-standing microcentrifuge tube, natural with blue cap |
| 10 mL sterile glass vial for injection | Mountainside Medical Equipment | MS-SEV10 | clear, sterile glass injection unit |
| 10 mL syringe | Becton Dickinson | 305219 | sterile 10 mL syringe individually wrapped |
| 100 mL sterile glass vial for injection | Mountainside Medical Equipment | AL-SV10020 | clear, sterile glass injection unit |
| 20 gauge needle | Exel | 26417 | needles hypodermic 20g x 1" plastic hub (yellow) / regular bevel |
| 22 gauge needle | Exel | 26411 | needles hypodermic 22g x 1" plastic hub (black) / regular bevel |
| deuterium oxide | Sigma-Aldrich | 151882-25G | 99.9 atom % D |
| isofluorane | Vetone | 3060 | fluriso isoflurane, USP |
| OMNIC Spectra Software | ThermoFisher Scientific | 833-036200 | FT-IR standard software |
| petroleum jelly | Vaseline | 305212311006 | Vaseline, 100% pure petroleum jelly, original, skin protectant |
| plastic capillary tubes | Innovative Med Tech | 100050 | sodium heparin anticoagulant, 50 μL capacity, 30 mm length |
| Sealed liquid spectrophotometer SL-3 FTIR CAF2 Cell | International Crystal Laboratory | 0005D-875 | 0.05 mm Pathlength |
| sodium chloride | EMD Millipore | 1.37017 | suitable for biopharmaceutical production |
| Thermo Electron Nicolet 380 FT-IR Spectrometer | ThermoFisher Scientific | 269-169400 | discontinued model, newer models available |
References
- Schiffmann, C., Clauss, M., Hoby, S., Hatt, J. M. Visual body condition scoring in zoo animals – composite, algorithm and overview approaches. Journal of Zoo Aquarium Research. 5 (1), (2017).
- Peig, J., Green, A. J. New perspectives for estimating body condition from mass/length data: the scaled mass index as an alternative method. Oikos. 118 (12), 1883-1891 (2009).
- Bissell, H. . Body Condition Scoring Resource Center. , (2017).
- McWilliams, S. R., Whitman, M. Non-destructive techniques to assess body composition of birds: a review and validation study. Journal of Ornithology. 154 (3), 597-618 (2013).
- Lukaski, H. C., Johnson, P. E. A simple, inexpensive method of determining total body water using a tracer dose of D2O and infrared absorption of biological fluids. American Journal of Clinical Nutrition. 41 (2), 363-370 (1985).
- Chusyd, D. E., et al. Adiposity and Reproductive Cycling Status in Zoo African Elephants. Obesity (Silver Spring). 26 (1), 103-110 (2018).
- Kanchuk, M. L., Backus, R. C., Calvert, C. C., Morris, J. G., Rogers, Q. R. Neutering Induces Changes in Food Intake Body Weight, Plasma Insulin and Leptin Concentrations in Normal and Lipoprotein Lipase–Deficient Male Cats. The Journal of Nutrition. 132 (6), 1730S-1732S (2002).
- Eichhorn, G., Visser, G. H. Technical Comment: Evaluation of the Deuterium Dilution Method to Estimate Body Composition in the Barnacle Goose: Accuracy and Minimum Equilibration Time. Physiological and Biochemical Zoology. 81 (4), 508-518 (2008).
- Hooper, S. E., Backus, R., Amelon, S. Effects of dietary selenium and moisture on the physical activity and thyroid axis of cats. Journal of Animal Physiolgy and Animal Nutrition (Berl). 102 (2), 495-504 (2018).
- Stevenson, K. T., van Tets, I. G. Dual-Energy X-Ray Absorptiometry (DXA) Can Accurately and Nondestructively Measure the Body Composition of Small, Free-Living Rodents. Physiological and Biochemical Zoology. 81 (3), 373-382 (2008).
- Jennings, G., Bluck, L., Wright, A., Elia, M. The use of infrared spectrophotometry for measuring body water spaces. Clinical Chemistry. 45 (7), 1077-1081 (1999).
- Beuth, J. M. . Body Composition, movemement phenology and habitat use of common eider along the southern new england coast. Master of Science in Biological and Environmental Sciences (MSBES) thesis. , (2013).
- Coplen, T. B., Hopple, J., Peiser, H., Rieder, S. Compilation of minimum and maximum isotope ratios of selected elements in naturally occurring terrestrial materials and reagents. U.S. Geological Survey Water-Resources Investigations Report 01-4222. , (2002).
- Karasov, W. H., Pinshow, B. Changes in lean mass and in organs of nutrient assimilation in a long-distance passerine migrant at a springtime stopover site. Physiological Zoology. 71 (4), 435-448 (1998).
- Hood, W. R., Oftedal, O. T., Kunz, T. H. Variation in body composition of female big brown bats (Eptesicus fuscus.) during lactation. Journal of Comparative Physiology B. 176 (8), 807-819 (2006).
- Backus, R. C., Havel, P. J., Gingerich, R. L., Rogers, Q. R. Relationship between serum leptin immunoreactivity and body fat mass as estimated by use of a novel gas-phase Fourier transform infrared spectroscopy deuterium dilution method in cats. American Journal of Veterinary Research. 61 (7), 796-801 (2000).
- Moore, F. D. Determination of Total Body Water and Solids with Isotopes. Science. 104 (2694), 157-160 (1946).
- Voigt, C., Cruz-Neto, A., Parsons, S., Kunz, T. H. . Ecological and Behavioral Methods in the Study of Bats. , 621-645 (2009).
- International Atomic Energy Agency. . Assessment of Body Composition and Total Energy Expenditure in Humans Using Stable Isotope Techniques. , (2009).
- International Atomic Energy Agency. . Introduction to Body Composition Assessment Using the Deuterium Dilution Technique with Analysis of Saliva Samples by Fourier Transform Infrared Spectrometry. , (2011).
- Shimamoto, H., Komiya, S. The Turnover of Body Water as an Indicator of Health. Journal of Physiological Anthropology and Applied Human Science. 19 (5), 207-212 (2000).
