Använda Deuteriumoxid som ett icke-invasivt, icke-dödligt verktyg för bedömning av kroppssammansättning och vattenförbrukning hos däggdjur
Summary
Denna artikel beskriver deuteriumoxid utspädningsteknik i två däggdjur, en insektsätare och köttätare, för att bestämma totalt kroppsvatten, muskelmassa, kroppsfett massa, och vattenförbrukning.
Abstract
Body condition scoring system och kroppsförhållanden index är vanliga tekniker som används för att bedöma hälsotillstånd eller lämplighet av en art. Kroppstillstånd poängsättning system är utvärderare beroende och har potential att vara mycket subjektiva. Kroppstillståndindex kan blandas ihop genom födosök, effekterna av kroppsvikt, samt statistiska och inferential problem. Ett alternativ till kroppens tillstånd poängsystem och kroppens tillstånd index använder en stabil isotop såsom deuteriumoxid för att bestämma kroppssammansättning. Deuteriumoxidutspädningsmetoden är en repeterbar, kvantitativ teknik som används för att uppskatta kroppssammansättning hos människor, vilda djur och tama arter. Dessutom kan deuteriumoxidutspädningstekniken användas för att bestämma vattenförbrukningen hos ett enskilt djur. Här beskriver vi anpassningen av deuteriumoxid utspädningsteknik för att bedöma kroppssammansättning i stora bruna fladdermöss(Eptesicus fuscus)och för att bedöma vattenförbrukning hos katter (Felis catis).
Introduction
Body condition scoring system och kroppsförhållanden index är vanliga tekniker som används för att bedöma hälsostatus eller lämplighet av en art1,2. Många inhemska och zoologiska arter har unika kropp tillstånd scoring (BCS) system som används för att bedöma ett djurs muskler och ytlig fettvävnad3. BCS-bedömningen bygger dock på utvärderaren, vilket innebär att BCS är en objektiv eller halvkvantitativ mätning vid bedömningen av en utbildad utvärderare. I djurarter, kroppsförhållanden index används ofta snarare än BCS och är baserade på ett förhållande av kroppsmassa till kroppsstorlek eller kroppsmassa till underarm2. Kroppstillstånd indicis är ofta förvirrade av effekterna av födosök och kan blandas av kroppsstorlek samt statistiska och inferential problem4.
Ett alternativ till kroppens tillstånd poängsystem och kroppens tillstånd index använder en stabil isotop för att bestämma kroppssammansättning. En vanlig stabil isotop är deuteriumoxid (D2O), en icke-radioaktiv form av vatten där väteatomer är deuteriumisotoper. Den deuteriumoxid utspädningmetod som beskrivs i denna studie kan vara en icke-subjektiv, kvantitativ och repeterbar teknik som används för att uppskatta kroppssammansättning hos människor5 och ett brett spektrum av arter4,6,7. Denna teknik kan vara fördelaktigt för att studera kroppens sammansättning i vilda djur. Den kan till exempel användas för att bedöma längsgående förändringar i kroppssammansättningen, till exempel före och efter en hanteringsåtgärd. Men i vissa vilda arter deuteriumoxid kan överskatta den faktiskavattenhalten 8. När tekniken anpassas för en art är det därför viktigt att validera metoden genom att jämföra deuteriumoxidmetoden med slaktkroppens analys för icke-utrotningshotade arter. För hotade och utrotningshotade arter bör en icke-förstörande metod som dubbel röntgenabsorptiometri (DXA) betraktas som en alternativ jämförelsemetod med den guldstandarddestruktiva metoden för fullständig slaktkroppanalys.
Förutom kroppssammansättning kan D2O-utspädningstekniken användas för att bestämma vattenförbrukningen för ett enskilt djur9. Denna unika tillämpning av D2O kan användas för att svara inte bara på forskningsfrågor, utan kan vara användbar för att bedöma vattenförbrukningen för enskilda djur som är inrymt i stora sociala miljöer.
Här beskriver vi anpassningen av D2O-utspädningstekniken för bedömning av kroppssammansättning i en insektsätare, stora bruna fladdermöss(Eptesicus fuscus), och för att bedöma vattenförbrukningen i en köttätare, katter (Felis catis).
Protocol
Representative Results
Discussion
Användningen av deuteriumoxid för att bestämma TBW har använts sedan 1940-talet17 och används till människor och en mängd olika inhemska arter och djurarter4,6,7. Andra icke-förstörande tekniker har utvecklats, inklusive bioelektrisk impedansanalys (BIA), DXA och kvantitativ magnetisk resonans (QMR). Varje metod har fördelar och nackdelar som bör beaktas innan man väljer en viss metod för att…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna forskning stöddes av MDC Cooperative Agreement (#416), US Forest Service Cooperative Agreement (16-JV-11242311-118), American Academy of Veterinary Nutrition och Waltham / Royal Canin, USA Grant (bidragsnummer: 00049049), NIH utbildningsbidrag (bidragsnummer: T32OS011126) och University of Missouri Veterinary Research Scholars Program. Författarna tackar Shannon Ehlers för att pre-granska detta manuskript. Vi tackar Dr Robert Backus för att ge D2O standarder och tillåta användning av hans 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 |
Referências
- 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).
