Summary
ここでは、ヒトおよび実験動物における食後の褐色脂肪組織活性を測定するためのプロトコルを提示する。
Abstract
食後または肥満または糖尿病患者における18F-フルオロデオキシグルコース(FDG)の蓄積を介した陽電子放出断層撮影コンピュータ断層撮影(PET-CT)による褐色脂肪組織(BAT)活性の測定は、選択方法として失敗します。主な理由は、18F-FDGがBAT細胞の膜上の同じグルコーストランスポーターについて食後の高グルコース血漿濃度と競合するためです。さらに、BATは脂肪酸をエネルギー源としても使用していますが、これはPET-CTでは見えず、肥満や糖尿病患者のグルコース濃度とともに変化する可能性があります。そこで、動物およびヒトにおけるBATの生理的重要性を推定するために、最近の刊行物で用いられている新しい赤外線サーモグラフィ法が適用される。
一晩絶食後、BAT活性は、ヒトボランティアおよび雌野生型マウスにおける食餌の前後に赤外線サーモグラフィにより測定した。カメラソフトウェアは、物体からの距離、皮膚の放射率、反射室温、気温、相対湿度を使用して物体の温度を計算します。マウスでは、BATの上の剃毛領域は、平均温度と最高温度が測定された関心領域でした。雌マウスにおける発情周期の段階は、クレシルバイオレット(0.1%)染色溶液で染色された膣塗抹標本による実験後に決定された。健康なボランティアでは、首の2つの皮膚領域が選択されました:鎖骨上領域(鎖骨の上、BAT細胞が存在する場所)と鎖骨間領域(鎖骨の間、BAT組織が検出されない場所)。BATアクティビティは、これら2つの値を減算することによって決定されます。また、皮膚領域の平均温度と最高温度は、動物と人間の参加者で決定することができます。
非侵襲的でより感度の高い方法である赤外線サーモグラフィによって測定された食後のBAT活性の変化は、実験動物において性別、年齢、および発情周期の段階に依存することが示されました。食事誘発性熱発生の一環として、ヒトにおけるBAT活性化は、性別、年齢、およびボディマス指数に依存することも証明されました。食後のBAT活性の病態生理学的変化をさらに決定することは、高グルコース血漿濃度(肥満および真性糖尿病2型)を有する参加者、ならびに異なる実験動物(ノックアウトマウス)にとって非常に重要である。この方法は、BAT活性を若返らせる可能性のある活性化薬を決定するための可変ツールでもあります。
Introduction
褐色脂肪組織(BAT)は、白色脂肪組織(WAT)とは対照的に、エネルギーを蓄えるのではなく、消費します。交感神経刺激を受けると、BATは脂肪酸とグルコースを利用し、脱共役タンパク質1(UCP1)の活性化によって熱を発生させます。UCP1の機能は、2つのミトコンドリア膜間のH+勾配を使用して、ATPの代わりに熱を生成することです。BATの機能は、低温条件下での熱生成を増加させることであり、これはエネルギー消費の増加につながります1。低温曝露後、皮膚からの感覚入力は、視床下部視索前野(POA)の正中視索前(MnPO)核の温感受性ニューロンを阻害し、吻側眼瞼球(rRPa)に対するPOAニューロンの阻害効果を低下させます。rRPaニューロンの活性化は交感神経活動を増加させ、続いてBAT活性が増加する2,3。寒冷誘発性BAT活性化は、ヒトのインスリン感受性を改善し4、この活性は、ボディマス指数(BMI)および年齢が増加したヒトでは減少します1,5,6,7。
寒冷誘発性熱発生におけるその役割とは別に、食後、BATにおけるグルコース取り込みは除脂肪型男性集団で増加し、BAT陽性の男性被験者でより高い食事誘発性熱発生(DIT)に寄与する8,9。BAT活性を測定するために使用される最先端の技術は、PET-CTとして知られる陽電子放出断層撮影コンピュータ断層撮影法です。この方法は、放射性トレーサーフルオロデオキシグルコース(18F-FDG)の蓄積を測定することによってBAT活性を決定する。しかし、PET-CTは、食後のBATの活性化を検出するための選択方法として失敗します。その理由の1つは、食後、18F-FDGが同じグルコーストランスポーターについて食後高血糖と競合するため、特に健康な参加者と糖尿病の参加者のBAT活性を血糖値の違いと比較する場合、食後のBAT活性化を決定するのに不適切です。さらに、BATはPET-CTでは見えない熱生成のためのエネルギー源として脂肪酸を使用します。18名食後のBATにおけるF-FDG蓄積はほとんど見えない10ため、ほとんどの場合、否定的な結果として解釈されます。当然のことながら、最近、BATの活性化は、私たちが以前に考えていたよりもヒト集団においてより顕著であることが示唆されました。したがって、BAT活性とその代謝障害への関与を検出するための新しいアプローチが必要です7。この問題を解決する試みは、前糖尿病患者およびインスリン抵抗性を有する2型糖尿病(T2DM)患者における磁気共鳴画像法(MRI)によるBATの体積を測定することである11。しかし、MRIで測定したBAT量は、BATによるグルコースや脂肪酸の日常機能や使用量を推定するための十分な指標ではありません。したがって、健康な患者と2型糖尿病患者のBAT活性の実際の差を推定するには、2型糖尿病患者のBAT機能不全の病理学的メカニズムを見つける可能性を提供する新しいアプローチが必要です。
BATの活性化を決定するために、赤外線(IR)サーモグラフィを使用して、食前後のBAT熱産生の測定を行いました(図1)12,13。健康で肥満の個人または糖尿病患者の食後のBAT活性を測定するための選択方法としてIRサーモグラフィを確立することは、この分野に大きな影響を与えます。今日まで、IRサーモグラフィはBAT13,14,15の低温誘発活性化の測定に使用されています。最近の人類の歴史では、寒さによるBAT活動はもはやあまり顕著ではありませんが(生息地の適切な加熱、適切な衣服のため)、食事後のBAT活性化は毎日発生します。さらに、視床下部を介したこれら2つのBAT機能の生理学的調節は完全に異なります。食後、視床下部弓状核(Arc)におけるプロオピオメラノコルチン(POMC)発現ニューロンの活性化は、rRPa16を介して交感神経活動の増加につながります。IRサーモグラフィまたはPET-CTによって測定されたBATの低温誘発活性化は、日常のBAT活動の尺度として使用すると不適切です。食後のBAT活性の増加に続いてグルコース利用が行われ、これはグルコース恒常性、インスリン感受性、およびグルコース濃度の毎日の調節を維持するために最終的に重要です。食後のBAT活性化は、食後のグルコース消費量の増加をもたらし、続いて熱産生および体温(DIT)の増加をもたらす。これは、性別、年齢、およびBMI依存であることが示されました12。食後のBAT活性化における同様の性差は、雄と雌の実験用マウスで観察されています17。これらの発見は、POMCニューロンの亜集団を介したBAT褐変の視床下部調節が雄と雌のマウスで異なることを示したBurkeらによって最近発見されたBATの調節の性差に対応しています18。BATの食後の活性化は、女性、高齢者、肥満の人では小さいです。食後のBAT活性化の欠如(グルコース利用率の低下)は、女性の耐糖能障害の有病率が高くなる可能性があります19,20,21,22。残念ながら、BAT活性化に関する研究の大部分は男性でのみ行われました。食後にBATを活性化することにより、痩せた男性集団のグルコース取り込みが増加します。BAT活性化後、BAT陽性の男性被験者でDITが高いことは驚くべきことではありません8,9。さらに、雄マウスにおけるBAT移植は、耐糖能を改善し、インスリン感受性を増加させ、そして体重および脂肪量を減少させる23。
PET-CTは、特に食後のBAT活性を測定するための選択方法として失敗します。したがって、非侵襲的でより感度の高い方法が開発されました。IRサーモグラフィは、性別、年齢、またはBAT活性に対するさまざまな病理学的状態の影響に関係なく、さまざまな実験動物(ノックアウトマウス)およびヒト参加者のBAT活性を推定することができます。この方法の追加の利点は、参加者と実験動物にとって単純であることであり、BATブースター療法の潜在的な利点を推定することができます。低温暴露または食事後のBATの生理学的挙動を決定するためのIRサーモグラフィを用いた最近の研究は、Brasilらの最近の出版物に記載されている24。
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Protocol
実験動物に関するすべての実験手順は、国家倫理委員会と農業省によって承認されました(EP 185/2018)。実験は、クロアチア実験動物科学協会の倫理コーデックスおよびARRIVEガイドラインに従って実施されました。ヒト参加者を対象とした研究で実施されたすべての手順は、ヘルシンキ宣言に従い、ザグレブ大学医学部倫理委員会(UP/I-322-01/18-01/56)によって承認された。本研究では,3名の女性参加者(BMI:29kg/m2 ±5kg/m2)の結果を提示する。インフォームドコンセントは、研究への参加とデータの提示について、すべての人間のボランティアから得られました。
1.ヒトの食後の褐色脂肪組織の活性化の測定
注:基礎BAT活性をできるだけ低く保つために、毎日の気温が22°Cを下回らない夏の間に実験を実行してください。
- BAT活性は性別、年齢、BMI、さらには発情周期の段階に依存するため、対照の健康な参加者を慎重に選択してください(BAT活性が病理学的条件下で推定される場合)。
- 女性参加者の月経周期の段階を推定するには、平均月経周期の長さと最後の月経の初日の日付について質問します。実験の日付をマークすることを忘れないでください。
注:健康な対照と病理学的状態の参加者は可能な限り類似している必要があり、調査対象の疾患のみが異なるため、一致する対照被験者の適切な選択は臨床試験の最も難しい部分です。
- 女性参加者の月経周期の段階を推定するには、平均月経周期の長さと最後の月経の初日の日付について質問します。実験の日付をマークすることを忘れないでください。
- 参加者に、朝食をとらず(絶食-カロリー摂取なし)、実験のために朝の時間に集まり、交感神経活性化 による 筋肉活動中のBAT活性化の可能性を回避するために、少なくとも30分間休むように依頼します。
- ベースラインBAT活性を決定しながら、皮膚表面を温めることの可能性のある影響(衣服の熱効果)を回避するために、測定の15分前に上着を脱ぐように参加者に依頼します。適切な室温(22〜27°C)で測定を実行します。
- 赤外線測定を実行します。
- 参加者が休んでいる間に、サーマルカメラ(検出器タイプ:非冷却マイクロボロメータ、検出器ピッチ:17μm、カメラスペクトル範囲:7.5〜14.0μm、熱感度:30°Cで20mK、レンズ:36mm、解像度:1024ピクセルx768ピクセル、瞬時視野[IFOV]:0.47mRad)を三脚に取り付け、参加者が着席する場所から1m離して配置します。
注意: 測定が寒い天候(湿度15%で外気温が50°C未満)で実行する場合は、測定を実行する前に、カメラを室温に置き、少なくとも1時間電源を入れてください。冷たい機器は、自動キャリブレーションにより室温までウォームアップした後、異なる結果をもたらす可能性があります。 - メーカーの指示に従って、赤外線カメラをコンピューターとソフトウェアに接続します。アルミホイル(しわくちゃにしてから伸ばしたアルミホイル)を焦点距離1 mで記録し、部屋の反射温度を決定し、測定温度として表示します。カメラソフトに距離0m、放射率1を入力します。
注意: 反射見かけ温度は、カメラの放射率を1.0、距離を0 mに設定し、しわくちゃにしてから伸ばしたアルミホイルで測定を行ったときに得られるパラメータです。反射見込み温度は、環境から検出器に入射する赤外線の総放射の近似値を表します。 - 測定を開始する直前に、室温と湿度を決定します(後の分析に必要)。1つの熱画像を撮影する代わりに、ムービーを録画します。ムービーから、後で分析に最適な画像フレームを選択して、貴重なデータが失われる可能性を減らします。
- 録画を開始する前に、次のパラメータを設定します:10〜15秒(またはその他の希望する値)でのビデオ録画の継続時間、5 fps(フレーム/秒)またはその他の値でのフレームレート(私たちの手では、5 fpsが必要です)、および以下で説明するように、ムービーが保存されるディスク上の場所。
- メインカメラウィンドウの上にあるソフトウェアで、左から3番目のアイコンを選択します。ポップアップメニューで「 レコード設定を編集」を選択すると、新しいウィンドウが開きます。
- 記録モードで、[ ディスクに記録]を選択し、その下で[ この期間の記録 ]を目的の時間に設定します。同じウィンドウの録音オプションで、録音レートを5(Hz)に制限し、録音を保存する場所を選択します。
- フレームレートを設定するには、既存のウィンドウを閉じ、メインメニューの[ 編集 ]を開いて、[ 設定]を選択します。開いたウィンドウの右側で、[ ターゲットフレームレート]に5と入力します。下の同じウィンドウで、[ ホットキー/リモートスタートで記録を停止できます]を選択し、ドロップダウンメニューから[ 開始/停止モード]を選択します。
注:メモリを消費するため、可能な限り低いフレームレートで可能な限り短いムービーを作成してみてください。これらの設定では、1 つのレコードに約 100 MB が割り当てられます。
- 参加者が休んでいる間に、サーマルカメラ(検出器タイプ:非冷却マイクロボロメータ、検出器ピッチ:17μm、カメラスペクトル範囲:7.5〜14.0μm、熱感度:30°Cで20mK、レンズ:36mm、解像度:1024ピクセルx768ピクセル、瞬時視野[IFOV]:0.47mRad)を三脚に取り付け、参加者が着席する場所から1m離して配置します。
- BATが位置する鎖骨の上の首の鎖骨上領域(図1)が焦点距離1 mになるように参加者を配置し、F5キーを押して5 fpsのフレームレートでショートムービー(10〜 15 秒)を記録します。録音は指定された時間に停止します。
- 測定時の部屋には、参加者と測定を実行している人だけがいることを確認してください。空気の動きや通風(エアコンなど)を避けてください。参加者が冷たい通風、日光(直接または間接)、または電球などの熱源から離れていることを確認してください。
- 適切な場合は、指先から毛細血管血中の血糖値を標準の血糖値計で測定し、腋窩温度計を使用して体温を測定します。
- すべての参加者が同じ食事をするようにします。被験者の食事制限と要件(たとえば、糖尿病患者の食事)に注意してください。対照(健康な)人々と代謝障害のある参加者を含むすべての参加者は、同じ食事を食べるべきです。
注:糖尿病患者が摂取できる食事の詳細については、地元の内分泌科医に連絡するか、糖尿病を患っている参加者と話し合ってください。 - 食後の希望の時間に、同じ設定値を使用して F5 を押して新しい録音を行います。録音用に設定されたプロトコルを繰り返さないでください。食事後30分、1時間、2時間、および3時間で測定を繰り返します12。特定の研究デザインでは、食後の時間は短くても長くてもかまいませんが、少なくとも最初の3つの時点をお勧めします。
注:測定は高速ですが、参加者数の制限は4〜6人です。参加者の数が多いと、一部の遅延時間は長すぎます。
2.実験動物における食後の褐色脂肪組織の活性化の測定
注:動物は、室温が調整され、昼/夜サイクルが12時間/ 12時間の動物施設に収容されているため、実験はどの季節でも実行できます。実験中の室温は22°Cから27°Cの間である必要があります。 本研究では、発情期の雌動物6匹と野生型(WT)C57Bl/6NCrlの雄6匹を調べた。
- 施設の倫理ガイドラインに従って動物を麻酔します。この研究では、ケタミン/キシラジン(それぞれ80-100 mg / kgと6-8 mg / kg)のi.p.注射を使用して麻酔が行われました。アイジェルを両目に塗布し、麻酔中の角膜の乾燥を防ぎます。実験の前日に実験動物の肩甲骨間領域(肩甲骨の間の皮膚の領域)を小動物トリマーを用いて剃る。
- 実験の前日に、雌動物の発情周期の段階も決定します。
注: 発情周期の段階は膣塗抹標本によって決定されます。- 綿先綿棒を室温の滅菌生理食塩水(0.9%NaCl)に浸し、膣に挿入します。綿棒で膣壁をそっとこすり、付着した細胞をスライドガラスに広げ、風乾させます。
- 動物をケージに戻します。細胞を500μLの0.1%クレジルバイオレットアセテートで1分間染色し、その後水で3回すすぐ。
- 100倍の倍率と明視野照明を備えた光学顕微鏡で細胞を表示します。塗抹標本25において観察された白血球ならびに有核化および角化上皮細胞の数に基づいて発情周期の相を決定する。
- 実験の前夜(一晩絶食)に水を 自由にして動物の餌を取り除きます。最善の方法は、ケージ内の食物の残りを避けるために、動物を新しいきれいなケージに移すことです。
- 実験日の朝、人間の参加者をテストするために行われたように、赤外線カメラと録画設定を準備します。
- IR測定を行う前に、動物を邪魔したり、ストレスを与えたりしないでください。動物を清潔なケージに慎重に置きます(他の動物の香りが動物の交感神経系に影響を与えないようにしてください)。ケージを赤外線カメラの下に焦点距離1 mで置きます。 F5 キーを押してムービーを録画します。
- 食物摂取量を計算できるように、各動物に与える前に食物ペレットの重量を量ります。動物をケージで30分間食べさせ、食事の後に再び食物ペレットの重さを量ります。この研究では、雌の動物は0.038±0.004gの食物/体重を食べました。
注意: 血糖値を測定する場合は、食事の前とIR測定後に測定を実行して、交感神経系によるBAT活性化につながらないようにしてください。 - 食事開始後の希望の時間(通常は食事の30分後、1時間、2時間後)にIR測定を繰り返します17,26。
- すべての実験が完了した後、上記のように雌動物において発情周期の段階を再度試験する(雌動物は、予想よりも早く発情周期の所望の段階を終了し得る)。
3.熱記録の分析
注意: サーマルカメラソフトウェアは、5つの変数を使用してオブジェクトの温度を計算します。
- 分析前にソフトウェアで次の変数を設定します:皮膚の放射率、e = 0.9815,27、反射室温(アルミホイルの画像から計算)、気温、相対湿度、オブジェクトまでの距離= 1 m。これらの値を持つソフトウェアを使用して解析を実行します。
注:推奨されるカラーパレットは、鎖骨の上のBATの検出を容易にするより多くの色相を使用するため、レインボーです。 - ムービーごとに、リストされた変数をメインウィンドウの右側にあるカメラソフトウェアに入力します。画面下部の再生ヘッドを動かすか、 一時停止 ボタンを押して、ムービーから適切なフレーム(画像)を選択します。
- メインウィンドウの左側にある目的の領域の形状を選択して、関心領域(ROI)を選択します。鎖骨の上または間の皮膚の領域に最も適した形状を選択してください。
- ROIを選択すると、ROIの最小温度、最高温度、および平均温度が右側に表示されます。画像では、赤い三角形は記録された最高温度のポイントを表し、青い三角形は記録された最低温度を表します。この手順を数フレーム繰り返して、記録の数秒間に測定温度が安定していることを確認します。
- 食後の最高温度から食前のBATより上の皮膚領域の最高温度を差し引いて、実験動物の食後のBAT活性の増加を決定します。
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Representative Results
BAT活性を決定する最も簡単な方法は、ヒト被験者の食事の前後にBATを超える最大皮膚温度を差し引くことです。BAT活性を計算するより良い方法は、鎖骨上領域に位置するBATの上の皮膚領域と、参照領域として指定されたヒトにBAT組織が見られない皮膚の鎖骨間領域の2つの関心領域を選択することです(PET-CT;図1)。BAT活性は、これら2つの温度を差し引くことによって容易に決定される。図1に示すように、BAT活性は1.8°Cと判定した。 給餌後のBATの活性化を決定するために、これを食後の指定された時点で繰り返した12。本研究では、3名の女性参加者を対象に実験を行った。参加者1と参加者2からも、BMIがそれぞれ23 kg / m 2と34 kg / m2で同様の結果が得られました。参加者3は、食後のBMIが最も低く(18 kg / m2)、BAT活動の増加が最も高かった(図1B、左)。皮膚の鎖骨上領域の最高温度は、食後3時間でも皮膚温度の低下がないため、BAT活性をよく表していません(図1B、右)。ヒト集団間のBAT活性の違いにより、結果の分析は個別に行う必要があり、および/または研究の参加者の選択は非常に慎重に行う必要があります。実験動物のBAT活性は密接に関連しているため、それほど違いはありません。
PET-CT(18F-FDG)の使用と比較したこの方法の最初の利点は、熱源に関係なくBAT活性を測定することです。そのため、IRサーモグラフィははるかに感度が高く、さまざまな生理学的または病態生理学的条件下でのBAT活性をより正確に表します。この方法は、発情周期の年齢、性別、または段階などのBAT活性の変化をもたらす生理学的条件を決定するために使用することができる。ヒトでは、追加の利点は、肥満や2型糖尿病などの代謝性疾患におけるBAT活性の病態生理学的変化を決定する能力です。PET-CTでは、放射性グルコースが体内のグルコースと同じグルコーストランスポーターと競合し、偽陰性の結果またはBAT活性の不実表示につながるため、高血糖濃度の人々のBAT活性を健康な対照と比較すると、特別な利点が見られます。
考えられる懸念の1つは、皮膚の厚さ、特に皮下白色脂肪組織の違いであり、これは異なる被験者においてBATを超える皮膚温度を変化させる可能性がある28。この問題は、食事の前後にBATの活性化を比較することで回避できます。通常、さまざまな病態生理学的条件に対する活性および以下の重要性は、低温暴露後のBAT活性化によって決定される。ただし、このタイプのBAT活性化は季節的であり、人間では(荒野の動物と比較して)それほど重要ではありません。BAT活性が日常生活に及ぼす影響、およびグルコース恒常性を判断するには、食後のBAT活性化とそれに続くグルコースと脂肪酸の利用が適切な方法です。
暖かい環境または筋肉活動の直後に行われる測定に注意を払う必要があります。筋肉の活動は体温を上昇させ、皮膚の血管拡張を引き起こします(図2)。周囲の皮膚領域と比較してBATの上に目に見える暖かい皮膚領域がない場合は、研究から記録を除外します。
実験動物におけるBAT活性は、肩甲骨(肩甲骨間BAT、iBAT)の間に位置するBATの最高温度とiBATの上の皮膚の平均温度によって決定される。実験動物のBATを超える皮膚の平均温度は、ヒトよりも局在しているため、測定が容易です(図3)。この研究では、食後のBAT活性の変化を発情期の雌のWT動物(28.2±0.5週齢)で測定しました。 図3に示すように、BAT活性の統計的に有意な変化は、食後30分で決定されたが、最高温度が測定された場合にのみ決定された(p < 0.05)。BAT活性を平均気温の変化として提示した場合、その変化は有意ではなかった(p = 0.066)。したがって、肩甲骨間皮膚領域の最高温度の変化 を介して BAT活性を提示することは、結果を提示するためのより良い方法です。BAT活性のこの変化は、摂取された食物の量と正の相関がありました(r = 0.65)。
両方の被験者の主な懸念は、男性と女性、および若い動物と老いた動物におけるBAT活性化の生物学的違い、および発情サイクル中のBAT活性の違いです17。最後の食事から経過した時間には特別な注意を払う必要がありますが、上記のプロトコルに従わないと推定するのは困難です。午前中に同時に実験を行うことは十分に正確ではありません17。
BAT活性を測定する際の追加の懸念は、動物のストレスを可能な限り回避することです。どんな障害も交感神経活動を増加させ、したがってBAT活動を増加させます16。さらに、マウスの肩甲骨間領域が適切に剃られていない場合、温度記録を含むほとんどの間違いが現れ、皮膚の間違った領域を測定することにつながる可能性があります。
図1:赤外線サーモグラフィ。 (A)2つの皮膚領域が選択されます:1つは褐色脂肪組織(BAT;鎖骨上領域)の上、もう1つは鎖骨間領域(この領域の皮膚の下にBAT組織は存在しません-基準点)。BAT の位置は、鎖骨より上の最も暖かい領域として表示されます。PET-CTによる首のBAT位置の概略図を左図に示します。温度は、囲まれた皮膚領域で測定された最高温度です。バーは5cmを表します。 (B)両方の皮膚領域の最高温度の差が各参加者に提示され、食事の2時間後のBAT活性の増加が示されています(左)。BAT活性は、BATを超える皮膚の最高温度では表せません(右)。結果は、平均の平均値±標準誤差として表されます。* p < 開始値と比較した0.05(対応のある分散分析)。略語:SC =肩甲骨上。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図2:BAT活性が測定できない場合の条件。 図は、皮膚血管の血管拡張の増加によりBAT活性を判定できない場合の状態を表す。バーは5cmを表します。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
図3:実験用マウスの褐色脂肪組織。 (A,B)肩甲骨間褐色脂肪組織(BAT)は、低温曝露後に活性化され、その後、PET-CTによって18F-FDG蓄積として示されます。BATの活動は、寒さにさらされることなく赤外線カメラで見ることができました。(C)サーマルスキャンにおけるBATの位置は、PET-CT画像に矢印で示されているBATに対応しています。剃毛された領域はBATよりも大きく、温度のすべての変化を見ることができます(Tmaxの位置を完全に予測することはできず、一部の研究では平均温度を測定できます)。バーは1cmを表す。 (D)発情期の6匹の雌マウスについて、BATを超える皮膚の測定された最高温度と平均温度が提示されます。結果は、平均の平均値±標準誤差として表されます。* p < 開始値と比較すると0.05(対応のある分散分析)。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
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Discussion
最近の研究では、肥満および糖尿病の発症における成人のヒトおよび動物におけるBAT活性の生理学的調節および重要性に関する証拠が増えています。さらに、外因性活性化剤によるBAT活性化の可能性は、製薬会社のターゲットになりつつあります。非常に厄介な疾患におけるBATの生理学的調節と病態生理学的重要性を推定し、潜在的な治療アプローチを発見するために、赤外線サーモグラフィは選択の方法になりつつあります。IR技術はBAT活性を測定する際の新しい選択方法として浮上していますが12,13,14,15,17、適用された方法自体ではなく、BAT活性化の生理学的属性に特別な注意を払う必要があります。性別、年齢、発情周期の段階、摂食状態、および人間の参加者と実験動物のストレスの可能性に特に注意を払う必要があります。
ヒトおよび実験動物に対して行われた食後のBAT活性の増加の測定は、非常に類似している12,17。これらの測定を実施するための重要なステップには、ストレスと筋肉活動の回避が含まれます(測定を実行する前に動物を邪魔しないでください)。女性参加者の場合、発情(月経)サイクル中のBAT活性の機能的違いを考慮する必要があります。さらに、皮膚はむき出しでなければなりません(動物は、不必要なストレスを避けるために、実験が行われる前日に剃られるべきです)。さらに、可能な限り最高の熱解像度を得るには、カメラソフトウェアを適切に設定することが非常に重要です。データを熱画像として表示するには、特定のスタディに適した適切なカラーリングパレットを選択するのが最善の方法です。プロトコルに適切に従っていれば、IRサーモグラフィの実行でエラーが発生する可能性が低くなります。
この方法の制限は、わずかな懸念なしに、異なる量の皮下脂肪を有する人々(または肥満動物と正常体重を有する動物)との間のBAT活性を比較することが不可能である。この問題を回避するには、食事の前後にBAT活性を測定することにより、同じ被験者を対照として使用する必要があります。食後のBAT活性の増加を計算すると、皮下BATから皮膚表面への熱分布の違いがなくなります。
両方の皮膚領域の最大皮膚温度間の変化を通じてBAT活性を報告することは、私たちの見解では、平均温度測定によって得られた結果におけるBATサイズおよび/または指定された皮膚領域の違いを排除するため、より良い方法です29。
前述のように、これまでのBAT活性の測定方法として選択されているのは、放射性グルコース(18F-FDG)を用いたPET-CTである。この方法は、時間の経過とともに、十分に感度が高くないことが証明されており、放射性物質の使用が懸念されており、非常に高価です。PET-CTは、食後のBAT活性化を決定するのに役に立たない。18名食後のBATにおけるF-FDG蓄積はほとんど見えず10、否定的な結果と見なされます。最近、BATの活性化はヒト集団でより顕著であり、したがって、代謝性疾患の発症と蔓延においてますます重要であることが示唆されました7。この問題を解決する試みは、インスリン抵抗性11を有する前糖尿病患者および2型糖尿病患者におけるMRIによるBAT体積を測定することである。しかしながら、BATの量は、BATの活性および糖尿病患者において重要であるグルコースおよび脂肪酸の利用についての情報を与えない。
特に血糖値の高いヒト被験者において、BAT活性を測定するための選択方法としてIRサーモグラフィを確立することは、この分野に大きな影響を与えます。IRサーモグラフィは、健康なボランティア12および実験動物17におけるBAT13、14、15および最近では食後のBAT活性化の低温誘発活性化の測定に使用される。食後のBAT活性化は、種に関係なく、女性および高齢の被験者でより小さくなります。残念ながら、BAT活性化と代謝研究に関する研究の大部分は、男性の被験者(男性の実験動物または男性)でのみ行われてきました。このアプローチの問題は、BAT活性30に対する発情サイクルの位相の影響を無視することです。
最後に、IRサーモグラフィは、さまざまなヒト集団、特に閉経前および閉経後の女性におけるBATの生理学的および病態生理学的重要性を調査する可能性を可能にします。
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Disclosures
著者は開示するものは何もありません。
Acknowledgments
この研究は、クロアチア科学財団の研究助成金(IP-2018-01-7416)によって資金提供されました。
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 |
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