Name: Infrarot-Thermografie zur Detektion von Veränderungen der Aktivität des braunen Fettgewebes (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-09-28T14:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 16 s
Description: Lernen Sie die Infrarot-Thermografie zur nichtinvasiven Messung der braunen Fettgewebeaktivität bei Menschen und Labortieren kennen. Diese Methode ist empfindlicher als PET-CT und besonders nach Mahlzeiten geeignet.

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Diese Studie wurde durch das Forschungsstipendium der Kroatischen Wissenschaftsstiftung finanziert (IP-2018-01-7416).

Alle Versuchsverfahren an Versuchstieren wurden von der Nationalen Ethikkommission und dem Landwirtschaftsministerium genehmigt (EP 185/2018). Die Versuche wurden in Übereinstimmung mit dem Ethikkodex der Kroatischen Gesellschaft für Versuchstierkunde und den ARRIVE-Richtlinien durchgeführt. Alle Verfahren, die in Studien mit menschlichen Teilnehmern durchgeführt wurden, entsprachen der Deklaration von Helsinki und wurden von der Ethikkommission der Medizinischen Fakultät der Universität Zagreb (UP/I-322-01/18-01/56) genehmigt. In dieser Studie präsentieren wir die Ergebnisse von drei Teilnehmerinnen (BMI: 29 kg/m2 ± 5 kg/m2). Für die Teilnahme an der Studie und für die Präsentation der Daten wurde von allen Probanden eine informierte Einwilligung eingeholt.
1. Messung der Aktivierung von braunem Fettgewebe nach einer Mahlzeit beim Menschen
HINWEIS: Führen Sie die Experimente im Sommer durch, wenn die Tagestemperatur nicht unter 22 °C liegt, um die basale BAT-Aktivität so gering wie möglich zu halten.
<ol><li>Wählen Sie die gesunden Kontrollteilnehmer sorgfältig aus (wenn die BAT-Aktivität unter pathologischen Bedingungen geschätzt werden soll), da die BAT-Aktivität von Geschlecht, Alter, BMI und sogar der Phase des Brunstzyklus abhängt.<ol><li>Um die Phase des Menstruationszyklus der Teilnehmerinnen abzuschätzen, stellen Sie ihnen Fragen zur Dauer ihres durchschnittlichen Menstruationszyklus und zum Datum des ersten Tages ihrer letzten Menstruation. Vergessen Sie nicht, das Datum der Experimente zu markieren. HINWEIS: Die richtige Auswahl passender Kontrollpersonen ist der schwierigste Teil klinischer Studien, da gesunde Kontrollpersonen und Teilnehmer mit pathologischen Zuständen so ähnlich wie möglich sein und sich nur in der untersuchten Krankheit unterscheiden sollten.</li>
	</ol></li>
	<li>Bitten Sie die Teilnehmer, sich gut auszuruhen, nicht zu frühstücken (Fasten - keine Kalorienaufnahme), sich in den Morgenstunden für die Experimente zu versammeln und sich mindestens 30 Minuten auszuruhen, um eine mögliche BAT-Aktivierung während der Muskelaktivität durch sympathische Aktivierung zu vermeiden.</li>
	<li>Bitten Sie die Teilnehmer, 15 Minuten vor den Messungen ihre Oberbekleidung auszuziehen, um die möglichen Auswirkungen einer Erwärmung der Hautoberfläche (thermische Auswirkungen der Kleidung) bei der Bestimmung der BVT-Ausgangsaktivität zu vermeiden. Führen Sie die Messungen bei geeigneter Raumtemperatur (22-27 °C) durch.</li>
	<li>Führen Sie Infrarotmessungen durch.<ol><li>Während sich die Teilnehmer ausruhen, montieren Sie die Wärmebildkamera (Detektortyp: ungekühltes Mikrobolometer; Detektorabstand: 17 μm; Kameraspektralbereich: 7,5-14,0 μm; thermische Empfindlichkeit: 20 mK bei 30 °C; Objektive: 36 mm; Auflösung: 1024 Pixel x 768 Pixel; momentanes Sichtfeld [IFOV]: 0,47 mRad) auf dem Stativ und positionieren Sie sie 1 m von der Stelle, an der der Teilnehmer sitzen wird. HINWEIS: Wenn die Messungen bei kälterem Wetter durchgeführt werden (Außenlufttemperaturen unter 15 °C bei 50 % Luftfeuchtigkeit), stellen Sie die Kamera auf Raumtemperatur und schalten Sie sie mindestens 1 Stunde lang ein, bevor Sie die Messungen durchführen. Kalte Geräte können nach dem Aufwärmen auf Raumtemperatur aufgrund der Autokalibrierung unterschiedliche Ergebnisse liefern.</li>
		<li>Schließen Sie die Wärmebildkamera gemäß den Anweisungen des Herstellers an einen Computer und eine Software an. Nehmen Sie Aluminiumfolie (zerknitterte und dann gestreckte Aluminiumfolie) in einer Brennweite von 1 m auf, um die reflektierte Temperatur des Raumes zu bestimmen, die als gemessene Temperatur dargestellt wird. Geben Sie in der Kamerasoftware die Entfernung von 0 m und den Emissionsgrad von 1 ein. HINWEIS: Die reflektierte scheinbare Temperatur ist ein Parameter, der erhalten wird, wenn der Emissionsgrad der Kamera auf 1,0 und der Abstand auf 0 m eingestellt ist und die Messungen auf zerknitterter und dann gereckter Aluminiumfolie durchgeführt werden. Die reflektierte scheinbare Temperatur stellt eine Annäherung an die gesamte auf den Detektor einfallende Infrarotstrahlung aus der Umgebung dar.</li>
		<li>Bestimmen Sie kurz vor Beginn der Messungen die Raumlufttemperatur und die Luftfeuchtigkeit (notwendig für eine spätere Analyse). Anstatt ein Wärmebild aufzunehmen, nehmen Sie einen Film auf. Wählen Sie später aus dem Film den bestmöglichen Bildrahmen für die Analyse aus, um die Möglichkeit des Verlusts wertvoller Daten zu verringern.</li>
		<li>Bevor Sie mit der Aufnahme beginnen, stellen Sie die folgenden Parameter ein: die Dauer der Videoaufnahme auf 10-15 s (oder einen anderen gewünschten Wert), die Bildrate auf 5 fps (Bilder pro Sekunde) oder einen anderen Wert (in unseren Händen sind 5 fps das maximal benötigte Maximum) und einen Speicherort auf der Festplatte, an dem der Film gespeichert werden soll, wie unten beschrieben.<ol><li>Wählen Sie in der Software über dem Hauptkamerafenster das dritte Symbol von links. Wählen Sie im Popup-Menü die Option "Datensatzeinstellungen bearbeiten", woraufhin ein neues Fenster geöffnet wird.</li>
			<li>Wählen Sie im Aufnahmemodus die Option Auf Datenträger aufzeichnen und legen Sie darunter den Datensatz für diese Dauer zum gewünschten Zeitpunkt fest. Begrenzen Sie in den Aufnahmeoptionen desselben Fensters die Aufnahmerate auf 5 (Hz) und wählen Sie den Ort, an dem die Aufnahmen gespeichert werden sollen.</li>
			<li>Um die Bildrate einzustellen, schließen Sie das vorhandene Fenster, öffnen Sie Bearbeiten im Hauptmenü und wählen Sie Einstellungen. Geben Sie im rechten Teil des geöffneten Fensters 5 in Target Frame Rate (Zielbildrate) ein. Wählen Sie im gleichen Fenster unten Hotkey/Remote-Start kann die Aufnahme stoppen und wählen Sie aus dem Dropdown-Menü Im Start/Stopp-Modus. HINWEIS: Versuchen Sie, die kürzestmöglichen Filme mit der niedrigstmöglichen Bildrate zu erstellen, da dies speicherintensiv ist. Bei diesen Einstellungen hat ein Datensatz ungefähr 100 MB.</li>
		</ol></li>
	</ol></li>
	<li>Positionieren Sie den Teilnehmer so, dass sich der supraklavikuläre Bereich des Halses über dem Schlüsselbein, in dem sich BAT befindet (Abbildung 1), in einer Brennweite von 1 m befindet, und nehmen Sie durch Drücken der Taste F5 einen Kurzfilm (10-15 s) mit einer Bildrate von 5 fps auf. Die Aufnahme wird zum angegebenen Zeitpunkt gestoppt.</li>
	<li>Stellen Sie sicher, dass zum Zeitpunkt der Messungen nur der Teilnehmer und die Person, die die Messungen durchführt, im Raum anwesend sind. Vermeiden Sie Luftbewegungen oder Zugluft (z. B. durch Klimaanlagen). Stellen Sie sicher, dass die Teilnehmer nicht in der Nähe von kalter Zugluft, Sonnenlicht (direkt oder indirekt) oder anderen Wärmequellen wie Glühbirnen sind.</li>
	<li>Messen Sie bei Bedarf die Blutzuckerkonzentrationen im Kapillarblut aus der Fingerkuppe mit einem handelsüblichen Blutzuckermessgerät und die Körpertemperatur mit einem Achselthermometer.</li>
	<li>Stellen Sie sicher, dass alle Teilnehmer die gleiche Mahlzeit zu sich nehmen. Achten Sie auf die Lebensmittelbeschränkungen und -anforderungen der getesteten Probanden (z. B. die Mahlzeit für Diabetiker). Alle Teilnehmer, einschließlich (gesunder) Kontrollpersonen und Teilnehmer mit Stoffwechselstörungen, sollten die gleiche Mahlzeit zu sich nehmen. HINWEIS: Für weitere Informationen zu den Mahlzeiten, die Diabetiker zu sich nehmen können, wenden Sie sich an einen Endokrinologen vor Ort oder besprechen Sie dies mit den Teilnehmern, die an Diabetes mellitus leiden.</li>
	<li>Machen Sie zum gewünschten Zeitpunkt nach einer Mahlzeit die neue Aufnahme, indem Sie F5 mit den gleichen Einstellwerten drücken. Wiederholen Sie nicht das eingestellte Protokoll für Aufnahmen. Wiederholen Sie die Messungen nach 30 Minuten, 1 Stunde, 2 Stunden und 3 Stunden nach einer Mahlzeit12. Für Ihr spezifisches Studiendesign kann die Zeit nach einer Mahlzeit kürzer oder länger sein, aber wir empfehlen mindestens die ersten drei Zeitpunkte. HINWEIS: Die Begrenzung der Teilnehmerzahl beträgt vier bis sechs, obwohl die Messungen schnell durchgeführt werden. Bei einer höheren Teilnehmerzahl wird die Verzögerungszeit für einige zu lang sein.</li>
</ol>2. Messung der Aktivierung von braunem Fettgewebe nach einer Mahlzeit bei Versuchstieren
HINWEIS: Da die Tiere in einer Tierhaltung mit geregelter Raumtemperatur und einem Tag/Nacht-Zyklus von 12 h/12 h untergebracht sind, können die Experimente zu jeder Jahreszeit durchgeführt werden. Die Raumtemperatur während der Experimente sollte zwischen 22 °C und 27 °C liegen. In dieser Arbeit wurden sechs weibliche Tiere im Diestrus und sechs männliche Wildtyp-Tiere (WT) C57Bl/6NCrl untersucht.
<ol><li>Betäuben Sie die Tiere gemäß den ethischen Richtlinien der Einrichtung. In dieser Studie wurde die Anästhesie mit i.p. Injektionen von Ketamin/Xylazin (80-100 mg/kg bzw. 6-8 mg/kg) durchgeführt. Tragen Sie Augengel auf beide Augen auf, um ein Austrocknen der Hornhaut während der Anästhesie zu verhindern. Rasieren Sie die Schulterblattregionen der Versuchstiere einen Tag vor den Experimenten (den Hautbereich zwischen den Schulterblättern) mit einem Kleintiertrimmer.</li>
	<li>Bestimmen Sie am Tag vor den Experimenten auch die Phase des Brunstzyklus bei weiblichen Tieren. HINWEIS: Die Phase des Brunstzyklus wird durch Vaginalabstriche bestimmt.<ol><li>Tauchen Sie ein Wattestäbchen in sterile Kochsalzlösung (0,9 % NaCl) bei Raumtemperatur und führen Sie es in die Vagina ein. Kratzen Sie die Scheidenwand vorsichtig mit dem Tupfer ab, verteilen Sie die angebrachten Zellen auf einem Glasobjektträger und lassen Sie sie an der Luft trocknen.</li>
		<li>Setzen Sie die Tiere wieder in ihre Käfige. Färben Sie die Zellen 1 Minute lang mit 500 μl 0,1%igem Kresylviolettacetat und spülen Sie sie anschließend 3 Mal mit Wasser ab.</li>
		<li>Betrachten Sie die Zellen unter einem Lichtmikroskop mit 100-facher Vergrößerung und Hellfeldbeleuchtung. Bestimmen Sie die Phase des Brunstzyklus anhand der Anzahl der im Abstrich beobachteten Leukozyten und kernhaltigen und verhornten Epithelzellen25.</li>
	</ol></li>
	<li>Entfernen Sie das Futter der Tiere am Abend vor den Experimenten (Fasten über Nacht) mit Wasser ad libitum. Am besten ist es, die Tiere in neue, saubere Käfige umzusiedeln, um mögliche Futterreste in den Käfigen zu vermeiden.</li>
	<li>Bereiten Sie am Morgen des Experimentstages die Wärmebildkamera und die Aufnahmeeinstellungen so vor, wie sie für das Testen der menschlichen Teilnehmer vorgenommen wurden.</li>
	<li>Stören oder stressen Sie die Tiere nicht, bevor Sie IR-Messungen durchführen. Setzen Sie das Tier vorsichtig in einen sauberen Käfig (stellen Sie sicher, dass der Geruch anderer Tiere keine Auswirkungen auf das sympathische System des Tieres hat). Stellen Sie den Käfig in einer Brennweite von 1 m unter die Wärmebildkamera. Nehmen Sie einen Film auf, indem Sie F5 drücken.</li>
	<li>Wiegen Sie das Futterpellet, bevor Sie es jedem Tier geben, damit die Futteraufnahme berechnet werden kann. Lassen Sie das Tier 30 Minuten in seinem Käfig fressen und wiegen Sie das Futterpellet nach der Mahlzeit erneut. In dieser Studie fraßen weibliche Tiere 0,038 ± 0,004 g Futter/Körpergewicht. HINWEIS: Wenn Sie sich für die Messung der Blutzuckerkonzentration entscheiden, führen Sie die Messungen vor einer Mahlzeit, aber nach IR-Messungen durch, um sicherzustellen, dass dies nicht zu einer BAT-Aktivierung durch den Sympathikus führt.</li>
	<li>Wiederholen Sie die IR-Messungen zum gewünschten Zeitpunkt nach Beginn einer Mahlzeit (in der Regel 30 Minuten, 1 Stunde und 2 Stunden nach einer Mahlzeit)17,26.</li>
	<li>Nachdem alle Experimente abgeschlossen sind, testen Sie die Phase des Brunstzyklus bei weiblichen Tieren wie oben beschrieben erneut (weibliche Tiere können die gewünschte Phase des Brunstzyklus früher als erwartet verlassen).</li>
</ol>3. Analyse der Wärmebildaufnahmen
Anmerkungen: Die Wärmebildkamera-Software berechnet die Temperatur des Objekts anhand von fünf Variablen.
<ol><li>Stellen Sie vor der Analyse die folgenden Variablen in der Software ein: Emissionsgrad der Haut, e = 0,9815,27, reflektierte Raumtemperatur (wie aus dem Bild der Aluminiumfolie berechnet), Lufttemperatur, relative Luftfeuchtigkeit, Abstand zum Objekt = 1 m. Führen Sie die Analyse durch, indem Sie die Software mit diesen Werten verwenden. HINWEIS: Die bevorzugte Farbpalette ist Regenbogen, da sie mehr Farbtöne verwendet, was eine einfachere Erkennung von BAT über dem Schlüsselbein ermöglicht.</li>
	<li>Geben Sie für jeden Film die aufgelisteten Variablen in die Kamerasoftware auf der rechten Seite des Hauptfensters ein. Wählen Sie das passende Bild aus dem Film aus, indem Sie den Abspielkopf am unteren Bildschirmrand bewegen oder die Pause-Taste drücken.</li>
	<li>Wählen Sie den Bereich of Interest (ROI) aus, indem Sie die gewünschte Form des Bereichs auf der linken Seite des Hauptfensters auswählen. Wählen Sie die Form, die am besten zu dem Hautbereich über oder zwischen den Schlüsselbeinen passt.</li>
	<li>Wenn der ROI ausgewählt ist, werden die minimalen, maximalen und durchschnittlichen Temperaturen des ROI auf der rechten Seite angezeigt. Im Bild stellt das rote Dreieck den Punkt der maximal aufgezeichneten Temperatur dar, und das blaue Dreieck stellt die minimale aufgezeichnete Temperatur dar. Wiederholen Sie diesen Schritt für mehrere Bilder, um sicherzustellen, dass die gemessene Temperatur während einiger Sekunden der Aufnahme stabil ist.</li>
	<li>Subtrahieren Sie die maximalen Temperaturen des Hautareals oberhalb von BAT vor einer Mahlzeit von den maximalen Temperaturen nach einer Mahlzeit, um den Anstieg der postprandialen BAT-Aktivität bei Labortieren zu bestimmen.</li>
</ol>

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</ol>

Die Autoren haben nichts zu verraten.

Neuere Studien liefern zunehmend Hinweise auf die physiologische Regulation und Bedeutung der BAT-Aktivität bei erwachsenen Menschen und Tieren bei der Entwicklung von Adipositas und Diabetes mellitus. Darüber hinaus wird eine mögliche BAT-Aktivierung durch exogene Aktivatoren zum Ziel von Pharmaunternehmen. Um die physiologische Regulation und pathophysiologische Bedeutung von BVT bei sehr belastenden Erkrankungen abschätzen zu können und einen möglichen Therapieansatz zu entdecken, wird die Infrarot-Thermografie zur Me...

Braunes Fettgewebe (BAT) speichert im Gegensatz zu weißem Fettgewebe (WAT) nicht, sondern verbraucht Energie. Bei sympathischer Stimulation nutzt BAT Fettsäuren und Glukose und erzeugt Wärme durch die Aktivierung des Entkopplungsproteins 1 (UCP1). Die Funktion von UCP1 besteht darin, einen H+-Gradienten zwischen zwei mitochondrialen Membranen zu nutzen, um Wärme anstelle von ATP zu erzeugen. Die BVT hat die Funktion, die Wärmeerzeugung unter kalten Bedingungen zu erhöhen, was zu einem Anstieg des Energieverbrauchsführt 1. Nach Kälteexposition hemmen sensorische Inputs der Haut wärmeempfindliche Neuronen im Nucleus median präoptischer (MnPO) des hypothalamischen präoptischen Bereichs (POA), was die hemmende Wirkung von POA-Neuronen auf den rostralen Raphe pallidus (rRPa) verringert. Die Aktivierung von rRPa-Neuronen erhöht die sympathische Aktivität, worauf eine Erhöhung der BAT-Aktivität folgt 2,3. Die kälteinduzierte BAT-Aktivierung verbessert die Insulinsensitivität beim Menschen4, und diese Aktivität ist bei Menschen mit erhöhtem Body-Mass-Index (BMI) und Alter 1,5,6,7 verringert.
Abgesehen von seiner Rolle bei der kälteinduzierten Thermogenese nimmt die Glukoseaufnahme im BAT nach einer Mahlzeit in der mageren männlichen Bevölkerung zu, was zur ernährungsinduzierten Thermogenese (DIT) beiträgt, die bei BVT-positiven männlichen Probanden höher ist 8,9. Das modernste Verfahren zur Messung der BAT-Aktivität ist die Positronen-Emissions-Tomographie-Computertomographie, bekannt als PET-CT. Diese Methode bestimmt die BAT-Aktivität durch Messung der Akkumulation des Radiotracers Fluordesoxyglucose (18F-FDG). Die PET-CT ist jedoch nicht die Methode der Wahl, um die Aktivierung von BAT nach einer Mahlzeit nachzuweisen. Einer der Gründe dafür ist, dass 18F-FDG nach einer Mahlzeit mit der postprandialen Hyperglykämie um denselben Glukosetransporter konkurriert, was es für die Bestimmung der BAT-Aktivierung nach einer Mahlzeit ungeeignet macht, insbesondere wenn die BAT-Aktivität bei gesunden und diabetischen Teilnehmern mit möglichen Unterschieden in der Blutzuckerkonzentration verglichen wird. Darüber hinaus nutzt BAT Fettsäuren als Energiequelle für die Wärmeerzeugung, die bei PET-CT nicht sichtbar ist. 18. Sonstiges Die F-FDG-Akkumulation in BVT nach einer Mahlzeit ist kaum sichtbar10 und wird daher in den meisten Fällen als negatives Ergebnis interpretiert. Es überrascht nicht, dass kürzlich vermutet wurde, dass die Aktivierung von BAT in der menschlichen Bevölkerung stärker ausgeprägt ist, als wir bisher angenommen hatten. Daher ist ein neuer Ansatz zum Nachweis der BAT-Aktivität und ihrer Beteiligung an Stoffwechselstörungen erforderlich7. Ein Versuch, dieses Problem zu lösen, besteht darin, das BVT-Volumen mit Magnetresonanztomographie (MRT) bei Prädiabetikern und Patienten mit Diabetes mellitus Typ 2 (T2DM) mit Insulinresistenz zu messen11. Das mittels MRT gemessene BVT-Volumen ist jedoch kein ausreichender Indikator für die Abschätzung der täglichen Funktion und Verwendung von Glukose und Fettsäuren mittels BAT. Um reale Unterschiede in der BAT-Aktivität bei gesunden und T2DM-Patienten abschätzen zu können, ist daher ein neuer Ansatz erforderlich, der die Möglichkeit bietet, den pathologischen Mechanismus der BAT-Fehlfunktion bei T2DM-Patienten herauszufinden.
Um die Aktivierung von BVT zu bestimmen, führten wir Messungen der BAT-Wärmeproduktion vor und nach einer Mahlzeit mittels Infrarot (IR)-Thermografie durch (Abbildung 1)12,13. Die Etablierung der IR-Thermografie als Methode der Wahl zur Messung der BAT-Aktivität nach einer Mahlzeit bei gesunden und adipösen Personen oder Patienten mit Diabetes mellitus wird einen großen Einfluss auf das Feld haben. Bis heute wird die IR-Thermografie zur Bestimmung der kälteinduzierten Aktivierung von BVT13,14,15 eingesetzt. In der jüngeren Menschheitsgeschichte ist die kälteinduzierte BAT-Aktivität nicht mehr sehr ausgeprägt (aufgrund der richtigen Beheizung der Lebensräume, der richtigen Kleidung), während die BAT-Aktivierung nach einer Mahlzeit jeden Tag erfolgt. Darüber hinaus ist die physiologische Regulation dieser beiden BAT-Funktionen über den Hypothalamus völlig unterschiedlich. Nach einer Mahlzeit führt die Aktivierung von Proopiomelanocortin (POMC)-exprimierenden Neuronen im Nucleus arcuatus hypothalamicuatus (Arc) zu einer Erhöhung der Aktivität des Sympathikus über rRPa16. Die kälteinduzierte Aktivierung von BAT, gemessen durch IR-Thermografie oder PET-CT, ist ungeeignet, wenn sie als Maß für die tägliche BAT-Aktivität verwendet wird. Auf eine erhöhte BAT-Aktivität nach einer Mahlzeit folgt eine Glukoseverwertung, die letztendlich für die Aufrechterhaltung der Glukosehomöostase, der Insulinsensitivität und der täglichen Regulierung der Glukosekonzentration wichtig ist. Die postprandiale BAT-Aktivierung führt zu einem Anstieg des postprandialen Glukoseverbrauchs, gefolgt von einer Erhöhung der Wärmeproduktion und der Körpertemperatur (DIT). Es zeigte sich, dass dies abhängig von Geschlecht, Alter und BMIist 12. Ähnliche geschlechtsspezifische Unterschiede bei der BAT-Aktivierung nach einer Mahlzeit wurden bei männlichen und weiblichen Labormäusen beobachtet17. Diese Ergebnisse korrespondieren mit kürzlich entdeckten geschlechtsspezifischen Unterschieden in der Regulation von BAT von Burke et al., die zeigten, dass sich die hypothalamische Regulation der BAT-Bräunung über eine Subpopulation von POMC-Neuronen in männlichen und weiblichen Mäusen unterscheidet18. Die postprandiale Aktivierung von BAT ist bei Frauen, älteren Bevölkerungsgruppen und adipösen Menschen geringer. Die fehlende BAT-Aktivierung nach einer Mahlzeit (verminderte Glukoseverwertung) könnte zu einer höheren Prävalenz einer gestörten Glukosetoleranz bei Frauen führen 19,20,21,22. Leider wurden die meisten Studien zur BAT-Aktivierung nur an Männern durchgeführt. Durch die Aktivierung von BAT nach einer Mahlzeit erhöht sich die Glukoseaufnahme in der mageren männlichen Bevölkerung. Es ist nicht verwunderlich, dass nach BAT-Aktivierung die DIT bei BVT-positiven männlichen Probanden höher ist 8,9. Darüber hinaus verbessert die BAT-Transplantation bei männlichen Mäusen die Glukosetoleranz, erhöht die Insulinsensitivität und verringert das Körpergewicht und die Fettmasse23.
Die PET-CT versagt als Methode der Wahl zur Messung der BVT-Aktivität, insbesondere nach einer Mahlzeit. Daher wurde eine nicht-invasive und sensitivere Methode entwickelt. Die IR-Thermografie ermöglicht die Abschätzung der BAT-Aktivität bei verschiedenen Versuchstieren (Knock-out-Mäusen) sowie bei menschlichen Teilnehmern, unabhängig von Geschlecht, Alter oder den Auswirkungen verschiedener pathologischer Zustände auf die BAT-Aktivität. Ein weiterer Vorteil dieser Methode ist die Einfachheit für Teilnehmer und Versuchstiere, die es uns ermöglicht, den potenziellen Nutzen einer BAT-Booster-Therapie abzuschätzen. Die neueren Studien, in denen die IR-Thermografie zur Bestimmung des physiologischen Verhaltens von BVT nach Kälteeinwirkung oder einer Mahlzeit eingesetzt wurde, werden in der aktuellen Veröffentlichung von Brasil et al.24 beschrieben.

<table><tbody><tr><td>0,1% Cresylviolettacetat&nbsp;</td><td>Häufig verwendete Chemikalie</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Gerät zur Messung von Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit</td><td>Kesterl</td><td>Kestrel 4200</td><td>Konformitätszertifikat</td></tr><tr><td>Externer Datenspeicher</td><td>Festplatte mit mindestens 1 TB</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Mikroskopische Objektträger aus Glas</td><td>Häufig verwendete</td><td></td><td></td></tr><tr><td>kleine Wattestäbchen</td><td>Harnröhrenabstriche</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Software für die Analyse</td><td>FLIR Systems, Wilsonville, OR, USA</td><td>FLIR Tools</td><td></td></tr><tr><td>Software für Messungen</td><td>FLIR Systems, Wilsonville, OR, USA</td><td>ResearchIR Software</td><td>FLIR ResearchIR Max, Version 4.40.12.38 (64-Bit)</td></tr><tr><td>Thermac Kamera</td><td>FLIR Systems, Wilsonville, OR, USA</td><td>FLIR T-1020</td><td></td></tr></tbody></table>

infrarot-thermografie zur detektion von veränderungen der aktivität des braunen fettgewebes

Infrared Thermography for the Detection of Changes in Brown Adipose Tissue Activity

Die Messung der Aktivität des braunen Fettgewebes (BAT) mittels Positronen-Emissions-Tomographie, Computertomographie (PET-CT) über die Akkumulation von 18F-Fluorodeoxyglukose (FDG) nach einer Mahlzeit oder bei adipösen oder diabetischen Patienten versagt als Methode der Wahl. Der Hauptgrund dafür ist, dass 18F-FDG mit der postprandialen hohen Glukoseplasmakonzentration um den gleichen Glukosetransporter auf der Membran von BAT-Zellen konkurriert. Darüber hinaus nutzt BAT auch Fettsäuren als Energiequelle, was bei PET-CT nicht sichtbar ist und bei adipösen und diabetischen Patienten zusammen mit der Glukosekonzentration verändert werden kann. Um die physiologische Bedeutung von BVT bei Tier und Mensch abzuschätzen, wird daher ein neues Infrarot-Thermografieverfahren angewendet, das in neueren Publikationen verwendet wird.
Nach dem nächtlichen Fasten wurde die BAT-Aktivität mittels Infrarot-Thermografie vor und nach einer Mahlzeit bei Probanden und weiblichen Wildtyp-Mäusen gemessen. Die Kamerasoftware berechnet die Temperatur des Objekts anhand des Abstands zum Objekt, des Emissionsgrades der Haut, der reflektierten Raumtemperatur, der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit. Bei Mäusen war der rasierte Bereich oberhalb der BAT eine Region von Interesse, für die Durchschnitts- und Maximaltemperaturen gemessen wurden. Die Phase des Brunstzyklus bei weiblichen Mäusen wurde nach einem Experiment durch Vaginalausstriche bestimmt, die mit Kresylviolett (0,1%) Färbelösung gefärbt wurden. Bei gesunden Probanden wurden zwei Hautbereiche des Halses ausgewählt: der supraklavikuläre Bereich (oberhalb des Schlüsselbeins, wo BAT-Zellen vorhanden sind) und der interklavikuläre Bereich (zwischen den Schlüsselbeinen, wo kein BAT-Gewebe nachgewiesen werden kann). Die BVT-Aktivität wird durch die Subtraktion dieser beiden Werte bestimmt. Auch die durchschnittliche und maximale Temperatur von Hautarealen konnte bei Tieren und Menschen bestimmt werden.
Es konnte gezeigt werden, dass Veränderungen der BVT-Aktivität nach einer Mahlzeit, die mittels Infrarot-Thermografie, einer nicht-invasiven und sensitiveren Methode, gemessen wurden, bei Labortieren von Geschlecht, Alter und Phase des Brunstzyklus abhängen. Im Rahmen der ernährungsinduzierten Thermogenese ist die BAT-Aktivierung beim Menschen auch nachweislich geschlechts-, alters- und body-mass-index-abhängig. Die weitere Bestimmung der pathophysiologischen Veränderungen der BAT-Aktivität nach einer Mahlzeit wird für Teilnehmer mit hohen Glukoseplasmakonzentrationen (Adipositas und Diabetes mellitus Typ 2) sowie bei verschiedenen Versuchstieren (Knock-out-Mäuse) von großer Bedeutung sein. Diese Methode ist auch ein variables Werkzeug, um mögliche aktivierende Medikamente zu bestimmen, die die BAT-Aktivität verjüngen könnten.

Der einfachste Weg, die BVT-Aktivität zu bestimmen, besteht darin, die maximale Hauttemperatur vor und nach einer Mahlzeit bei menschlichen Probanden über die BVT zu subtrahieren. Eine bessere Methode zur Berechnung der BAT-Aktivität besteht darin, zwei Bereiche von Interesse auszuwählen: den Hautbereich oberhalb des BAT, der sich im supraklavikulären Bereich befindet, und den interklavikulären Bereich der Haut, in dem beim Menschen kein BAT-Gewebe gefunden wird, der als Referenzbereich ausgewiesen ist (nach PET-CT; <str...

In dieser Arbeit stellen wir ein Protokoll zur Messung der Aktivität von braunem Fettgewebe nach einer Mahlzeit bei Menschen und Versuchstieren vor.

Infrarot-Thermografie zur Detektion von Veränderungen der Aktivität des braunen Fettgewebes

Measuring brown adipose tissue (BAT) activity by positron emission tomography computed tomography (PET-CT) via the accumulation of 18F-fluorodeoxyglucose ...

Die Infrarot-Thermografie ermöglicht die Abschätzung der Aktivität des braunen Fettgewebes bei Labortieren und menschlichen Probanden, unabhängig von Geschlecht, Alter oder den Auswirkungen verschiedener pathologischer Zustände. Die PET-CT ist die Methode der Wahl zur Messung der Aktivität des braunen Fettgewebes, insbesondere nach einer Mahlzeit. Daher wurde eine nicht-invasive und empfindlichere Infrarot-Thermografie entwickelt.Mit Hilfe der Infrarot-Thermografie können wir feststellen, dass sich die Aktivität des braunen Fettgewebes oder der Badeaktivität bei Menschen mit Fettleibigkeit und Diabetes mellitus pathophysiologisch verändert, und Medikamente bestimmen, die die schlechte Aktivität bei diesen Patienten verjüngen können. Mit dieser Methode könnten die physiologischen Wirkungen von Hormonen bestimmt oder therapeutische Substanzen auf schlechte Aktivität bei Menschen und Versuchstieren synthetisiert werden. Fragen Sie die Teilnehmer, ob sie über Nacht ausgeruht und gefastet sind.Sie ruhen mindestens 30 Minuten vor der Messung, um eine mögliche Aktivierung des braunen Fettgewebes zu vermeiden. Führen Sie die Experimente in den Morgenstunden durch. Bitten Sie die Teilnehmer 15 Minuten vor der Messung, ihre Oberbekleidung auszuziehen.Während sich die Teilnehmer ausruhen, montieren Sie die Wärmebildkamera auf dem Stativ und positionieren Sie sie einen Meter von der Stelle entfernt, an der der Teilnehmer sitzen wird. Schließen Sie die Wärmebildkamera gemäß den Anweisungen des Herstellers an einen Computer und eine Software an. Bestimmen Sie die reflektierte Temperatur des Raumes, indem Sie zerknitterte Aluminiumfolie mit einer Brennweite von einem Meter aufnehmen.Geben Sie dazu in der Kamerasoftware den Abstand von null Metern und den Emissionsgrad von eins eins. Geben Sie dann Werte für den Luftdruck und die relative Luftfeuchtigkeit ein. Um die reflektierte Temperatur zu bestimmen, wählen Sie die quadratische Form und wählen Sie einen ROI auf der Aluminiumfolie aus.Wählen Sie dann das erste Symbol von links im Hauptfenster der Kamera und lesen Sie die mittlere Temperatur ab, die für die weitere Analyse erforderlich ist. Bestimmen Sie kurz vor Beginn der Messungen die Raumlufttemperatur und die Luftfeuchtigkeit. Wählen Sie in der Software über dem Hauptkamerafenster das dritte Symbol von links.Wählen Sie im Popup-Menü die Option "Datensatzeinstellungen bearbeiten", wodurch ein neues Fenster geöffnet wird. Wählen Sie im Aufnahmemodus die Option Auf Datenträger aufzeichnen und legen Sie den Datensatz für diese Dauer zum gewünschten Zeitpunkt fest. Begrenzen Sie in den Aufnahmeoptionen desselben Fensters die Aufnahmerate auf fünf Hertz und wählen Sie den Ort aus, an dem die Aufnahmen gespeichert werden sollen.Schließen Sie das vorhandene Fenster, öffnen Sie Bearbeiten im Hauptmenü und wählen Sie Einstellungen. Geben Sie fünf in die Zielbildrate ein. Wählen Sie Hotkey/Remote Start kann die Aufnahme stoppen.Wählen Sie im Dropdown-Menü die Option Im Start-/Stopp-Modus aus. Stellen Sie sicher, dass zum Zeitpunkt der Messung nur der Teilnehmer und der Experimentator anwesend sind. Vermeiden Sie Luftbewegungen und stellen Sie sicher, dass der Teilnehmer von kalter Zugluft, Sonnenlicht oder anderen Wärmequellen wie Glühbirnen ferngehalten ist.Lokalisieren Sie den supraklavikulären Bereich des Halses über dem Schlüsselbein, wo sich braunes Fettgewebe befindet. Positionieren Sie den Teilnehmer so, dass sich dieser Bereich in einem Brennweite von einem Meter befindet. Nehmen Sie einen Kurzfilm für 10 bis 15 Sekunden mit einer Bildrate von 5 FPS auf, indem Sie die Taste F5 drücken.Stellen Sie sicher, dass alle Teilnehmer die gleiche Mahlzeit zu sich nehmen. Machen Sie nach dem Essen nach 30 Minuten und dann nach einer, zwei und drei Stunden eine neue Aufnahme, indem Sie F5 mit denselben Einstellungswerten drücken. Entnehmen Sie am Tag vor dem Experiment den Vaginalabstrich des Tieres und verteilen Sie die Zellen auf einem Objektträger.Lassen Sie es an der Luft trocknen. Färben Sie die Zellen eine Minute lang mit 500 Mikrolitern 0,1%igem Kresylviolettacetat und spülen Sie sie dann dreimal mit Wasser ab. Betrachten Sie die Zellen unter einem Lichtmikroskop mit 100-facher Vergrößerung und Hellfeldbeleuchtung.Bestimmen Sie die Phase des Brunstzyklus anhand der Anzahl der im Abstrich beobachteten Leukozyten und kernhaltigen und quantifizierten Epithelzellen. Bereiten Sie am Morgen des Experiments die Wärmebildkamera und die Aufnahmeeinstellungen vor. Setzen Sie das Tier vorsichtig in einen sauberen Käfig und stellen Sie den Käfig in einer Brennweite von einem Meter unter die Wärmebildkamera.Nehmen Sie einen Film auf, indem Sie F5 drücken. Wiegen Sie das Futterpellet, bevor Sie es jedem Tier geben, um die Futteraufnahme zu berechnen. Lassen Sie das Tier 30 Minuten in seinem Käfig fressen und wiegen Sie das Futterpellet nach der Mahlzeit erneut. Wiederholen Sie die IR-Messungen 30 Minuten, eine Stunde und zwei Stunden nach Beginn einer Mahlzeit.Testen Sie nach dem Experiment die Phase des Brunstzyklus an weiblichen Tieren, wie bereits gezeigt. Geben Sie für jeden Film die Variablen in die Kamerasoftware ein, z. B. den Emissionsgrad der Haut, die reflektierte Raumtemperatur, die Lufttemperatur, die relative Luftfeuchtigkeit und den Abstand zum Objekt. Wählen Sie das passende Bild aus dem Film aus, indem Sie die Abspielposition am unteren Bildschirmrand bewegen oder die Pause-Taste drücken.Wählen Sie den gewünschten Bereich aus, indem Sie die gewünschte Form des Bereichs auf der linken Seite des Hauptfensters auswählen. Wählen Sie die Form, die dem Hautbereich zwischen den Schulterblättern am besten entspricht. Wenn Sie den gewünschten Bereich auswählen, werden die minimalen, maximalen und durchschnittlichen Temperaturen auf der rechten Seite angezeigt.Im Bild stellt das rote Dreieck den Punkt der maximalen aufgezeichneten Temperatur dar, und das blaue Dreieck stellt die minimale aufgezeichnete Temperatur dar. Wiederholen Sie diesen Schritt für mehrere Bilder, um sicherzustellen, dass die gemessene Temperatur während einiger Sekunden der Aufnahme stabil ist. Subtrahieren Sie die maximalen Temperaturen der Haut über dem braunen Fettgewebe vor einer Mahlzeit von den maximalen Temperaturen nach einer Mahlzeit, um die Zunahme der postprandialen Aktivität zu bestimmen.Die Aktivität des braunen Fettgewebes wurde durch die Analyse von zwei Hautarealen bestimmt: eines über dem braunen Fettgewebe und das zweite im Bereich des Schlüsselbeins als Referenzpunkt. Die Aktivität des braunen Fettgewebes wurde mit 1,8 Grad Celsius aus den Differenzen zwischen den Maximaltemperaturen in beiden Hautarealen berechnet. Die Aktivität kann jedoch nicht durch maximale Temperaturen der Haut über dem braunen Fettgewebe dargestellt werden, da die Hauttemperatur auch nach drei Stunden Mahlzeit nicht abnimmt.Bei Mäusen wurden die Veränderungen der Aktivität nach einer Mahlzeit bei Diestrus-Weibchen gemessen, indem die durchschnittliche Temperatur der Haut über dem braunen Fettgewebe gemessen wurde. Signifikante Aktivitätsänderungen wurden erst 30 Minuten nach einer Mahlzeit festgestellt, wenn die Maximaltemperatur gemessen wurde. Die richtige Auswahl passender Kontrollpersonen ist der schwierigste Teil klinischer Studien, da gesunde Kontrollpersonen und Teilnehmer mit pathologischen Zuständen so ähnlich wie möglich sein und sich nur in der untersuchten Krankheit unterscheiden sollten.Zusätzlich zu diesem Protokoll konnten die Blutzuckerkonzentration und die Körpertemperatur gemessen werden, was die Korrelationsanalyse zwischen schlechter Aktivität und Glukoseverwertung oder Anstieg der Körpertemperatur ermöglicht. Diese sensitive und nicht-invasive Technik eröffnet zahlreiche Möglichkeiten, die physiologischen und pathophysiologischen Veränderungen der Aktivität des braunen Fettgewebes in anderen experimentellen Settings und Studien zu bestimmen.

infrared-thermography-for-detection-changes-brown-adipose-tissue

Research

Forschung

JoVE Journal

Medicine

Medizin

Wir haben gezeigt, dass maligne pigmentierte Läsionen mit erhöhter Stoffwechselaktivität erzeugen quantifizierbare Mengen an Wärme und die Messung der transienten thermischen Reaktion der Haut zu einer Abkühlung Anregung ermöglicht quantitative Identifizierung von Melanomen und anderen Hauttumoren (vs. nicht-proliferative Nävi) in einem frühen Stadium der Erkrankung.

Quantitative Visualisierung und Erkennung von Hautkrebs mit Dynamic Thermal Imaging

Der Zweck dieser Untersuchung war zu prüfen, ob mit Hilfe einer Infrarot-Wärmebildkamera ist ein wertvolles Instrument zur Detektion und Quantifizierung der Muskelkater nach dem Sport.

Der Einsatz von Thermo Infra-Red Imaging zu verzögert auftretenden Muskelschmerzen Detect

Verfahren zur funktionellen Bildgebung von Maus braunen Fettgewebe (BAT) beschrieben, bei dem kalte-stimulierte Aufnahme von 18F-Fluorodeoxyglucose (FDG) in BAT nichtinvasiv beurteilt mit einer standardisierten micro-PET/CT Protokoll ist. Diese Methode ist robust und sensibel auf Unterschiede in der BAT-Aktivitäten in Maus-Modellen erkennen.

Funktionelle Bildgebung Brown Fat in Mäusen mit FDG micro-PET/CT

In diesem Videobericht zeigen wir die Anwendung von Cerenkov Luminescence Imaging (CLI) für interscapulares braunes Fettgewebe bei Mäusen unter aktivierten und depressiven Bedingungen.

Cerenkov Lumineszenz-Imaging von interskapulären braunes Fettgewebe

Das hier vorgestellte Verfahren verwendet 18 F-Fluorodeoxyglucose (18 F-FDG), Positronenemissionstomographie / Computertomographie (PET-CT) und Fett-Wasser getrennt, Magnetresonanztomographie (MRI), die jeweils folgende 2 h Einwirkung thermo (24 ° C gescannt ) und kalten Bedingungen (17 ° C), um braune Fettgewebe (BAT) bei erwachsenen menschlichen Patienten abzubilden.

Menschen braunes Fettgewebe Depots automatisch durch Positronenemissionstomographie / Computertomographie Segmentierte und Registrierte Magnetic Resonance Images

Mit kostenlose, Open-Source-Software, entwickelten wir einen analytischen Ansatz zur Quantifizierung der Gesamt- und regionalen braunen Fettgewebe (BAT) Volumen und Stoffwechselaktivität der Fledermaus mit 18F-FDG-PET/CT.

Ganzen Körper und regionale Quantifizierung der aktiven Menschen braune Fettgewebe mit 18F-FDG PET/CT

Funktionelle Bildgebung und Quantifizierung von thermogenen Fettdepots in Mäusen mit einem mikro-PET/MR-bildgebenden Ansatz.

Visualisierung und Quantifizierung von braunem und beigem Fettgewebe in Mäusen mittels [18F]FDG Micro-PET/MR Imaging

In dieser Arbeit stellen wir ein Protokoll vor, um die physiologische Bedeutung des Einflusses der Aktivität des braunen Fettgewebes (BAT) auf den menschlichen Stoffwechsel zu quantifizieren. Dies wird durch die Kombination von Kohlenhydratbeladung und indirekter Kalorimetrie mit Messungen supraklavikulärer Temperaturänderungen erreicht. Dieser neuartige Ansatz kann dazu beitragen, ein pharmakologisches Ziel für die BAT-Thermogenese beim Menschen zu entwickeln.

Verwendung einer Kombination aus indirekter Kalorimetrie, Infrarot-Thermografie und Blutzuckerspiegeln zur Messung der Thermogenese von braunem Fettgewebe beim Menschen

Präadipozyten werden aus der stromalen Gefäßfraktion des interskapularen braunen Fettgewebes von neugeborenen Mäusen isoliert und zu Zellen differenziert, die Lipidtröpfchen akkumulieren, molekulare Marker exprimieren und die mitochondriale Morphologie reifer brauner Adipozyten zeigen. Diese Zellen werden weiter mittels Immunfluoreszenz und Transmissionselektronenmikroskopie analysiert.

Differenzierung und Bildgebung von braunen Adipozyten aus der stromalen vaskulären Fraktion des interscapularen Fettgewebes von neugeborenen Mäusen

Die Biomechanik im Cycling basiert auf effizienter Muskelaktivierung und Rumpfstabilisierung. Die Infrarot-Thermographie (IRT) bietet eine nicht-invasive Überwachung der Muskelermüdung. Dieses Protokoll etabliert eine standardisierte Methodik zur Integration von IRT in die biomechanische Analyse, mit dem Ziel, die Leistung zu optimieren und Verletzungen bei Amateurradfahrern durch präzise physiologische Überwachung zu verhindern.

Standardisiertes Protokoll zur Überwachung von Muskelermüdung und Biomechanik bei Amateurradfahrern mittels Infrarot-Thermografie

Lernen Sie die Infrarot-Thermografie zur nichtinvasiven Messung der braunen Fettgewebeaktivität bei Menschen und Labortieren kennen. Diese Methode ist empfindlicher als PET-CT und besonders nach Mahlzeiten geeignet.

Infrarot-Thermografie zur Detektion von Veränderungen der Aktivität des braunen Fettgewebes

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