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

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.