השיטה שהראינו כאן היא פרוטוקול פשוט, בטוח וחסכוני מבחינה טכנית למדידת תרמוגנזה BAT בבני אדם. הפרוטוקול מתייחס לחששות הקשורים לאמינות השימוש ב- IRT בפני עצמו כדי להבחין בין התחממות מקומית עקב שינוי בזרימת הדם בעור לבין התחממות עמוקה יותר עקב תרמוגנזה על ידי מתאם IRT עם שני המדדים של הוצאת אנרגיה (EE) וניצול המצע. מכיוון שטכניקה זו אינה משתמשת בקרינה מייננת, היא מאפשרת ניתוח מדידות חוזרות, דבר שאינו אפשרי בטכניקות הדמיה של PET. לבסוף, בעוד שטכניקות הדמיה של PET יכולות לזהות הפעלת BAT, הן אינן מדווחות על התוצאות הפיזיולוגיות (טמפרטורה מוגברת ו- EE) שפרוטוקול זה מודד.
חוזקו של הפרוטוקול המתואר כאן הוא בכך שישנם ארבעה קווי ראיות התומכים במסקנה של תרמוגנזה BAT מעוררת: (1) עלייה במדידת Tscf, במקביל לטמפרטורת ליבה ללא שינוי וטמפרטורת עור יציבה מעל אזור הייחוס הסמוך; (2) הגדלת ההוצאה האנרגטית; (3) שינוי בניצול המצע; ו-(4) ירידה ברמות הגלוקוז בדם. התצפיות המתכנסות כולן תואמות את התוצאות החזויות עבור תרמוגנזה של BAT. החלק המהותי של הפרוטוקול הוא העמסת פחמימות של המשתתפים כדי להבטיח מטבוליזם של פחמימות לפני התערבות. תרמוגנזה BAT מחליפה את חילוף החומרים של המצע מפחמימות לחומצות שומן חופשיות, כפי שמראה הנפילה ב- RER. בעוד המצע המועדף עבור תרמוגנזה BAT הוא חומצות שומן חופשיות, ספיגה משמעותית של גלוקוז לתוך BAT פעיל מבוסס היטב 5,6,7. לכן, אנו רואים ירידה ברמות הגלוקוז בדם במקביל לתרמוגנזה BAT. לא ניתן יהיה להבחין בשינוי ההדדי בניצול המצע (RER) ובירידה ברמות הגלוקוז בדם במצב צום.
מחקרים קודמים הגיעו למסקנה כי Tscf מוגבר (נמדד על ידי IRT) מספיק כדי להסיק תרמוגנזה BAT. עם זאת, מסקנה זו היא ודאית רק אם Tscf עולה על טמפרטורת הליבה. אם ה- Tscf קטן או שווה לטמפרטורת הליבה, לא ניתן לשלול שינוי מקומי בטמפרטורה עקב זרימת דם מוגברת בעור. סקירה שיטתית הגיעה למסקנה כי IRT לבדו אינו מסוגל לקבוע אם עלייה בטמפרטורת העור supraclavicular נובעת תרמוגנזהBAT 37. הסקירה ציינה כי השיטה הנפוצה ביותר (18F-FDG PET/CT) מודדת את ספיגת הגלוקוז לתוך BAT37. עם זאת, המצע המועדף לתרמוגנזה BAT הוא חומצות שומן13. סוגיה מתודולוגית זו מונעת כל השוואה משמעותית בין נתוני PET/CT באימות נתוני IRT, שכן כל אחד ממדדים אלה לבדו אינו מדד מתאים לפעילות המטבולית האמיתית של ה- BAT, שכן הוא אינו יכול להצביע על השינוי בהוצאת האנרגיה ובניצול המצע עקב תרמוגנזה של BAT. עם זאת, עם הפרוטוקול המתואר כאן, לא רק שאנו יכולים לכמת את השינוי בטמפרטורה, אלא אנו יכולים גם לאשר עלייה בהוצאה האנרגטית - תוצאה פיזיולוגית מרכזית של תרמוגנזה BAT. IRT היא שיטה ללא מגע, לא פולשנית וזולה יחסית למדידת שינויי טמפרטורה וטמפרטורה הקשורים לתרמוגנזה של BAT. לעומת זאת, PET-CT הוא יקר וחושף אנשים לקרינה מייננת, ובכך מגביל את תחולתה של שיטה זו לניתוחים רטרוספקטיביים קטנים של מחקרי הדמיה קליניים. היישום של הפרוטוקול הנוכחי לניסויים קליניים אקראיים בקנה מידה גדול יהיה פשוט יחסית וחסכוני.
חשוב לציין כי ניתן להסביר את הירידה בחמצון הפחמימות בעקבות התערבות קפאין במעבר בניצול המצע כתוצאה מעלייה בתרמוגנזה של BAT עקב ההתערבות. מדדים של איתות אינסולין יהפכו את תוצאות המחקר הזה לחזקות יותר. עם זאת, לא ברור בהתבסס על תוצאות מחקר זה האם קפאין ישפיע על איתות אינסולין באמצעות פעולה על BAT או אם הירידה ברמת הגלוקוז בדם היא תוצאה של BAT לוקח יותר מצעי אנרגיה.
לשיטת 18F-FDG PET/CT יש מספר מגבלות מובנות כאשר היא משמשת לכימות ומדידה של הפעילות הפיזיולוגית של BAT, במיוחד כאשר חוקרים את ההשפעה של חומרים מזינים או מרכיבים תזונתיים על פעילות BAT. שיטת 18F-FDG PET/CT דורשת מהנבדקים להיות בצום כדי למנוע עלייה הנגרמת על ידי הזנה בספיגת גלוקוז על ידי רקמת השריר, אשר יכולה להפחית באופן משמעותי את הזיהוי של תפקוד BAT ו- BAT38. יתר על כן, טכניקה זו לבדה אינה יכולה למדוד את ההשפעה הפיזיולוגית או את מידת הפעלת BAT. בנוסף, השימוש בקרינה מייננת במחקרי דימות PET מהווה מכשול אתי, בריאותי ובטיחותי לתכנון מחקרי הצלבה חוזרים ונשנים. בנוסף, 18F-FDG מייצג ספיגת גלוקוז בלבד, שאינה זהה למדידת חילוף החומרים של גלוקוז. שיטה זו של העמסת פחמימות לפני מדידת טמפרטורת BAT ושילוב רמות הגלוקוז בדם עם קלורימטריה עקיפה מאפשרת לנו למדוד בקפדנות את ההשפעה הפיזיולוגית של תרמוגנזה וניצול שונה של המצע, שאחרת לא היה זמין במצב צום.
חוזקות ומגבלות
לפרוטוקול זה יש השלכות רחבות יותר מאשר לימוד BAT. על ידי משתתפים בהעמסת פחמימות לפני ההתערבות, ניתן להבחין בתנודה של רמות הגלוקוז בדם בתגובה הן להעמסת פחמימות והן להתערבות קפאין, כמו גם שינויים בניצול המצע. לכן, טכניקה זו יכולה לשמש כדי לשפר מחקרים קלורימטריה עקיפה אנושית ואמצעים מטבוליים. עדיין לא ידוע אם ניתן לשחזר את תוצאות מחקר זה בעקבות התערבויות אחרות, כגון חשיפה לקור או גירוי אדרנרגי. עם זאת, תוצאות מחקר זה שוכפלו בעקבות התערבות עם מרכיב תזונתי אחר, כלומר Capsicum annuum27. קפדנות נוספת וביטחון בתוצאות ניתן להשיג באמצעות גישה כפולת סמיות לניתוח התערבויות באמצעות הטכניקות המתוארות, וזה יכול להיות מיושם בקלות27.
הבלבול הפוטנציאלי של טמפרטורת חדר מגוונת אינו רלוונטי בפרוטוקול זה, שכן טמפרטורת החדר נשמרה יציבה ממשתתף למשתתף. בנוסף, הלחות נלקחה בחשבון במהלך כיול מנתח גז הנשימה. זה מוסק בהתקנה של חתיכת ציוד זה, כמו כיול הושלם על פי הוראות היצרן.
מרווחי הזמן למדידה ולטיפול נקבעו בעקבות מחקר פיילוט קטן שבו בוצע פתרון בעיות של הפרוטוקול. בעיקרו של דבר, מרווחי הזמן למדידה נקבעו בהתבסס על הזמן הדרוש לחוקר לבצע את המדידות ועל נוחות המשתתף. זמן ההתערבות נקבע בהתבסס על הזמן שלקח לחילוף החומרים של הפחמימות להתרחש בעקבות עומס הפחמימות כדי לחקור אם ההתערבות הגבירה את חמצון חומצות השומן החופשיות (כלומר, תרמוגנזה BAT) והורידה את חמצון הפחמימות.
יש לציין כי ישנם הבדלים בין רמות גלוקוז נימי וורידי39. עם זאת, בהקשר של טיפול חוץ-אשפוזי, הדרך הנפוצה ביותר שבה נמדדות רמות הגלוקוז בדם היא באמצעות דגימת דם ממקור נימי המנותחת על ידי גלוקומטר ידני, נקודת טיפול40. בנוסף, אצל אנשים בריאים (בדומה לאלה הכלולים בפרוטוקול זה) בסביבה לא קלינית, יש הבדל מובהק סטטיסטית, אך לא מובהק קלינית, בין רמות הגלוקוז בדם נימי וורידי כאשר נמדד באמצעות גלוקומטר41 מבוסס נימי טיפול. בהקשר זה, דגימה נימית תישאר הגישה האופטימלית בשל העובדה שרוב הגלוקומטרים הנקודתיים הזמינים בשוק מהונדסים לנתח דגימות דם נימיות41. מנקודת מבט קלינית, ניתן לטעון כי גלוקוז ורידי בדם היא שיטת הניתוח הטובה ביותר. עם זאת, דגימת דם ורידי היא לא רק יקרה ודורשת ציוד מיוחד (שם), אלא היא גם פולשנית. יש לאזן את השיקולים האתיים של הגברת הסיכון לתופעות לוואי במהלך הפרוטוקול מול הספרות המדווחת המציגה את המתאם והאמינות הגבוהים של גלוקוז נימי בדם כמדד לגלוקוז ורידיבדם 42. המפתח כאן, כמובן, הוא שלא יצאנו לאבחן סוכרת אלא למדוד שינויים ברמות הגלוקוז בדם, שעבורם ניטור נימי סוכר בדם הוא פרוטוקול מתאים יותר.
גלוקוז יכול לגרום לתרמוגנזה, וארוחות בודדות יכולות להפעיל את BAT43. עם זאת, וחשוב למדי, הנתונים הכלולים בכתב יד זה אינם מראים השפעה משמעותית של העמסת גלוקוז בקבוצת ההתערבות או בקבוצת הפלצבו. יתר על כן, הנתונים שנכללו בכתב היד נגזרו מהתוצאות של Van Schaik et al., שכללו התערבות שלישית (Capsicum annuum), ועומס הגלוקוז לא יצר השפעה משמעותית על המדדים27.
יש לציין כי פרוטוקול זה שימש רק במשתתפים גברים עם שומן גוף נמוך ו- BAT פעיל (כדי להפחית את מספר המשתנים הניתנים לשליטה, נשים לא נכללו במחקר). קיים מתאם הפוך ידוע בין שומן למסת BAT בבני אדם44. בנוסף, ידוע כי אנשים שמנים בעבר אשר ירדו במשקל באמצעות דיאטה ופעילות גופנית יש קצב חילוף חומרים בסיסי נמוך יותר חייב לצרוך דיאטות קלוריות נמוכות כדי לשמור על משקל תקין45,46. יתר על כן, פעילות BAT יכולה לעורר צמיחת BAT8. השיטה המתוארת כאן תאפשר מחקרים ארוכי טווח לחקור שינויים בפעילות BAT הקשורים למחלות מטבוליות באופן שאינו מתאפשר על ידי טכניקות אחרות.
מסקנה
לסיכום, אנו מדגימים גישת מדידה לכימות פעילות רקמת השומן החום האנושית באמצעות IRT וקלורימטריה עקיפה בעקבות עומס פחמימות. השלבים הקריטיים כוללים: 1) העמסת פחמימות על המשתתפים הנמצאים במצב צום לפני מדידת טמפרטורת ה- BAT תוך שילוב קלורימטריה עקיפה ורמות גלוקוז בדם כדי לאפשר כימות של ההיקף הפיזיולוגי של תרמוגנזה BAT וניצול שונה של המצע; 2) הערכת מחסני IRT BAT רלוונטיים וטמפרטורות מנקודת ייחוס וטמפרטורת ליבה כדי להדגים כל עלייה ב- Tscf שתצביע על הפעלת BAT בהתבסס על המיקום האנטומי. אנו מאמינים כי מדידות כמותיות אלה מאפשרות הערכה מדויקת יותר של תרומת BAT למטבוליזם של אנרגיה אנושית בוגרת ולוויסות תרמי. גישה יסודית זו צריכה לשמש חוקרים לחקר הפיזיולוגיה של BAT ולשמש תקן חדש לפיתוח גישות הפעלת BAT אנושיות בעתיד.