Using a Combination of Indirect Calorimetry, Infrared Thermography, and Blood Glucose Levels to Measure Brown Adipose Tissue Thermogenesis in Humans

Lachlan Van Schaik; Christine Kettle; Rod A. Green; Helen R. Irving; Joseph A. Rathner

doi:10.3791/64451

간접 열량계, 적외선 체온 측정 및 혈당 수치의 조합을 사용하여 인간의 갈색 지방 조직 열 발생을 측정...

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Using a Combination of Indirect Calorimetry, Infrared Thermography, and Blood Glucose Levels to Measure Brown Adipose Tissue Thermogenesis in Humans

간접 열량계, 적외선 체온 측정 및 혈당 수치의 조합을 사용하여 인간의 갈색 지방 조직 열 발생을 측정합니다.

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04:54 min

June 2, 2023

DOI: 10.3791/64451-v

Lachlan Van Schaik^1,3, Christine Kettle¹, Rod A. Green¹, Helen R. Irving¹, Joseph A. Rathner^1,2

¹La Trobe Institute for Molecular Science, Department of Rural Clinical Sciences,La Trobe University, ²School of Biomedical Sciences, Department of Physiology,The University of Melbourne, ³Melbourne Medical School, Department of Rural Health,The University of Melbourne

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This protocol quantifies the physiological significance of human brown adipose tissue (BAT) activity by combining carbohydrate loading with indirect calorimetry and measurements of supraclavicular temperature. This novel approach can help develop pharmacological targets for BAT thermogenesis in humans.

Key Study Components

Area of Science

Neuroscience
Metabolism
Thermogenesis

Background

Brown adipose tissue plays a crucial role in thermogenesis and energy expenditure.
Understanding BAT activity can lead to new metabolic therapies.
Current methods for assessing BAT function are limited.
This study introduces a non-invasive protocol for measuring BAT activity.

Purpose of Study

To develop a protocol for quantifying BAT activity in humans.
To assess the impact of carbohydrate loading on BAT thermogenesis.
To evaluate the effects of caffeine on metabolic measures related to BAT.

Methods Used

Participants undergo carbohydrate loading with three 90-gram drills.
Indirect calorimetry is performed using a calibrated respiratory gas analyzer.
Supraclavicular temperature changes are measured using infrared thermography.
Blood glucose levels are monitored using a glucometer.

Main Results

Caffeine intervention significantly increased supraclavicular temperature.
Rapid lowering of blood glucose levels was observed post-intervention.
Increased energy expenditure was noted with decreased respiratory exchange ratio.
Findings indicate effective BAT thermogenesis without core temperature changes.

Conclusions

The protocol allows for safe, non-invasive assessment of BAT activity.
Results suggest potential for dietary and pharmacological interventions targeting BAT.
Further research is needed to explore insulin signaling improvements.

Frequently Asked Questions

What is brown adipose tissue?

Brown adipose tissue (BAT) is a type of fat tissue that generates heat by burning calories, playing a key role in thermogenesis.

How does carbohydrate loading affect BAT?

Carbohydrate loading can stimulate BAT activity, leading to increased thermogenesis and energy expenditure.

What is indirect calorimetry?

Indirect calorimetry is a method used to measure energy expenditure by analyzing the gases exchanged during respiration.

Why is caffeine used in this study?

Caffeine is used to assess its effects on metabolic measures and BAT thermogenesis during the protocol.

What are the implications of this research?

This research may lead to new therapeutic strategies targeting BAT for metabolic disorders.

여기에서 우리는 갈색 지방 조직(BAT) 활동이 인간 대사에 미치는 영향의 생리학적 중요성을 정량화하기 위한 프로토콜을 제시합니다. 이것은 탄수화물 부하와 간접 열량계를 쇄골 상 온도 변화의 측정과 결합하여 달성됩니다. 이 새로운 접근법은 인간의 BAT 열 발생에 대한 약리학적 표적을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다.

이 프로토콜은 탄수화물 부하와 간접 열량계 및 쇄골상 온도의 변화를 결합하여 인간 갈색 지방 조직 활동의 생리학적 중요성을 정량화합니다. 이 프로토콜은 참가자를 전리 방사선에 노출시키지 않습니다. 측정된 쇄골상 온도의 변화와 심부 온도 및 기준 영역의 온도를 감지합니다.

연구 당일에는 참가자의 키와 몸무게를 측정하는 것으로 시작하십시오. 참가자들에게 주춧돌에 눕게 한다. 30분 후 기준 매개변수를 기록합니다.

그런 다음 참가자들이 0분에서 15분 사이에 각각 90g의 탄수화물 훈련을 세 번 섭취하도록 합니다. 탄수화물 로딩 후 45분 후 참가자가 100mg의 카페인 치료 캡슐을 섭취하도록 합니다. 간접 열량계를 수행하려면 보정된 호흡 가스 분석기를 사용하십시오.

사전 멸균된 비재호흡 밸브가 장착된 냉간 멸균 실리콘 마스크를 참가자에게 장착하여 실내 공기를 전달합니다. 메쉬 부착물로 참가자의 얼굴에 고정하고 누출 여부를 확인하십시오. 흡기 튜브와 호기 튜브가 연결되어 있는지 확인하십시오.

만료된 가스를 샘플링한 후 마스크를 제거하여 추가 측정을 완료하고 텍스트 원고에 설명된 대로 기판 산화율을 측정합니다. 만료된 가스 측정의 각 라운드 후에 혈당계를 사용하여 혈당 수치를 측정합니다. 비접촉 온도계를 참가자의 이마 중앙으로 향하게 합니다.

적외선 열화상 촬영을 수행하려면 참가자가 목에서 가슴까지 노출된 상태에서 정면을 바라보는 똑바로 앉게 합니다. 열화상 카메라를 피사체의 얼굴에서 약 1m 떨어진 목 높이의 삼각대에 놓습니다. 카메라를 켠 후 초점 링을 돌려 초점을 조정합니다.

참가자의 목 정중선에 레이저 포인터를 가리킵니다. 그리고 사진을 클릭합니다. 적외선 이미지를 분석하려면 쇄골상와에 삼각형 관심 영역을 배치하고 흉골에 원형 관심 영역을 배치하여 갈색 지방 조직을 포함하는 흉부 영역의 표면 온도를 평가합니다.

흉골 부위를 대조군으로 생각하면 이 부위에는 갈색 지방 조직이 포함되어 있지 않습니다. 영역이 교차 배치되면 소프트웨어를 사용하여 각 영역에 대한 온도의 평균 및 표준 편차를 얻습니다. 코어 및 쇄골상와(supraclavicular fossa) 영역의 온도 측정에 대한 카페인 개입의 효과는 갈색 지방 조직 열 발생을 나타냅니다.

중재는 쇄골상 온도의 증가와 혈당 수치의 급격한 저하와 함께 대사 측정에 현저한 효과를 나타냈다. 이러한 발견은 코어 및 기준 영역 온도의 온도 변화 부족과 결합되어 갈색 지방 조직 열 발생을 나타냅니다. 에너지 소비가 증가하면 호흡 교환률이 감소하고 우연히 지방 산화가 증가했습니다.

방이 안정적인 온도로 유지되고 실리콘 마스크가 제대로 장착되고 열화상 카메라가 참가자로부터 최소 1미터 떨어진 목 높이에 있는지 확인하는 것이 중요합니다. 인슐린에 대한 혈액 마커를 측정하는 것이 좋습니다. 중재 후 혈당 수치의 급격한 회복은 중재 자체가 인슐린 신호 전달을 개선했을 수 있음을 시사합니다.

이 기술을 사용하면 반복 측정 분석이 가능합니다. 이것은 PET 이미징 연구로는 할 수 없는 일입니다. 식이 성분과 약리학적 제제가 인간의 갈색 지방 조직 활동에 영향을 미칠 수 있는 정도는 이제 안전하고 접근 가능한 방식으로 평가할 수 있습니다.