Name: infrared thermography for the detection of changes in brown adipose tissue activity
Uploaded: 2022-09-28T14:30:00
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Este estudo foi financiado pela bolsa de pesquisa da Fundação Croata de Ciência (IP-2018-01- 7416).

Todos os procedimentos experimentais em animais de laboratório foram aprovados pelo Comitê Nacional de Ética e pelo Ministério da Agricultura (EP 185/2018). Os experimentos foram conduzidos de acordo com o Código de Ética da Sociedade Croata de Ciência Animal de Laboratório e as diretrizes do ARRIVE. Todos os procedimentos realizados em estudos envolvendo participantes humanos foram de acordo com a Declaração de Helsinque e aprovados pelo Comitê de Ética da Faculdade de Medicina da Universidade de Zagreb (UP/...

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E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+sex+and+hormone+replacement+therapy+use+on+the+prevalence+of+isolated+impaired+fasting+glucose+and+isolated+impaired+glucose+tolerance+in+subjects+with+a+family+history+of+type+2+diabetes.">Effects of sex and hormone replacement therapy use on the prevalence of isolated impaired fasting glucose and isolated impaired glucose tolerance in subjects with a family history of type 2 diabetes.</a> Diabetes. 55 (12), 3529-3535 (2006).</li><li>Williams, J. 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I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brown+adipose+tissue+regulates+glucose+homeostasis+and+insulin+sensitivity.">Brown adipose tissue regulates glucose homeostasis and insulin sensitivity.</a> Journal of Clinical Investigation. 123 (1), 215-223 (2013).</li><li>Brasil, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+systematic+review+on+the+role+of+infrared+thermography+in+the+brown+adipose+tissue+assessment.">A systematic review on the role of infrared thermography in the brown adipose tissue assessment.</a> Reviews in Endocrine and Metabolic Disorders. 21 (1), 37-44 (2020).</li><li>Byers, S. L., Wiles, M. V., Dunn, S. L., Taft, R. 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Estudos recentes apresentam evidências crescentes sobre a regulação fisiológica e a importância da atividade das MTD em humanos e animais adultos no desenvolvimento da obesidade e diabetes mellitus. Além disso, a possível ativação de MTD por ativadores exógenos está se tornando um alvo para as empresas farmacêuticas. Para poder estimar a regulação fisiológica e a importância fisiopatológica das MTD em doenças muito onerosas, bem como descobrir uma potencial abordagem terapêutica, a termografia infraver...

O tecido adiposo marrom (BAT), em contraste com o tecido adiposo branco (TAB), não armazena, mas gasta energia. Após estimulação simpática, a MTD utiliza ácidos graxos e glicose e produz calor pela ativação da proteína desacopladora 1 (UCP1). A função da UCP1 é usar um gradiente de H+ entre duas membranas mitocondriais para produzir calor em vez de ATP. A função das MTD é aumentar a produção de calor em condições frias, o que leva a um aumento do gasto energético1. Após a exposição ao frio, as entradas sensoriais da pele inibem os neurônios sensíveis ao calor no núcleo pré-óptico mediano (MnPO) da área pré-óptica hipotalâmica (POA), o que diminui o efeito inibitório dos neurônios POA sobre o rostral raphe pallidus (rRPa). A ativação dos neurônios rRPa aumenta a atividade simpática, que é acompanhada por um aumento na atividade da MTD 2,3. A ativação do BAT induzida pelo frio melhora a sensibilidade à insulina em humanos4, e essa atividade é diminuída em humanos com aumento do índice de massa corporal (IMC) e idade 1,5,6,7.
Além de seu papel na termogênese induzida pelo frio, após uma refeição, a captação de glicose no MTD aumenta na população masculina magra, contribuindo para a termogênese induzida pela dieta (DIT), que é maior em indivíduos do sexo masculino positivos para MTD 8,9. A técnica de ponta utilizada para medir a atividade da MTD é a tomografia computadorizada por emissão de pósitrons, conhecida como PET-CT. Este método determina a atividade MTD medindo o acúmulo do radiotraçador fluordesoxiglicose (18F-FDG). No entanto, a PET-CT falha como método de escolha para detectar a ativação da MTD após uma refeição. Uma das razões é que, após uma refeição, 18F-FDG compete com a hiperglicemia pós-prandial pelo mesmo transportador de glicose, o que o torna inadequado para determinar a ativação da MTD após uma refeição, especialmente quando se compara a atividade da MTD em participantes saudáveis e diabéticos com possíveis diferenças nas concentrações de glicose no sangue. Além disso, a MTD utiliza ácidos graxos como fonte de energia para a produção de calor, o que não é visível com o PET-CT. 18º O acúmulo de F-FDG nas MTD após uma refeição é pouco visível10 e, portanto, é interpretado como um resultado negativo na maioria dos casos. Sem surpresa, recentemente, foi sugerido que a ativação da MTD é mais pronunciada na população humana do que pensávamos anteriormente; portanto, uma nova abordagem para detectar a atividade da MTD e seu envolvimento em distúrbios metabólicos é necessária7. Uma tentativa de solucionar esse problema é medir o volume das MTD por meio de ressonância magnética (RM) em pacientes pré-diabéticos e portadores de diabetes mellitus tipo 2 (DM2) com resistência insulínica11. No entanto, o volume de MTD medido pela RM não é um indicador suficiente para estimar a função diária e o uso de glicose e ácidos graxos pela BAT. Portanto, para estimar diferenças reais na atividade da MTD em pacientes saudáveis versus com DM2, é necessária uma nova abordagem que ofereça a possibilidade de descobrir o mecanismo patológico do mau funcionamento da MTD em pacientes com DM2.
Para determinar a ativação da BAT, foram realizadas medidas da produção de calor MTD antes e após uma refeição utilizando termografia infravermelha (IR) (Figura 1)12,13. Estabelecer a termografia IR como um método de escolha para medir a atividade das MTD após uma refeição em indivíduos saudáveis e obesos ou pacientes com diabetes mellitus terá um enorme impacto no campo. Até hoje, a termografia IR é utilizada para a determinação da ativação induzida pelo frio da MTD13,14,15. Na história humana recente, a atividade BAT induzida pelo frio não é mais muito pronunciada (devido ao aquecimento adequado dos habitats, roupas adequadas), enquanto a ativação das MTD após uma refeição ocorre todos os dias. Além disso, a regulação fisiológica destas duas funções MTD através do hipotálamo é completamente diferente. Após uma refeição, a ativação de neurônios que expressam proopiomelanocortina (POMC) no núcleo arqueado hipotalâmico (Arc) leva a um aumento da atividade nervosa simpática via rRPa16. A ativação induzida pelo frio da MTD medida por termografia IR ou PET-CT é inadequada quando usada como uma medida para a atividade diária da MTD. O aumento da atividade da MTD após uma refeição é seguido pela utilização de glicose, o que é importante para manter a homeostase da glicose, a sensibilidade à insulina e a regulação diária da concentração de glicose. A ativação do MTD pós-prandial leva a um aumento no consumo de glicose pós-prandial, seguido por um aumento na produção de calor e na temperatura corporal (DIT). Isso se mostrou dependente de sexo, idade e IMC12. Diferenças semelhantes entre os sexos na ativação das MTD após uma refeição são observadas em camundongos de laboratório machos e fêmeas17. Esses achados correspondem às diferenças de gênero recentemente descobertas na regulação da MTD por Burke e col., que mostraram que a regulação hipotalâmica do escurecimento da MTD via uma subpopulação de neurônios POMC difere em camundongos machos e fêmeas18. A ativação pós-prandial da MTD é menor em mulheres, populações mais velhas e obesos. A falta de ativação das MTD após uma refeição (diminuição da utilização de glicose) poderia levar a uma maior prevalência de intolerância à glicose em mulheres 19,20,21,22. Infelizmente, a maioria dos estudos sobre a ativação das MTD foi feita apenas em homens. Ao ativar a MTD após uma refeição, a captação de glicose aumenta na população masculina magra. Não é surpreendente que, após a ativação das MTD, a DIT seja maior em indivíduos do sexo masculino positivos para MTD 8,9. Além disso, o transplante de MTD em camundongos machos melhora a tolerância à glicose, aumenta a sensibilidade à insulina e diminui o peso corporal e a massa gorda23.
A PET-CT falha como método de escolha para medir a atividade das MTD, especialmente após uma refeição. Portanto, um método não invasivo e mais sensível foi desenvolvido. A termografia IR permite estimar a atividade da MTD em diferentes animais de laboratório (camundongos knock-out), bem como em participantes humanos, independentemente do sexo, idade ou dos efeitos de diferentes condições patológicas sobre a atividade da BAT. Um benefício adicional deste método é a simplicidade para os participantes e animais de laboratório, o que nos permite estimar os benefícios potenciais da terapia de reforço BAT. Os estudos recentes que utilizaram a termografia IR para determinar o comportamento fisiológico das MTD após exposição ao frio ou refeição estão descritos na recente publicação de Brasil et al.24.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.1% cresyl violet acetate&#160;</td>
			<td>Commonly used chemical</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Device for measuring air temperature and humidity</td>
			<td>Kesterl</td>
			<td>Kestrel 4200</td>
			<td>Certificat of conformity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>External data storage</td>
			<td>Hard Drive with at least 1 TB</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass microscopic slides</td>
			<td>Commonly used</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Small cotton tip swab&#160;</td>
			<td>Urethral swabs</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software for analysis</td>
			<td>FLIR Systems, Wilsonville, OR, USA</td>
			<td>FLIR Tools</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software for meassurements</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 Camera</td>
			<td>FLIR Systems, Wilsonville, OR, USA</td>
			<td>FLIR T-1020</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

infrared thermography for the detection of changes in brown adipose tissue activity

A mensuração da atividade do tecido adiposo marrom (BAT) por tomografia por emissão de pósitrons (PET-CT) via acúmulo de 18F-fluordesoxiglicose (FDG) após uma refeição ou em pacientes obesos ou diabéticos falha como método de escolha. A principal razão é que 18F-FDG compete com a alta concentração plasmática de glicose pós-prandial pelo mesmo transportador de glicose na membrana das células BAT. Além disso, a MTD também utiliza ácidos graxos como fonte de energia, o que não é visível com o PET-CT e pode ser alterado juntamente com a concentração de glicose em pacientes obesos e diabéticos. Portanto, para estimar a importância fisiológica das MTD em animais e humanos, um novo método de termografia infravermelha utilizado em publicações recentes é aplicado.
Após jejum noturno, a atividade da MTD foi medida por termografia infravermelha antes e depois de uma refeição em voluntários humanos e camundongos fêmeas selvagens. O software da câmera calcula a temperatura do objeto usando a distância do objeto, a emissividade da pele, a temperatura ambiente refletida, a temperatura do ar e a umidade relativa. Em camundongos, a área raspada acima da MTD foi uma região de interesse para a qual as temperaturas médias e máximas foram medidas. A fase do ciclo estral em ratas foi determinada após experimento por esfregaço vaginal corado com cresilvioleta (0,1%) corado com solução corada com violeta de cresil. Em voluntários saudáveis, duas áreas de pele do pescoço foram selecionadas: a área supraclavicular (acima da clavícula, onde as células MTD estão presentes) e a área interclavicular (entre as clavículas, onde não há tecido MTD detectado). A atividade MTD é determinada pela subtração desses dois valores. Além disso, as temperaturas média e máxima das áreas da pele puderam ser determinadas em animais e participantes humanos.
As mudanças na atividade das MTD após uma refeição medida por termografia infravermelha, um método não invasivo e mais sensível, mostraram ser dependentes de sexo, idade e fase do ciclo estral em animais de laboratório. Como parte da termogênese induzida pela dieta, a ativação de MTD em humanos também provou ser dependente de sexo, idade e índice de massa corporal. Determinar ainda mais as alterações fisiopatológicas na atividade da MTD após uma refeição será de grande importância para participantes com altas concentrações plasmáticas de glicose (obesidade e diabetes mellitus tipo 2), bem como em diferentes animais de laboratório (camundongos knock-out). Este método também é uma ferramenta variável para determinar possíveis drogas ativadoras que poderiam rejuvenescer a atividade da BAT.

A maneira mais fácil de determinar a atividade das MTD é subtrair a temperatura máxima da pele acima das MTD antes e depois de uma refeição em seres humanos. Uma melhor maneira de calcular a atividade da MTD é selecionar duas regiões de interesse: a área da pele acima da MTD, que está localizada na área supraclavicular, e a área interclavicular da pele onde não há tecido MTD em humanos, designada como área de referência (de acordo com a PET-CT; Gráfico 1). A atividade MTD é ...

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

Aqui, apresentamos um protocolo para medir a atividade do tecido adiposo marrom após uma refeição em humanos e animais de laboratório.

Termografia infravermelha para detecção de alterações na atividade do tecido adiposo marrom

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

A termografia infravermelha permite estimar a atividade do tecido adiposo marrom em animais de laboratório e participantes humanos, independentemente do sexo, idade ou efeitos de diferentes condições patológicas. A PET-CT falha como método de escolha para medir a atividade do tecido adiposo marrom, especialmente após uma refeição. Portanto, uma termografia infravermelha não invasiva e mais sensível foi desenvolvida.Usando termografia infravermelha, podemos determinar que as alterações fisiopatológicas na atividade do tecido adiposo marrom ou atividade de banho em pessoas com obesidade e diabetes mellitus, e determinar drogas que podem rejuvenescer a má atividade nesses pacientes. Este método poderia ser usado para determinar os efeitos fisiológicos de hormônios ou sintetizar substâncias terapêuticas sobre a má atividade em humanos e animais de laboratório. Pergunte aos participantes se eles estão bem descansados e jejuaram durante a noite.Eles ficarão em repouso por pelo menos 30 minutos antes das medidas para evitar possível ativação do tecido adiposo marrom. Realizar os experimentos nas horas da manhã. 15 minutos antes da medida, peça aos participantes que retirassem a parte superior da roupa.Enquanto os participantes estiverem descansando, monte a câmera térmica no tripé e posicione-a a um metro de distância do local onde o participante ficará sentado. Conecte a câmera térmica a um computador e software conforme instruções do fabricante. Determine a temperatura refletida da sala registrando a folha de alumínio enrugada a uma distância focal de um metro.Para isso, no software da câmera, insira a distância de zero metros e a emissividade de um. Em seguida, insira os valores de pressão atmosférica e umidade relativa. Para determinar a temperatura refletida, escolha a forma quadrada e selecione um ROI na folha de alumínio.Em seguida, escolha o primeiro ícone à esquerda na janela principal da câmera e leia a temperatura média, que é necessária para uma análise mais aprofundada. Imediatamente antes de iniciar as medições, determine a temperatura do ar ambiente e a umidade do ar. No software, acima da janela principal da câmera, escolha o terceiro ícone à esquerda.No menu pop-up, escolha Editar configurações de registro, que abre uma nova janela. No modo de gravação, selecione Gravar em disco e defina o registro para essa duração no momento desejado. Nas Opções de gravação da mesma janela, limite a taxa de gravação a cinco hertz e escolha o local onde as gravações serão salvas.Feche a janela existente, abra Editar no menu principal e selecione Preferências. Insira cinco na taxa de quadros de destino. Selecione Tecla de atalho/Início remoto pode parar o registro.E no menu suspenso, selecione No modo Iniciar/Parar. No momento da medição, certifique-se de que apenas o participante e o experimentador estejam presentes. Evite o movimento do ar e certifique-se de que o participante esteja longe da corrente fria, da luz solar ou de qualquer fonte de calor, como lâmpadas.Localize a área supraclavicular do pescoço acima da clavícula, onde o tecido adiposo marrom está localizado. Posicione o participante de forma que esta área esteja a um metro de distância focal. Grave um curta-metragem por 10 a 15 segundos a uma taxa de quadros de 5 FPS pressionando a tecla F5.Certifique-se de que todos os participantes comam a mesma refeição. Após a refeição, faça uma nova gravação aos 30 minutos e, em seguida, uma, duas e três horas pressionando F5 usando os mesmos valores de configuração. No dia anterior ao experimento, colete o swab vaginal do animal e espalhe as células em uma lâmina de vidro.Deixe secar ao ar. Manchar as células com 500 microlitros de acetato violeta de cresila a 0,1% por um minuto e, em seguida, enxaguar-as três vezes com água. Visualize as células sob um microscópio de luz com ampliação de 100 vezes e iluminação de campo claro.Determinar a fase do ciclo estral com base no número de leucócitos e células epiteliais nucleadas e quantificadas observadas no esfregaço. Na manhã do experimento, prepare a câmera térmica e as configurações de gravação. Coloque cuidadosamente o animal em uma gaiola limpa e coloque a gaiola sob a câmera térmica a uma distância focal de um metro.Grave um filme pressionando F5. Pesar o pellet de alimento antes de dá-lo a cada animal para calcular a ingestão de alimento. Deixe o animal comer por 30 minutos em sua gaiola e pese a pelota de alimento novamente após a refeição. Repita as medições de IR 30 minutos, uma hora e duas horas após o início de uma refeição.Após o experimento, testar a fase do ciclo estral em fêmeas, como mostrado anteriormente. Para cada filme, insira as variáveis no software da câmera, como emissividade da pele, temperatura ambiente refletida, temperatura do ar, umidade relativa e distância ao objeto. Selecione o quadro adequado do filme movendo o indicador de reprodução na parte inferior da tela ou pressionando o botão Pausar.Selecione a região de interesse escolhendo a forma desejada da área no lado esquerdo da janela principal. Escolha a forma que melhor corresponde à área de pele entre as escápulas. Ao escolher a região de interesse, as temperaturas mínima, máxima e média serão exibidas à direita.Na imagem, o triângulo vermelho representa o ponto de temperatura máxima registrada e o triângulo azul representa a temperatura mínima registrada. Repita esta etapa por vários quadros para ter certeza de que a temperatura medida é estável durante alguns segundos da gravação. Subtrair as temperaturas máximas da pele acima do tecido adiposo marrom antes de uma refeição das temperaturas máximas após uma refeição para determinar o aumento da atividade pós-prandial.A atividade do tecido adiposo marrom foi determinada analisando-se duas áreas da pele: uma acima do tecido adiposo marrom e a segunda na área interclavicular como ponto de referência. A atividade do tecido adiposo marrom foi calculada em 1,8 graus Celsius a partir das diferenças entre as temperaturas máximas em ambas as áreas da pele. Mas a atividade não pode ser apresentada por temperaturas máximas da pele acima do tecido adiposo marrom, uma vez que não há diminuição da temperatura da pele mesmo após três horas da refeição.Em camundongos, as mudanças na atividade após uma refeição foram medidas em fêmeas diestro medindo a temperatura média da pele acima do tecido adiposo marrom. Mudanças significativas na atividade foram determinadas 30 minutos após uma refeição apenas quando a temperatura máxima foi medida. A seleção adequada de indivíduos-controle pareados é a parte mais difícil dos estudos clínicos, uma vez que controles saudáveis e participantes com condições patológicas devem ser o mais semelhantes possível e diferir apenas na doença investigada.Além desse protocolo, pôde-se medir a glicemia e a temperatura corporal, o que permite a análise da correlação entre má atividade e utilização ou aumento da temperatura corporal. Esta técnica sensível e não invasiva abre inúmeras possibilidades na determinação das alterações fisiológicas e fisiopatológicas da atividade do tecido adiposo marrom em outros cenários experimentais e estudos.

Research

JoVE Journal

Medicine

Assessing Teratogenic Changes in a Zebrafish Model of Fetal Alcohol Exposure

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Fetal alcohol syndrome (FAS) is a severe manifestation of embryonic exposure to ethanol. It presents with characteristic defects to the face and organs, ...

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Cerenkov luminescência imagem de Interscapular Brown tecido adiposo

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While obesity is closely linked to the development of metabolic and cardiovascular disease, little is known about mechanisms that govern these processes. ...

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