Name: infrared thermography for the detection of changes in brown adipose tissue activity
Uploaded: 2022-09-28T14:30:00
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Este estudio fue financiado por la beca de investigación de la Fundación Croata de Ciencias (IP-2018-01- 7416).

Todos los procedimientos experimentales en animales de laboratorio fueron aprobados por el Comité Nacional de Ética y el Ministerio de Agricultura (EP 185/2018). Los experimentos se llevaron a cabo de acuerdo con el Codex Ético de la Sociedad Croata para la Ciencia de los Animales de Laboratorio y las directrices ARRIVE. Todos los procedimientos realizados en estudios con participantes humanos estaban de acuerdo con la Declaración de Helsinki y aprobados por el Comité de Ética de la Facultad de Medicina de la Unive...

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	<li>van Marken Lichtenbelt, W. D., 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=Cold-activated+brown+adipose+tissue+in+healthy+men.">Cold-activated brown adipose tissue in healthy men.</a> New England Journal of Medicine. 360 (15), 1500-1508 (2009).</li><li>Morrison, S. 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P., 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=Mapping+of+human+brown+adipose+tissue+in+lean+and+obese+young+men.">Mapping of human brown adipose tissue in lean and obese young men.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (32), 8649-8654 (2017).</li><li>Vosselman, M. 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K. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hot+fat+in+a+cool+man:+Infrared+thermography+and+brown+adipose+tissue.">Hot fat in a cool man: Infrared thermography and brown adipose tissue.</a> Diabetes, Obesity and Metabolism. 13 (1), 92-93 (2011).</li><li>Ang, Q. Y., 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+new+method+of+infrared+thermography+for+quantification+of+brown+adipose+tissue+activation+in+healthy+adults+(TACTICAL):+A+randomized+trial.">A new method of infrared thermography for quantification of brown adipose tissue activation in healthy adults (TACTICAL): A randomized trial.</a> Journal of Physiological Sciences. 67 (3), 395-406 (2017).</li><li>Jang, C., 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=Infrared+thermography+in+the+detection+of+brown+adipose+tissue+in+humans.">Infrared thermography in the detection of brown adipose tissue in humans.</a> Physiological Reports. 2 (11), 12167 (2014).</li><li>Dodd, G. 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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. W., 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=Gender+differences+in+the+prevalence+of+impaired+fasting+glycaemia+and+impaired+glucose+tolerance+in+Mauritius.+Does+sex+matter.">Gender differences in the prevalence of impaired fasting glycaemia and impaired glucose tolerance in Mauritius. Does sex matter.</a> Diabetic Medicine. 20 (11), 915-920 (2003).</li><li>Stanford, K. 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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Estudios recientes presentan evidencia creciente sobre la regulación fisiológica y la importancia de la actividad BAT en humanos adultos y animales en el desarrollo de obesidad y diabetes mellitus. Además, la posible activación de MTD por activadores exógenos se está convirtiendo en un objetivo para las empresas farmacéuticas. Para poder estimar la regulación fisiológica y la importancia fisiopatológica de las MTD en enfermedades muy onerosas, así como descubrir un posible enfoque terapéutico, la termografía...

El tejido adiposo marrón (BAT), en contraste con el tejido adiposo blanco (WAT), no almacena, sino que gasta energía. Tras la estimulación simpática, las MTD utilizan ácidos grasos y glucosa y producen calor mediante la activación de la proteína de desacoplamiento 1 (UCP1). La función de UCP1 es utilizar un gradiente H+ entre dos membranas mitocondriales para producir calor en lugar de ATP. La función de las MTD es aumentar la producción de calor en condiciones de frío, lo que conduce a un aumento del gasto energético1. Después de la exposición al frío, las entradas sensoriales de la piel inhiben las neuronas sensibles al calor en el núcleo preóptico mediano (MnPO) del área preóptica hipotalámica (POA), lo que disminuye el efecto inhibitorio de las neuronas POA en el rafe pálido rostral (rRPa). La activación de las neuronas rRPa aumenta la actividad simpática, seguida de un aumento de la actividad MTD 2,3. La activación de las MTD inducidas por el frío mejora la sensibilidad a la insulina en humanos4, y esta actividad disminuye en humanos con aumento del índice de masa corporal (IMC) y edad 1,5,6,7.
Además de su papel en la termogénesis inducida por el frío, después de una comida, la absorción de glucosa en las MTD aumenta en la población masculina delgada, contribuyendo a la termogénesis inducida por la dieta (DIT), que es mayor en los sujetos masculinos BAD positivos 8,9. La técnica de vanguardia utilizada para medir la actividad de las MTD es la tomografía computarizada por emisión de positrones, conocida como PET-CT. Este método determina la actividad MTD midiendo la acumulación del radiotrazador fluorodesoxiglucosa (18F-FDG). Sin embargo, la PET-CT falla como el método de elección para detectar la activación de BAT después de una comida. Una de las razones es que, después de una comida, 18F-FDG compite con la hiperglucemia posprandial por el mismo transportador de glucosa, lo que lo hace inadecuado para determinar la activación de BAT después de una comida, especialmente cuando se compara la actividad de BAT en participantes sanos y diabéticos con posibles diferencias en las concentraciones de glucosa en sangre. Además, las MTD utilizan ácidos grasos como fuente de energía para la producción de calor que no es visible con el PET-CT. 18 La acumulación de F-FDG en las MTD después de una comida es apenas visible10 y, por lo tanto, se interpreta como un resultado negativo en la mayoría de los casos. Como era de esperar, recientemente, se sugirió que la activación de BAT es más pronunciada en la población humana de lo que habíamos pensado anteriormente; por lo tanto, es necesario un nuevo enfoque para detectar la actividad de las MTD y su participación en los trastornos metabólicos7. Un intento de resolver este problema es medir el volumen de MTD con resonancia magnética (RM) en pacientes prediabéticos y pacientes con diabetes mellitus tipo 2 (DM2) con resistencia a la insulina11. Sin embargo, el volumen de MTD medido por RM no es un indicador suficiente para estimar la función diaria y el uso de glucosa y ácidos grasos por BAT. Por lo tanto, para estimar las diferencias reales en la actividad de las MTD en pacientes sanos frente a la DMT2, se necesita un nuevo enfoque que ofrezca la posibilidad de descubrir el mecanismo patológico del mal funcionamiento de las MTD en pacientes con DMT2.
Para determinar la activación de las MTD, realizamos mediciones de la producción de calor de MTD antes y después de una comida utilizando termografía infrarroja (IR) (Figura 1)12,13. Establecer la termografía IR como un método de elección para medir la actividad de BAT después de una comida en individuos sanos y obesos o pacientes con diabetes mellitus tendrá un gran impacto en el campo. Hasta el día de hoy, la termografía IR se utiliza para la determinación de la activación inducida por frío de BAT13,14,15. En la historia humana reciente, la actividad de BAT inducida por el frío ya no es muy pronunciada (debido al calentamiento adecuado de los hábitats, la ropa adecuada), mientras que la activación de BAT después de una comida ocurre todos los días. Además, la regulación fisiológica de estas dos funciones BAT a través del hipotálamo es completamente diferente. Después de una comida, la activación de las neuronas que expresan proopiomelanocortina (POMC) en el núcleo arqueado hipotalámico (Arc) conduce a un aumento de la actividad nerviosa simpática a través de rRPa16. La activación de BAT inducida por frío medida por termografía IR o PET-CT es inadecuada cuando se usa como medida para la actividad diaria de BAT. El aumento de la actividad de las MTD después de una comida es seguido por la utilización de la glucosa, que en última instancia es importante para mantener la homeostasis de la glucosa, la sensibilidad a la insulina y la regulación diaria de la concentración de glucosa. La activación de las MTD posprandiales conduce a un aumento en el consumo de glucosa postprandial, seguido de un aumento en la producción de calor y la temperatura corporal (DIT). Se demostró que era dependiente del sexo, la edad y el IMC12. Se observan diferencias de género similares en la activación de las MTD después de una comida en ratones de laboratorio machos y hembras17. Estos hallazgos corresponden a las diferencias de género recientemente descubiertas en la regulación de BAT por Burke et al., quienes mostraron que la regulación hipotalámica del pardeamiento de BAT a través de una subpoblación de neuronas POMC difiere en ratones machos y hembras18. La activación posprandial de BAT es menor en mujeres, poblaciones mayores y personas obesas. La falta de activación de las MTD después de una comida (disminución de la utilización de glucosa) podría conducir a una mayor prevalencia de intolerancia a la glucosa en las mujeres 19,20,21,22. Desafortunadamente, la mayoría de los estudios sobre la activación de las MTD se realizaron solo en hombres. Al activar las MTD después de una comida, la absorción de glucosa aumenta en la población masculina delgada. No es sorprendente que, después de la activación de las MTD, la TID sea mayor en los sujetos masculinos con MTD positiva 8,9. Además, el trasplante de MTD en ratones machos mejora la tolerancia a la glucosa, aumenta la sensibilidad a la insulina y disminuye el peso corporal y la masa grasa23.
La PET-CT falla como método de elección para medir la actividad de las MTD, especialmente después de una comida. Por lo tanto, se desarrolló un método no invasivo y más sensible. La termografía IR permite estimar la actividad de las MTD en diferentes animales de laboratorio (ratones knock-out), así como en participantes humanos, independientemente del sexo, la edad o los efectos de diferentes afecciones patológicas en la actividad de las MTD. Un beneficio adicional de este método es la simplicidad para los participantes y los animales de laboratorio, lo que nos permite estimar los beneficios potenciales de la terapia de refuerzo BAT. Los estudios recientes que utilizan termografía IR para determinar el comportamiento fisiológico de las MTD después de la exposición al frío o una comida se describen en la reciente publicación 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

La medición de la actividad del tejido adiposo marrón (BAT) mediante tomografía computarizada por emisión de positrones (PET-CT) a través de la acumulación de 18F-fluorodesoxiglucosa (FDG) después de una comida o en pacientes obesos o diabéticos falla como método de elección. La razón principal es que 18F-FDG compite con la alta concentración plasmática de glucosa postprandial para el mismo transportador de glucosa en la membrana de las células BAT. Además, BAT también utiliza ácidos grasos como fuente de energía, que no es visible con PET-CT y podría cambiarse junto con la concentración de glucosa en pacientes obesos y diabéticos. Por lo tanto, para estimar la importancia fisiológica de las MTD en animales y humanos, se aplica un nuevo método de termografía infrarroja utilizado en publicaciones recientes.
Después del ayuno nocturno, la actividad de las MTD se midió mediante termografía infrarroja antes y después de una comida en voluntarios humanos y ratones hembra de tipo salvaje. El software de la cámara calcula la temperatura del objeto utilizando la distancia desde el objeto, la emisividad de la piel, la temperatura ambiente reflejada, la temperatura del aire y la humedad relativa. En ratones, el área afeitada por encima del BAT fue una región de interés para la cual se midieron las temperaturas promedio y máxima. La fase del ciclo estral en ratones hembra se determinó después de un experimento mediante frotis vaginales teñidos con solución de tinción de violeta cresilo (0,1%). En voluntarios sanos, se seleccionaron dos áreas de piel del cuello: el área supraclavicular (por encima de la clavícula, donde hay células BAT) y el área interclavicular (entre las clavículas, donde no se detecta tejido BAT). La actividad MTD está determinada por la resta de esos dos valores. Además, las temperaturas promedio y máxima de las áreas de la piel podrían determinarse en animales y participantes humanos.
Se demostró que los cambios en la actividad de las MTD después de una comida medida por termografía infrarroja, un método no invasivo y más sensible, dependían del sexo, la edad y la fase del ciclo estral en animales de laboratorio. Como parte de la termogénesis inducida por la dieta, también se demostró que la activación de BAT en humanos depende del sexo, la edad y el índice de masa corporal. La determinación adicional de los cambios fisiopatológicos en la actividad de las MTD después de una comida será de gran importancia para los participantes con altas concentraciones plasmáticas de glucosa (obesidad y diabetes mellitus tipo 2), así como en diferentes animales de laboratorio (ratones knock-out). Este método también es una herramienta variable para determinar posibles fármacos activadores que podrían rejuvenecer la actividad de las MTD.

La forma más fácil de determinar la actividad de las MTD es restar la temperatura máxima de la piel por encima de las MTD antes y después de una comida en sujetos humanos. Una mejor manera de calcular la actividad de las MTD es seleccionar dos regiones de interés: el área de la piel por encima del MTD, que se encuentra en el área supraclavicular, y el área interclavicular de la piel donde no se encuentra tejido BAT en humanos, designada como área de referencia (según PET-CT; Figura 1</stron...

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

Aquí, presentamos un protocolo para medir la actividad del tejido adiposo marrón después de una comida en humanos y animales de laboratorio.

Termografía infrarroja para la detección de cambios en la actividad del tejido adiposo marrón

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

La termografía infrarroja permite estimar la actividad del tejido adiposo marrón en animales de laboratorio y participantes humanos, independientemente del sexo, la edad o los efectos de diferentes condiciones patológicas. La PET-CT falla como método de elección para medir la actividad del tejido adiposo marrón, especialmente después de una comida. Por lo tanto, se desarrolló una termografía infrarroja no invasiva y más sensible.Utilizando termografía infrarroja, podemos determinar que los cambios fisiopatológicos en la actividad del tejido adiposo marrón o la actividad del baño en personas con obesidad y diabetes mellitus, y determinar el fármaco que puede rejuvenecer la mala actividad en estos pacientes. Este método podría utilizarse para determinar los efectos fisiológicos de las hormonas o sintetizar sustancias terapéuticas sobre la mala actividad en humanos y animales de laboratorio. Pregunte a los participantes si están bien descansados y ayunaron durante la noche.Descansarán durante al menos 30 minutos antes de las mediciones para evitar la posible activación del tejido adiposo marrón. Realizar los experimentos en las horas de la mañana. 15 minutos antes de la medición, pida a los participantes que se quiten la ropa superior.Mientras los participantes descansan, monte la cámara térmica en el trípode y colóquela a un metro del lugar donde se sentará el participante. Conecte la cámara térmica a un ordenador y software según las instrucciones del fabricante. Determine la temperatura reflejada de la habitación registrando papel de aluminio arrugado a una distancia focal de un metro.Para ello, en el software de la cámara, introduce la distancia de cero metros y la emisividad de uno. Luego, ingrese los valores de presión atmosférica y humedad relativa. Para determinar la temperatura reflejada, elija la forma cuadrada y seleccione un ROI en el papel de aluminio.Luego, elija el primer icono de la izquierda en la ventana principal de la cámara y lea la temperatura media, que es necesaria para un análisis posterior. Justo antes de comenzar las mediciones, determine la temperatura del aire ambiente y la humedad del aire. En el software, encima de la ventana principal de la cámara, elija el tercer icono de la izquierda.En el menú emergente, seleccione Editar configuración de registro, que abrirá una nueva ventana. En el modo de grabación, seleccione Grabar en disco y establezca el registro para esta duración en el momento deseado. En las Opciones de grabación de la misma ventana, limite la velocidad de grabación a cinco hercios y elija la ubicación donde se guardarán las grabaciones.Cierre la ventana existente, abra Editar en el menú principal y seleccione Preferencias. Introduzca cinco en la velocidad de fotogramas objetivo. Seleccione Tecla de acceso rápido/Inicio remoto puede detener la grabación.Y en el menú desplegable, seleccione En modo Inicio/Detención. En el momento de la medición, asegúrese de que solo el participante y el experimentador estén presentes. Evite el movimiento del aire y asegúrese de que el participante esté alejado de corrientes de aire frío, luz solar o cualquier fuente de calor como bombillas.Localice el área supraclavicular del cuello por encima de la clavícula, donde se encuentra el tejido adiposo marrón. Coloque al participante de tal manera que esta área esté a una distancia focal de un metro. Grabe una película corta durante 10 a 15 segundos a una velocidad de fotogramas de 5 FPS presionando la tecla F5.Asegúrese de que todos los participantes coman la misma comida. Después de la comida, haga una nueva grabación a los 30 minutos y luego una, dos y tres horas presionando F5 usando los mismos valores de configuración. El día antes del experimento, recoge el hisopo vaginal del animal y extiende las células sobre un portaobjetos de vidrio.Deje que se seque al aire. Tiñe las células con 500 microlitros de acetato de violeta cresilo al 0,1% durante un minuto y luego enjuáguelas tres veces con agua. Vea las células bajo un microscopio de luz con un aumento de 100 veces e iluminación de campo claro.Determinar la fase del ciclo estral en función del número de leucocitos y células epiteliales nucleadas y cuantificadas observadas en el frotis. En la mañana del experimento, prepare la cámara térmica y los ajustes de grabación. Coloque cuidadosamente al animal en una jaula limpia y coloque la jaula debajo de la cámara térmica a una distancia focal de un metro.Grabe una película presionando F5. Pesa el pellet de comida antes de dárselo a cada animal para calcular la ingesta de alimentos. Deje que el animal coma durante 30 minutos en su jaula y pese la bolita de comida nuevamente después de la comida. Repita las mediciones IR 30 minutos, una hora y dos horas después de comenzar una comida.Después del experimento, pruebe la fase del ciclo estral en animales hembras, como se mostró anteriormente. Para cada película, introduzca las variables en el software de la cámara, como la emisividad de la piel, la temperatura ambiente reflejada, la temperatura del aire, la humedad relativa y la distancia al objeto. Seleccione el fotograma adecuado de la película moviendo el cabezal de reproducción en la parte inferior de la pantalla o pulsando el botón Pausa.Seleccione la región de interés eligiendo la forma deseada del área en el lado izquierdo de la ventana principal. Elija la forma que mejor corresponda al área de piel entre las escápulas. Al elegir la región de interés, las temperaturas mínimas, máximas y promedio se mostrarán a la derecha.En la imagen, el triángulo rojo representa el punto de temperatura máxima registrada y el triángulo azul representa la temperatura mínima registrada. Repita este paso para varios fotogramas para asegurarse de que la temperatura medida sea estable durante unos segundos de la grabación. Reste las temperaturas máximas de la piel por encima del tejido adiposo marrón antes de una comida de las temperaturas máximas después de una comida para determinar el aumento de la actividad postprandial.La actividad del tejido adiposo marrón se determinó analizando dos áreas de la piel: una por encima del tejido adiposo marrón y la segunda en el área interclavicular como punto de referencia. La actividad del tejido adiposo marrón se calculó como 1,8 grados centígrados a partir de las diferencias entre las temperaturas máximas en ambas áreas de la piel. Pero la actividad no puede presentarse por temperaturas máximas de la piel por encima del tejido adiposo marrón ya que no hay disminución de la temperatura de la piel incluso después de tres horas de la comida.En ratones, los cambios en la actividad después de una comida se midieron en hembras de diestro midiendo la temperatura promedio de la piel sobre el tejido adiposo marrón. Los cambios significativos en la actividad se determinaron 30 minutos después de una comida solo cuando se midió la temperatura máxima. La selección adecuada de los sujetos de control compatibles es la parte más difícil de los estudios clínicos, ya que los controles sanos y los participantes con afecciones patológicas deben ser lo más similares posible y diferir solo en la enfermedad investigada.Además de este protocolo, se podría medir la concentración de glucosa en sangre y la temperatura corporal, lo que permite el análisis de correlación entre la mala actividad y la utilización de glucosa o el aumento de la temperatura corporal. Esta técnica sensible y no invasiva abre numerosas posibilidades para determinar los cambios fisiológicos y fisiopatológicos de la actividad del tejido adiposo marrón en otros entornos experimentales y estudios.

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, ...

Investigación

Medicina

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Inaccuracies in intraoperative tumor localization and evaluation of surgical margin status result in suboptimal outcome of breast-conserving surgery ...

Cerenkov Luminescence Imaging of Interscapular Brown Adipose Tissue

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