Мультимодальна візуалізація для виявлення активації коричневих жирових тканин у жінок Пілотне дослідження
1 Інститут клінічної фізіології, CNR, Via Moruzzi 1, 56124 Піза, Італія
2 Fondazione G. Monasterio, CNR-Regione Toscana, Via G. Moruzzi 1, 56124 Піза, Італія
3 Інститут наук про життя, Scuola Superiore Sant’Anna, Piazza Martiri della Libertà 33, 56127 Піза, Італія
Анотація
1. Вступ
Коричнева жирова тканина (НДТ) є ключовим регулятором енергетичного балансу, захищаючи немовлят від переохолодження та основним фактором, що викликає дієту термогенезу [1]. У новонароджених BAT в основному розташовується на шиї та в міжлопаткових областях. Раніше вважалося, що НДТ втрачається після перших кількох років життя, і тому він вважався неважливим для дорослих. Нещодавно, з появою метаболічної візуалізації, було встановлено, що BAT зберігається і після періоду новонародженості і в основному знаходиться в надключичних областях у дорослих [2–4].
В даний час основними доступними методами оцінки активності НДТ є позитронно-емісійна томографія (ПЕТ) та сканування з однофотонною емісійною комп’ютерною томографією (SPECT). Щоб також виявити присутність НДТ, може бути використана біопсія тканини [5–7]. 18 F-FDG-PET, пов’язаний з комп’ютерною томографією (PET-CT), є поточним еталонним стандартом для виявлення активованих НДТ, але цей метод є дорогим і вимагає введення радіофармацевтичних препаратів. Більше того, це може призвести до великої кількості помилково позитивних результатів, а також помилково негативних результатів. Нещодавно МРТ із хімічним зсувом було запропоновано як неінвазивну альтернативу FDG-PET для виявлення НДТ, але воно не допускає дискримінації між активними та неактивними БАТ [8, 9].
Нещодавно було продемонстровано чіткий зв’язок між ожирінням та дисфункцією НДТ [10, 11]. Однак роль BAT у метаболізмі та енергетичному балансі людини ще не до кінця зрозуміла. Практична та менш дорога альтернатива PET-CT для вивчення активації НДТ може бути дуже корисною. Оскільки BAT є термогенним органом, останні дослідження використовували тепловізування [12] для виявлення активації BAT [2–4].
Повідомлялося про значні зміни температури в надключичних (SCV) областях як у дітей, так і у дорослих у відповідь на вплив холоду або прийом їжі. Більше того, Symonds et al. [13] продемонстрував сильно локалізоване підвищення температури в межах SCV після стандартного холодного виклику (шляхом розміщення руки учасника в холодній воді) у здорових худих добровольців.
Нещодавно, в сімнадцяти дослідженнях для дорослих, за допомогою IRT, Jang et al. [14] виявили значні температурні зміни в області SCV та латеральної верхньої частини грудної клітини після 2-годинного впливу холоду, ці зміни були пов’язані з скануванням активації PET-CT BAT.
На початку 2016 року ван дер Ланс та ін. [15] досліджував взаємозв'язок між надключичними температурами шкіри та значеннями активності НДТ, використовуючи строго контрольований температурою протокол охолодження повітря, виявивши значну позитивну кореляцію між змінами надключичної температури шкіри з активністю НДТ.
В інших дослідженнях використовувались додаткові неінвазивні методи для вивчення НДТ, включаючи інфрачервону спектроскопію (NIRS) для отримання інформації про споживання кисневої тканини. Ніренгі та ін. [16] оцінювали щільність НДТ у дорослих, які застосовували NIRS в області SCV, протягом 2 год впливу холоду, але вони не виявили змін у будь-яких параметрах NIRS протягом протоколу. Отже, вони порівняли параметри NIRS із середнім стандартизованим споживанням глюкози, оціненим за 18 F-FDG-PET/CT. Вони виявили значну залежність параметра ПЕТ під час впливу холоду та загальної концентрації гемоглобіну, визначеної NIRS, в термонейтральних умовах. Більше того, Muzik et al. [17], використовуючи як 15O-PET, так і NIRS (для оцінки кровотоку та споживання кисню відповідно в активованому холодом коричневому жирі людини), виявив значну залежність між швидкістю метаболізму поглинання кисню та NIRS у суб'єктів із активована BAT.
Тому, як правило, термогенез та утилізація субстратів НДТ досліджувались при холодовій експозиції, роблячи висновок, що НДТ є потенційною терапевтичною мішенню проти ожиріння та діабету. Питання, яке досі залишається спірним, для подальшого дослідження, - це оцінка внеску НДТ у витрати енергії та використання субстрату, коли активована їжа визначає „індукований дієтою термогенез (ДІТ)”, щоб зрозуміти роль НДТ в умовах термонейтральності. Нещодавно Лі та співавт. [18] знайшли докази, що пов'язують активацію BAT людини з індукованим глюкозою термогенезом (GIT). ЖКТ (також званий термічним ефектом глюкози) виражається як збільшення енергетичних витрат (вимірюваних за допомогою непрямої калориметрії), що відбувається після прийому глюкозного навантаження і добре відоме в літературі [19, 20].
Конкретною метою цього пілотного дослідження було визначити, чи здатний NIRS/IRT ідентифікувати теплову та судинну реакцію в зонах SCV, використовуючи пероральне навантаження глюкозою як термогенну стимуляцію, та розпізнати різну реакцію між худими та надлишковою вагою. Ми провели пілотне дослідження BAT на двох невеликих групах худорлявих та надлишкових ваг дорослих жінок, які застосовували NIRS та IRT. Зображення за допомогою обох методів були отримані на шиї в області SCV під час 3-годинного перорального тесту на толерантність до глюкози з подальшою холодною стимуляцією лівої руки. Ця робота є частиною більш масштабного проекту, метою якого є дослідження ролі НДТ за допомогою неінвазивних методів візуалізації в енергетичному метаболізмі в термонейтральних умовах.
Наскільки нам відомо, це перше дослідження, яке використовує комбінацію NIRS з IRT для візуалізації НДТ у дорослих людей.
2. Матеріали та методи
2.1. Інфрачервона термографія
2.2. NIRS
Методика NIRS базується на двох основних характеристиках [23, 24]: відносній прозорості тканини людини для світла в ближній інфрачервоній області (700–1000 нм) та залежному від оксигенації поглинанні оксигемоглобіну та оксиміоглобіну (HbO2, MbO2) та дезоксигемоглобіну і дезоксиміоглобін (Hb, Mb). Сигнал NIRS від шкіри в основному походить від гемоглобіну, що міститься в крові, що протікає в дрібних судинах (артеріолах, капілярах і венулах), що знаходяться в ділянці проби. Заходи щодо окси- та дезоксигемоглобіну дозволяють розрахувати загальне насичення гемоглобіном (StO2) киснем, що міститься в мікросудинах, вбудованих у досліджувану тканину.