文摘

目的。肥胖和褐色脂肪组织之间有明显的联系(BAT)功能障碍最近演示了。本试验研究的目的是确定如果近红外光谱(NIRS)二维成像和红外热成像(红外热成像)能够识别热及血管反应在锁骨上(SCV)地区摄入后口服葡萄糖负荷的产热的刺激。方法。我们研究两组女性(肥胖和苗条)辨别不同的反应。检测技术和红外热成像图像获得的脖子左边SCV地区在3 h后立即口服葡萄糖耐量试验(OGTT)和一个寒冷刺激。结果。我们发现一个重要的热响应的蝙蝠SCV窝在两组。OGTT期间和之后都冷刺激,皮肤温度高持续在精益和肥胖。这种反应并不是加上皮下组织血氧饱和度的变化。讨论和结论。结果表明,NIRS /红外热成像可能是小说,无创,无辐射,容易使用,和低成本的方法来监测、标准的临床实践期间,饮食和药物干预旨在刺激蝙蝠对肥胖和糖尿病作为一个潜在的治疗目标。

1。介绍

褐色脂肪组织(蝙蝠)是一个关键的监管机构在能量平衡,保护婴儿免受体温过低和食源性产热的主要原因1]。在新生儿中,蝙蝠主要坐落在脖子和肩胛间的区域。在过去,人们认为蝙蝠是失去生命的头几年之后,所以它被认为是不重要的成人。最近,随着代谢成像的出现,它已经建立了蝙蝠持续在新生儿期,主要是位于锁骨上地区成人(2- - - - - -4]。

目前,主要的方法来评估蝙蝠活动是正电子发射断层扫描(PET)和单光子发射计算机断层扫描(SPECT)扫描。也发现蝙蝠的存在,组织活检可以使用[5- - - - - -7]。¹⁸pet - ct机F-FDG-PET与计算机断层扫描()是当前参考标准的检测激活蝙蝠,但这种技术是昂贵的,需要放射性药物的管理。此外,它可以产生大量的假阳性结果,以及假阴性结果。化学位移MRI作为非侵入性替代最近提出了摄影在蝙蝠的检测,但它不允许歧视之间的活跃的和不活跃的蝙蝠(8,9]。

肥胖和蝙蝠之间有明显的联系功能障碍最近证明(10,11]。然而,蝙蝠在人类代谢和能量平衡的作用尚未完全了解。pet - ct机务实和更便宜的替代品研究蝙蝠激活可能是非常有用的。因为蝙蝠是产热的器官,最近的研究已经使用热成像(12)检测蝙蝠激活(2- - - - - -4]。

明显的温度变化在锁骨上(SCV)地区已报告在儿童和成人在应对寒冷暴露或膳食摄入。此外,西蒙兹et al。13)展示了一个高度内局部温度增加SCV标准冷后的挑战(由参与者的手放置在冷水)在健康瘦志愿者。

最近,在一百一十七名成人的研究中,通过使用红外热成像,张成泽et al。14]发现重要的SCV地区温度变化和横向上胸部2小时寒冷暴露后,这些变化是磁共振BAT-activation扫描。

2016年初,van der局域网et al。15]研究锁骨上皮肤温度之间的关系和蝙蝠的活动值使用严格温度控制的空气冷却的协议,建立锁骨上皮肤温度的变化之间存在显著的正相关与蝙蝠的活动。

其他的研究使用额外的非侵入性技术研究蝙蝠,包括近红外光谱(NIRS)获得氧气组织消费信息。Nirengi et al。16)评估蝙蝠密度在成人使用期间NIRS SCV地区2 h寒冷暴露,但是他们没有发现任何技术参数的变化在协议。所以,他们将技术参数与意味着标准化评估的葡萄糖吸收¹⁸F-FDG-PET / CT。他们发现一个重要关系宠物参数在寒冷暴露和NIRS-determined热中性的条件下总血红蛋白浓度。此外,Muzik et al。17]利用15 o-pet和NIRS(估计的血流量和氧消耗,分别在cold-activated人类棕色脂肪),发现了一个重要的耗氧量PET-derived代谢率之间的关系和技术学科与激活蝙蝠。

因此,一般的生热作用和基质处理蝙蝠与寒冷暴露调查认为蝙蝠是一个潜在的治疗目标与肥胖症和糖尿病。仍有争议,问题是进一步研究蝙蝠的评价贡献能量消耗和底物利用率定义当食物激活“食源性产热(说)”来理解蝙蝠在热力中性条件的作用。最近,李et al。18)发现证据表明人类蝙蝠激活glucose-induced生热作用(GIT)。GIT(也称为葡萄糖的热效应)表示为能量消耗的增加(通过间接测量量热法),摄取葡萄糖负荷后发生,并建立在文献[19,20.]。

本试验研究的具体目标是确定NIRS /红外热成像能够识别热SCV的地区和血管反应使用口服葡萄糖负荷的产热的刺激和辨别精益和超重受试者之间的不同反应。我们进行了试点研究蝙蝠两个小组的精益和超重的成年女性使用技术和红外热成像。图片由技术获得的脖子SCV的地区在3 h口服葡萄糖耐量试验,后跟一个左手的冷刺激。这项工作是一个更大的项目的一部分,旨在调查蝙蝠通过非侵入性成像方法在热中性的条件下的能量代谢。

据我们所知,这是第一个研究使用的组合与红外热成像技术的成像在成年人蝙蝠。

2。材料和方法

2.1。红外温度记录

Thermographic脖子左边的图像SCV窝是通过使用一个侥幸Ti9Thermal成像系统(美国福禄克公司,埃弗雷特,佤邦)。这项技术是基于原则的能量辐射取决于物体的表面温度和发射率的物体表面(21]。相机检测到红外能量从一个对象,并使用这些信息来估计其温度。相机适用于表面,有效地辐射能量(高发射率),如皮肤有一个发射率0.98倍(22]。在这个实验中使用的仪器发射率,是永久固定在0.95,适用于大多数表面但可以提供非常准确阅读如果直接使用闪亮的金属表面。此外,红外热成像相机有160×120毫米焦平面阵列;它运行在7.5μ米到14μ米波长范围,5%的准确率和热灵敏度()经济技术开发区≤0.2°C 30°C(200可)。Thermographic图像获得每个主题在不同时间步长(见部分2。4);在每个时间步,主题是定位在同一位置通过引用放在检查表和一个标记直接画在感兴趣的领域(没有显示在图1)。标志也用于选择感兴趣的区域处理阶段。为了保证红外热成像摄像机放置在相同的距离每一次,我们使用一个引用在感兴趣的领域来调整相机的自动对焦。

2.2。检测技术

检测技术是基于两个基本特征23,24]:相对人体组织的透明度在近红外区域(700 - 1000 nm)和oxygenation-dependent吸收氧合血红蛋白和oxymyoglobin (HbO₂,MbO₂)和脱氧血红蛋白和deoxymyoglobin (Hb, Mb)。检测信号从皮肤主要来源于血液中的血红蛋白包含流动小血管(动脉,毛细血管和小静脉)出现在采样区域。氧和脱氧血红蛋白的措施允许计算整个血红蛋白氧饱和度(国标₂微血管)中包含嵌入在探索组织。

在目前的工作,近红外线相机(Kent相机,肯特成像Inc .,卡尔加里,加拿大)用于获取二维地图的血红蛋白氧饱和度在表面的组织25,26]。相机产生的,不到一秒钟,国标的二维彩色地图₂选择扫描表面和报告多光谱测量的组织区域。通过简单的触屏方法,一名调查员可以测量站的价值₂在任何选定的区域的图像采集后立即。然后,图像的后处理分析允许氧饱和度分布在每一次的比较试验。摄像机被安装在一个可路由的头(190毫米×115毫米)的肢体关节杆:它有470个led灯有四个波长(670、730、890和940 nm)和CCD接收传感器。每一个获得图像的分辨率750×480像素(162.5×104.0毫米)。图像在医学图像DICOM标准格式导出。如上所述的制造商,近红外光线的穿透深度约3毫米,所以相机允许测量站₂在皮下组织(27]。已经描述了红外热成像图像,检测图像获得每个主题在不同时间步骤(见部分2。4);在每个时间步,主题是定位在同一位置通过引用放在检查表和一个标记直接画在感兴趣的领域(见红色箭头在图1)。标志也用于选择感兴趣的区域处理阶段。为了保证检测相机放置在同一距离每一次,我们使用相机定位指标,有助于将其设置在适当的高度和位置拍照之前。

2.3。主题

十岁,sex-matched受试者研究:五个健康女性身体质量指数较低(35.2±9.8岁,体重指数= 19.6±2.3公斤/米²)和五个超重的健康女性(38.9±10.3岁,体重指数= 27.5±1.8公斤/米²)。这项研究是授权的当地伦理委员会。每个主题给书面知情同意。

2.4。试验协议

所有受试者选择代谢单元的组织。g . Monasterio CNR-Regione托斯卡尼,意大利比萨。首先,测量身高和体重,然后计算BMI。此外,检测和thermographic基线图像采集(15分钟驯化期后)。

3 h口服葡萄糖耐量试验(OGTT)口服葡萄糖的摄入75克(18为每个主题]了。检测技术和红外热成像图像拍摄时每小时180分钟。OGTT的末尾,一个寒冷的刺激是由浸在冰水的左手(5到9°C)一分钟(2,28,29日]。最后,技术和红外热成像图像寒冷刺激后立即获得。每组检测技术和红外热成像图像收购主体在同一位置为了比较感兴趣的区域停止₂分别和温度的值。

环境温度是控制和保持不变(20°C)对所有测量。

所有的测量都在春天进行。

2.5。图像处理

获得技术和thermographic图像都是由使用IDL脚本处理特别设计的。血氧饱和度(%)和温度(°C)值从一个正方形(10×10毫米)中提取感兴趣的区域(ROI)在左SCV窝在文学被称为蝙蝠位置在成人(2- - - - - -4,13,30.]。ROI选择从标记应用于主题领域的兴趣。国标的₂或温度计算的平均像素值包含在选择ROI。

每一步的实验协议(基底,60,120年,180血糖管理后,冷刺激)后立即连续三NIRS /红外热成像图片。在每个时间点测量协议,三个连续的均值图像被报道为氧饱和度或温度的值。

2.6。统计分析

社会团体内部的差异的国标₂随着时间的推移和温度被学生的评估t以及对成对样品(变量测试正常使用Shapiro-Wilk正常测试),而参数两组之间的差异被方差分析评价。

一个值< 0.05被认为是重要的。所有使用MATLAB进行了分析。

3所示。结果

举个例子,图1显示了精益的基线条件的温度图像主题2号3号和超重的主题。色标在图片的右边显示温度的值(°C)。相应的检测图像相同的科目也显示,在色标在图片的右边表示氧饱和度值(%)。两组图片可以清楚地识别左SCV窝,选择感兴趣的区域调查的计算参数。

图2显示温度(图2(一个))和停止₂值(图2 (b))平均五个主题和倚靠五个超重受试者(连续蓝线和红色虚线,职责)。

在两组中,逐步增加OGTT期间观察皮肤温度。相对于基线,积极thermographic响应葡萄糖负荷显著SCV地区两组(图2(一个))。关于葡萄糖摄入值在180分钟后,SCV的温度高冰刺激后两组( )。

OGTT期间和之后都冷刺激,皮肤温度高持续在精益和肥胖(图2(一个))。

没有观察到变化在葡萄糖负荷和冷刺激后SCV窝到近红外线成像,和两组之间没有明显差异。

4所示。讨论和结论

在这项研究中,我们设计了一个非侵入式多通道成像技术(NIRS和红外热成像)来识别和监控产热与人类的蝙蝠在成人不同BMI。没有先前的研究已经检查结合NIRS /红外热成像成像作为一种工具能量消耗的蝙蝠在成年人的决心。NIRS /红外热成像成像有几个优点,首先,pet - ct机没有辐射,而使用是有限的。调查研究过程方便正常的受试者。

我们发现,在精益和超重的主题,一个一致的、在当地温度和高度本地化,增加在锁骨上区葡萄糖摄取,后跟一个寒冷刺激引起的热中性的条件下(20°C)。我们的发现证实了结果发现李et al。18)在相同的实验条件,提供证据表明人类蝙蝠激活期间glucose-induced产热响应葡萄糖的挑战。我们还发现一个显著差异在精益的SCV温度和超重受试者在精益和肥胖OGTT较高的值。然而,SCV的温度值两组以前不同的基线条件。

对于我们的目的,我们认为锁骨上温度价值180分钟后葡萄糖负荷评估作为基线值温度升高,由于寒冷的刺激,因为所有的科目都在相同的条件在这个时间点。有趣的是,冷刺激后,两组有不同的响应( )。

Gatidis et al。31日)发现了一个局部皮肤温度显著升高患者锁骨上地区活跃的蝙蝠对温度没有活跃的人在蝙蝠。他们猜测可能相对增加锁骨上皮肤温度在精益个体是由大血管都位于这个解剖区域传递热能从身体核心的四肢可能导致一种改进的检测在精益相比,肥胖者。然而,在我们的研究中,热响应不是加上皮下组织的血氧饱和度的变化在同一地区。事实上,在中途没有显著差异₂在OGTT SCV的地区和寒冷刺激观察精益和超重受试者。

在李et al。30.),作者利用红外热成像测量温度覆盖SCV的窝在应对寒冷暴露和饭后的挑战。他们表示,他们的研究的一个主要限制条件的不确定性是否皮肤温度的变化上覆SCV的窝源于血流量的增加或者从蝙蝠产热的反应。我们的研究结果提供了一种解决这种不确定性因为NIRS图像没有透露任何组织氧的变化。然而,这可能是由于技术的限制成像研究肤浅的蝙蝠,尤其是SCV的窝,但没有氧饱和度的差异刺激发生反应甚至在精益科目皮下脂肪的深度将小。此外,检测信号可能受到来自其他组织,尤其是考虑到高度异构蝙蝠的性质。

总之,NIRS /红外热成像可能是小说,无创,无辐射,容易使用,用于监视和低成本的方法,标准的临床实践期间,饮食和药物干预旨在刺激蝙蝠作为一个潜在的治疗目标与肥胖症和糖尿病(32]。进一步的研究需要直接关联的皮肤表面温度的变化与蝙蝠活动的直接测量和/或皮肤的血流量和验证如果NIRS /红外热成像可以提供实时的额外功能信息对信息获得的静态PET / CT图像。此外,许多技术挑战仍有待克服NIRS /红外热成像量化蝙蝠的使用功能,例如,潜在影响的深度在锁骨上区皮肤表面温度(33]。例如,当地的皮下脂肪组织厚度锁骨上区可以通过平均CT测量(31日]。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。