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易科泰動(dòng)物能量代謝測量技術(shù):實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體溫調(diào)節(jié)與精準(zhǔn)能量代謝監(jiān)測研究
發(fā)布時(shí)間: 2022-09-05 點(diǎn)擊次數(shù): 1575次衰老是醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)研究中具有挑戰(zhàn)性的問題之一,也是進(jìn)化生態(tài)學(xué)中一個(gè)令人費(fèi)解的現(xiàn)象。衰老會(huì)損害動(dòng)物的體溫調(diào)節(jié)能力。實(shí)驗(yàn)嚙齒類動(dòng)物生理學(xué)的核心是通過控制代謝產(chǎn)生的熱量來調(diào)節(jié)其體溫,即主動(dòng)產(chǎn)熱。選擇增加新陳代謝水平是否會(huì)以及如何影響體溫調(diào)節(jié)性能的老化?令人驚訝的是,盡管對三個(gè)特征(新陳代謝,體溫調(diào)節(jié)和衰老速率)之間的關(guān)系進(jìn)行了無數(shù)的研究,但這個(gè)問題顯然尚未得到解決。
來自波蘭科學(xué)院實(shí)驗(yàn)生物研究所的恒溫動(dòng)物生理學(xué)科研團(tuán)隊(duì)于2020年在《Frontiers in Physiology》發(fā)表了“基于選擇實(shí)驗(yàn)的河堤田鼠衰老相關(guān)的代謝產(chǎn)熱特征Age-Related Changes in the Thermoregulatory Properties in Bank Voles From a Selection Experiment"一文,實(shí)驗(yàn)中采用SSI模塊式(測量產(chǎn)熱能力VO2)和FMS便攜式多通道能量代謝(測量靜息代謝率RMR,呼吸水分喪失EWL)技術(shù),以及植入式溫度記錄儀(測量核心體溫)測試了72只4月齡(年輕)、65只22月齡(老年)在7個(gè)環(huán)境溫度(13-32℃)下的核心體溫及新陳代謝指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分為4個(gè)實(shí)驗(yàn)組(A組,最大的游泳誘導(dǎo)最大代謝,即高有氧代謝組)和4個(gè)對照組(C組,隨機(jī)繁殖的田鼠,空白組),選擇標(biāo)準(zhǔn)是在18分鐘的游泳試驗(yàn)中達(dá)到的最高1分鐘耗氧率,并根據(jù)體重差異和其他混雜因素(如性別和測量日期)進(jìn)行調(diào)整。游泳試驗(yàn)在38℃的水溫下進(jìn)行,接近田鼠的體溫(Tb)以確保代謝率的增加是由于運(yùn)動(dòng),而不是由于體溫調(diào)節(jié)。
圖1 FMS便攜式(左上)和SSI模塊式能量代謝系統(tǒng)(左下)、植入式溫度記錄儀(右上)和不同致死溫度下年輕和老年田鼠的冷誘導(dǎo)耗氧量(右下)。對于25g田鼠計(jì)算的較低致死溫度(LLT)在A實(shí)驗(yàn)組中低于C系對照組,在老年田鼠中高于年輕田鼠,但在A和C處理中年齡組之間的差異相似(A系實(shí)驗(yàn)組:10.4℃,C系對照組:9.8℃;圖1右下)。
圖2 體重調(diào)整后的靜息代謝率(RMR,毫升氧氣/分鐘,圖2A);動(dòng)物體溫(TbRMR,℃)與RMR一起記錄,圖2B;熱傳導(dǎo)率(CT,毫升氧氣/分鐘/攝氏度,圖2C);蒸發(fā)水分喪失(EWL,毫克水/分鐘)及其熱損失率當(dāng)量(W,圖2D);不同環(huán)境溫度13到28℃(Ta)下的 EWL/RMR 比值,圖2E;老年田鼠(虛線,空心符號)和年輕田鼠(實(shí)線,封符號),實(shí)驗(yàn)組(A,藍(lán)色菱形)和對照組(C,黑色圓圈)。
研究結(jié)果:A實(shí)驗(yàn)組靜息代謝率RMR高于C對照組6%,但無論實(shí)驗(yàn)對照組或溫度變化,RMR未隨年齡變化。然而,老年組呼吸蒸發(fā)水分喪失EWL在老年田鼠中高出12%。EWL/RMR 比值增加意味著肺部氧氣提取效率降低或皮膚通透性增加。這種效應(yīng)在A實(shí)驗(yàn)組中更為明顯,可能表明它們對衰老的脆弱性增加。32℃以下環(huán)境動(dòng)物體溫在實(shí)驗(yàn)分組和年齡組之間無變化,但在32℃時(shí)老年A組體溫顯著高于其它組。正如預(yù)期的那樣,兩個(gè)選擇組的老年田鼠的產(chǎn)熱能力(最大冷誘導(dǎo)耗氧量)降低了約13%,但老年A組田鼠的表現(xiàn)與年輕的C組田鼠相同。因此,選擇高有氧運(yùn)動(dòng)代謝可以減輕衰老對耐寒性的不利影響,但這一優(yōu)勢已被老年化田鼠應(yīng)對炎熱條件的妥協(xié)所抵消。
研究表明,在評估特定人的風(fēng)險(xiǎn)時(shí),也應(yīng)考慮代謝率的個(gè)體差異。特別是,老年人的高RMR應(yīng)被視為對過熱不利影響易感性增加的標(biāo)志,特別是因?yàn)楦?/span>RMR也表明老年人的健康狀況普遍較低。因此,面向個(gè)性化醫(yī)療的標(biāo)準(zhǔn)診斷工具庫應(yīng)擴(kuò)大到包括代謝率的測量。
易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司十多年來作為美國Sable公司中國區(qū)的合作伙伴、為國內(nèi)客戶專業(yè)提供各種實(shí)驗(yàn)動(dòng)物(及人體等)個(gè)性化的精準(zhǔn)能量代謝監(jiān)測全面解決方案,系統(tǒng)測量結(jié)果除了常見的實(shí)時(shí)氧氣消耗量(VO2)、二氧化碳產(chǎn)量(VCO2)、呼吸商(RQ)、產(chǎn)熱量(EE)、熱傳導(dǎo)速率(Ct)外,還可以提取研究者感興趣的其它代謝率指標(biāo)(如日代謝率DEE、最大代謝率MRmax等),以及獲得呼吸水分喪失(EWL)、能量當(dāng)量、EWL/RMR(表示肺的氧氣攝取能力)、活動(dòng)指數(shù)、致死溫度LLT等重要參數(shù)。系統(tǒng)配置方案包括便攜式能量代謝測量系統(tǒng)、模塊式能量代謝測量系統(tǒng)等,全面滿足不同動(dòng)物能量代謝測量、活動(dòng)監(jiān)測、體溫心率監(jiān)測等需求。
參考資料
1、 Fiedler A, Careau V. Individual (Co)variation in Resting and Maximal Metabolic Rates in Wild Mice. Physiol Biochem Zool. 2021 Sep-Oct;94(5):338-352. doi: 10.1086/716042. PMID: 34343458.
2、 Grosiak M , Koteja P , Bauchinger U, et al. Age-Related Changes in the Thermoregulatory Properties in Bank Voles From a Selection Experiment[J]. Frontiers in Physiology, 2020, 11:576304.