Abstract

Țesutul adipos maro (BAT) este situat în principal în regiunea supraclaviculară și are activitate termogenă diferită de cea a țesutului adipos alb. 18 F-FDG captarea în gâtul posterior a fost raportată inițial în 1996 (1). Cu toate acestea, abia după introducerea tehnologiei de fuziune PET/CT, această absorbție focală a fost recunoscută a fi nu în mușchi, ci în grăsimi - probabil BAT (2,3).

efectul

18 F-FDG absorbția în BAT poate fi uneori indistinctă de absorbția în tumori sau ganglioni limfatici. Captarea tumorală sau metastatică a ganglionilor limfatici 18 F-FDG poate fi mascată de o captare ridicată de 18 F-FDG în BAT, ducând la interpretări fals negative și, eventual, la un management incorect al pacientului. Castelluci et al. a raportat că 18 F-FDG absorbție în BAT este cel mai frecvent site nontumoral de captare focală intensă observată în studiile de urmărire la pacienții tratați pentru limfom (4). A fost raportată o creștere a absorbției în regiunea supraclaviculară la 2,5% –4,0% dintre pacienții supuși a 18 studii F-FDG PET/CT (3). Este mai frecvent la femei și este probabil mai frecvent iarna (2,3). Înțelegerea funcției BAT și a factorilor care influențează activitatea BAT sunt importante pentru interpretarea a 18 studii PET-CT F-FDG. O absorbție scăzută de 18 F-FDG în BAT este de dorit pentru o interpretare optimă a PET.

BAT diferă de țesutul adipos alb din punct de vedere morfologic. BAT este numită astfel datorită culorii sale maronii la inspecția vizuală directă, o culoare care rezultă din vascularizația sa bogată și conținutul crescut de mitocondrie. BAT este, în general, localizată în regiuni cervicale profunde, incluzând zona supraclaviculară, regiunile interscapulare și paravertebrale, abdomenul superior și zonele din apropierea vaselor mari. Funcțional, BAT se caracterizează printr-o cale metabolică unică care are ca rezultat generarea de căldură. În BAT, consumul de oxigen de către mitocondrii nu este cuplat cu sinteza adenozin trifosfatului, dar energia care este eliberată de oxidarea nicotinamidei adenine dinucleotide și a nicotinamidei adenine dinucleotide fosfat este complet transformată în căldură. BAT este important ca organ termogen prin producerea căldurii pentru a menține temperatura corpului pentru multe mamifere hibernante, în special pentru tineri.

Producția de căldură prin BAT este declanșată de activarea sistemului nervos simpatic. Norepinefrina eliberată de terminalele nervoase simpatice se leagă de receptorii β3-adrenergici de pe suprafața BAT și duce la β-oxidarea acizilor grași liberi. Norepinefrina, independentă de insulină, activează, de asemenea, transportul glucozei BAT prin transportorul de glucoză-1 și potențial prin transportorul de glucoză-4 (5). Decuplarea proteinei-1 este critică pentru reglarea în sus a utilizării glucozei și a producției de căldură de către BAT. Studiul adoptării a 18 F-FDG în BAT are potențialul de a fi un instrument bun pentru evaluarea activității BAT.

Am demonstrat anterior că activitatea BAT este redusă prin scurtele intervenții β-blocante (6). În acest studiu, am evaluat absorbția 18 F-FDG în BAT de șobolani folosind biodistribuirea ex vivo și am aplicat monitorizarea temperaturii miezului pentru a determina efectul diferiților agoniști β-adrenergici asupra activității BAT. Toți agenții farmacologici utilizați în acest studiu au fost raportați anterior ca fiind activatori ai sistemului nervos simpatic. Cafeina este un alcaloid care crește activitatea sistemului nervos simpatic. Efedrina este un stimulent nervos simpatic care evocă termogeneza și este utilizat ca medicament pentru pierderea în greutate, care necesită, de asemenea, prezența activității nervoase simpatice (7). Yoshida și colab. a raportat că nicotina crește numărul de norepinefrină și termogeneza la BAT la șoareci (8). Impulsul inițial pentru realizarea acestui studiu a rezultat din observațiile clinice ale unuia dintre autori, David L. Lilien, despre un model intens de absorbție de 18 F-FDG în suprafața supraaclaviculară a grăsimii unui pacient clinic care avea dovezi de nicotină severă și continuă. utilizați imediat înainte de 18 F-FDG PET.

MATERIALE ȘI METODE

Animale

Șobolani Lewis femele de opt până la 9 săptămâni (greutate corporală medie, 197 g) au fost utilizate în acest studiu. Șobolanii au o cantitate relativ mare de BAT în regiunea interscapulară (9). Toate animalele au fost ținute în facilități de adăpostire a animalelor timp de cel puțin o săptămână înainte de începerea experimentelor. Hrana și apa au fost date ad libitum. Acest studiu a fost realizat ca parte a unui proiect aprobat de comitetul de cercetare a animalelor de la instituțiile medicale Johns Hopkins.

Monitorizarea temperaturii corpului

Temperatura corpului șobolanilor a fost monitorizată utilizând un sistem telemetric (Vital View; Mini Mitter Co., Inc.). Un transmițător de semnal (PDT-400 E-Mitter; Mini Mitter) a fost transplantat în cavitatea peritoneală a șobolanilor în timp ce aceștia erau sub anestezie, iar șobolanii au fost folosiți pentru studii BAT 3-4 săptămâni mai târziu. Temperatura corpului a fost măsurată la fiecare 30 s în timpul studiului. E-Mitter încarcă o baterie din câmpul de radiofrecvență produs de un receptor și transmite datele automat către un computer. Folosind acest sistem, datele despre temperatura corpului de la șobolani pot fi colectate neinvaziv înainte și în timpul experimentului.

De asemenea, am verificat diferența dintre emițătoarele de semnal E-Mitter. În acest scop, am pus dispozitivele în băi de apă cu diferite temperaturi și am comparat rezultatele cu citirile unui termometru cu mercur. Toate valorile de la cele 8 dispozitive E-Mitter s-au situat la ± 0,5 ° C de la măsurătorile obținute cu termometrul.

Intervenție farmacologică

Fie cofeină (10 mg/kg greutate corporală), efedrină (5 mg/kg greutate corporală), nicotină (0,8 mg/kg greutate corporală), un amestec de nicotină și efedrină sau un control salin a fost injectat prin injecție intraperitoneală în același volum (100 μL). Controlul medicamentului sau al soluției saline a fost administrat cu 30 de minute înainte de injectarea intravenoasă a 18 F-FDG. Pentru studii cu antagoniști β-adrenergici, am folosit reserpină (4 mg/kg greutate corporală) intraperitoneal cu 4 ore înainte de 18 F-FDG injecție sau propranolol (5 mg/kg greutate corporală) intraperitoneal 50 minute înainte de 18 F-FDG injecție. Toți agenții farmacologici au fost încălziți la 37 ° C într-o baie de apă înainte de administrare pentru a preveni răcirea corpului. Doza și timpul de injectare pentru fiecare medicament au fost determinate în conformitate cu articolele publicate care raportează timpul preconizat de debut și efectele farmacologice maxime asupra țesuturilor țintă (6,10-15).

Studiu de biodistribuire

După post peste noapte, toți șobolanii au primit o injecție de 7,4-MBq (200-μCi) de 18 F-FDG prin vena cozii fără anestezie. Toți șobolanii au fost sacrificați 60 de minute după injectarea 18 F-FDG. Sângele, organele majore (inclusiv mușchii spatelui și picioarelor), BAT interscapulară și țesutul adipos alb din jurul BAT au fost îndepărtate și cântărite. Radioactivitatea din fiecare organ a fost numărată utilizând un contor γ. Procentul de doză injectată (% ID) per gram de țesut, standardizat în kilogram de greutate corporală (% ID/[g de țesut] × [kg de greutate corporală]), a fost calculat și comparat între țesuturi. Toate procedurile au fost efectuate la temperatura camerei într-o cameră climatizată.

Analize statistice

Datele, calculate ca% ID/(g de țesut) × (kg greutate corporală), pentru grupurile care au primit medicamentele au fost comparate cu grupul de control utilizând testul U Mann-Whitney. O valoare P mai mică de 0,05 a fost considerată semnificativă statistic.

REZULTATE

Șobolanii au fost împărțiți în 5 grupuri experimentale care au inclus grupul martor (injecție salină, 7 șobolani), grupul cofeină (4 șobolani), grupul efedrină (4 șobolani), grupul nicotină (9 șobolani) și grupul combinat (nicotină și efedrină, 9 șobolani). În grupul de control, absorbția BAT a fost de 0,073% ID · kg/g - mai mică decât absorbția în alte organe majore.

18 F-FDG captare (medie ± SD) în grupul de control a fost scăzută. Administrarea de efedrină și nicotină a crescut semnificativ absorbția BAT (* P Vizualizați acest tabel:

  • Vizualizați în linie
  • Vizualizați fereastra pop-up

Rezultatul studiilor de biodistribuire

Modificările temperaturii corpului asociate cu intervențiile farmacologice au fost observate în datele Mini Mitter. În grupul injectat cu nicotină, a fost observată o scădere temporară a temperaturii corpului central la toți șobolanii imediat după injectare. Temperatura corpului șobolanului a scăzut la un nivel inferior la aproximativ 18-24 minute după injecție și a crescut treptat în timpul orei ulterioare. Scăderea temperaturii a fost de 0,47 ° C - 2,25 ° C (în medie, 1,22 ° C), comparativ cu temperaturile inițiale (temperatura medie a corpului timp de 1 oră înainte de injectarea nicotinei). Nu s-a observat nicio modificare a temperaturii în grupul de control. La unii șobolani, temperatura corpului de bază a continuat să crească și să crească peste nivelurile inițiale. În grupul de șobolani tratați cu propranolol înainte de administrarea nicotinei, nu a fost observată o scădere temporară a temperaturii corpului.

Relația dintre absorbția țesutului măsurată cu% ID/g × (kg de greutate corporală) și modificarea temperaturii corpului este prezentată în Figura 3. O modificare a temperaturii corpului a fost definită după cum urmează: valoarea inițială (temperatura medie corporală în decurs de 1 oră înainte de farmacologie administrare) minus cea mai scăzută temperatură corporală măsurată în timpul celor 30 de minute după intervenția farmacologică. Fiecare grup experimental a prezentat o distribuție caracteristică de 18 F-FDG în BAT. Corelațiile pozitive dintre scăderea temperaturii corporale și absorbția BAT au fost observate numai în grupurile cu nicotină plus efedrină (coeficient de corelație, 0,721).

Gradul de absorbție a 18 F-FDG și scăderea temperaturii de la momentul inițial după injectarea de nicotină singură sau cu alte intervenții. Distribuția specifică grupului este prezentă. Grupurile care combină nicotină și efedrină arată atât scăderea mare a temperaturii corpului, cât și creșterea mare a absorbției de 18 F-FDG. În grupul cu nicotină, scăderea temperaturii corpului a fost proeminentă, dar creșterea în absorbția de 18 F-FDG nu a fost la fel de mare ca în grupul cu nicotină plus efedrină. La control, grupele de reserpină plus nicotină și propranolol plus nicotină, scăderea temperaturii corpului și creșterea absorbției de 18 F-FDG au fost minime. O corelație semnificativă între scăderea temperaturii corpului și creșterea absorbției de 18 F-FDG a fost observată numai în grupul cu nicotină plus efedrină. b.w. = greutatea corporală; Efe = efedrină; Nic = nicotină; Pro = propranolol; Res = reserpină.

DISCUŢIE

Atât efedrina, cât și nicotina au crescut semnificativ absorbția în BAT. Administrarea de nicotină și efedrină în combinație a arătat cele mai puternice efecte. Creșterea absorbției în BAT cu combinația de nicotină și efedrină a fost, de asemenea, semnificativ mai mare (atât absorbția P 18 F-FDG în BAT, acest efect nu a atins semnificația statistică.

Nu s-a observat nicio modificare semnificativă a captării 18 F-FDG în alte organe majore, cu excepția stomacului și a mușchilor. 18 F-FDG absorbția în stomac a fost scăzută la toate grupurile de intervenție farmacologică. O absorbție scăzută de 18 F-FDG în mușchi a fost observată în grupul cu nicotină plus efedrină. Scăderile absorbției stomacului au fost abrogate prin injectarea prealabilă a unui β-blocant, sugerând că acest efect poate fi mediat de sistemul nervos simpatic. S-a raportat că activarea sistemului nervos simpatic scade fluxul sanguin către stomac. Fumatul este un factor de risc cunoscut pentru ulcerul gastroduodenal. Unele rapoarte sugerează că nicotina induce eliberarea de noradrenalină în stomac și reduce fluxul sanguin (16). O scădere a fluxului sanguin către stomac poate contribui la scăderea absorbției gastrice de 18 F-FDG, indicând o utilizare potențială a acestor agenți farmacologici în reducerea absorbției fiziologice în stomac la 18 scanări PET F-FDG. O creștere semnificativă a captării 18 F-FDG a fost observată în BAT numai cu efedrină și nicotină.

Am injectat un β-blocant înainte de administrarea nicotinei pentru a evalua un potențial efect antagonist asupra stimulării nicotinei BAT. Doza de β-blocant utilizată în acest studiu a fost aceeași cu cea descrisă în studiile anterioare și a fost suficient de puternică pentru a bloca efectele sistemului nervos simpatic asupra activării BAT (6). Atât reserpina, cât și propranololul inhibă funcția sistemului nervos simpatic, dar există diferențe între cele 2 medicamente. Reserpina inhibă eliberarea de noradrenalină din terminalele nervoase. Sunt necesare mai multe doze pentru a epuiza noradrenalina complet din fisura sinaptică. Pe de altă parte, deoarece propranololul este un blocant neselectiv al receptorului β-adrenergic, este posibil ca propranololul să reacționeze mai rapid și mai robust dacă este utilizat în concentrații mari. Grupurile pretratate cu propranolol au arătat o diferență de absorbție în alte organe. Mai precis, absorbția inimii și a țesutului adipos alb au fost substanțial reduse. Scăderile absorbției de 18 F-FDG în inimă au fost considerabile - cu 71,6% mai mici decât în ​​grupul de control. Această constatare este similară cu rezultatele descrise anterior (6) și se poate datora parțial efectelor sistemului nervos simpatic asupra glicolizei cardiace.

Este bine cunoscut faptul că BAT este un organ cheie în menținerea temperaturii corpului. Am anticipat găsirea unei relații între creșterea temperaturii corpului și gradul de absorbție de 18 F-FDG în BAT. Este cunoscut faptul că efedrina este un agent care duce la termogeneză. Astrup și colab. a sugerat că termogeneza după administrarea de efedrină nu rezultă din creșterea temperaturii în BAT în sine, ci din creșterea fluxului sanguin în jurul țesutului intrascapular (17).

Am monitorizat temperatura corpului miezului în timp real folosind un transmițător implantat pentru a evalua relația dintre absorbția 18 F-FDG și temperatura corpului. În studiul nostru, creșterea temperaturii corpului după injecția cu nicotină nu a fost semnificativă. În schimb, am observat o scădere temporară a temperaturii corpului după injectarea intraperitoneală de nicotină. În majoritatea cazurilor, temperatura corpului s-a recuperat în decurs de 30 de minute. Faptul că grupurile de control și tratamentul cu propranolol nu au prezentat această scădere de temperatură susține conceptul că a rezultat din injecția de nicotină și a fost mediat de sistemul nervos simpatic. Faptul că a fost observată și o scădere a temperaturii corpului în grupul de pretratament cu reserpină sugerează că pretratarea cu reserpină înainte de stimularea nicotinei nu a fost suficientă pentru a epuiza veziculele noradrenalinei din terminalul nervos simpatic.

Așa cum se arată în Figura 3, am comparat gradul de absorbție de 18 F-FDG (% ID/g × [kg greutate corporală]) cu gradul de scădere a temperaturii. O distribuție caracteristică a temperaturii a fost observată în fiecare grup. Grupul pretratat atât cu nicotină, cât și cu efedrină a arătat atât o scădere mare a temperaturii, cât și o creștere mare a absorbției de 18 F-FDG în BAT. Grupul pretratat numai cu nicotină a prezentat, de asemenea, o scădere mare a scăderii temperaturii și creșterea absorbției de 18 F-FDG, deși nu la fel de mare ca în grupul pretratat atât cu nicotină, cât și cu efedrină. Grupurile de control și tratamentul cu propranolol au prezentat o scădere mai mică a temperaturii și o creștere a absorbției de 18 F-FDG în BAT.

S-a observat o scădere a temperaturii în grupul cu reserpină, dar absorbția în BAT a fost scăzută. Nu am putea explica cu ușurință această scădere a temperaturii corpului. Am încălzit injecția intraperitoneală înainte de administrare pentru a ne asigura că injecția nu va avea un efect direct de răcire asupra corpului. Este bine cunoscut faptul că nicotina contractă arterele periferice și induce o răcire temporară a extremităților distale. În acest studiu, am măsurat temperatura corpului central în cavitatea peritoneală. O altă posibilă explicație este că vasele de sânge din interiorul abdomenului s-au contractat, provocând o scădere temporară a temperaturii intraperitoneale. O scădere a temperaturii este mediată în principal de un efect α-adrenergic, dar absorbția în BAT este în principal un efect β. Antagonistul adrenergic neselectiv propranolol inhibă ambele efecte.

Unele rapoarte sugerează că BAT poate acționa ca un tampon pentru consumul și stocarea energiei. BAT este activată după o masă bogată în calorii pentru a consuma excesul de energie într-un așa-numit sistem de termogeneză indus de dietă. BAT este principalul organ care produce termogeneza indusă de dietă, iar lipsa funcției sale este considerată a fi una dintre cauzele obezității (18). Alte rapoarte au spus că decuplarea șoarecilor dublu-knock-out a prezentat o susceptibilitate crescută la obezitatea indusă de dietă odată cu vârsta (19). Recent, BAT sa dovedit a fi importantă în înțelegerea mecanismului de toleranță la glucoză (20,21). Aceste rapoarte indică faptul că BAT are un rol critic în consumul de energie și în patogenitatea obezității și a diabetului.

Multe rapoarte sugerează că fumătorii de țigări cântăresc mai puțin decât nefumătorii și că se îngrașă odată cu renunțarea la fumat. Un studiu privind expunerea cronică a fumului la hamsteri a arătat o masă crescută de BAT la animalele studiate (22). S-a crezut că principala cauză a acestui fenomen este nicotina. Un alt studiu a arătat că tratamentul cronic cu nicotină are ca rezultat pierderea în greutate fără o modificare a aportului alimentar (15). În studiul nostru, deoarece intervenția farmacologică nu a fost cronică, efectul a fost evident, dar scurt. Se raportează că expunerea cronică la nicotină duce la activarea cronică a BAT și poate duce la o reducere a greutății corporale.

Activitatea BAT poate fi măsurată prin diferite metode, inclusiv greutatea BAT, consumul de oxigen, fluxul sanguin și alți parametri. 18 F-FDG este un trasor care evaluează activitatea de transport a glucozei în țesut - un aspect al activării consumului de energie. Acest studiu a fost de biodistribuire ex vivo, dar biodistribuirea in vivo poate fi, de asemenea, studiată, după cum este vizualizat de PET (6). PET are acest avantaj față de metodele existente și este ușor de aplicat la oameni. 18 F-FDG va fi un instrument bun pentru analiza funcției BAT și pentru evaluarea utilizării posibile, ca agenți anti-obezitate, a noilor medicamente care activează BAT. Aceste date preclinice sugerează că un pacient ar trebui să evite atât efedrina, cât și nicotina (fumatul) înainte de a fi supus 18 F-FDG PET. Trebuie avut în vedere faptul că pacienții care fumează țigări pot prezenta o absorbție ridicată de 18 F-FDG în BAT. Datele sugerează, de asemenea, că blocantele β sau reserpina pot fi instrumente utile pentru minimizarea absorbției 18 F-FDG în BAT.

CONCLUZIE

Captarea a 18 F-FDG în BAT a fost activată prin injecții intraperitoneale de nicotină și efedrină. Efectul a fost aditiv atunci când nicotina și efedrina au fost utilizate în combinație. Efectul nicotinei a fost abrogat prin pretratarea cu un β-blocant. Temperatura corporală a șobolanilor a scăzut temporar la scurt timp după injecția cu nicotină. Gradul de scădere a temperaturii corpului are o oarecare corelație cu gradul de absorbție de 18 F-FDG în BAT.

Mulțumiri

Mulțumim Judy Buchanan pentru asistența editorială utilă. De asemenea, suntem datori tehnologului Kim Rainwater pentru observația sa înțeleaptă că mai mulți pacienți cu antecedente de utilizare recentă și grea a țigărilor au prezentat o absorbție intensă de 18 F-FDG în BAT în studiile clinice PET, oferind un impuls pentru acest studiu.

Note de subsol