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    易科泰动物能量代谢测量技术:实验动物体温调节与精准能量代谢监测研究

    发布时间: 2022-09-05  点击次数: 143次

    衰老是医学和生物医学研究中具有挑战性的问题之一,也是进化生态学中一个令人费解的现象。衰老会损害动物的体温调节能力。实验啮齿类动物生理学的核心是通过控制代谢产生的热量来调节其体温,即主动产热。选择增加新陈代谢水平是否会以及如何影响体温调节性能的老化?令人惊讶的是,尽管对三个特征(新陈代谢,体温调节和衰老速率)之间的关系进行了无数的研究,但这个问题显然尚未得到解决。

    来自波兰科学院实验生物研究所的恒温动物生理学科研团队于2020年在Frontiers in Physiology》发表了“基于选择实验的河堤田鼠衰老相关的代谢产热特征Age-Related Changes in the Thermoregulatory Properties in Bank Voles From a Selection Experiment"一文,实验中采用SSI模块式(测量产热能力VO2FMS便携式多通道能量代谢(测量静息代谢率RMR,呼吸水分丧失EWL)技术,以及植入式温度记录仪(测量核心体温)测试了724月龄(年轻)、6522月龄(老年)在7个环境温度(13-32℃)下的核心体温及新陈代谢指标。实验设计分为4个实验组(A组,最大的游泳诱导最大代谢,即高有氧代谢组)和4个对照组(C组,随机繁殖的田鼠,空白组),选择标准是在18分钟的游泳试验中达到的最高1分钟耗氧率,并根据体重差异和其他混杂因素(如性别和测量日期)进行调整。游泳试验在38的水温下进行,接近田鼠的体温(Tb)以确保代谢率的增加是由于运动,而不是由于体温调节。

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    图1 FMS便携式(左上)和SSI模块式能量代谢系统(左下)、植入式温度记录仪(右上)和不同致死温度下年轻和老年田鼠的冷诱导耗氧量(右下)。对于25g田鼠计算的较低致死温度(LLT)在A实验组中低于C系对照组,在老田鼠中高于年轻田鼠,但在A和C处理中年龄组之间的差异相似(A系实验组:10.4,C系对照组:9.8℃;图1右下)。

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    2 体重调整的静息代谢率(RMR,毫升氧气/分钟,图2A);动物体温(TbRMR)与RMR一起记录,2B导率(CT毫升氧气/分钟/摄氏度,图2C);蒸发水分失(EWL,毫克/分钟)及其热损失率当量(W,2D);不同环境温度13到28Ta)下的 EWL/RMR 比值,图2E;老年田鼠(虚线,空心符号)和年轻田鼠(实线,封符号),实验组A,蓝色菱形)和对照组C,黑色圆圈)。

    研究结果:A实验组静息代谢率RMR高于C对照组6%,但无论实验对照组或温度变化,RMR未随年龄变化。然而,老年组呼吸蒸发水分丧失EWL在老年田鼠中高出12%EWL/RMR 比值增加意味着肺部氧气提取效率降低或皮肤通透性增加。这种效应在A实验组中更为明显,可能表明它们对衰老的脆弱性增加。32℃以下环境动物体温在实验分组和年龄组之间无变化,但在32℃时老年A组体温显著高于其它组。正如预期的那样,两个选择组的老田鼠的产热能力(最大冷诱导耗氧量)降低了约13%,但老A田鼠的表现与年轻的C田鼠相同。因此,选择高有氧运动代谢可以减轻衰老对耐寒性的不利影响,但这一优势已被老年化田鼠应对炎热条件的妥协所抵消。

    研究表明,在评估特定人的风险时,也应考虑代谢率的个体差异。特别是,老年人的高RMR应被视为对过热不利影响易感性增加的标志,特别是因为高RMR也表明老年人的健康状况普遍较低。因此,面向个性化医疗的标准诊断工具库应扩大到包括代谢率的测量。

    易科泰生态技术有限公司十多年来作为美国Sable公司中国区的合作伙伴、为国内客户专业提供各种实验动物(及人体等)个性化的精准能量代谢监测全面解决方案,系统测量结果除了常见的实时氧气消耗量(VO2)、二氧化碳产量(VCO2)、呼吸商(RQ)、产热量(EE)、热传导速率(Ct)外,还可以提取研究者感兴趣的其它代谢率指标(如日代谢率DEE、最大代谢率MRmax等),以及获得呼吸水分丧失(EWL)、能量当量、EWL/RMR(表示肺的氧气摄取能力)、活动指数、致死温度LLT等重要参数。系统配置方案包括便携式能量代谢测量系统、模块式能量代谢测量系统等,全面满足不同动物能量代谢测量、活动监测、体温心率监测等需求。

    参考资料

    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.