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易科泰動(dòng)物能量代謝測(cè)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(cè)研究
發(fā)布時(shí)間： 2022-09-05 點(diǎn)擊次數(shù)： 2233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(wèn)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(lèi)動(dòng)物生理學(xué)的核心是通過(guò)控制代謝產(chǎn)生的熱量來(lái)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(duì)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(wú)數(shù)的研究，但這個(gè)問(wèn)題顯然尚未得到解決。
來(lái)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(cè)量產(chǎn)熱能力VO2）和FMS便攜式多通道能量代謝(測(cè)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(cè)量核心體溫）測(cè)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(duì)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(cè)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(duì)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(duì)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(duì)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(hào)）和年輕田鼠（實(shí)線，封符號(hào)），實(shí)驗(yàn)組（A，藍(lán)色菱形）和對(duì)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(duì)照組6%，但無(wú)論實(shí)驗(yàn)對(duì)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(duì)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(wú)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(duì)耐寒性的不利影響，但這一優(yōu)勢(shì)已被老年化田鼠應(yīng)對(duì)炎熱條件的妥協(xié)所抵消。
研究表明，在評(píng)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(duì)過(guò)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(kù)應(yīng)擴(kuò)大到包括代謝率的測(cè)量。
易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司十多年來(lái)作為美國(guó)Sable公司中國(guó)區(qū)的合作伙伴、為國(guó)內(nèi)客戶(hù)專(zhuān)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(cè)全面解決方案，系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果除了常見(jiàn)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(cè)量系統(tǒng)、模塊式能量代謝測(cè)量系統(tǒng)等，全面滿(mǎn)足不同動(dòng)物能量代謝測(cè)量、活動(dòng)監(jiān)測(cè)、體溫心率監(jiān)測(cè)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.
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