Anatomie und Physiologie: Aktuelle Forschung
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Abstrakt

Die dringende Notwendigkeit, weltweit von der indirekten Mauskalorimetrie (IMC) zur direkten Mauskalorimetrie (DMC) bei der Bestimmung des Grundumsatzes (BMR) überzugehen: Eine Studie zum Beweisprinzip

Ginneken VV

Mausmodelle sind in den Biomedizin- und Biowissenschaften wichtig. Kürzlich wurde festgestellt, dass die gentechnisch veränderten Mausmodelle für die aktuelle Fettleibigkeit und/oder Typ-2-Diabetes (DM2) in den meisten Fällen aufgrund veränderter Darmmikrobiotika mit erhöhter anaerober CO2-Produktion stark metabolisch abnormale Tiere liefern. Daher kann in Frage gestellt werden, ob die indirekte Kalorimetrie, die derzeit in allen Mauslaboren der Welt „der goldene Standard“ ist, noch praktiziert werden kann, da sie vom Umrechnungsfaktor Respiratorischer Quotient (RQ-Wert: CO2/O2) abhängt, um den Energieverbrauch in Wärmeproduktion (HP) in [mW] auszudrücken. Die direkte Kalorimetrie kann jedoch den HP und damit den Grundumsatz (BMR) sowohl in metabolisch normalen als auch in abnormalen Zuständen genau quantifizieren. In diesem ersten Manuskript haben wir die physikalischen Eigenschaften und Merkmale eines ehemaligen aquatischen Durchflusskalorimeters mit Doppeldetektion von Setaram bestimmt, das zur Messung des Grundumsatzes von Fischen unter widrigen Umweltbedingungen (anoxisches, hypoxisches, saures Umweltwasser) verwendet wurde. Ziel dieser Studie war es, festzustellen, ob dieses kalorimetrische System von Setaram mit einem 1-Liter-Edelstahlbehälter im physikalischen Medium Luft verwendet werden kann, um den Energieverbrauch in Mausmodellen zu messen. Diese erste [technische Anmerkung] beschreibt die physikalischen Eigenschaften und Merkmale dieses kalorimetrischen Aufbaus im Medium Wasser und Luft. Die Merkmale des kalorimetrischen Systems in Luft waren für die anfängliche Basislinie über 80 Minuten ein Wärmestrom von 13,44 ± 1,611 (mW) und für die Endbasislinie über 175 Minuten 14,95 ± 1,79 (mW), sodass die ∆-Basislinie (Anfang – Ende) 13,44-14,95 = -1,51 (mW) betrug. Die driftende Basislinie über den gesamten 33-stündigen Versuch betrug (14,95 / 13,44) * 100 % = 1,1124 %, wobei die driftende Basislinie pro Stunde 0,035 % pro Stunde betrug, was übliche Werte für Calvin-Kalorimeter mit Doppeldetektion sind. Wir berechneten auf Grundlage der Wärmeübertragungseigenschaften von Wasser auf Edelstahl (Wasserkalorimeter) in Kombination mit der spezifischen Wärmekapazität von Wasser Cp-Wasser von 4,1884 [kJ K-1] vs. Cp-Luft von 0,001293 [kJ K-1] eine Wasserzeitkonstante τWasser von 30,48 min vs. τLuft oder = 0,019605 min. Da τLuft so klein war (die früher erfolgreich in Wasser angewendet wurden), hatten die Korrekturen für die Verzögerungszeit des Systems keine Wirkung. Diese Studie umfasst auch das erste erfolgreiche Pilotexperiment zum „Beweisprinzip“ mit einer einzelnen Maus, die ≈ 14 Stunden lang eingesperrt war. Dies beweist, dass die Messung des Energieverbrauchs einer einzelnen Maus in einem 1-Liter-Kalorimetriegefäß aus Edelstahl im Medium Luft den Messwerten der Wildstammmaus entspricht, die in der indirekten Kalorimetrie (IMC) verwendet werden (von ≈10 mW/g). Eine Voraussetzung war, dass beide Gefäße (Messung und Referenz: Zwillingserkennungsmessung) mit einem Liter Luft pro Minute versorgt wurden – mit diesem früheren aquatischen Durchflusskalorimeter mit Zwillingserkennung von Setaram.Obwohl die Biokalorimetrie auf zelluläre, (sub)zelluläre, molekulare und biomolekulare Interaktionen abzielt, beweist diese Studie mit „Ganztier“-Kalorimetrie, dass auf der Ebene des Organismus wichtige grundlegende Fragen zur Pathogenese menschlicher Krankheiten wie Fettleibigkeit und Stoffwechselstörungen wie Typ-2-Diabetes sowie grundlegenderer biowissenschaftlicher Prozesse wie „Altern“ noch unbeantwortet und offen sind. Darüber hinaus kann mit DMC auch der Forschungsbereich der Nutraceuticals getestet werden.