動物能量代謝測量技術：實驗動物體溫調節與精準能量代謝監測研究

      眾所周知，衰老是醫學和生物醫學研究中最具挑戰性的問題之一，也是進化生態學中一個令人費解的現象。衰老會損害動物的體溫調節能力。實驗嚙齒類動物生理學的核心是通過控制代謝產生的熱量來調節其體溫，即主動產熱。選擇增加新陳代謝水平是否會以及如何影響體溫調節性能的老化？令人驚訝的是，盡管對三個特征（新陳代謝，體溫調節和衰老速率）之間的關系進行了無數的研究，但這個問題顯然尚未得到解決。

      來自波蘭科學院實驗生物研究所的恒溫動物生理學科研團隊于2020年在《Frontiers in Physiology》發表了“基于選擇實驗的河堤田鼠衰老相關的代謝產熱特征Age-Related Changes in the Thermoregulatory Properties in Bank Voles From a Selection Experiment”一文，實驗中采用SSI模塊式（測量產熱能力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，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個環境溫度（13-32℃）下的核心體溫及新陳代謝指標。實驗設計分為4個實驗組（A組，最大的游泳誘導最大代謝，即高有氧代謝組）和4個對照組（C組，隨機繁殖的田鼠，空白組），選擇標準是在18分鐘的游泳試驗中達到的最高1分鐘耗氧率，并根據體重差異和其他混雜因素（如性別和測量日期）進行調整。游泳試驗在38℃的水溫下進行，接近田鼠的體溫（Tb）以確保代謝率的增加是由于運動，而不是由于體溫調節。       圖1 FMS便攜式（左上）和SSI模塊式能量代謝系統（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耗氧量（右下）。對于25g田鼠計算的較低致死溫度（LLT）在A實驗組中低于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系實驗組：10.4℃，C系對照組：9.8℃；圖1右下）。       圖2 體重調整后的靜息代謝率（RMR，毫升氧氣/分鐘，圖2A）；動物體溫（Tb_RMR，℃）與RMR一起記錄，圖2B；熱傳導率（C_T，毫升氧氣/分鐘/攝氏度，圖2C）;蒸發水分喪失（EWL，毫克水/分鐘）及其熱損失率當量（W,圖2D）；不同環境溫度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（實線，封符號），實驗組（A，藍色菱形）和對照組（C，黑色圓圈）。

      研究結果：A實驗組靜息代謝率RMR高于C對照組6%，但無論實驗對照組或溫度變化，RMR未隨年齡變化。然而，老年組呼吸蒸發水分喪失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。這種效應在A實驗組中更為明顯，可能表明它們對衰老的脆弱性增加。32℃以下環境動物體溫在實驗分組和年齡組之間無變化，但在32℃時老年A組體溫顯著高于其它組。正如預期的那樣，兩個選擇組的老年田鼠的產熱能力（最大冷誘導耗氧量）降低了約13%，但老年A組田鼠的表現與年輕的C組田鼠相同。因此，選擇高有氧運動代謝可以減輕衰老對耐寒性的不利影響，但這一優勢已被老年化田鼠應對炎熱條件的妥協所抵消。

      研究表明，在評估特定人的風險時，也應考慮代謝率的個體差異。特別是，老年人的高RMR應被視為對過熱不利影響易感性增加的標志，特別是因為高RMR也表明老年人的健康狀況普遍較低。因此，面向個性化醫療的標準診斷工具庫應擴大到包括代謝率的測量。

      易科泰生態技術有限公司十多年來作為世界知名的美國Sable公司中國區的獨家合作伙伴、為國內客戶專業提供各種實驗動物（及人體等）個性化的精準能量代謝監測全面解決方案，系統測量結果除了常見的實時氧氣消耗量（VO₂）、二氧化碳產量（VCO₂）、呼吸商（RQ）、產熱量（EE）、熱傳導速率（Ct）外，還可以提取研究者感興趣的其它代謝率指標（如日代謝率DEE、最大代謝率MRmax等），以及獲得呼吸水分喪失（EWL）、能量當量、EWL/RMR(表示肺的氧氣攝取能力)、活動指數、最低致死溫度LLT等重要參數。系統配置方案包括便攜式能量代謝測量系統、模塊式能量代謝測量系統等，全面滿足不同動物能量代謝測量、活動監測、體溫心率監測等需求。
 
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.