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La mayoría de los estudios metabólicos en ratones se realizan a temperatura ambiente, aunque en estas condiciones, a diferencia de los humanos, los ratones consumen mucha energía para mantener su temperatura corporal. En este estudio, describimos ratones C57BL/6J con peso normal y con obesidad inducida por la dieta (OID) alimentados con pienso estándar o con una dieta alta en grasas (45%), respectivamente. Los ratones se mantuvieron durante 33 días a 22, 25, 27,5 y 30 °C en un sistema de calorimetría indirecta. Demostramos que el gasto energético aumenta linealmente de 30 °C a 22 °C y es aproximadamente un 30% mayor a 22 °C en ambos modelos de ratón. En los ratones con peso normal, la ingesta de alimentos contrarrestó el gasto energético. Por el contrario, los ratones con OID no disminuyeron la ingesta de alimentos cuando disminuyó el gasto energético. Así, al final del estudio, los ratones a 30 °C presentaron mayor peso corporal, masa grasa y concentraciones plasmáticas de glicerol y triglicéridos que los ratones a 22 °C. El desequilibrio observado en los ratones con OID podría deberse a un aumento en la ingesta de alimentos por placer.
El ratón es el modelo animal más utilizado para el estudio de la fisiología y fisiopatología humanas, y suele ser el animal de elección en las primeras etapas del descubrimiento y desarrollo de fármacos. Sin embargo, los ratones difieren de los humanos en varios aspectos fisiológicos importantes, y si bien la extrapolación alométrica puede utilizarse hasta cierto punto para extrapolar a los humanos, las enormes diferencias entre ratones y humanos radican en la termorregulación y la homeostasis energética. Esto demuestra una inconsistencia fundamental. La masa corporal promedio de los ratones adultos es al menos mil veces menor que la de los humanos (50 g frente a 50 kg), y la relación superficie/masa difiere aproximadamente 400 veces debido a la transformación geométrica no lineal descrita por Mee (Ecuación 2). Como resultado, los ratones pierden significativamente más calor en relación con su volumen, por lo que son más sensibles a la temperatura, más propensos a la hipotermia y tienen una tasa metabólica basal promedio diez veces mayor que la de los humanos. A temperatura ambiente estándar (aproximadamente 22 °C), los ratones deben aumentar su gasto energético total (GE) en un 30 % para mantener su temperatura corporal central. A temperaturas más bajas, el gasto energético (GE) aumenta aún más, aproximadamente un 50 % y un 100 % a 15 y 7 °C, respectivamente, en comparación con el GE a 22 °C. Por lo tanto, las condiciones de alojamiento estándar inducen una respuesta de estrés por frío, lo que podría comprometer la extrapolación de los resultados obtenidos en ratones a humanos, ya que estos últimos, al vivir en sociedades modernas, pasan la mayor parte del tiempo en condiciones de termoneutralidad (debido a que nuestra menor relación superficie/volumen nos hace menos sensibles a la temperatura, al crear una zona termoneutral (ZTN) a nuestro alrededor). El GE por encima de la tasa metabólica basal abarca de ~19 a 30 °C⁶, mientras que los ratones presentan un rango más amplio y estrecho, de solo 2 a 4 °C⁷,⁸. De hecho, este importante aspecto ha recibido considerable atención en los últimos años⁴,⁷,⁸,⁹,¹⁰,¹¹,¹² y se ha sugerido que algunas diferencias entre especies pueden mitigarse aumentando la temperatura del caparazón⁹. Sin embargo, no existe consenso sobre el rango de temperatura que constituye la termoneutralidad en ratones. Por lo tanto, sigue siendo controvertido si la temperatura crítica inferior en el rango termoneutral de ratones con una sola rodilla se sitúa más cerca de los 25 °C o de los 30 °C4, 7, 8, 10, 12. El gasto energético (GE) y otros parámetros metabólicos se han estudiado solo durante horas o días, por lo que no está claro hasta qué punto la exposición prolongada a diferentes temperaturas puede afectar parámetros metabólicos como el peso corporal, el consumo de energía, la utilización de sustratos, la tolerancia a la glucosa, las concentraciones plasmáticas de lípidos y glucosa, y las hormonas reguladoras del apetito. Además, se necesita más investigación para determinar en qué medida la dieta puede influir en estos parámetros (los ratones con obesidad inducida por la dieta (OID) con una dieta rica en grasas podrían estar más orientados hacia una dieta hedónica). Para aportar más información sobre este tema, examinamos el efecto de la temperatura de cría en los parámetros metabólicos mencionados en ratones machos adultos con peso normal y en ratones machos con OID con una dieta rica en grasas al 45 %. Los ratones se mantuvieron a 22, 25, 27,5 o 30 °C durante al menos tres semanas. No se han estudiado temperaturas inferiores a 22 °C debido a que las instalaciones estándar para animales rara vez se encuentran a temperaturas inferiores a la ambiente. Observamos que los ratones con peso normal y los ratones DIO de un solo círculo respondieron de manera similar a los cambios en la temperatura del recinto en términos de gasto energético (GE), independientemente de las condiciones del recinto (con o sin refugio/material para anidar). Sin embargo, mientras que los ratones con peso normal ajustaron su ingesta de alimento según el GE, la ingesta de alimento de los ratones DIO fue en gran medida independiente del GE, lo que resultó en un mayor aumento de peso. Según los datos de peso corporal, las concentraciones plasmáticas de lípidos y cuerpos cetónicos mostraron que los ratones DIO a 30 °C presentaban un balance energético más positivo que los ratones a 22 °C. Las razones subyacentes de las diferencias en el balance de la ingesta de energía y el GE entre los ratones con peso normal y los ratones DIO requieren mayor investigación, pero podrían estar relacionadas con cambios fisiopatológicos en los ratones DIO y el efecto de una dieta basada en el placer como resultado de una dieta para la obesidad.
El gasto energético (GE) aumentó linealmente de 30 a 22 °C y fue aproximadamente un 30 % mayor a 22 °C en comparación con 30 °C (Fig. 1a, b). La tasa de intercambio respiratorio (TRR) fue independiente de la temperatura (Fig. 1c, d). La ingesta de alimento fue consistente con la dinámica del GE y aumentó al disminuir la temperatura (también un 30 % mayor a 22 °C en comparación con 30 °C (Fig. 1e, f)). La ingesta de agua, el volumen y el nivel de actividad no dependieron de la temperatura (Fig. 1g).
Ratones macho (C57BL/6J, de 20 semanas de edad, alojados individualmente, n=7) se mantuvieron en jaulas metabólicas a 22 °C durante una semana antes del inicio del estudio. Dos días después de la recopilación de los datos basales, la temperatura se incrementó en 2 °C a las 06:00 h (inicio de la fase de luz). Los datos se presentan como media ± error estándar de la media, y la fase oscura (18:00–06:00 h) se representa mediante un recuadro gris. a) Gasto energético (kcal/h), b) Gasto energético total a diferentes temperaturas (kcal/24 h), c) Tasa de intercambio respiratorio (VCO₂/VO₂: 0,7–1,0), d) Tasa de intercambio respiratorio media en las fases de luz y oscuridad (VCO₂/VO₂) (el valor cero se define como 0,7). e) Ingesta acumulada de alimento (g), f) Ingesta total de alimento en 24 h, g) Ingesta total de agua en 24 h (ml), h) Ingesta total de agua en 24 h, i) Nivel de actividad acumulado (m) y j) Nivel de actividad total (m/24 h). Los ratones se mantuvieron a la temperatura indicada durante 48 horas. Los datos mostrados para 24, 26, 28 y 30 °C corresponden a las últimas 24 horas de cada ciclo. Los ratones permanecieron alimentados durante todo el estudio. La significancia estadística se evaluó mediante un análisis de varianza (ANOVA) de una vía para medidas repetidas, seguido de la prueba de comparaciones múltiples de Tukey. Los asteriscos indican significancia para el valor inicial de 22 °C; el sombreado indica significancia entre los demás grupos, como se indica. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001. *P <0,05, **P <0,01, **P <0,001, ****P <0,0001. *P<0,05, **P<0,01, **P<0,001, ****P<0,0001. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001. *P <0,05, **P <0,01, **P <0,001, ****P <0,0001. *P<0,05, **P<0,01, **P<0,001, ****P<0,0001.Se calcularon los valores promedio para todo el período experimental (0-192 horas). n = 7.
Al igual que en los ratones de peso normal, el gasto energético (GE) aumentó linealmente al disminuir la temperatura, y en este caso, el GE fue aproximadamente un 30 % mayor a 22 °C en comparación con 30 °C (Fig. 2a, b). El cociente respiratorio (CR) no varió a diferentes temperaturas (Fig. 2c, d). A diferencia de los ratones de peso normal, la ingesta de alimento no se correlacionó con el GE en función de la temperatura ambiente. La ingesta de alimento, la ingesta de agua y el nivel de actividad fueron independientes de la temperatura (Figs. 2e–j).
Ratones macho (C57BL/6J, 20 semanas) DIO se alojaron individualmente en jaulas metabólicas a 22 °C durante una semana antes del inicio del estudio. Los ratones tuvieron acceso ad libitum a una dieta rica en grasas al 45 %. Tras dos días de aclimatación, se recopilaron los datos basales. Posteriormente, la temperatura se incrementó en 2 °C cada dos días a las 06:00 (inicio de la fase de luz). Los datos se presentan como media ± error estándar de la media, y la fase oscura (18:00–06:00 h) se representa mediante un recuadro gris. a) Gasto energético (kcal/h), b) Gasto energético total a diferentes temperaturas (kcal/24 h), c) Tasa de intercambio respiratorio (VCO₂/VO₂: 0,7–1,0), d) Tasa de intercambio respiratorio media en las fases de luz y oscuridad (VCO₂/VO₂) (el valor cero se define como 0,7). e) Ingesta acumulada de alimento (g), f) Ingesta total de alimento en 24 h, g) Ingesta total de agua en 24 h (ml), h) Ingesta total de agua en 24 h, i) Nivel de actividad acumulado (m) y j) Nivel de actividad total (m/24 h). Los ratones se mantuvieron a la temperatura indicada durante 48 horas. Los datos mostrados para 24, 26, 28 y 30 °C corresponden a las últimas 24 horas de cada ciclo. Los ratones se mantuvieron con una dieta alta en grasas (45 %) hasta el final del estudio. La significancia estadística se evaluó mediante un análisis de varianza (ANOVA) de una vía para medidas repetidas, seguido de la prueba de comparaciones múltiples de Tukey. Los asteriscos indican significancia para el valor inicial de 22 °C; el sombreado indica significancia entre los demás grupos, como se indica. *P < 0,05, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *P < 0,05, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *Р<0,05, ***Р<0,001, ****Р<0,0001. *P<0,05, ***P<0,001, ****P<0,0001. *P < 0,05, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *P < 0,05, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *Р<0,05, ***Р<0,001, ****Р<0,0001. *P<0,05, ***P<0,001, ****P<0,0001.Se calcularon los valores promedio para todo el período experimental (0-192 horas). n = 7.
En otra serie de experimentos, examinamos el efecto de la temperatura ambiente sobre los mismos parámetros, pero esta vez entre grupos de ratones mantenidos constantemente a una temperatura determinada. Los ratones se dividieron en cuatro grupos para minimizar las variaciones estadísticas en la media y la desviación estándar del peso corporal, la grasa y el peso corporal normal (Fig. 3a–c). Tras 7 días de aclimatación, se registraron 4,5 días de gasto energético (GE). El GE se ve significativamente afectado por la temperatura ambiente tanto durante el día como durante la noche (Fig. 3d), y aumenta linealmente a medida que la temperatura disminuye de 27,5 °C a 22 °C (Fig. 3e). En comparación con los demás grupos, el cociente respiratorio (CR) del grupo de 25 °C se redujo ligeramente, y no se observaron diferencias entre los grupos restantes (Fig. 3f,g). La ingesta de alimento, en paralelo al patrón de GE, aumentó aproximadamente un 30 % a 22 °C en comparación con 30 °C (Fig. 3h,i). El consumo de agua y los niveles de actividad no mostraron diferencias significativas entre los grupos (Fig. 3j,k). La exposición a diferentes temperaturas durante un máximo de 33 días no produjo diferencias en el peso corporal, la masa magra ni la masa grasa entre los grupos (Fig. 3n-s), pero sí una disminución de la masa magra de aproximadamente el 15 % en comparación con los valores autoinformados (Fig. 3n-s, 3b, r, c)) y un aumento de la masa grasa superior al doble (de ~1 g a 2-3 g, Fig. 3c, t, c). Lamentablemente, la cámara de 30 °C presenta errores de calibración y no puede proporcionar datos precisos de gasto energético (GE) ni de cociente respiratorio (CR).
- Peso corporal (a), masa magra (b) y masa grasa (c) después de 8 días (un día antes del traslado al sistema SABLE). d Consumo de energía (kcal/h). e Consumo de energía promedio (0–108 horas) a diferentes temperaturas (kcal/24 horas). f Cociente respiratorio (CR) (VCO2/VO2). g CR promedio (VCO2/VO2). h Ingesta total de alimentos (g). i Ingesta promedio de alimentos (g/24 horas). j Consumo total de agua (ml). k Consumo promedio de agua (ml/24 h). l Nivel de actividad acumulado (m). m Nivel de actividad promedio (m/24 h). n Peso corporal el día 18, o Cambio en el peso corporal (del día -8 al día 18), p Masa magra el día 18, q Cambio en la masa magra (del día -8 al día 18), r Masa grasa el día 18 y Cambio en la masa grasa (del día -8 al día 18). La significación estadística de las medidas repetidas se probó mediante ANOVA de una vía seguido de la prueba de comparaciones múltiples de Tukey. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *P <0,05, **P <0,01, ***P <0,001, ****P <0,0001. *P<0,05, **P<0,01, ***P<0,001, ****P<0,0001. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *P <0,05, **P <0,01, ***P <0,001, ****P <0,0001. *P<0,05, **P<0,01, ***P<0,001, ****P<0,0001.Los datos se presentan como media ± error estándar de la media. La fase oscura (18:00-06:00 h) se representa mediante recuadros grises. Los puntos en los histogramas representan a cada ratón. Los valores promedio se calcularon para todo el periodo experimental (0-108 horas). n = 7.
Los ratones se emparejaron por peso corporal, masa magra y masa grasa al inicio del estudio (Figs. 4a–c) y se mantuvieron a 22, 25, 27,5 y 30 °C, al igual que en los estudios con ratones de peso normal. Al comparar los grupos de ratones, la relación entre el gasto energético (GE) y la temperatura mostró una relación lineal similar con la temperatura a lo largo del tiempo en los mismos ratones. Así, los ratones mantenidos a 22 °C consumieron aproximadamente un 30 % más de energía que los ratones mantenidos a 30 °C (Fig. 4d, e). Al estudiar los efectos en los animales, la temperatura no siempre afectó al cociente respiratorio (CR) (Fig. 4f, g). La ingesta de alimento, la ingesta de agua y la actividad no se vieron afectadas significativamente por la temperatura (Figs. 4h–m). Después de 33 días de cría, los ratones a 30 °C presentaron un peso corporal significativamente mayor que los ratones a 22 °C (Fig. 4n). En comparación con sus respectivos valores basales, los ratones criados a 30 °C presentaron un peso corporal significativamente mayor que los criados a 22 °C (media ± error estándar de la media: Fig. 4o). Este aumento de peso relativamente mayor se debió a un incremento de la masa grasa (Fig. 4p, q) y no a un aumento de la masa magra (Fig. 4r, s). En consonancia con el menor valor de gasto energético (GE) a 30 °C, la expresión de varios genes del tejido adiposo marrón (TAM) que incrementan su función/actividad se redujo a 30 °C en comparación con 22 °C: Adra1a, Adrb3 y Prdm16. Otros genes clave que también incrementan la función/actividad del TAM no se vieron afectados: Sema3a (regulación del crecimiento de neuritas), Tfam (biogénesis mitocondrial), Adrb1, Adra2a, Pck1 (gluconeogénesis) y Cpt1a. Sorprendentemente, Ucp1 y Vegf-a, asociados a una mayor actividad termogénica, no disminuyeron en el grupo de 30 °C. De hecho, los niveles de Ucp1 en tres ratones fueron superiores a los del grupo a 22 °C, y los de Vegf-a y Adrb2 se elevaron significativamente. En comparación con el grupo a 22 °C, los ratones mantenidos a 25 °C y 27,5 °C no mostraron cambios (Figura suplementaria 1).
- Peso corporal (a), masa magra (b) y masa grasa (c) después de 9 días (un día antes del traslado al sistema SABLE). d Consumo energético (EE, kcal/h). e Consumo energético promedio (0–96 horas) a diferentes temperaturas (kcal/24 horas). f Cociente respiratorio (CR, VCO2/VO2). g CR promedio (VCO2/VO2). h Ingesta total de alimentos (g). i Ingesta media de alimentos (g/24 horas). j Consumo total de agua (ml). k Consumo promedio de agua (ml/24 h). l Nivel de actividad acumulado (m). m Nivel de actividad promedio (m/24 h). n Peso corporal en el día 23 (g). o Cambio en el peso corporal. p Masa magra. q Cambio en la masa magra (g) en el día 23 en comparación con el día 9. Cambio en la masa grasa (g) en el día 23. Masa grasa (g) en comparación con el día 8. Cambio en el día 23 en comparación con el día -8. La significación estadística de las medidas repetidas se probó mediante ANOVA de una vía seguido de la prueba de comparaciones múltiples de Tukey. *P < 0,05, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *P < 0,05, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *Р<0,05, ***Р<0,001, ****Р<0,0001. *P<0,05, ***P<0,001, ****P<0,0001. *P < 0,05, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *P < 0,05, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. *Р<0,05, ***Р<0,001, ****Р<0,0001. *P<0,05, ***P<0,001, ****P<0,0001.Los datos se presentan como media ± error estándar de la media. La fase oscura (18:00-06:00 h) se representa mediante recuadros grises. Los puntos en los histogramas representan a cada ratón. Los valores medios se calcularon para todo el periodo experimental (0-96 horas). n = 7.
Al igual que los humanos, los ratones suelen crear microambientes para reducir la pérdida de calor al ambiente. Para cuantificar la importancia de este ambiente para el gasto energético (GE), evaluamos el GE a 22, 25, 27,5 y 30 °C, con y sin protectores de cuero y material de nidificación. A 22 °C, la adición de pieles estándar reduce el GE en aproximadamente un 4 %. La posterior adición de material de nidificación redujo el GE entre un 3 % y un 4 % (Fig. 5a,b). No se observaron cambios significativos en el cociente respiratorio (CR), la ingesta de alimento, la ingesta de agua ni los niveles de actividad con la adición de refugios o pieles con lecho (Fig. 5i-p). La adición de piel y material de nidificación también redujo significativamente el GE a 25 y 30 °C, pero las respuestas fueron cuantitativamente menores. A 27,5 °C no se observó ninguna diferencia. Cabe destacar que, en estos experimentos, el GE disminuyó al aumentar la temperatura; en este caso, fue aproximadamente un 57 % menor que el GE a 30 °C en comparación con 22 °C (Fig. 5c-h). El mismo análisis se realizó solo para la fase de luz, donde el EE estaba más cerca de la tasa metabólica basal, ya que en este caso los ratones descansaban principalmente en la piel, lo que resultó en tamaños de efecto comparables a diferentes temperaturas (Figura suplementaria 2a–h).
Datos de ratones en refugio con material de nidificación (azul oscuro), en casa sin material de nidificación (azul claro) y en casa con material de nidificación (naranja). Consumo energético (CE, kcal/h) en las habitaciones a, c, e y g a 22, 25, 27,5 y 30 °C; b, d, f y h representan el CE medio (kcal/h). ip Datos de ratones alojados a 22 °C: i frecuencia respiratoria (RER, VCO₂/VO₂), j RER medio (VCO₂/VO₂), k ingesta acumulada de alimento (g), l ingesta media de alimento (g/24 h), m ingesta total de agua (mL), n área bajo la curva (AUC) de ingesta media de agua (mL/24 h), o actividad total (m), p nivel de actividad medio (m/24 h). Los datos se presentan como media ± error estándar de la media; la fase oscura (18:00-06:00 h) se representa con recuadros grises. Los puntos en los histogramas representan a cada ratón. La significación estadística de las medidas repetidas se probó mediante ANOVA de una vía seguido de la prueba de comparaciones múltiples de Tukey. *P < 0,05, **P < 0,01. *P < 0,05, **P < 0,01. *P<0,05, **P<0,01. *P<0,05, **P<0,01. *P < 0,05, **P < 0,01. *P < 0,05, **P < 0,01. *P<0,05, **P<0,01. *P<0,05, **P<0,01.Se calcularon los valores promedio para todo el período experimental (0-72 horas). n = 7.
En ratones con peso normal (tras 2-3 horas de ayuno), la crianza a diferentes temperaturas no produjo diferencias significativas en las concentraciones plasmáticas de TG, 3-HB, colesterol, ALT y AST, pero sí en las de HDL en función de la temperatura (Figura 6a-e). Las concentraciones plasmáticas en ayunas de leptina, insulina, péptido C y glucagón tampoco mostraron diferencias entre los grupos (Figuras 6g-j). El día de la prueba de tolerancia a la glucosa (tras 31 días a diferentes temperaturas), la glucemia basal (tras 5-6 horas de ayuno) fue de aproximadamente 6,5 mM, sin diferencias entre los grupos. La administración de glucosa oral aumentó significativamente las concentraciones de glucosa en sangre en todos los grupos, pero tanto la concentración máxima como el área incremental bajo las curvas (iAUC) (15–120 min) fueron menores en el grupo de ratones alojados a 30 °C (puntos de tiempo individuales: P < 0,05–P < 0,0001, Fig. 6k, l) en comparación con los ratones alojados a 22, 25 y 27,5 °C (que no difirieron entre sí). La administración de glucosa oral aumentó significativamente las concentraciones de glucosa en sangre en todos los grupos, pero tanto la concentración máxima como el área incremental bajo las curvas (iAUC) (15–120 min) fueron menores en el grupo de ratones alojados a 30 °C (puntos de tiempo individuales: P < 0,05–P < 0,0001, Fig. 6k, l) en comparación con los ratones alojados a 22, 25 y 27,5 °C (que no difirieron entre sí). Пероральное введение глюкозы значительно повышало концентрацию глюкозы в крови во всех группах, но как пиковая conferencia, так и Utilice un secador de pelo (iAUC) (15–120 minutos) pero no en el grupo de personas, manteniendo la temperatura a 30 °C (sobre todo a 30 °C). точки: P < 0,05–P < 0,0001, рис 6k, l) Para una temperatura máxima de 22, 25 y 27,5 °C (no es necesario calentarla). La administración oral de glucosa aumentó significativamente las concentraciones de glucosa en sangre en todos los grupos, pero tanto la concentración máxima como el área incremental bajo las curvas (iAUC) (15–120 min) fueron menores en el grupo de ratones a 30 °C (puntos de tiempo separados: P < 0,05–P < 0,0001, Fig. 6k, l) en comparación con los ratones mantenidos a 22, 25 y 27,5 °C (que no difirieron entre sí).Temperatura de funcionamiento de 30 °C饲养的小鼠组中，峰值浓度和曲线下增加面积(iAUC) (15-120 分钟) 均较低（各个时间点：P < 0.05–P < 0.0001，图6k，l）与饲养在22、25 Temperatura máxima de 27,5°C (彼此之间没有差异).口服 葡萄糖 的 给 药 显着 了 所有组 的 血糖 浓度 但 在 在 在 30 ° C 饲养 小鼠组 中 ，浓度 和 曲线 下 增加 面积 面积 (IAUC) (15-120 分钟) 均 较 低 各 个 点 点 点 点 点：P < 0,05–P < 0.0001，图6k，l）与饲养在22、25和27.5°C 的小鼠（彼此之间没有差异）相比。La administración oral de glucosa aumentó significativamente las concentraciones de glucosa en sangre en todos los grupos, pero tanto la concentración máxima como el área bajo la curva (iAUC) (15–120 min) fueron menores en el grupo de ratones alimentados a 30 °C (todos los puntos temporales).: P < 0,05–P < 0,0001, рис. : P < 0,05–P < 0,0001, Fig.6l, l) en comparación con ratones mantenidos a 22, 25 y 27,5 °C (sin diferencia entre sí).
Se muestran las concentraciones plasmáticas de TG, 3-HB, colesterol, HDL, ALT, AST, FFA, glicerol, leptina, insulina, péptido C y glucagón en ratones DIO(al) machos adultos tras 33 días de alimentación a la temperatura indicada. Los ratones no fueron alimentados 2-3 horas antes de la toma de muestras de sangre. La excepción fue una prueba de tolerancia oral a la glucosa, realizada dos días antes de finalizar el estudio en ratones que ayunaron durante 5-6 horas y se mantuvieron a la temperatura adecuada durante 31 días. Se administró a los ratones una dosis de 2 g/kg de peso corporal. El área bajo la curva (L) se expresa como datos incrementales (iAUC). Los datos se presentan como media ± error estándar de la media (SEM). Los puntos representan muestras individuales. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001, n = 7. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001, n = 7. *P <0,05, **P <0,01, **P <0,001, ****P <0,0001, n = 7. *P<0,05, **P<0,01, **P<0,001, ****P<0,0001, n=7. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001, n = 7. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001, n = 7. *P <0,05, **P <0,01, **P <0,001, ****P <0,0001, n = 7. *P<0,05, **P<0,01, **P<0,001, ****P<0,0001, n=7.
En ratones DIO (también en ayunas durante 2-3 horas), las concentraciones plasmáticas de colesterol, HDL, ALT, AST y FFA no mostraron diferencias entre los grupos. Tanto los TG como el glicerol se elevaron significativamente en el grupo de 30 °C en comparación con el grupo de 22 °C (Figuras 7a-h). En contraste, la concentración de 3-GB fue aproximadamente un 25 % menor a 30 °C en comparación con 22 °C (Figura 7b). Por lo tanto, aunque los ratones mantenidos a 22 °C presentaron un balance energético positivo general, como lo sugiere el aumento de peso, las diferencias en las concentraciones plasmáticas de TG, glicerol y 3-HB sugieren que los ratones a 22 °C, cuando se tomaron las muestras, tenían un balance energético menor que los ratones a 30 °C. Los ratones criados a 30 °C se encontraban en un estado energético relativamente más negativo. En consonancia con esto, las concentraciones hepáticas de glicerol y TG extraíbles, pero no de glucógeno ni colesterol, fueron mayores en el grupo de 30 °C (Figura suplementaria 3a-d). Para investigar si las diferencias en la lipólisis dependientes de la temperatura (medidas mediante TG y glicerol plasmáticos) se deben a cambios internos en la grasa epididimal o inguinal, extrajimos tejido adiposo de estos depósitos al final del estudio y cuantificamos los ácidos grasos libres ex vivo y la liberación de glicerol. En todos los grupos experimentales, las muestras de tejido adiposo de los depósitos epididimal e inguinal mostraron un aumento de al menos el doble en la producción de glicerol y ácidos grasos libres en respuesta a la estimulación con isoproterenol (Fig. suplementaria 4a-d). Sin embargo, no se observó ningún efecto de la temperatura de la concha sobre la lipólisis basal ni sobre la estimulada con isoproterenol. En consonancia con un mayor peso corporal y masa grasa, los niveles plasmáticos de leptina fueron significativamente mayores en el grupo de 30 °C que en el de 22 °C (Figura 7i). Por el contrario, los niveles plasmáticos de insulina y péptido C no mostraron diferencias entre los grupos de temperatura (Fig. 7k, k), pero el glucagón plasmático sí mostró dependencia de la temperatura, aunque en este caso, a 22 °C en el grupo opuesto, el nivel fue casi el doble que a 30 °C (Fig. 7l). Los niveles de FGF21 no mostraron diferencias entre los distintos grupos de temperatura (Fig. 7m). El día de la prueba de tolerancia oral a la glucosa (PTOG), la glucemia basal fue de aproximadamente 10 mM y no presentó diferencias entre los ratones alojados a diferentes temperaturas (Fig. 7n). La administración oral de glucosa incrementó los niveles de glucosa en sangre, alcanzando un pico de aproximadamente 18 mM en todos los grupos, 15 minutos después de la administración. No se observaron diferencias significativas en el área bajo la curva (AUC) (15-120 min) ni en las concentraciones en los diferentes puntos temporales posteriores a la administración (15, 30, 60, 90 y 120 min) (Fig. 7n, o).
Se determinaron las concentraciones plasmáticas de TG, 3-HB, colesterol, HDL, ALT, AST, FFA, glicerol, leptina, insulina, péptido C, glucagón y FGF21 en ratones DIO (ao) machos adultos tras 33 días de alimentación a temperatura controlada. Los ratones no recibieron alimento 2-3 horas antes de la toma de muestras de sangre. La prueba de tolerancia oral a la glucosa fue una excepción, ya que se realizó con una dosis de 2 g/kg de peso corporal dos días antes de finalizar el estudio en ratones que ayunaron durante 5-6 horas y se mantuvieron a la temperatura adecuada durante 31 días. El área bajo la curva (AUC) se muestra como datos incrementales (iAUC). Los datos se presentan como media ± error estándar de la media (SEM). Los puntos representan muestras individuales. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001, n = 7. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001, n = 7. *P <0,05, **P <0,01, **P <0,001, ****P <0,0001, n = 7. *P<0,05, **P<0,01, **P<0,001, ****P<0,0001, n=7. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001, n = 7. *P < 0,05, **P < 0,01, **P < 0,001, ****P < 0,0001, n = 7. *P <0,05, **P <0,01, **P <0,001, ****P <0,0001, n = 7. *P<0,05, **P<0,01, **P<0,001, ****P<0,0001, n=7.
La extrapolación de datos de roedores a humanos es un tema complejo que desempeña un papel fundamental en la interpretación de la importancia de las observaciones en el contexto de la investigación fisiológica y farmacológica. Por razones económicas y para facilitar la investigación, los ratones suelen mantenerse a temperatura ambiente, por debajo de su zona termoneutral, lo que activa diversos sistemas fisiológicos compensatorios que aumentan la tasa metabólica y pueden afectar la extrapolación de los resultados9. Así, la exposición de los ratones al frío puede conferirles resistencia a la obesidad inducida por la dieta y prevenir la hiperglucemia en ratas tratadas con estreptozotocina debido al aumento del transporte de glucosa independiente de la insulina. Sin embargo, no está claro hasta qué punto la exposición prolongada a diversas temperaturas relevantes (desde la temperatura ambiente hasta la termoneutral) afecta la homeostasis energética de ratones con peso normal (alimentados) y ratones con obesidad inducida por la dieta (alimentados con una dieta rica en grasas), ni los parámetros metabólicos, ni en qué medida son capaces de equilibrar un aumento del gasto energético con un aumento de la ingesta de alimentos. El estudio presentado en este artículo pretende esclarecer este tema.
Demostramos que, en ratones adultos con peso normal y ratones machos con obesidad inducida por la dieta (OID), el gasto energético (GE) se relaciona inversamente con la temperatura ambiente entre 22 y 30 °C. Así, el GE a 22 °C fue aproximadamente un 30 % mayor que a 30 °C en ambos modelos de ratón. Sin embargo, una diferencia importante entre los ratones con peso normal y los ratones con OID es que, mientras que los ratones con peso normal ajustaron su GE a temperaturas más bajas mediante la regulación de la ingesta de alimentos, la ingesta de alimentos de los ratones con OID varió en diferentes niveles. Las temperaturas del estudio fueron similares. Tras un mes, los ratones con OID mantenidos a 30 °C ganaron más peso corporal y masa grasa que los ratones mantenidos a 22 °C, mientras que los humanos sanos mantenidos a la misma temperatura y durante el mismo período no presentaron fiebre. En comparación con temperaturas cercanas a la termoneutralidad o a temperatura ambiente, el crecimiento a temperatura ambiente resultó en que los ratones con OID o con peso normal alimentados con una dieta alta en grasas, pero no los ratones con peso normal alimentados con una dieta alta en grasas, ganaran relativamente menos peso. Respaldado por otros estudios17,18,19,20,21 pero no por todos22,23.
Se plantea la hipótesis de que la capacidad de crear un microambiente para reducir la pérdida de calor desplaza la termoneutralidad hacia la izquierda8,12. En nuestro estudio, tanto la adición de material para anidar como el ocultamiento redujeron el gasto energético, pero no lograron la termoneutralidad hasta los 28 °C. Por lo tanto, nuestros datos no respaldan que el punto mínimo de termoneutralidad en ratones adultos con una sola rodilla, con o sin refugios enriquecidos ambientalmente, deba ser de 26-28 °C, como se ha demostrado8,12, pero sí respaldan otros estudios que muestran temperaturas de termoneutralidad de 30 °C en ratones con punto mínimo7,10,24. Para complicar aún más las cosas, se ha demostrado que el punto de termoneutralidad en ratones no es estático durante el día, ya que es más bajo durante la fase de reposo (luz), posiblemente debido a una menor producción de calorías como resultado de la actividad y la termogénesis inducida por la dieta. Así, en la fase de luz, el punto mínimo de termoneutralidad resulta ser de ~29 °C, y en la fase de oscuridad, de ~33 °C25.
En última instancia, la relación entre la temperatura ambiente y el consumo total de energía está determinada por la disipación de calor. En este contexto, la relación superficie/volumen es un determinante importante de la sensibilidad térmica, ya que afecta tanto a la disipación de calor (superficie) como a la generación de calor (volumen). Además de la superficie, la transferencia de calor también está determinada por el aislamiento térmico (tasa de transferencia de calor). En humanos, la masa grasa puede reducir la pérdida de calor al crear una barrera aislante alrededor del cuerpo, y se ha sugerido que también es importante para el aislamiento térmico en ratones, reduciendo el punto de termoneutralidad y la sensibilidad a la temperatura por debajo de este (pendiente de la curva). Nuestro estudio no se diseñó para evaluar directamente esta posible relación, ya que los datos de composición corporal se recopilaron 9 días antes que los de gasto energético y la masa grasa no se mantuvo estable durante el estudio. Sin embargo, dado que los ratones con peso normal y los ratones con obesidad inducida por la dieta (DIO) presentan un gasto energético un 30 % menor a 30 °C que a 22 °C, a pesar de una diferencia de al menos cinco veces en la masa grasa, nuestros datos no respaldan la hipótesis de que la obesidad proporcione un aislamiento térmico básico. Este factor, al menos no en el rango de temperatura investigado, coincide con otros estudios mejor diseñados para explorar este fenómeno4,24. En dichos estudios, el efecto aislante de la obesidad fue pequeño, pero se observó que el pelaje proporcionaba entre el 30 y el 50 % del aislamiento térmico total4,24. Sin embargo, en ratones muertos, la conductividad térmica aumentó aproximadamente un 450 % inmediatamente después de la muerte, lo que sugiere que el efecto aislante del pelaje es necesario para el funcionamiento de mecanismos fisiológicos, incluida la vasoconstricción. Además de las diferencias entre especies en cuanto al pelaje entre ratones y humanos, el escaso efecto aislante de la obesidad en ratones también podría deberse a las siguientes consideraciones: el factor aislante de la masa grasa humana está mediado principalmente por la masa grasa subcutánea (grosor)26,27, mientras que en roedores suele representar menos del 20 % de la grasa animal total28. Además, la masa grasa total podría no ser una medida óptima del aislamiento térmico de un individuo, ya que se ha argumentado que la mejora en el aislamiento térmico se ve contrarrestada por el inevitable aumento de la superficie corporal (y, por lo tanto, del aumento de la pérdida de calor) a medida que aumenta la masa grasa. .
En ratones con peso normal, las concentraciones plasmáticas en ayunas de TG, 3-HB, colesterol, HDL, ALT y AST no variaron a diferentes temperaturas durante casi 5 semanas, probablemente porque los ratones se encontraban en el mismo estado de equilibrio energético. Su peso y composición corporal fueron similares a los del final del estudio. En consonancia con la similitud en la masa grasa, tampoco se observaron diferencias en los niveles plasmáticos de leptina, ni en la insulina, el péptido C y el glucagón en ayunas. Se detectaron más señales en ratones DIO. Si bien los ratones a 22 °C tampoco presentaron un balance energético negativo general en este estado (ya que aumentaron de peso), al final del estudio mostraron una deficiencia energética relativamente mayor en comparación con los ratones criados a 30 °C, en condiciones como la alta producción de cetonas por el organismo (3-GB) y una disminución en la concentración de glicerol y TG en plasma. Sin embargo, las diferencias en la lipólisis dependientes de la temperatura no parecen deberse a cambios intrínsecos en la grasa epididimal o inguinal, como alteraciones en la expresión de la lipasa sensible a adipohormonas, ya que los ácidos grasos libres (AGL) y el glicerol liberados de la grasa extraída de estos depósitos se encuentran entre los grupos de temperatura más similares. Si bien no investigamos el tono simpático en este estudio, otros autores han encontrado que, según la frecuencia cardíaca y la presión arterial media, este se relaciona linealmente con la temperatura ambiente en ratones y es aproximadamente menor a 30 °C que a 22 °C ± 20 %. Por lo tanto, las diferencias en el tono simpático dependientes de la temperatura podrían influir en la lipólisis observada en nuestro estudio; no obstante, dado que un aumento del tono simpático estimula, en lugar de inhibir, la lipólisis, otros mecanismos podrían contrarrestar esta disminución en ratones cultivados. Posible papel en la degradación de la grasa corporal. Temperatura ambiente. Además, parte del efecto estimulador del tono simpático sobre la lipólisis se produce indirectamente por una fuerte inhibición de la secreción de insulina, lo que pone de relieve el efecto de la suplementación con inhibidores de la insulina sobre la lipólisis30. Sin embargo, en nuestro estudio, la insulina plasmática en ayunas y el tono simpático del péptido C a diferentes temperaturas no fueron suficientes para alterar la lipólisis. En cambio, observamos que las diferencias en el estado energético fueron probablemente el principal factor que contribuyó a estas diferencias en ratones DIO. Las razones subyacentes que conducen a una mejor regulación de la ingesta de alimentos con EE en ratones de peso normal requieren mayor investigación. En general, la ingesta de alimentos está controlada por señales homeostáticas y hedónicas31,32,33. Si bien existe debate sobre cuál de las dos señales es cuantitativamente más importante31,32,33, es bien sabido que el consumo prolongado de alimentos ricos en grasas conduce a un comportamiento alimentario más placentero, que en cierta medida no está relacionado con la homeostasis, lo que regula la ingesta de alimentos34,35,36. Por lo tanto, el aumento del comportamiento alimentario hedónico en ratones DIO tratados con una dieta rica en grasas al 45 % podría ser una de las razones por las que estos ratones no equilibraron la ingesta de alimentos con el gasto energético. Curiosamente, también se observaron diferencias en el apetito y en las hormonas reguladoras de la glucosa en sangre en los ratones DIO sometidos a control de temperatura, pero no en los ratones de peso normal. En los ratones DIO, los niveles plasmáticos de leptina aumentaron con la temperatura, mientras que los de glucagón disminuyeron. Es necesario seguir investigando hasta qué punto la temperatura puede influir directamente en estas diferencias, pero en el caso de la leptina, el balance energético negativo relativo y, por consiguiente, la menor masa grasa en los ratones a 22 °C, sin duda desempeñaron un papel importante, ya que la masa grasa y la leptina plasmática están altamente correlacionadas37. Sin embargo, la interpretación de la señal del glucagón resulta más compleja. Al igual que con la insulina, la secreción de glucagón se vio fuertemente inhibida por un aumento del tono simpático, pero se predijo que el tono simpático más elevado se encontraría en el grupo de 22 °C, que presentaba las mayores concentraciones plasmáticas de glucagón. La insulina es otro regulador importante del glucagón plasmático, y la resistencia a la insulina y la diabetes tipo 2 están fuertemente asociadas con la hiperglucagonemia en ayunas y posprandial38,39. Sin embargo, los ratones DIO de nuestro estudio también mostraron resistencia a la insulina, por lo que este factor tampoco pudo ser el principal responsable del aumento en la señalización del glucagón en el grupo de 22 °C. El contenido de grasa hepática también se asocia positivamente con un aumento en la concentración plasmática de glucagón, cuyos mecanismos, a su vez, pueden incluir resistencia hepática al glucagón, disminución de la producción de urea, aumento de las concentraciones circulantes de aminoácidos y aumento de la secreción de glucagón estimulada por aminoácidos40,41,42. No obstante, dado que las concentraciones extraíbles de glicerol y TG no difirieron entre los grupos de temperatura en nuestro estudio, este factor tampoco pudo ser un factor potencial en el aumento de las concentraciones plasmáticas en el grupo de 22 °C. La triyodotironina (T3) desempeña un papel fundamental en la tasa metabólica general y en el inicio de la defensa metabólica contra la hipotermia43,44. Por lo tanto, la concentración plasmática de T3, posiblemente controlada por mecanismos mediados centralmente,45,46 aumenta tanto en ratones como en humanos en condiciones subneutrales47, aunque el aumento en humanos es menor, lo que explica la mayor predisposición de los ratones. Esto concuerda con la pérdida de calor al ambiente. En este estudio no medimos las concentraciones plasmáticas de T3, pero es posible que fueran menores en el grupo de 30 °C, lo que podría explicar el efecto de este grupo sobre los niveles plasmáticos de glucagón, ya que nosotros (Figura 5a actualizada) y otros hemos demostrado que la T3 aumenta el glucagón plasmático de forma dosis-dependiente. Se ha descrito que las hormonas tiroideas inducen la expresión de FGF21 en el hígado. Al igual que el glucagón, las concentraciones plasmáticas de FGF21 también aumentaron con las de T3 (Figura suplementaria 5b y ref. 48), pero, a diferencia del glucagón, las concentraciones plasmáticas de FGF21 en nuestro estudio no se vieron afectadas por la temperatura. Las razones subyacentes de esta discrepancia requieren más estudio, pero la inducción de FGF21 impulsada por T3 debería ocurrir a niveles más altos de exposición a T3 en comparación con la respuesta de glucagón impulsada por T3 observada (Figura suplementaria 5b).
Se ha demostrado que una dieta rica en grasas (DRG) se asocia fuertemente con intolerancia a la glucosa y resistencia a la insulina (marcadores) en ratones criados a 22 °C. Sin embargo, la DRG no se asoció con intolerancia a la glucosa ni con resistencia a la insulina cuando se criaron en un ambiente termoneutral (definido aquí como 28 °C)19. En nuestro estudio, esta relación no se replicó en ratones con obesidad inducida por la dieta (OID), pero los ratones con peso normal mantenidos a 30 °C mostraron una mejoría significativa en la tolerancia a la glucosa. La razón de esta diferencia requiere mayor investigación, pero podría estar influenciada por el hecho de que los ratones OID en nuestro estudio presentaban resistencia a la insulina, con concentraciones plasmáticas de péptido C e insulina en ayunas entre 12 y 20 veces mayores que las de los ratones con peso normal, y concentraciones de glucosa en sangre en ayunas de aproximadamente 10 mM (aproximadamente 6 mM en ratones con peso corporal normal), lo que parece limitar el margen para cualquier posible efecto beneficioso de la exposición a condiciones termoneutrales en la mejora de la tolerancia a la glucosa. Un posible factor de confusión es que, por razones prácticas, la prueba de tolerancia oral a la glucosa (PTOG) se realiza a temperatura ambiente. Por lo tanto, los ratones alojados a temperaturas más altas experimentaron un leve choque térmico, lo que podría afectar la absorción y eliminación de glucosa. Sin embargo, dado que las concentraciones de glucosa en sangre en ayunas fueron similares en los diferentes grupos de temperatura, es posible que los cambios en la temperatura ambiente no hayan afectado significativamente los resultados.
Como se mencionó anteriormente, recientemente se ha destacado que el aumento de la temperatura ambiente puede atenuar algunas reacciones al estrés por frío, lo que podría poner en duda la extrapolación de los datos obtenidos en ratones a humanos. Sin embargo, no está claro cuál es la temperatura óptima para mantener a los ratones de manera que se imite la fisiología humana. La respuesta a esta pregunta también puede verse influenciada por el campo de estudio y el parámetro analizado. Un ejemplo de ello es el efecto de la dieta en la acumulación de grasa hepática, la tolerancia a la glucosa y la resistencia a la insulina19. En cuanto al gasto energético, algunos investigadores creen que la termoneutralidad es la temperatura óptima para la cría, ya que los humanos requieren poca energía adicional para mantener su temperatura corporal central, y definen una temperatura de 30 °C para ratones adultos7,10. Otros investigadores creen que una temperatura comparable a la que experimentan los humanos con ratones adultos sobre una rodilla es de 23-25 °C, ya que encontraron que la termoneutralidad se sitúa entre 26 y 28 °C y, basándose en que los humanos son aproximadamente 3 °C más bajos, su temperatura crítica inferior, definida aquí como 23 °C, es ligeramente inferior8,12. Nuestro estudio coincide con otros que afirman que la termoneutralidad no se alcanza a 26-28 °C4, 7, 10, 11, 24, 25, lo que indica que 23-25 °C es una temperatura demasiado baja. Otro factor importante a considerar respecto a la temperatura ambiente y la termoneutralidad en ratones es el alojamiento individual o en grupo. Cuando los ratones se alojaron en grupos en lugar de individualmente, como en nuestro estudio, la sensibilidad a la temperatura se redujo, posiblemente debido a la menor densidad de animales. Sin embargo, la temperatura ambiente se mantuvo por debajo del umbral de termoneutralidad de 25 °C incluso con tres grupos. Quizás la diferencia interespecífica más importante en este sentido sea la importancia cuantitativa de la actividad del tejido adiposo marrón (BAT) como defensa contra la hipotermia. Así, mientras que los ratones compensaron en gran medida su mayor pérdida calórica aumentando la actividad del BAT, que representa más del 60 % del gasto energético (GE) a 5 °C51, 52, la contribución de la actividad del BAT humano al GE fue significativamente menor. Por lo tanto, reducir la actividad del BAT podría ser una estrategia importante para mejorar la traslación a humanos. La regulación de la actividad del tejido adiposo marrón (BAT) es compleja, pero a menudo está mediada por los efectos combinados de la estimulación adrenérgica, las hormonas tiroideas y la expresión de UCP114,54,55,56,57. Nuestros datos indican que, en comparación con ratones a 22 °C, es necesario elevar la temperatura por encima de 27,5 °C para detectar diferencias en la expresión de los genes del BAT responsables de su función/activación. Sin embargo, las diferencias encontradas entre los grupos a 30 y 22 °C no siempre indicaron un aumento en la actividad del BAT en el grupo de 22 °C, ya que Ucp1, Adrb2 y Vegf-a se encontraban regulados a la baja en dicho grupo. La causa principal de estos resultados inesperados aún no se ha determinado. Una posibilidad es que su mayor expresión no refleje una señal de la temperatura ambiente elevada, sino más bien un efecto agudo del cambio de temperatura de 30 °C a 22 °C el día de la extracción (los ratones experimentaron este cambio entre 5 y 10 minutos antes del despegue).
Una limitación general de nuestro estudio es que solo analizamos ratones machos. Otras investigaciones sugieren que el sexo podría ser un factor importante en nuestras principales indicaciones, ya que las hembras con una sola rodilla son más sensibles a la temperatura debido a una mayor conductividad térmica y al mantenimiento de temperaturas centrales más controladas. Además, las hembras (con una dieta rica en grasas) mostraron una mayor asociación entre la ingesta de energía y el gasto energético a 30 °C en comparación con los machos que consumieron más ratones del mismo sexo (a 20 °C en este caso)20. Por lo tanto, en las hembras, el efecto del contenido subtermonetral es mayor, pero presenta el mismo patrón que en los machos. En nuestro estudio, nos centramos en ratones machos con una sola rodilla, ya que estas son las condiciones en las que se realizan la mayoría de los estudios metabólicos que examinan el gasto energético. Otra limitación de nuestro estudio fue que los ratones siguieron la misma dieta durante todo el estudio, lo que impidió estudiar la importancia de la temperatura ambiente para la flexibilidad metabólica (medida mediante los cambios en el cociente respiratorio ante cambios en la composición dietética de diversos macronutrientes) en ratones hembras y machos mantenidos a 20 °C en comparación con los ratones correspondientes mantenidos a 30 °C.
En conclusión, nuestro estudio muestra que, al igual que en otros estudios, los ratones de peso normal en la fase 1 presentan termoneutralidad por encima de los 27,5 °C previstos. Además, nuestro estudio muestra que la obesidad no es un factor aislante importante en ratones de peso normal o con obesidad inducida por la dieta (OID), lo que resulta en relaciones temperatura:gasto energético (GE) similares en ambos grupos. Mientras que la ingesta de alimento de los ratones de peso normal fue consistente con el GE y, por lo tanto, mantuvo un peso corporal estable en todo el rango de temperaturas, la ingesta de alimento de los ratones con OID fue la misma a diferentes temperaturas, lo que resultó en una mayor proporción de ratones a 30 °C. A 22 °C, los ratones ganaron más peso corporal. En general, se justifica la realización de estudios sistemáticos que examinen la importancia potencial de vivir a temperaturas inferiores a la termoneutralidad, debido a la frecuente escasa concordancia entre los estudios en ratones y en humanos. Por ejemplo, en los estudios sobre obesidad, una explicación parcial de la menor concordancia general podría deberse a que los estudios de pérdida de peso en ratones se suelen realizar en animales sometidos a un estrés por frío moderado y mantenidos a temperatura ambiente debido a su mayor GE. Pérdida de peso exagerada en comparación con el peso corporal esperado de una persona, en particular si el mecanismo de acción depende del aumento del gasto energético mediante el aumento de la actividad de la BAP, que es más activa y se activa más a temperatura ambiente que a 30 °C.
De conformidad con la Ley danesa de experimentación animal (1987) y los Institutos Nacionales de Salud (Publicación No. 85-23) y el Convenio Europeo para la Protección de los Vertebrados utilizados con Fines Experimentales y Otros Fines Científicos (Consejo de Europa No. 123, Estrasburgo, 1985).
Ratones macho C57BL/6J de 20 semanas de edad se obtuvieron de Janvier Saint Berthevin Cedex, Francia, y se les proporcionó alimento estándar (Altromin 1324) y agua (a ~22 °C) ad libitum tras un ciclo de luz/oscuridad de 12:12 horas a temperatura ambiente. Ratones macho DIO (de 20 semanas) se obtuvieron del mismo proveedor y se les proporcionó una dieta alta en grasas (45 %) (Cat. n.° D12451, Research Diet Inc., NJ, EE. UU.) y agua ad libitum en las mismas condiciones de cría. Los ratones se adaptaron al entorno una semana antes del inicio del estudio. Dos días antes de su ingreso al sistema de calorimetría indirecta, se pesaron los ratones, se les realizó una resonancia magnética (EchoMRITM, TX, EE. UU.) y se dividieron en cuatro grupos según su peso corporal, su contenido de grasa y su peso corporal normal.
En la Figura 8 se muestra un diagrama del diseño del estudio. Los ratones se transfirieron a un sistema de calorimetría indirecta cerrado y con temperatura controlada en Sable Systems International (Nevada, EE. UU.), que incluía monitores de calidad del agua y del alimento y un marco Promethion BZ1 que registraba los niveles de actividad mediante la medición de las interrupciones del haz. Los ratones (n = 8) se alojaron individualmente a 22, 25, 27,5 o 30 °C con lecho, pero sin refugio ni material para anidar, en un ciclo de luz/oscuridad de 12:12 horas (luz: 06:00–18:00). El flujo de agua fue de 2500 ml/min. Los ratones se aclimataron durante 7 días antes del registro. Se recopilaron registros durante cuatro días consecutivos. Posteriormente, los ratones se mantuvieron a las respectivas temperaturas de 25, 27,5 y 30 °C durante 12 días adicionales, tras los cuales se añadieron los concentrados celulares como se describe a continuación. Mientras tanto, los grupos de ratones mantenidos a 22 °C permanecieron a esta temperatura durante dos días más (para obtener nuevos datos basales). Posteriormente, la temperatura se incrementó en pasos de 2 °C cada dos días al inicio de la fase de luz (06:00) hasta alcanzar los 30 °C. Después, la temperatura se redujo a 22 °C y se recopilaron datos durante dos días más. Tras dos días adicionales de registro a 22 °C, se añadieron pieles a todas las celdas, independientemente de la temperatura, y la recopilación de datos comenzó el segundo día (día 17) y se prolongó durante tres días. A continuación (día 20), se añadió material de nidificación (8-10 g) a todas las celdas al inicio del ciclo de luz (06:00) y se recopilaron datos durante tres días más. Así, al finalizar el estudio, los ratones mantenidos a 22 °C permanecieron a esta temperatura durante 21 de los 33 días y a 22 °C durante los últimos 8 días, mientras que los ratones a otras temperaturas permanecieron a esta temperatura durante los 33 días. Los ratones fueron alimentados durante el período de estudio.
Los ratones con peso normal y los ratones con obesidad inducida por la dieta (DIO) siguieron los mismos procedimientos de estudio. El día -9, se pesaron los ratones, se les realizó una resonancia magnética (RM) y se dividieron en grupos comparables en peso y composición corporal. El día -7, se transfirieron a un sistema cerrado de calorimetría indirecta con temperatura controlada, fabricado por SABLE Systems International (Nevada, EE. UU.). Los ratones se alojaron individualmente con lecho, pero sin materiales para anidar ni refugiarse. La temperatura se ajustó a 22, 25, 27,5 o 30 °C. Tras una semana de aclimatación (días -7 a 0, sin perturbar a los animales), se recopilaron datos durante cuatro días consecutivos (días 0 a 4; datos mostrados en las figuras 1, 2 y 5). Posteriormente, los ratones mantenidos a 25, 27,5 y 30 °C permanecieron en condiciones constantes hasta el día 17. Al mismo tiempo, la temperatura en el grupo de 22 °C se incrementó a intervalos de 2 °C cada dos días ajustando el ciclo de temperatura (06:00 h) al inicio de la exposición a la luz (los datos se muestran en la Fig. 1). El día 15, la temperatura descendió a 22 °C y se recopilaron datos durante dos días para establecer los valores basales para los tratamientos posteriores. Se añadieron pieles a todos los ratones el día 17 y material para el nido el día 20 (Fig. 5). El día 23, se pesaron los ratones y se les realizó una resonancia magnética (RM), dejándolos en reposo durante 24 horas. El día 24, los ratones ayunaron desde el inicio del fotoperiodo (06:00 h) y recibieron una prueba de tolerancia oral a la glucosa (PTOG) (2 g/kg) a las 12:00 h (6-7 horas de ayuno). Posteriormente, los ratones regresaron a sus respectivas condiciones SABLE y se les practicó la eutanasia al día siguiente (día 25).
Los ratones DIO (n = 8) siguieron el mismo protocolo que los ratones de peso normal (como se describe anteriormente y en la Figura 8). Los ratones mantuvieron una dieta rica en grasas al 45 % durante todo el experimento de gasto energético.
El VO2 y el VCO2, así como la presión de vapor de agua, se registraron a una frecuencia de 1 Hz con una constante de tiempo de 2,5 min. La ingesta de alimento y agua se registró de forma continua (1 Hz) el peso de los recipientes. El monitor de calidad utilizado tenía una resolución de 0,002 g. Los niveles de actividad se registraron mediante un monitor de matriz de haces 3D XYZ. Los datos se recopilaron con una resolución interna de 240 Hz y se registraron cada segundo para cuantificar la distancia total recorrida (m) con una resolución espacial efectiva de 0,25 cm. Los datos se procesaron con Sable Systems Macro Interpreter v.2.41, calculando el gasto energético (GE) y el cociente respiratorio (CR) y filtrando los valores atípicos (p. ej., falsos registros de ingesta). El macro intérprete está configurado para generar datos de todos los parámetros cada cinco minutos.
Además de regular el gasto energético, la temperatura ambiente también podría regular otros aspectos del metabolismo, incluido el metabolismo de la glucosa posprandial, mediante la regulación de la secreción de hormonas glucoproteicas. Para comprobar esta hipótesis, realizamos un estudio de temperatura corporal en ratones con peso normal, a los que se les administró una carga oral de glucosa (2 g/kg) en condiciones de obesidad inducida por la dieta. Los métodos se describen detalladamente en el material complementario.
Al finalizar el estudio (día 25), los ratones se mantuvieron en ayunas durante 2-3 horas (a partir de las 06:00), se anestesiaron con isoflurano y se les extrajo sangre mediante venopunción retroorbital. La cuantificación de lípidos plasmáticos, hormonas y lípidos hepáticos se describe en el material suplementario.
Para investigar si la temperatura de la cáscara provoca cambios intrínsecos en el tejido adiposo que afectan la lipólisis, se extrajo tejido adiposo inguinal y epididimario directamente de ratones tras la última fase de sangrado. Los tejidos se procesaron mediante el nuevo ensayo de lipólisis ex vivo descrito en los Métodos Suplementarios.
El tejido adiposo marrón (BAT) se recolectó el día del final del estudio y se procesó como se describe en los métodos suplementarios.
Los datos se presentan como media ± error estándar de la media (SEM). Los gráficos se crearon con GraphPad Prism 9 (La Jolla, CA) y se editaron con Adobe Illustrator (Adobe Systems Incorporated, San Jose, CA). La significación estadística se evaluó con GraphPad Prism y se analizó mediante la prueba t de Student para muestras pareadas, ANOVA de medidas repetidas de una o dos vías seguido de la prueba de comparaciones múltiples de Tukey, o ANOVA de una vía para muestras independientes seguido de la prueba de comparaciones múltiples de Tukey, según correspondiera. La distribución gaussiana de los datos se validó mediante la prueba de normalidad de D'Agostino-Pearson antes de realizar las pruebas. El tamaño de la muestra se indica en la sección correspondiente de «Resultados», así como en la leyenda. Se define repetición como cualquier medición realizada en el mismo animal (in vivo o en una muestra de tejido). En cuanto a la reproducibilidad de los datos, se demostró una asociación entre el gasto energético y la temperatura ambiente en cuatro estudios independientes con diferentes ratones y un diseño de estudio similar.
Los protocolos experimentales detallados, los materiales y los datos brutos están disponibles previa solicitud razonable al autor principal, Rune E. Kuhre. Este estudio no generó nuevos reactivos únicos, líneas celulares/animales transgénicas ni datos de secuenciación.
Para obtener más información sobre el diseño del estudio, consulte el resumen del informe de investigación de Nature vinculado a este artículo.
Todos los datos forman un gráfico. Los datos 1-7 se depositaron en el repositorio de la base de datos Science, número de acceso: 1253.11.sciencedb.02284 o https://doi.org/10.57760/sciencedb.02284. Los datos mostrados en el material suplementario electrónico (ESM) pueden enviarse a Rune E. Kuhre tras realizar las pruebas pertinentes.
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Fecha de publicación: 28 de octubre de 2022
