Role of brown adipose tissue on the thermoregulatory system and physical fitness: the Actibate study

Abstract

Tras el descubrimiento de que el tejido adiposo pardo (TAP) es metabólicamente activo en humanos adultos, el número de estudios centrados en estudiar el rol del TAP en el metabolismo energético han crecido exponencialmente. Sin embargo, en humanos se desconoce cuál es la función de dicho tejido en el sistema termorregulador o su relación con el ejercicio; una de las razones puede ser que las técnicas actuales para cuantificar el TAP y sus respuestas fisiológicas presentan limitaciones. Por lo tanto, los objetivos de la presente Tesis Doctoral Internacional fueron: (i) proporcionar nuevas herramientas para mejorar las mediciones de la temperatura de la piel y la cuantificación del TAP; (ii) estudiar el rol del TAP en el sistema termorregulador y en el perfil metabólico de adultos jóvenes, (iii) además de estudiar su relación con la condición física. Para ello, hemos desarrollado un nuevo software que mejora el análisis de la temperatura de la piel (capítulo 2) y detectamos que los resultados de la temperatura de la piel dependen de la ecuación seleccionada (capítulo 3). Además, hemos confirmado que los iButtons miden por ambos lados y proponemos una solución (capítulo 4). A la misma vez, hemos diseñado un protocolo de frío que es capaz de activar el TAP (capítulo 5) y hemos observado que la cantidad y actividad del TAP dependen del umbral seleccionado (capítulo 6). También mostramos que el umbral de captación de glucosa estandarizada es el que más influye en la cuantificación del TAP, y que el umbral más usado en literatura está perdiendo alrededor del 41.4% de la actividad total del TAP (capítulo 7). En el capítulo 8 se muestra que la temperatura de la piel de la zona supraclavicular no está relacionada con la actividad del TAP. También hemos descrito que la temperatura de la muñeca o la temperatura del ambiente individual de cada individuo está relacionada con la captación de glucosa del TAP y del músculo (capítulo 9), al igual que hemos demostrado que el TAP está mediando la relación de la temperatura del ambiente con la temperatura de la muñeca (capítulo 10). En otro estudio, observamos que las respuestas de la temperatura de la piel a la ingesta de una comida son más altas en mujeres que en hombres (capítulo 11). También observamos que la captación de glucosa en la zona dorsocervical es más alta, sugiriendo que puede ser TAP interescapular (capítulo 12). En el capítulo 13, mostramos que la fuerza de prensión manual se asocia significativamente y positivamente con el TAP y en el capítulo 14 que los individuos con sobrepeso-obesidad que son metabólicamente sanos tienen una distribución del TAP diferente en comparación con los que no son sanos.

Los resultados de la presente tesis mejoran nuestro conocimiento sobre cómo debemos cuantificar la temperatura de la piel y el TAP en humanos. Además se muestra el posible rol del TAP en el sistema termorregulador, como en el perfil metabólico de adultos jóvenes. Al igual que se muestra la relación de este tejido con la condición física.

Since it is known that humans adults present metabolic active brown adipose tissue (BAT), numerous studies have focused in elucidate the role of this tissue in the metabolism as possible therapy to combat obesity or type 2 diabetes. However, its role in the thermoregulatory system or its relation with exercise has not been deeply addressed. In addition, the current techniques to evaluate the physiological responses of this tissue present several limitations. Therefore, the main aims of the present International Doctoral Thesis were: (i) to provide new tools to improve human skin temperature and BAT quantification; (ii) to study the role of BAT in the human thermoregulatory system and in the metabolic profile of young adults, and (iii) to study its relationship with physical fitness.

We have developed a software for improving the measurement of skin temperature (chapter 2) and detected differences in the outcomes of skin temperature quantified by different equations (chapter 3). Moreover, we confirm that iButtons are measuring by both sides and we propose a feasible solution (chapter 4). We have designed a cooling protocol that was able to activate BAT in young adults (Chapter 5), and observe that BAT volume and activity highly depends on the threshold selected (chapter 6). We show that the standardized uptake value threshold determines BAT outcomes more than the Hounsfield units threshold. We have also shown that the most used threshold in literature is missing around de 41.4% of the total BAT metabolic activity (chapter 7). In addition, we show that supraclavicular skin temperature is not related with BAT activity, and that infrared thermography or iButtons could not be valid instrument to assess BAT activity (chapter 8). We describe that wrist skin temperature or the personal level of environmental temperature are related with BAT and skeletal muscles glucose uptake (chapter 9), and show that BAT mediates the relationship between the personal level of environmental temperature and wrist skin temperature (chapter 10). We have also shown that skin temperature responses to a meal-induced intake is different in women than in men (chapter 11). We observe that young adults have higher glucose uptake in the dorsocervical area in comparison with other areas and we suggest that it could be interscapular BAT (chapter 12). We show that handgrip strength is positively and significantly related with BAT (chapter 13). Lastly, we illustrate that metabolically healthy overweight-obese individuals had higher levels of BAT volume and activity and better thermoregulatory system in comparison to metabolically unhealthy counterparts (chapter 14).

The results of the present thesis enhance our understanding about how to quantify human skin temperature and BAT, and the possible role of BAT in the thermoregulatory system and in the metabolic profile of young adults, as well as its relation with physical fitness.