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Brown adipose tissue (BAT) is an attractive therapeutic target to combat diabetes and obesity due to its ability to increase glucose expenditure. In a genetic rat model (ZDF fa/fa) of type-2 diabetes and obesity, we aimed to investigate glucose utilization of BAT by \(^{18}\)F-FDG PET imaging. Male Zucker diabetic fatty (ZDF) and Male Zucker lean (ZL) control rats were studied at 13 weeks. Three weeks prior to imaging, ZDF rats were randomized into a no-restriction (ZDF-ND) and a mild calorie restriction (ZDF-CR) group. Dynamic \(^{18}\)F-FDG PET using a dedicated small animal PET system was performed under hyperinsulinemic-euglycemic clamp. \(^{18}\)F-FDG PET identified intense inter-scapular BAT glucose uptake in all ZL control rats, while no focally increased \(^{18}\)F-FDG uptake was detected in all ZDF-ND rats. Mild but significant improved BAT tracer uptake was identified after calorie restriction in diabetic rats (ZDF-CR). The weight of BAT tissue and fat deposits were significantly increased in ZDF-CR and ZDF-ND rats as compared to ZL controls, while UCP-1 and mitochondrial concentrations were significantly decreased. Whitening and severely impaired insulin-stimulated glucose uptake in BAT was confirmed in a rat model of type-2 diabetes. Additionally, calorie restriction partially restored the impaired BAT glucose uptake.
Einleitung: Die linksventrikuläre diastolische Dysfunktion (LVDD) ist bei Diabetikern noch vor Entwicklung einer klinisch apparenten Herzinsuffizienz eines der ersten Anzeichen einer kardialen Beteiligung. Daher soll in dieser Studie untersucht werden, ob die LVDD mit ECG-gated F-18-FDG PET in einem Diabetes-Rattenmodell dargestellt werden kann.
Methodik: Es wurden F-18-FDG PET Scans in einem Typ-2-Diabetes Rattenmodell (ZDF fa/fa, n=6) und in ZL Kontrollen (n=6) vorgenommen (Alter, jeweils 13 Wochen). Unter Hyperinsulinemic-Euglycemic Clamp-Technik wurden 37 MBq 18F-FDG über die Schwanzvene appliziert. 15-35 Minuten nach Tracergabe wurden mittels eines Kleintier-PET-Scanners sowie unter EKG-Ableitung PET Scans angefertigt (16 frames/cardiac cycle). Die linksventrikuläre Ejektionsfraktion (EF) und die Peak Füllrate (PFR) wurden mittels einer geeigneten Software (Heart Function View) gemessen, wobei die Software an die Größe des Rattenherzes angepasst wurde.
Ergebnisse: Im Alter von 13 Wochen entwickeln ZDF Diabetes-Ratten eine im Vergleich zu Kontrolltieren eine signifikante myokardiale Hypertrophie, bestätigt durch post-mortem Analyse des Herzgewichtes (994±78mg vs. 871±44mg in ZDF Diabetes-Ratten vs. ZL Kontrollen, p<0.01). ECG-gated PET zeigte eine signifikante Abnahme der LV diastolischen PFR (10.4±0.5 vs. 11.8±0.4 EDV/sec in ZDF Diabetes-Ratten vs. ZL Kontrollen, p<0.001), jedoch zeigte sich kein signifikanter Unterschied zwischen LVEF und der Herzfrequenz in den untersuchten ZDF Diabetes-Ratten und Kontrollen (LVEF: 60.0±4.5 vs. 63.7±4.1%, n.s. und HR: 305±25 vs. 323±24 bpm, n.s.).
Schlussfolgerung: Im Diabetes-Ratten-Modell kann unter Verwendung eines ECG-gated FDG-PET Protokolls die diastolische Dysfunktion als Parameter der frühen diabetischen Kardiomyopathie nachgewiesen werden.