Summary
Kosten fettinnhold påvirker både energiinntaket og kroppsfett sammensetning hos pattedyr. Ved å undersøke rottenes preferanse for høy fett mat i en serie av valg eksperimenter, er det mulig å teste genetiske forskjeller og farmakologiske intervensjoner på deres preferanse for høy fett mat.
Abstract
Fedme er et økende problem i USA, med mer enn en tredjedel av befolkningen klassifisert som overvektige. En faktor som bidrar til denne multifaktoriell lidelse er forbruket av et høyt fettinnhold, en oppførsel som er blitt vist å øke både kaloriinntak, og kroppsfettinnhold. Men elementene som regulerer preferanse for høy fett mat over andre matvarer forblir understudied.
For å overvinne dette underskudd, ble en modell for raskt og enkelt å teste endringer i preferanse for fett utviklet. Den Fat preferanse modellen presenterer rotter med en serie valg mellom mat med forskjellig fettinnhold. Som mennesker, rotter har en naturlig skjevhet mot forbruker fettrik mat, noe som gjør det rotte modellen ideell for translasjonell studier. Endringer i preferanser kan tilskrives effekten av enten genetiske forskjeller eller farmakologiske intervensjoner. Denne modellen gjør det mulig for utforskning av determinates fett preferanse og skrueEning Farmakoterapeutisk agenter som påvirker oppkjøpet av fedme.
Introduction
Fedme er et utbredt problem i USA en, med Centers for Disease Control and Prevention estimerer at over en tredjedel av amerikanske voksne er overvektige. Fedme har også blitt identifisert som en risikofaktor for en rekke helsemessige bekymringer, inkludert type 2 diabetes, høyt blodtrykk, og høyt kolesterol to. Mens mange faktorer har vist seg å påvirke økningen i fedme, det er pågående interesse og uenighet i rollen makronæringsstoffer spille i fedme 3,4.
En medvirkende årsak til fedme er høyt fett inntak fem. Økt fett er korrelert med økt menneskelig energiforbruk 6 og betydelige økninger i kroppens fettinnhold 7,8. I tillegg har fett belønning verdi både under og etter forbruk 7,9. Derfor bestemme hvilke faktorer som påvirker preferanse for fettrik mat kan både guide Farmakoterapeutisk design og fremme forståelse av de underliggende kosttilskudd valg som kan føre til fedme. The Fat preferanse modellen beskrevet her tester for rotter 'preferanse mellom matvarer av forskjellig fettinnhold, men tilsvarende ernæringsmessig verdi. Nærmere bestemt, presenterer denne modellen rottene med et valg mellom to ulike matvarer samtidig dermed muliggjør kvantifisering av preferanse basert på gram forbrukes av den magrere mat vers høyere fett mat. Farmakologiske og genetiske effekter kan måles som en endring i preferanse for mat med høyere fettinnhold.
The Fat preferanse modellen bidrar til å utfylle de brukte spiselig mat inntak modellene 10, men tilbyr også flere fordeler. Denne modellen gjør at eksperimentator å spesifikt vurdere fôring atferd i et kontrollert miljø der to mat alternativer er tilgjengelige. Tradisjonelle høyt fettforings modeller har kun en mat som eliminerer evnen til å studere valg av matvarer, en viktig dapector av menneskelig matinntak. Noen analyser tilbyr flere typer mat, og blir ofte referert til som "kafeteria" typen fôring studier 11. Disse studiene lider av reproduserbarhet fordi menneskemat er ofte brukt i analysen, og er ikke godt egnet til laboratoriet miljøet på grunn av nærings variabilitet. Vi bruker definerte dietter som inneholder individuelle rensede ingredienser og dermed mye bedre reproduserbarhet og fleksibilitet til å endre macronutrient innhold, for eksempel fett. Med høyere fett inntak forbundet med fedme hos mennesker 5 og den naturlige menneskelige preferanser for høyere fete matvarer 12, behandlinger som endrer rotte preferanse for fettrik mat kan gi verdifull innsikt i fedme.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle eksperimentelle prosedyrer er i samsvar med Guide for omsorg og bruk av forsøksdyr (Institute of Laboratory Animal Resources (US), 1996) og med godkjenning av Institutional Animal Care og bruk komité ved University of Texas Medical Branch.
En. Emner
- Enkelt hus mannlige Sprague-Dawley rotter som veier 225-250 g ved 21 ° C og 30-50% relativ luftfuktighet med en 12 timers lys-mørke-syklusen (lysene på 06:00-6: 24:00).
- Opprettholde rotter på en fettfattig mat (10% fett av energi). Tilvenne rotter til mat og koloni plass til minst 7 dager før eksperimentering. Dyr blir vant til håndtering og dosering av bilen i tre dager før du starter studiene. Den første dagen etter tilvenning er eksperimentell Dag 1.
To. Baseline preferanse
- Dag 1, fylle to rene matvarebeholdere, ett markert med en a og den andre med B, med 10% fett mat for hvert bur. Weigh mat hoppers (med mat) og plassere dem i buret, sikrer rotta har tilgang til begge.
- Dag 2, på omtrent samme tid mat hoppers ble plassert i buret dagen før, noterer mat hopper vekter og bytte posisjonene til hopper A og hopper B. Dette reduserer stilling bias. Alltid undersøke hjemmet buret for noe mat fjernes fra beholderen, veie den, og står for det. Matinntak måles ved forandring i beholdervekten mellom dager.
- Dag 3, ta maten hopper vekter som før. Undersøk mengden av mat som forbrukes i hver mat beholderposisjonen og mat beholderidentifikasjon (A og B). Denne informasjonen gir en baseline forståelse av posisjon skjevhet og spesifikk preferanse hopper, og bør ha en preferanse score på ca 50% som indikerer ingen preferanse. Kast ut de resterende mat.
Tre. Fat preferanse
- Dag 3, få to rene matvarer hoppers for hver merd. Det er viktig å bruke rene matvarer hoppersnår du bytter mellom de forskjellige matvarer for å hindre konfunderende luktene fra tidligere forsøk. Fyll beholderen A med 12,5% fett mat og beholderen B med 15% fett mat (tabell 1). Spill startvekter på hver hopper og plasser både i buret.
- Dag 4, ta opp vektene for hver hopper, bytte posisjoner hopper A og hopper B ved å plassere dem tilbake i buret.
- Dag 5, registrere vekter i hver hopper. Etter bestemme gram hver mat konsumert på begge dager, kan rotten mat preferanser bestemmes.
- Gjenta trinn 3.1 til 3.3 flere ganger med de samme dyr med 12.5% fett mat, sammenlignet med næringsmidler med økende fettinnhold (f.eks første 15%, ved 17,5%, deretter 20% og til slutt 45% fett).
4. Databeregninger og analyse
- Beregn daglige matinntak for hvert dyr ved å subtrahere den endelige massen av maten + beholderen fra utgangs-masse av maten+ Hopper. Fordi hver mat blir målt i løpet av 2 dager, kan den 2 dagers total bli lagt sammen for hver% fettinnhold.
- Beregn fettet preferanse stillingen ved å dividere inntak av det høyere fett mat fra den totale mat konsumert over hver to dagers periode. For eksempel, en rotte spiste 8,9 g av 12,5% fettinnhold, og 27,5 g av 17,5% diett i løpet av 2 dager. Derfor preferanse score for at enkelte dyr er 76% (27,5 delt på 36,4).
- Gjennomsnitt og graf preferansen score for hver diett (15%, 17,5%, 20% og 45% fett) (figur 3). Det totale inntak av mat er også rikt og kan lett bli plottet som gram (figur 4).
- Uttrykk preferanse stillingen (figur 5A) og total matinntak (figur 5B) som en funksjon av det totale energi-inntaket (kilokalorier) ved hjelp av en energitetthet i tabell 1.
- Hvis du bruker mer enn én gruppe av dyr, utføre en toveis gjentaed måler ANOVA etterfulgt av en Bonferroni post-test. Strøm-analyse tyder på at n = 8 dyr per gruppe er passende for å detektere en forskjell på 7% mellom behandlingsgruppene.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Rotter hadde fysisk tilgang til både mat hoppers samtidig (figur 1) for å demonstrere preferanse for tilgjengelige matvalg med ulik fettinnhold (Tabell 1). Rotte mat ble veid daglig og noe mat søl ble lett funnet og sto for (figur 2). Søl av fine matpartikler ble funnet å være minimalt og ikke i vesentlig grad påvirker dataene. Ved hjelp av den fete preferanse modell, kan en klar preferanse mellom matvarer inneholdende 12,5% fett og høyere fett matvarer observeres (p <0,05 preferanse over 12,5% i forhold til 17.5%, 20% og 45%, av ANOVA etterfulgt post hoc-test) ( Figur 3A) som var avhengig av fettinnholdet (figur 3B). Denne informasjonen kan også uttrykkes som gram mat (figur 4) eller i energiinntaket (Figur 5), noe som åpner for et valg i data presentasjon for publisering. I disse kort sikt fôringsstudier ossing fettrik mat, er en økning i totalt energiforbruk vanligvis observert når dyrene får tilgang til økte mengder fettinnhold (Figur 5B).
Statistisk analyse av dataene ble utført ved hjelp av SPSS 20 programvare. En gjentatt tiltak ANOVA med post hoc t-test (t-test ble brukt siden det var ingen eksperimentelle grupper) ble brukt til å bestemme signifikante hovedeffekter, samspillet mellom hovedeffekter, og forskjeller i preferanser for enkelte matvarer.
Figur 1. En rotte i sin homecage med to matvalg. Rotta har fysisk tilgang til de to mat hoppers og til vann. Food hoppers er fylt for å sikre ad libitum tilgang til både matvarer.
Figur 2. Fôrforspill er svært synlige og kan gjøres rede for. Mens veiing mat daglig, er noe mat som ikke finnes i beholderen funnet og veid.
Fig. 3. Rotter demonstrere en økende preferanse for næringsmidler med høyere fettinnhold. A) Rotter demonstrerer en signifikant preferanse for 15%, 17,5%, 20% og 45% fett mat, sammenlignet med 12,5%. (* P <0,05, etter ANOVA fulgt post hoc test). B) Fat Preference metoden resulterer i en "dose-effekt" kurve hvor preferanser forandrer seg med fett content sammenlignet med 12.5% fett mat. Feil søylene representerer standardfeil av gjennomsnittet.
Figur 4. Representasjon i gram rotter 'preferanse for høyere fett mat. Preferanse uttrykt som gram mat konsumert kan gi ytterligere informasjon om endringer i total matinntak i løpet av eksperimentet. (* P <0,05, ANOVA etterfulgt av post hoc-test). Feil søylene representerer standardfeil av gjennomsnittet.
Figur 5. Representasjon i kalorier av rotter 'preferanse for høyere fett mat.
| Fat | Karbohydrat | Protein | Energitetthet | |||||||
| Kosthold | % Gram | % Kcal | % Gram | % Kcal | % Gram | % Kcal | kcal / gram | |||
| 10% fett | 4,3 | 10 | 67.3 | 70 | 19.2 | 20 | 3,85 | |||
| 12,5% fett | 5.4 | 12,5 | 65.7 | 67 | 19.5 | 20 | 3,9 | |||
| 15% fett | 6.6 | 15 | 64.2 | 65 | 19.8 | 20 | 3,95 | |||
| 17,5% fett | 7.8 | 17,5 | 62.5 | 62 | 20.1 | 20 | 4,01 | |||
| 20% fett | 9 | 20 | 61 | 60 | 20.3 | 20 | 4,06 | |||
| 45% fett | 24 | 45 | 41 | 35 | 24 | 20 | 4,73 | |||
Tabell 1. Macronutrient innholdet i eksperimentelle matvarer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
The Fat preferansemodellen er en informativ og enkel å utføre analysen av fôring atferd. Denne analysen gir en mulighet til å identifisere nevrale og molekylære mekanismer som ligger til grunn mat preferanse, som er en viktig, men lite studert område av fedme forskning. Endringer i fett preferanse fra genetiske forskjeller eller farmakologiske manipulasjoner kan visualiseres som høyrevridde eller mot venstre skift i preferanser kurve (Figur 3B). Det er viktig å inkludere de midterste fete matvarer (15%, 17,5% og 20%) for å visualisere eventuelle endringer i preferansekurve. Kan tolkes skiftene i fettet preferanse kurve på samme måte hvordan de ulike to flaske valg preferansetester tolkes 13,14. Som rottene har en bias mot å spise fettrik mat, en betydelig redusert preferanse fettrik mat representerer en mulig farmakologisk relevant endring i mat sammensetning valg. Faktisk neuromedin U reseptor to uttrykk har nylig been vist å påvirke fett preferanser ved hjelp av denne modellen 15. Den fargede mat (Tabell 1) gjør det enkelt å bestemme noe søl før daglig mat som veier (figur 2). Dette bidrar til å sikre nøyaktig måling av daglig matinntak. Fremgangsmåten er også enkel å utføre, og kan gjentas med økende konsentrasjoner av fett i mat.
Det er noen spesielle hensyn for farmakologiske og genetiske manipulasjoner av fett preferanse. I farmakologiske undersøkelser, er forbindelsen eksponering en viktig faktor fordi denne analysen tar opptil 8 dager. Derfor kan farmakologiske stoffer må gis en eller flere ganger per dag, avhengig av halveringstid og total dose av hver forbindelse som blir testet. I genetiske studier, kan behandlinger som viral knockdown av et gen krever 14 dager for stabil uttrykk som vil forlenge den eksperimentelle tidslinje.
Maten sammensetning
En begrensning for denne fremgangsmåten er det store antallet av matvarebeholdere som krever daglig veiing og rengjøring. Fortunately, disse høye arbeidskraft og utstyr perioder er kort (to dager per preferanse test), krever minimalt med trening og kan være utblandet med perioder med bare 10% fett mat tilgang etter behov.
Denne modellen har noen begrensninger også. Først blir matvarene presentert i en stigende retning av fettinnhold som kan produsere en ordre virkning. Men dette er for nødvendig for å minske de langsiktige virkningene av høy fett mat forbruk på mat valg. Lucas og medarbeidere har vist at rotter forbruk av rent eller i emulgert fett, i tillegg til rotte chow, vil redusere eller øke over dager, henholdsvis 16.. Dette ville gjøre det vanskelig å tolke resultatene fra redusere fettinnhold eksperimenter eller etter adgang til 45% fett mat i en latin square typen eksperiment. En annen begrensning er at gjentatt bruk av 12,5% fett mat som en grunnlinje for sammenligning. En redusert preferanse for 12.5% fett maten ville føre til en tydelig økning i preferansefor høyere fett mat. Men å unnlate å ha en konstant baseline mat kan påvirke fettinntaket 16 og gjøre å sammenligne preferanser umulig. Til slutt, kan våre resultater tolkes som en preferanse for lavere karbohydrater og ikke for høyere fett. Men rotter foretrekker å øke (ikke avtagende) karbohydrat-innhold 14,15 redusere gyldigheten av denne tolkningen.
Som konklusjon kan det Fat preferanse modellen brukes til å bestemme en rotte preferanse mellom to mat med forskjellig fettinnhold. Denne testen gjør at eksperimentator å avgjøre om genetisk bakgrunn eller medikamentelle behandlinger kan manipulere fettinnholdet preferanse av en rotte. Dette preferanse for en høy fett diett tilbyr utmerket ansikt gyldigheten og representerer en translationally relevant modell av spiseatferd hos mennesker.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Forfatterne ønsker å erkjenne finansiering fra UL1TR000071 (NCATS), P30DK079638 (NIDDK), P30DA028821 (NIDA) og T32DA07287 (NIDA).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Rodent diet with 10 kcal% fat | Research Diets | D12450B | 10% fat rat food |
| Rodent diet with 12.5 kcal% fat | Research Diets | D07040501 | 12.5% fat rat food |
| Rodent diet with 15 kcal% fat | Research Diets | D07040502 | 15% fat rat food |
| Rodent diet with 17.5 kcal% fat | Research Diets | D07040503 | 17.5% fat rat food |
| Rodent diet with 20 kcal% fat | Research Diets | D07040504 | 20% fat rat food |
| Rodent diet with 45 kcal% fat | Research Diets | D12451 | 45% fat rat food |
| Rat feeders (3.75"W x 2.875"D x 5.25"H) | Labex of MA | 2528 | Food hoppers |
References
- Flegal, K. M., Carroll, M. D., Ogden, C. L., Curtin, L. R. Prevalence and trends in obesity among US adults. JAMA. 303 (3), 235-241 (1999).
- Mokdad, A. H., et al. Prevalence of obesity, diabetes, and obesity-related health risk factors. JAMA. 289 (1), 76-79 (2003).
- Abete, I., Astrup, A., Martínez, J. A., Thorsdottir, I., Zulet, M. A. Obesity and the metabolic syndrome: role of different dietary macronutrient distribution patterns and specific nutritional components on weight loss and maintenance. Nutr. Rev. 68 (4), 214-231 (2010).
- Berthoud, H. R., Münzberg, H., Richards, B. K., Morrison, C. D. Neural and metabolic regulation of macronutrient intake and selection. Proc. Nutr. Soc. 71 (3), 390-400 (2012).
- Warwick, Z. S., Schiffman, S. S. Role of dietary fat in calorie intake and weight gain. Neurosci. Biobehav. Rev. 16 (4), 585-596 (1992).
- Kendall, A., Levitsky, D. A., Strupp, B. J., Lissner, L. Weight loss on a low-fat diet: consequence of the imprecision of the control of food intake in humans. Am. J. Clin. Nutr. 53 (5), 1124-1129 (1991).
- Ackroff, K., Sclafani, A. Oral and Postoral Determinants of Dietary Fat Appetite. Fat Detection: Taste, Texture, and Post Ingestive Effects. Chapter 12. Montmayeur, J. P., leCoutre, J. , CRC Press. (2010).
- West, D. B., York, B. Dietary fat, genetic predisposition, and obesity: lessons from animal models. Am. J. Clin. Nutr. 67, 505-512 (1998).
- Sclafani, A., Ackroff, K. Role of gut nutrient sensing in stimulating appetite and conditioning food preferences. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 302 (10), (2012).
- Velloso, L. A. The brain is the conductor: diet-induced inflammation overlapping physiological control of body mass and metabolism. Arq. Bras. Endocrinol. Metabol. 53 (2), 151-158 (2009).
- Vanzela, E. C., et al. Pregnancy restores insulin secretion from pancreatic islets in cafeteria diet-induced obese rats. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 298 (2), (2010).
- Johnson, S. L., McPhee, L., Birch, L. L. Conditioned preferences: young children prefer flavors associated with high dietary fat. Physiol. Behav. 50 (6), 1245-1251 (1991).
- Bolanos, C. A., Barrot, M., Berton, O., Wallace-Black, D., Nestler, E. J. Methylphenidate treatment during pre- and periadolescence alters behavioral responses to emotional stimuli at adulthood. Biol. Psychiatry. 54, 1317-1329 (2003).
- Ignar, D. M., et al. Regulation of Ingestive Behaviors in the Rat by GSK1521498, a Novel {micro}-Opioid Receptor-Selective Inverse Agonist. J. Pharmacol. Exp. Ther. 339, 24-34 (2011).
- Benzon, C. R., Johnson, S. B., McCue, D. L., Li, D., Green, T. A., Hommel, J. D. Neuromedin U receptor 2 knockdown in the paraventricular nucleus modifies behavioral responses to obesogenic high-fat food and leads to increased body weight. Neuroscience. , (2013).
- Lucas, F., Ackroff, K., Sclafani, A. Dietary fat-induced hyperphagia in rats as a function of fat type and physical form. Physiol Behav. 45 (5), 937-946 (1989).
