Preferencja tłuszczowa: nowy model zachowań żywieniowych u szczurów

Otyłość jest powszechnym problemem w Stanach Zjednoczonych¹, a Centra Kontroli i Prewencji Chorób szacują, że ponad jedna trzecia dorosłych Amerykanów jest otyła. Otyłość została również uznana za czynnik ryzyka wielu problemów zdrowotnych, w tym cukrzycy typu 2, wysokiego ciśnienia krwi i wysokiego poziomu cholesterolu². Chociaż wykazano, że wiele czynników wpływa na wzrost wskaźników otyłości, istnieje ciągłe zainteresowanie i kontrowersje dotyczące roli, jaką makroskładniki odżywcze odgrywają w otyłości^3,4.

Jednym z czynników przyczyniających się do otyłości jest wysokie spożycie tłuszczów w diecie⁵. Zwiększona ilość tłuszczu w diecie jest skorelowana ze zwiększonym spożyciem energii przez człowieka⁶ i znacznym wzrostem zawartości tkanki tłuszczowej^7,8. Dodatkowo tłuszcz w diecie ma wartość nagrody zarówno w trakcie, jak i po spożyciu^7,9. W związku z tym określenie, jakie czynniki wpływają na preferencję dla pokarmów o wysokiej zawartości tłuszczu, może zarówno kierować projektem farmakoterapeutycznym, jak i promować zrozumienie podstawowych wyborów żywieniowych, które mogą prowadzić do otyłości. Opisany tutaj model preferencji tłuszczowej testuje preferencje szczurów między pokarmami o różnej zawartości tłuszczu, ale o podobnej wartości odżywczej. W szczególności model ten daje szczurom wybór dwóch różnych pokarmów jednocześnie, umożliwiając w ten sposób ilościowe określenie preferencji na podstawie spożywanych gramów pokarmu o niższej zawartości tłuszczu w porównaniu z pokarmem o wyższej zawartości tłuszczu. Efekty farmakologiczne i genetyczne można mierzyć jako zmianę preferencji dla żywności o wyższej zawartości tłuszczu.

Model preferencji tłuszczu służy jako uzupełnienie powszechnie stosowanych modeli spożycia smacznych pokarmów¹⁰, ale oferuje również kilka zalet. Model ten pozwala eksperymentatorowi na specyficzną ocenę zachowań żywieniowych w kontrolowanym środowisku, w którym dostępne są dwie opcje żywieniowe. Tradycyjne modele żywienia o wysokiej zawartości tłuszczu oferują tylko jeden pokarm, co eliminuje zdolność do badania wyboru pokarmu, co jest ważnym aspektem przyjmowania pokarmu przez ludzi. Niektóre testy oferują wiele rodzajów żywności i są często określane jako badania żywieniowe typu "kafeteria"¹¹. Badania te mają negatywną powtarzalność, ponieważ żywność dla ludzi jest często używana w teście i nie jest dobrze dostosowana do środowiska laboratoryjnego ze względu na zmienność składników odżywczych. Stosujemy zdefiniowane diety, które zawierają poszczególne oczyszczone składniki, co znacznie poprawia odtwarzalność i elastyczność w zakresie zmiany zawartości makroskładników, takich jak tłuszcz w diecie. Biorąc pod uwagę wyższe spożycie tłuszczu w diecie związane z otyłością u ludzi⁵ i naturalną preferencję człowieka do pokarmów o wyższej zawartości tłuszczu¹², terapie, które zmieniają preferencje szczurów do pokarmów o wysokiej zawartości tłuszczu, mogą dostarczyć cennych informacji na temat otyłości.

Wszystkie procedury eksperymentalne są zgodne z Przewodnikiem dotyczącym opieki i użytkowania zwierząt laboratoryjnych (Institute of Laboratory Animal Resources (USA), 1996) oraz za zgodą Institutional Animal Care and Use Committee na University of Texas Medical Branch.

1. Tematy

1. Pojedynczy samiec szczura Sprague-Dawley o wadze 225-250 g w temperaturze 21 °C i wilgotności względnej 30-50% z 12-godzinnym cyklem jasno-ciemnym (światła włączone 6:00-18:00).
2. Utrzymuj szczury na pokarmie o niskiej zawartości tłuszczu (10% tłuszczu energetycznego). Przyzwyczaj szczury do jedzenia i pomieszczenia kolonijnego przez co najmniej 7 dni przed eksperymentami. Zwierzęta są przyzwyczajone do obchodzenia się z podłożem i dawkowania go przez trzy dni przed rozpoczęciem badań. Pierwszy dzień po habituacji jest dniem eksperymentalnym 1.

2. Preferencja linii bazowej

1. Dzień 1 napełnij dwa czyste pojemniki na żywność, jeden oznaczony literą A, a drugi B, 10% tłustego pokarmu dla każdej klatki. Zważ pojemniki na żywność (z jedzeniem) i umieść je w klatce, upewniając się, że szczur ma dostęp do obu.
2. Dzień 2, mniej więcej w tym samym czasie, w którym zbiorniki na żywność zostały umieszczone w klatce dzień wcześniej, zarejestruj wagę zasobnika na żywność i zamień pozycje leja A i zasobnika B. Zmniejsza to stronniczość pozycji. Zawsze sprawdzaj klatkę domową pod kątem wyjętej żywności z leja, zważ ją i rozlicz. Spożycie pokarmu mierzy się zmianą masy zbiornika między dniami.
3. Dzień 3, zapisz wagę zbiornika na żywność jak poprzednio. Sprawdź ilość spożytej żywności w każdej pozycji pojemnika na żywność i identyfikację pojemnika na żywność (A i B). Dane te dają podstawowe zrozumienie odchylenia pozycji i określonych preferencji leja samowyładowczego, a wynik preferencji powinien wynosić około 50% co oznacza brak preferencji. Wyrzuć pozostałe jedzenie.

3. Preferencja tłuszczu

1. Dzień 3, zaopatrz się w dwa czyste pojemniki na żywność dla każdej klatki. Ważne jest, aby używać czystych pojemników na żywność za każdym razem, gdy przełączasz się między różnymi produktami spożywczymi, aby zapobiec mylącym zapachom z poprzednich eksperymentów. Napełnij zbiornik A 12,5% tłuszczu i zbiornik B 15% tłuszczu (Tabela 1). Zapisz ciężar początkowy każdego zbiornika i umieść oba w klatce.
2. Dzień 4 zapisz wagę każdego leja, zamieniając pozycje leja A i leja B po umieszczeniu ich z powrotem w klatce.
3. Dzień 5 zapisz wagę każdego leja samowyładowczego. Po określeniu gramów każdego pokarmu spożywanego w oba dni można określić preferencje żywieniowe szczura.
4. Powtórz kroki od 3.1 do 3.3 wiele razy z tymi samymi zwierzętami, używając pokarmu o zawartości tłuszczu 12,5% w porównaniu z pokarmami o zwiększonej zawartości tłuszczu (np. najpierw 15%, następnie 17,5%, następnie 20%, a na końcu 45% tłuszczu).

4. Obliczenia i analiza danych

1. Oblicz dzienne spożycie pokarmu dla każdego zwierzęcia, odejmując końcową masę karmy + zbiornika od masy początkowej karmy + zbiornika. Ponieważ każdy pokarm jest mierzony przez 2 dni, suma 2 dni może być sumowana dla każdego % zawartości tłuszczu.
2. Oblicz wynik preferencji tłuszczowej, dzieląc spożycie pokarmu o wyższej zawartości tłuszczu od całkowitego spożycia pokarmu w każdym okresie dwóch dni. Na przykład jeden szczur zjadł 8,9 g diety 12,5% tłuszczu i 27,5 g diety 17,5% w ciągu 2 dni. W związku z tym wynik preferencji dla tego konkretnego zwierzęcia wynosi 76% (27,5 podzielone przez 36,4).
3. Uśrednij i wykreśl wynik preferencji dla każdej diety (15%, 17,5%, 20% i 45% tłuszczu) (Ryc. 3). Całkowite spożycie pokarmu jest również pouczające i można je łatwo wykreślić w gramach (ryc. 4).
4. Wyraź wynik preferencji (Rysunek 5A) i całkowite spożycie pokarmu (Rysunek 5B) jako funkcję całkowitego spożycia energii (kilokalorie), korzystając z gęstości energii w Tabeli 1.
5. W przypadku wykorzystania więcej niż jednej grupy zwierząt należy przeprowadzić dwukierunkową powtarzaną wartość pomiaru ANOVA, a następnie test końcowy Bonferroniego. Analiza mocy wskazuje, że n = 8 zwierząt w grupie jest odpowiednie do wykrycia różnicy wynoszącej 7% między grupami badanymi.

Szczury miały fizyczny dostęp do obu pojemników na żywność jednocześnie (Rysunek 1), aby zademonstrować preferencję dla dostępnych pokarmów o różnej zawartości tłuszczu (Tabela 1). Karma dla szczurów była ważona codziennie, a wszelkie rozlane pokarmy można było łatwo znaleźć i uwzględnić (ryc. 2). Stwierdzono, że rozlanie drobnych cząstek jedzenia jest minimalne i nie ma znaczącego wpływu na dane. Korzystając z modelu preferencji tłuszczowych, można zaobserwować wyraźną preferencję między żywnością zawierającą 12,5% tłuszczu a żywnością o wyższej zawartości tłuszczu (preferencja p<0,05 powyżej 12,5% w porównaniu do 17,5%, 20% i 45%, za pomocą ANOVA po teście post hoc) (Rysunek 3A), która była zależna od zawartości tłuszczu (Figura 3B). Dane te mogą być również wyrażone w gramach żywności (wykres 4) lub w spożyciu energii (wykres 5), co pozwala na wybór sposobu prezentacji danych do publikacji. W tych krótkoterminowych badaniach żywieniowych z użyciem pokarmów o wysokiej zawartości tłuszczu zwykle obserwuje się wzrost całkowitej ilości spożywanej energii, gdy zwierzęta mają dostęp do zwiększającej się zawartości tłuszczu w diecie (ryc. 5B).

Analiza statystyczna danych została przeprowadzona przy użyciu oprogramowania SPSS 20. Powtórzone pomiary ANOVA z testem post hoc t (test t został użyty, ponieważ nie było grup eksperymentalnych) zastosowano w celu określenia istotnych efektów głównych, interakcji głównych efektów i różnic w preferencjach dla poszczególnych pokarmów.

Ryc. 1. Szczur w swojej klatce domowej z dwoma opcjami jedzenia. Szczur ma fizyczny dostęp do dwóch pojemników na żywność i do wody. Zbiorniki na żywność są napełniane, aby zapewnić dostęp ad libitum do obu produktów spożywczych.

Rysunek 2. Rozlanie żywności jest bardzo widoczne i można je wytłumaczyć. Podczas codziennego ważenia żywności każda żywność, która nie znajduje się w zbiorniku, jest znajdowana i ważona.

Ryc. 3. Szczury wykazują coraz większą preferencję dla pokarmów o wyższej zawartości tłuszczu. ZA)Szczury wykazują znaczną preferencję dla pokarmów tłustych o zawartości 15%, 17,5%, 20% i 45% w porównaniu z 12,5%. (* p<0,05, przez ANOVA po teście post hoc). ZA)Metoda preferencji tłuszczu daje krzywą "dawka-efekt", w której preferencja zmienia się wraz z zawartością tłuszczu w porównaniu z 12,5% tłustym pokarmem. Słupki błędów reprezentują błąd standardowy średniej.

Rysunek 4. Reprezentacja w gramach preferencji szczurów do pokarmów o wyższej zawartości tłuszczu. Preferencja wyrażona w gramach spożywanego pokarmu może dostarczyć dodatkowych informacji na temat zmian w całkowitym spożyciu pokarmu w trakcie eksperymentu. (* p<0,05, przez ANOVA po teście post hoc). Słupki błędów reprezentują błąd standardowy średniej.

Ryc. 5. Reprezentacja w kaloryczności preferencji szczurów do pokarmów o wyższej zawartości tłuszczu. A. Szczury spożywają więcej kalorii z pokarmów o wyższej zawartości tłuszczu podczas testów preferencji. Jest to zależne od procentowej zawartości tłuszczu w oferowanych produktach spożywczych. B. Preferencja dla żywności o wyższej zawartości tłuszczu, wyrażona jako całkowity kcal na parę żywności. (* p<0,05, przez ANOVA po teście post hoc). Słupki błędów reprezentują błąd standardowy średniej.

Tabela 1.Zawartość makroskładników odżywczych w żywności doświadczalnej.

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.