Zawartość tłuszczu w diecie wpływa zarówno na spożycie energii, jak i skład tkanki tłuszczowej u ssaków. Badając preferencje szczurów do pokarmów o wysokiej zawartości tłuszczu w serii eksperymentów z wyboru, możliwe jest przetestowanie różnic genetycznych i interwencji farmakologicznych dotyczących ich preferencji dla pokarmów o wysokiej zawartości tłuszczu.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Preferencja tłuszczowa: nowy model zachowań żywieniowych u szczurów
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Otyłość jest rosnącym problemem w Stanach Zjednoczonych Ameryki, gdzie ponad jedna trzecia populacji jest klasyfikowana jako otyła. Jednym z czynników przyczyniających się do tego wieloczynnikowego zaburzenia jest spożywanie diety wysokotłuszczowej, zachowanie, które, jak wykazano, zwiększa zarówno spożycie kalorii, jak i zawartość tkanki tłuszczowej. Jednak elementy regulujące preferencję dla żywności o wysokiej zawartości tłuszczu w stosunku do innych pokarmów pozostają niedostatecznie zbadane.
Aby przezwyciężyć ten deficyt, opracowano model do szybkiego i łatwego testowania zmian w preferencjach dotyczących tłuszczu w diecie. Model preferencji tłuszczowej daje szczurom szereg wyborów między pokarmami o różnej zawartości tłuszczu. Podobnie jak ludzie, szczury mają naturalną skłonność do spożywania pokarmów o wysokiej zawartości tłuszczu, co czyni model szczura idealnym do badań translacyjnych. Zmiany w preferencjach można przypisać efektowi różnic genetycznych lub interwencji farmakologicznych. Model ten pozwala na badanie determinantów preferencji tłuszczowej i badania przesiewowe środków farmakoterapeutycznych, które wpływają na nabywanie otyłości.
Wprowadzenie
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 otyłości3,4.
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 tłuszczowej7,8. Dodatkowo tłuszcz w diecie ma wartość nagrody zarówno w trakcie, jak i po spożyciu7,9. 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.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
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
- 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).
- 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
- 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.
- 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.
- 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
- 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.
- Dzień 4 zapisz wagę każdego leja, zamieniając pozycje leja A i leja B po umieszczeniu ich z powrotem w klatce.
- Dzień 5 zapisz wagę każdego leja samowyładowczego. Po określeniu gramów każdego pokarmu spożywanego w oba dni można określić preferencje żywieniowe szczura.
- 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
- 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.
- 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).
- 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).
- Wyraź wynik preferencji (Rysunek 5A) i całkowite spożycie pokarmu (Rysunek 5B) jako funkcję całkowitego spożycia energii (kilokalorie), korzystając z gęstości energii w Tabeli 1.
- 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.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Szczury miały jednoczesny fizyczny dostęp do obu podajników z pokarmem (Rysunek 1), aby wykazać preferencje w wyborze dostępnych pokarmów o różnej zawartości tłuszczu (Tabela 1). Pokarm dla szczurów był ważony codziennie, a wszelkie rozsypane ilości pokarmu były łatwo lokalizowane i uwzględniane (Rysunek 2). Stwierdzono, że rozsypanie drobnych cząstek pokarmu było minimalne i nie wpływa znacząco na dane. Korzystając z modelu preferencji tłuszczu, można zaobserwować wyraź...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Model preferencji tłuszczowej jest pouczającym i łatwym do wykonania testem zachowań żywieniowych. Test ten daje możliwość zidentyfikowania mechanizmów neuronalnych i molekularnych, które leżą u podstaw preferencji żywieniowych, co jest ważnym, ale niedostatecznie zbadanym obszarem badań nad otyłością. Zmiany w preferencjach dotyczących tłuszczu wynikające z różnic genetycznych lub manipulacji farmakologicznych można wizualizować jako przesunięcia w prawo lub w lewo na krzywej preferencji (Figura 3B). Wa...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
Autorzy pragną podziękować za finansowanie z UL1TR000071 (NCATS), P30DK079638 (NIDDK), P30DA028821 (NIDA) i T32DA07287 (NIDA).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Dieta dla gryzoni z 10 kcal% tłuszczu | Diety badawcze | D12450B | 10% tłuszczu Karma |
| szczurów Dieta dla gryzoni z 12,5 kcal% | tłuszczu Diety badawcze | D07040501 | 12,5% tłuszczu Karma dla |
| szczurów Dieta dla gryzoni z 15 kcal% tłuszczu | Diety badawcze | D07040502 | 15% tłuszczu Karma |
| szczurów Dieta dla gryzoni z 17,5 kcal% tłuszczu | Diety badawcze | D07040503 | 17,5% tłuszczu Karma |
| dla szczurówDieta dla gryzoni z 20 kcal% | tłuszczu Research Diet | D07040504 | 20% tłuszczu Karma |
| szczurów Dieta dla gryzoni z 45 kcal% tłuszczu | Research Diet | D12451 | 45% tłuszczu Karma |
| dla szczurów Karmniki dla szczurów (3,75 "szer. x 2,875" gł. x 5,25 "wys.) | Labex z MA | 2528 | Zbiorniki na żywność |
Bibliografia
- 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).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
