Summary
Kosten fedtindhold påvirker både energiindtag og kropsfedt sammensætning i pattedyr. Ved at undersøge rotter præference for højt fedtindhold fødevarer i en række valg eksperimenter, er det muligt at teste genetiske forskelle og farmakologiske interventioner på deres præference for højt fedtindhold fødevarer.
Abstract
Fedme er et voksende problem i USA, med mere end en tredjedel af befolkningen er klassificeret som fede. En faktor, der bidrager til denne multifaktoriel lidelse er indtagelse af en kost med højt fedtindhold, en adfærd, der har vist sig at øge både kalorieindtag og krop fedtindhold. De elementer, der regulerer præference for højt fedtindhold fødevarer over andre fødevarer er dog stadig understudied.
For at overvinde denne mangel blev en model, der hurtigt og nemt teste ændringer i præference for fedt udvikles. The Fat Preference model præsenterer rotter med en række valg mellem fødevarer med forskellige fedtindhold. Ligesom mennesker, rotter har en naturlig bias i retning af at forbruge højt fedtindhold mad, hvilket gør rotte model ideel til translationelle studier. Ændringer i præference kan tilskrives virkningen af enten genetiske forskelle eller farmakologiske indgreb. Denne model giver mulighed for udforskning af determinates fedt præference og screening farmakoterapeutiske agenter, der påvirker erhvervelse af fedme.
Introduction
Fedme er et udbredt problem i USA 1, med Centers for Disease Control og Forebyggelse anslår, at over en tredjedel af amerikanske voksne er overvægtige. Fedme er også blevet identificeret som en risikofaktor for mange sundhedsmæssige problemer, herunder type 2-diabetes, forhøjet blodtryk og forhøjet kolesterol 2.. Mens mange faktorer har vist sig at påvirke stigningen i fedme, er der løbende interesse og kontroverser i rollen makronæringsstoffer spille i fedme 3,4.
En medvirkende årsag til fedme er højt fedt indtag 5.. Øget fedt er korreleret med øget menneskelig energiforbrug 6 og betydelige stigninger i kroppens fedtindhold 7,8. Derudover fedt har belønning værdi både under og efter forbrug på 7,9. Derfor bestemme hvilke faktorer indflydelse præference for højt fedtindhold fødevarer kan både guide farmakoterapeutiske design og fremme forståelsen af de tilgrundliggende kostvalg, der kan føre til fedme. The Fat Preference model beskrevet her tester for rotter præference mellem fødevarer af forskellig fedtindhold, men lignende næringsværdi. Konkret denne model præsenterer rotter med et valg mellem to forskellige fødevarer samtidigt dermed muliggør kvantificering af præference baseret på gram forbruges af den lavere fed mad vers højere fed mad. Kan måles farmakologiske og genetiske virkninger som en ændring i præference for fødevarer med højere fedtindhold.
The Fat Preference model tjener til at supplere de udbredte velsmagende fødeindtagelse modeller 10, men også byder på flere fordele. Denne model gør det muligt forsøgslederen til specifikt at vurdere fodring adfærd i et kontrolleret miljø, hvor to fødevarer er tilgængelige. Traditionelle højt fedtindhold fodring modeller tilbyder kun én fødevarer, som eliminerer evnen til at studere mad valg, et vigtigt sompect af menneskelig fødeindtagelse. Nogle analyser gør tilbyde flere typer fødevarer og er ofte benævnt "cafeteria" typen fodringsforsøg 11. Disse undersøgelser lider reproducerbarhed fordi levnedsmidler er ofte brugt i analysen og er ikke velegnet til laboratoriet miljøet på grund af variabilitet næringsstof. Vi bruger definerede kostvaner, der indeholder individuelle oprensede ingredienser således i høj grad forbedre reproducerbarhed og fleksibilitet til at ændre makronæringsstoffer indhold såsom fedt. Med højere fedt indtag forbundet med fedme hos mennesker 5 og den naturlige menneskelige præference for højere fedt fødevarer 12, behandlinger, der ændrer rotte præference for højt fedtindhold fødevarer kan give værdifuld indsigt i fedme.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alle eksperimentelle procedurer er i overensstemmelse med den vejledning for Pleje og anvendelse af forsøgsdyr (Institute of Laboratory Animal Resources (US), 1996) og med godkendelse af Institutional Animal Care og brug Udvalg ved University of Texas Medical Branch.
1. Emner
- Enkelt hus Sprague-Dawley hanrotter, der vejede 225-250 g ved 21 ° C og 30-50% relativ fugtighed med en 12 timers lys-mørke-cyklus (lys på 6:00-6: 12:00).
- Oprethold rotter på en fedtfattig mad (10% fedt ved energi). Vænne rotter til mad og koloni plads til mindst 7 dage før eksperimenter. Dyrene er vænnes til håndtering og dosering af køretøjer i tre dage før du starter studierne. Den første dag efter tilvænning er eksperimentel Dag 1.
2.. Baseline præference
- Dag 1, position to rene fødevarer tragte, en markeret med A og den anden med B, med 10% fedt fødevarer til hvert bur. Weigh fødevarer tragte (med mad) og placere dem i buret, hvilket sikrer rotten har adgang til begge.
- Dag 2, på omtrent samme tidspunkt fødevarer tragte blev anbragt i buret dagen før, optage hopper vægte mad og skifte positionerne for hopper A og hopper B. Dette afbøder position bias. Altid undersøge hjemmet bur for alle fødevarer fjernes fra tragten, veje det, og tegner sig for det. Fødeindtagelse måles ved ændringen i tragten vægt mellem dage.
- Dag 3, optage hopper vægte mad som før. Undersøg mængden af mad indtages i enkelte fødevarer hopper position og mad tragt identifikation (A og B). Disse data giver en baseline forståelse af position bias og specifik hopper præferencer, og bør have en præference score på omkring 50% angiver ingen præference. Smid den resterende mad.
3.. Fat præference
- Dag 3, få to rene fødevarer tragte til hvert bur. Det er vigtigt at bruge rene fødevarer tragtenår du skifter mellem de forskellige fødevarer for at forhindre forstyrrende dufte fra tidligere eksperimenter. Påfyldningstragten A med 12,5% fedt fødevarer og tragten B med 15% fedt fødevarer (tabel 1). Optag udgangspunktet vægte for hver tragt og sted både i buret.
- Dag 4, registrerer vægten af hver tragt, skifte holdninger hopper A og hopper B ved at placere dem tilbage i buret.
- Dag 5, registrerer vægten af hver tragt. Efter fastlæggelse af de gram af hvert mad indtages på begge dage, kan rottens mad præference bestemmes.
- Gentag trin 3.1 gennem 3,3 flere gange med de samme dyr under anvendelse af 12,5% fed mad sammenlignet med fødevarer med stigende fedtindhold (f.eks første 15%, ved siden af 17,5%, derefter 20% og endelig 45% fedt).
4.. Data Beregninger og analyse
- Beregn den daglige fødeindtagelse for hvert dyr ved at trække den endelige masse af mad + tragt fra udgangsmaterialet masse af fødevarer+ Tragt. Fordi hver mad er målt over 2 dage, kan tilføjes den alt 2 dag sammen for hvert indhold% fedt.
- Beregn præference fedt score ved at dividere indtagelse af højere fed mad fra den samlede mad forbruges over hver periode på to dage. For eksempel en rotte spiste 8,9 g fedt diæt 12,5% og 27,5 g af den 17,5% kost i løbet af 2 dage. Derfor præference score for, at de enkelte dyr er 76% (27,5 divideret med 36,4).
- Gennemsnit og graf præference score for hver diæt (15%, 17,5%, 20% og 45% fedt) (figur 3). Den samlede fødeindtagelse er også informativ og let kan plottes som gram (Figur 4).
- Udtryk præference score (figur 5A) og total fødeindtagelse (figur 5B) som en funktion af det samlede energiindtag (kcal) ved hjælp af energitætheden i tabel 1.
- Hvis du bruger mere end én gruppe af dyr, udføre en to-vejs gentagelseed måler ANOVA efterfulgt af en Bonferroni post-test. Power analyse viser, at n = 8 dyr pr gruppe er egnet til at detektere en forskel på 7% mellem behandlingsgrupperne.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Rotter havde fysisk adgang til både mad tragte samtidigt (Figur 1) for at vise, præference for tilgængelige valg af fødevarer med forskellige fedtindhold (tabel 1). Rotte mad blev vejet dagligt og noget mad spild var let fundet og tegnede sig for (figur 2). Spild af fine madrester blev fundet at være minimal og ikke i væsentlig grad påvirke dataene. Brug af Fat Preference model, kan der observeres en klar præference mellem fødevarer, der indeholder 12,5% fedt og højere fedtindhold fødevarer (p <0,05 præference i forhold til 12,5% i forhold til 17,5%, 20%, og 45% ved ANOVA fulgt post-hoc test) ( 3A), der var afhængig af fedtindholdet (figur 3B). Disse data kan også udtrykkes som gram mad (Figur 4), eller i energiindtag (figur 5), giver mulighed for et valg i præsentationen af data til offentliggørelse. I disse kort sigt fodringsforsøg osning højt fedtindhold fødevarer, er en stigning i den samlede energi, der forbruges normalt, når dyrene får adgang til at øge fedt indhold (figur 5B).
Statistisk analyse af data blev udført under anvendelse af SPSS 20 software. En gentagen ANOVA foranstaltninger med post-hoc t-test (t-test blev brugt, da der ikke var nogen eksperimentelle grupper) blev anvendt til at bestemme signifikante væsentligste effekter, vekselvirkning af de vigtigste effekter, og forskelle i præference for de enkelte fødevarer.
Figur 1.. En rotte i sin homecage med to valg af fødevarer. Rotten har fysisk adgang til de to fødevarer tragte og til vand. Food tragte er fyldt for at sikre ad libitum adgang til begge fødevarer.
Figur 2.. Fødevarer spild er meget synlige og kan forklares. Mens vejning mad dagligt, er en fødevare, der ikke er indeholdt i tragten fundet og vejet.
Figur 3.. Rotter demonstrere en stigende præference for fødevarer med højere fedtindhold. A) Rotter påvist en betydelig præference for 15%, 17,5%, 20% og 45% fedt fødevarer sammenlignet med 12,5%. (* P <0,05, ved ANOVA fulgt post-hoc test). B) Fat Preference metode resulterer i en "dosis-effekt" kurven, hvor præference skifter med fedt cNDHOLDET sammenlignet med 12,5% fedt fødevarer. Fejlsøjler repræsenterer standardafvigelsen af middelværdien.
Figur 4.. Repræsentation i gram af rotter præference for højere fed mad. Præference udtrykkes som g mad indtages kan give yderligere oplysninger om ændringer i den samlede fødeindtagelse i løbet af forsøget. (* P <0,05, ved ANOVA efterfulgt post hoc test). Fejlsøjler repræsenterer standardafvigelsen af middelværdien.
Figur 5.. Repræsentation i kalorier af rotter præference for højere fed mad.
| Fedt | Kulhydrat | Protein | Energy Density | |||||||
| Kost | % Gram | % Kcal | % Gram | % Kcal | % Gram | % Kcal | kcal / g. | |||
| 10% fedt | 4.3 | 10 | 67,3 | 70 | 19.2 | 20 | 3,85 | |||
| 12,5% fedt | 5.4 | 12.5 | 65,7 | 67 | 19.5 | 20 | 3.9 | |||
| 15% fedt | 6.6 | 15 | 64.2 | 65 | 19.8 | 20 | 3.95 | |||
| 17,5% fedt | 7.8 | 17.5 | 62,5 | 62 | 20.1 | 20 | 4.01 | |||
| 20% fedt | 9 | 20 | 61 | 60 | 20.3 | 20 | 4.06 | |||
| 45% fedt | 24 | 45 | 41 | 35 | 24 | 20 | 4,73 | |||
Tabel 1.. MAKRONÆRINGSSTOFFET indhold eksperimentelle fødevarer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
The Fat Preference model er en informativ og let at udføre analyse af fodring adfærd. Denne analyse giver mulighed for at identificere neurale og molekylære mekanismer, der ligger til grund for mad præference, hvilket er et vigtigt, men understudied område af fedme forskning. Ændringer i fedt præference fra genetiske forskelle eller farmakologiske manipulationer kunne visualiseres som højregående eller venstregående skift i præference kurve (figur 3B). Det er vigtigt at medtage de midterste fedtindhold fødevarer (15%, 17,5% og 20%) for at visualisere eventuelle skift i præference kurven. Forskydningerne i fedtstof præference kurve kan fortolkes på samme måde, hvordan de forskellige to flaske valg præference tests fortolkes 13,14. Da rotterne har en bias i retning af at spise højt fedtindhold fødevarer, en signifikant nedsat præference højt fedtindhold fødevarer udgør en mulig farmakologisk relevant ændring i levnedsmiddeltabellens valg. Faktisk neuromedin U receptor 2 udtryk har for nylig bin vist sig at ændre fedt præference ved hjælp af denne model 15.. Den farvede fødevarer (tabel 1) gør det let at bestemme spild før daglige mad vejer (figur 2). Dette hjælper med at sikre nøjagtig måling af den daglige fødeindtagelse. Fremgangsmåden er også hurtig til at udføre og kan gentages med stigende koncentrationer af fedt i fødevarer.
Der er nogle særlige hensyn til farmakologiske og genetiske manipulationer af kosten præference fedt. I farmakologiske undersøgelser, forbindelse eksponering er en vigtig overvejelse, fordi dette assay tager op til 8 dage. Derfor kan skal administreres én eller flere gange om dagen afhængigt af halveringstiden og den samlede dosis af hver forbindelse testes farmakologiske forbindelser. I genetiske undersøgelser, kan behandlinger såsom viral knockdown af et gen kræver 14 dage for stabil ekspression, som vil forlænge den eksperimentelle tidslinjen.
Fødevarer sammensætning
En begrænsning for denne fremgangsmåde er det store antal af fødevarer tragte, der kræver daglig vejning og rengøring. Heldigely, disse høje arbejdskraft og udstyr er korte (to dage pr præference test), kræver minimal træning og kan spækket med perioder med kun 10% fedt mad adgang efter behov.
Denne model har nogle begrænsninger så godt. Først er de fødevarer, som præsenteres i en stigende orden af fedtindholdet, der kan producere en ordre virkning. Det er dog nødvendigt dette for at minimere de langsigtede virkninger af højt fedtindhold fødevareforbrug på mad valg lang. Lucas og kolleger har vist, at rotte forbrug af ren eller emulgeret fedt, foruden rottefoder, vil falde eller stige over dage, henholdsvis 16. Dette ville gøre det vanskeligt at fortolke resultater fra faldende fedtindhold eksperimenter eller efter adgang til de 45% fedt mad i en latin firkantet form eksperiment. En anden begrænsning er den gentagne brug af 12,5% fedt fødevarer som et grundlag for sammenligning. En nedsat præference for 12,5% fedt fødevarer ville forårsage en tilsyneladende stigning i præferencetil højere fedtindhold fødevarer. Men ikke at have en konstant baseline mad kunne påvirke fedtindtag 16 og gøre sammenligne de præferencer umuligt. Endelig kunne vores resultater fortolkes som en præference for lavere kulhydrater og ikke for højere fedt. Men rotter foretrækker stigende (ikke faldende) kulhydratindhold 14,15 reducere gyldigheden af denne fortolkning.
Sammenfattende kan Fat præference model anvendes til at bestemme en rotte præference mellem to fødevarer af forskellige fedtindhold. Denne test gør det muligt eksperimentatoren at afgøre, om genetisk baggrund eller lægemiddelbehandlinger kan manipulere fedtindholdet præference for en rotte. Denne præference for et højt fedtindhold kost tilbyder fremragende ansigt gyldighed og repræsenterer et translationelt relevant model for spiseadfærd hos mennesker.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ikke noget at afsløre.
Acknowledgments
Forfatterne ønsker at anerkende 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).
