Summary
Dietary fetthalt påverkar både energiintag och kroppsfett sammansättning hos däggdjur. Genom att undersöka råttornas förkärlek för fettrik mat i en serie av val experiment, är det möjligt att testa genetiska skillnader och farmakologiska interventioner på deras förkärlek för fettrik mat.
Abstract
Fetma är ett växande problem i USA, med mer än en tredjedel av befolkningen klassas som feta. En bidragande orsak till detta multifaktoriell sjukdom är konsumtionen av en fettrik kost, ett beteende som har visat sig öka både kaloriintag och kroppsfett. Men de faktorer som reglerar preferens för fettrik mat över andra livsmedel förblir understudied.
För att övervinna denna brist, har en modell för att snabbt och enkelt testa förändringar i preferens för fett utvecklas. The Fat preferens-modellen presenterar råttor med en rad val mellan livsmedel med olika fetthalt. Liksom människor, råttor har en naturlig bias mot att konsumera fet mat, vilket gör råttmodell idealisk för translationella studier. Förändringar i preferenser kan tillskrivas effekten av antingen genetiska skillnader eller farmakologiska interventioner. Denna modell gör det möjligt för utforskning av determinates fett preferens och screstärkning farmakoterapeutiska medel som påverkar förvärv av fetma.
Introduction
Fetma är ett utbrett problem i USA 1, med Centers for Disease Control and Prevention uppskattar att över en tredjedel av vuxna amerikaner är överviktiga. Fetma har också identifierats som en riskfaktor för många hälsoproblem, bland annat typ 2-diabetes, högt blodtryck och högt kolesterol 2. Även om många faktorer har visat sig påverka ökningen av fetma, det pågår intresse och kontroverser i rollen makro spela i fetma 3,4.
En bidragande orsak till fetma är högt fett intag 5. Ökad fett är korrelerad med ökad mänsklig energiförbrukning 6 och betydande ökningar av kroppsfett 7,8. Dessutom har fett belöning värde både under och efter konsumtion 7,9. Därför att avgöra vilka faktorer som påverkar preferens för fettrik mat kan båda styr farmakoterapeutiska design och främja förståelsen för de bakomliggande kostvanor som kan leda till fetma. The Fat preferens modell som beskrivs här testar för råttornas preferens mellan livsmedel med olika fetthalt, men liknande näringsvärde. Specifikt, presenterar denna modell råttorna med ett urval av två olika livsmedel samtidigt vilket möjliggör kvantifiering av företräde på grund av gram som konsumeras av den lägre fett mat verser högre fet mat. Farmakologiska och genetiska effekter kan mätas som en förändring i stället för mat med högre fetthalt.
The Fat preferens-modellen syftar till att komplettera de allmänt använda välsmakande födointag modeller 10 men erbjuder också flera fördelar. Denna modell gör det möjligt att försöksledaren att särskilt bedöma ätbeteende i en kontrollerad miljö där två matalternativ finns tillgängliga. Traditionella fettrik utfodring modeller erbjuder endast ett livsmedel som eliminerar förmågan att studera mat val, ett viktigt sombrös av humant födointag. Vissa analyser gör erbjuder flera typer av livsmedel och är ofta kallad "cafeteria" typ utfodringsstudier 11. Dessa studier lider av reproducerbarhet eftersom livsmedel ofta används i analysen och är inte väl lämpad för laboratoriemiljö på grund av närings variabilitet. Vi använder definierade dieter som innehåller individuella renade ingredienser vilket avsevärt förbättrar reproducerbarhet och flexibilitet att ändra macronutrient innehåll som fett. Med högre fett intag i samband med fetma hos människor 5 och den naturliga mänskliga preferens för högre fett livsmedel 12, behandlingar som förändrar råtta preferens för fettrik mat kan ge värdefull insikt i fetma.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alla experimentella förfaranden är förenliga med Guide för skötsel och användning av försöksdjur (Institute of Laboratory Animal Resources (US), 1996), och med godkännande av Institutional Animal Care och användning kommittén vid University of Texas Medical Branch.
1. Ämnen
- Single hus Sprague-Dawley-råttor som vägde 225-250 g vid 21 ° C och 30-50% relativ fuktighet med en 12 h ljus-mörker-cykel (ljus på 6:00-6: 12:00).
- Upprätthålla råttor på en fettsnål mat (10% fett med energi). Vänja råttor till mat och koloni plats för minst 7 dagar före experiment. Djur är vana att hantering och dosering av fordon i tre dagar före start av studierna. Den första dagen efter tillvänjning är experimentell Dag 1.
2. Baslinje preferens
- Dag 1, fyller två rena livsmedel trattar, som är märkt med ett A och den andra med B, med 10% fett mat för varje bur. WEighen livsmedel trattar (med mat) och placera dem i buren, se till att råttan har tillgång till båda.
- Dag 2, vid ungefär samma tid mat trattar placerades i buren dagen innan, registrera livsmedels hopper vikter och byta plats på hopper A och tratt B. Detta mildrar positionen partiskhet. Undersök alltid buren för alla livsmedel ur tratten, väger det, och står för det. Födointaget mäts genom förändringen i magasinsvikt mellan dagar.
- Dag 3, registrera livsmedels hopper vikter som tidigare. Undersök mängden mat som konsumeras i varje livsmedel hopper position och mat hopper identifiering (A och B). Dessa data ger en baslinje förståelse för läget partiskhet och specifik hopper preferenser, och bör ha en preferens poäng på ca 50% vilket indikerar ingen preferens. Kasta ut den kvarvarande maten.
3. Fat preferens
- Dag 3, få två rena livsmedel trattar för varje bur. Det är viktigt att använda rena livsmedel trattarnär du växlar mellan de olika livsmedel för att undvika att blanda ihop dofter från tidigare experiment. Fyll hopper A med 12,5% fett mat och hopper B med 15% fett livsmedel (tabell 1). Anteckna de utgångsvikterna för varje tratt och placera både i buren.
- Dag 4, spela in vikterna för varje tratt, byta positioner hopper A och tratt B efter att placera tillbaka dem i buren.
- Dag 5, registrera vikterna för varje tratt. Efter bestämning av antalet gram av varje mat som konsumeras på båda dagarna, kan råttans matpreferens bestämmas.
- Upprepa steg 3,1 och med 3,3 flera gånger med samma djur som använder 12,5% fett livsmedel jämfört med livsmedel med ökande fetthalt (t.ex. första 15%, nästa 17,5%, sedan 20%, och slutligen 45% fett).
4. Data Beräkningar och analys
- Beräkna den dagliga födointaget för varje djur genom att subtrahera den slutliga vikten på maten + sopbehållaren från utgångsmassan av maten+ Hopper. Eftersom varje livsmedel mäts under 2 dagar, kan den 2 dagars total läggas samman för varje fetthalt%.
- Beräkna fett preferenspoäng genom att dividera intaget av högre fett livsmedel från den totala livsmedel som konsumeras under varje två dagars period. Till exempel, åt en råtta 8,9 g av 12,5% fett diet och 27,5 g av 17,5% diet under två dagar. Preferensen betyget för att enskilt djur är därför 76% (27,5 dividerat med 36,4).
- Genomsnitt och diagram preferenspoäng för varje diet (15%, 17,5%, 20%, och 45% fett) (Figur 3). Det totala födointaget är också informativ och lätt kan plottas som gram (Figur 4).
- Uttryck preferenspoäng (figur 5A) och totalt födointag (figur 5B) som en funktion av det totala energiintaget (kilokalorier) med användning av energitätheten i tabell 1.
- Om du använder mer än en grupp av djur, utföra en tvåvägs upprepninged mätningar ANOVA följt av Bonferroni post-test. Ström-analys indikerar att n = 8 djur per grupp är lämplig för detektering av en skillnad på 7% mellan behandlingsgrupperna.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Råttor har fysisk tillgång till både mat trattar samtidigt (figur 1) för att visa preferens för tillgängliga val av mat med olika fetthalt (Tabell 1). Råtta mat vägdes dagligen och någon mat spill var lätt att hitta och stod för (Figur 2). Spill av fina matrester befanns vara minimal och inte väsentligt påverka data. Använda Fat Preferens modellen, kan observeras en klar preferens mellan livsmedel som innehåller 12,5% fett och högre fett livsmedel (p <0,05 företräde över 12,5% jämfört med 17,5%, 20% och 45%, med ANOVA följt post hoc-test) ( figur 3A), som var beroende på fetthalten (figur 3B). Dessa data kan också uttryckas som gram mat (Figur 4) eller i energiintag (Figur 5), vilket möjliggör ett val i presentation av data för publicering. I dessa kort sikt utfodringsstudier ossning fettrik mat, är en ökning av den totala energiförbrukningen vanligtvis gör om djuren får tillgång till ökande fett innehåll (Figur 5B).
Statistisk analys av data utfördes med användning av SPSS 20 mjukvara. En upprepad mätningar ANOVA med post-hoc t-test (t-test användes eftersom det fanns inga experimentella grupper) användes för att bestämma signifikanta huvudeffekter, interaktion av huvudeffekter och skillnader i preferens för enskilda livsmedel.
Figur 1. En råtta i sitt homecage med två val av livsmedel. Råttan har fysisk tillgång till de två livsmedels trattar och vatten. Livsmedels trattar är fyllda för att säkerställa fri tillgång till båda matar.
Figur 2. Food spill är mycket synlig och kan redovisas. Medan väga mat dagligen, är någon mat som inte finns i tratten hittat och vägdes.
Figur 3. Råttor demonstrera ett ökande preferensen för livsmedel med högre fetthalt. A) Råttor demonstrera en signifikant preferens för 15%, 17,5%, 20% och 45% fett livsmedel, jämfört med 12,5%. (* P <0,05, genom ANOVA följt post hoc-test). B) Fett Preference metod resulterar i en "dos-effekt" kurva där företräde förändras med fett content jämfört med 12,5% fett livsmedel. Felstaplar representerar standardfelet av medelvärdet.
Figur 4. Representation i gram råttornas preferens för högre fet mat. Preferens uttryckt i gram mat som konsumeras kan ge ytterligare information om förändringar i den totala födointaget under loppet av experimentet. (* P <0,05, genom ANOVA följt post hoc test). Felstaplar representerar standardfelet av medelvärdet.
Figur 5. Representation i kalorier av råttornas preferens för högre fet mat.
| Fett | Kolhydrat | Protein | Energitäthet | |||||||
| Diet | % 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 innehåll experimentella livsmedel.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
The Fat preferens-modellen är en informativ och lätt att utföra analys av ätbeteende. Denna analys ger en möjlighet att identifiera neurala och molekylära mekanismer som ligger bakom mat preferenser, vilket är en viktig men understudied område av fetmaforskning. Förändringar i fett preferens från genetiska skillnader eller farmakologiska manipulationer kan visualiseras som åt höger eller vänster skift i preferenskurvan (Figur 3B). Det är viktigt att inkludera de mellersta fett livsmedel (15%, 17,5% och 20%) för att visualisera eventuella förändringar i preferenskurvan. De förändringar i den fettpreferenskurvan kan tolkas på liknande sätt hur de olika två flask val preferenstester tolkas 13,14. När råttorna har en bias mot att äta fettrik mat, ett minskat betydligt preferens fettrik mat representerar en möjlig farmakologiskt relevant förändring i livsmedlens sammansättning val. Faktum neuromedin U receptor 2 uttryck har nyligen been visat att förändra fett preferenser med hjälp av denna modell 15. Den färgade livsmedel (tabell 1) gör det enkelt att avgöra spill innan daglig mat väger (Figur 2). Detta bidrar till att säkerställa noggrann mätning av dagliga matintag. Metoden är också snabb att utföra och kan upprepas med ökande koncentrationer av fett i livsmedel.
Det finns några speciella överväganden för farmakologiska och genetiska manipulationer av fett preferens. I farmakologiska studier, är föreningen exponering en viktig faktor eftersom denna analys tar upp till 8 dagar. Därför kan farmakologiska föreningar behöva administreras en eller flera gånger per dag, beroende på halveringstiden och total dos av varje förening som testas. I genetiska studier, kan behandlingar såsom viral knockdown av en gen kräver 14 dagar för stabilt uttryck som kommer att förlänga den experimentella tidslinjen.
Den livsmedelskomposition i
En begränsning för detta förfarande är det stora antalet livsmedels trattar som kräver daglig vägning och rengöring. Fortunately, dessa höga arbets-och utrustningsperioderna är korta (två dagar per preferenstest), kräver minimal utbildning och kan varvas med perioder av endast 10% fett mat tillgång efter behov.
Denna modell har vissa begränsningar också. Först är de livsmedel som presenteras i en stigande ordning av fetthalten som kan ge en order effekt. Dock krävs detta för att minimera de långsiktiga effekterna av fettrik mat konsumtion på mat val. Lucas och kollegor har visat att rått konsumtion av ren eller emulgerade fett, förutom råttfoder, kommer att minska eller öka under dagarna, respektive 16. Detta skulle göra det svårt att tolka resultat från sjunkande fetthalt experiment eller efter tillgång till 45% fett mat i en latinsk kvadrat typ experiment. En andra begränsning är att upprepad användning av 12,5% fett livsmedel som utgångspunkt för jämförelse. En minskad preferens för 12,5% fett livsmedel skulle medföra en påtaglig ökning av preferensför den högre fet mat. Emellertid kunde misslyckas med att ha en konstant baslinje mat påverka fettintag 16 och göra en jämförelse av preferenser omöjligt. Slutligen kan våra resultat tolkas som en preferens för lägre kolhydrater och inte för hög fett. Men råttor föredrar ökar (minskar inte) kolhydrathalt 14,15 förkortning av giltighetstiden för denna tolkning.
Sammanfattningsvis kan det Fat Preferens modellen användas för att bestämma en råttas preferens mellan två livsmedel med olika fetthalt. Detta test gör det möjligt för försöksledaren att bestämma om genetiska bakgrunden eller läkemedelsbehandlingar kan manipulera fetthalten preferens för en råtta. Denna preferens för en fettrik kost ger utmärkt ansikte giltighet och utgör ett translationellt relevant modell för ätbeteende hos människor.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har ingenting att lämna ut.
Acknowledgments
Författarna vill erkänna finansiering från UL1TR000071 (NCATS), P30DK079638 (NIDDK), P30DA028821 (NIDA) och 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).
