Summary
Questo protocollo descrive l'uso di una dieta caffetteria molto appetibile e in stile occidentale per modellare l'eccesso di cibo e l'obesità nei roditori. Qui, forniamo un contorno dettagliato della selezione, preparazione e misurazione degli alimenti e spieghiamo i fattori metodologici che aiutano a generare un fenotipo robusto e riproducibile.
Abstract
L'obesità è in rapido aumento nell'incidenza nei paesi sviluppati e in via di sviluppo ed è noto per indurre o esacerbare molte malattie. L'onere sanitario dell'obesità e le sue condizioni comorbide evidenziano la necessità di una migliore comprensione della sua patogenesi, ma i vincoli etici limitano gli studi nell'uomo. A tal fine i modelli di obesità valida esternamente negli animali da laboratorio sono essenziali per la comprensione del sovrappeso e dell'obesità. Mentre molte specie sono state utilizzate per modellare la gamma di cambiamenti che accompagnano l'obesità negli esseri umani, i roditori sono più comunemente utilizzati. Il nostro laboratorio ha sviluppato una dieta caffetteria in stile occidentale che porta costantemente a un notevole aumento di peso e marcatori della malattia metabolica nei roditori. La dieta espone i roditori a una varietà di alimenti altamente appetibili per indurre l'iperfagia, modellando l'ambiente alimentare occidentale moderno. Questa dieta induce rapidamente aumento di peso e l'accumulo di grasso corporeo nei ratti permettendo per lo studio degli effetti di eccesso di cibo e obesità. Mentre la dieta della mensa non può fornire lo stesso controllo sul profilo di macronutrienti e micronutrienti come diete purificate ad alto contenuto di grassi o ad alto contenuto di grassi, ad alto contenuto di zucchero, la dieta della mensa induce in genere un fenotipo metabolico più grave rispetto a quello osservato con purificati diete ed è più in linea con i disturbi metabolici osservati nella popolazione umana in sovrappeso e obesi.
Introduction
L'obesità e le relative comorbilità contribuiscono enormemente al carico sanitario mondiale1 e rappresentano il 7% del carico di malattie in Australia2. Un fattore di rischio principale per l'obesità è il consumo di diete malsane ad alto contenuto di grassi saturi e carboidrati raffinati, e a basso contenuto di fibre e micronutrienti3. Identificare gli obiettivi per l'intervento terapeutico per l'obesità richiede modelli in grado di valutare sistematicamente gli effetti su più sistemi biochimici e fisiologici. La nostra comprensione dell'eziologia dell'obesità è stata notevolmente avanzata dal lavoro utilizzando modelli di roditori, dove gli effetti comportamentali, metabolici e molecolari possono essere studiati nel tempo in condizioni controllate in cui i fattori ambientali possono essere facilmente Manipolato.
Il modello di dieta caffetteria (CAF) di obesità indotta dalla dieta consiste nell'integrare la dieta di chow standard dei roditori con una varietà di alimenti appetibili che sono ad alto contenuto di grassi saturi, carboidrati raffinati, o entrambi. Esempi di questi alimenti includono torte, biscotti dolci e snack salati ad alto contenuto di grassi (come carni trasformate, formaggio e patatine). Promuove in modo affidabile l'iperfagia e rapido aumento di peso nei roditori. Le caratteristiche principali del modello sono la fornitura di una varietà di alimenti altamente appetibili, progettati per simulare l'ambiente alimentare moderno. L'accesso alla varietà aumenta l'assunzione di cibo nei ratti nel breve termine4 e negli esseri umani5 anche quando gli alimenti sono abbinati per appeguarsi e variano solo nel sapore e nei segnali olfattivi4,6. Tuttavia, uno studio ha mostrato che fornire diete purificate abbinate a energia e macronutrienti che variavano nel sapore e nella consistenza non ha avuto alcun effetto sull'aumento di peso corporeo a lungo termine nei ratti7, suggerendo che la composizione dei nutrienti e distinti effetti post-orali diversi alimenti possono anche contribuire all'eccesso di cibo. L'esposizione a molteplici gusti e consistenze supera la sazietà sensoriale-specifica, che descrive la diminuzione del desiderio di mangiare un cibo mangiato di recente rispetto ad un'alternativa5. In molte coorti nel nostro laboratorio, abbiamo osservato allo stesso modo che l'uso di alimenti altamente appetibili amplifica ulteriormente l'eccesso di cibo.
Questa dieta CAF è stata utilizzata per oltre 40 anni, da quando Sclafani8 ha riferito che i ratti femminili esposti a un assortimento di "cibi al supermercato" (marshmallow, cioccolato, burro di arachidi, biscotti, salami e formaggio tra loro) hanno esibito un aumento di peso accelerato rispetto ai controlli. Questo e altri studi precoci hanno notato che le diete in stile CAF sembravano accelerare l'aumento di peso in modo più efficace rispetto alle diete pure ad alto contenuto di grassi o ad alto contenuto di carboidrati 8,9. Il lavoro degli anni '80 ha caratterizzato i profili macronutrienti10 e i modelli di pasto11 dei ratti alimentati diete CAF, e ha mostrato profondi cambiamenti ai livelli di massa grassa e insulina9,10 e termogenesi12. Il nostro gruppo ha utilizzato la dieta CAF per modellare l'obesità per oltre due decenni13,14 e durante questo periodo abbiamo usato diverse varianti della dieta. I ratti sono presentati con almeno due prodotti alimentari dolci e due salati ogni giorno, oltre a cibo regolare e acqua. Negli ultimi anni abbiamo iniziato a integrare gli alimenti solidi CAF con soluzione di saccarosio al 10%. La capacità di adattare la dieta CAF a diversi progetti sperimentali è un punto di forza del modello.
Le diete CAF promuovono l'iperfagia immediata (cioè, entro i primi 24 h) e guadagni costanti nel peso corporeo e nella massa grassa. Tuttavia, una conseguenza della massimizzazione della varietà è che l'assunzione di macronutrienti e micronutrienti non è controllata, un punto di vista come un difetto insormontabile15. Gli studi sull'obesità indotta dalla dieta usano più comunemente diete ad alto contenuto di grassi purificati (HF) o combinate ad alto contenuto di grassi e zuccheri (HFHS), che offrono un controllo preciso sul contenuto nutrizionale e sono meno laboriose rispetto al modello CAF, che richiede un monitoraggio quotidiano e un'attenta pianificazione ed esecuzione del programma. La rilevanza traslazionale delle diete HF purificate disponibili in commercio è un argomento di dibattito in corso, poiché il loro profilo di acidi grassi e le proporzioni di grassi e saccarosio potrebbero non allinearsi con l'assunzione alimentare umana16. Mentre la dieta CAF non offre lo stesso grado di controllo sulla composizione dei nutrienti delle diete purificate, mira a modellare l'appetibilità e la varietà che caratterizza le opzioni alimentari nella maggior parte delle società moderne.
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Protocol
Il protocollo qui descritto è stato ottimizzato per l'uso nei ratti. Mentre abbiamo usato con successo la dieta CAF nei topi17,18, la macinazione degli alimenti morbidi può introdurre un ulteriore errore riducendo l'affidabilità delle misure di assunzione di cibo19. Questo protocollo è approvato dal Comitato per la cura e l'etica degli animali dell'Università del Nuovo Galles del Sud e conforme alle linee guida australiane per l'uso e la cura degli animali a fini scientifici (8a edizione) fornite dall'Australian National Health e Consiglio della ricerca medica.
NOT: Pochissimi effetti negativi sono stati osservati nei nostri studi a breve termine (cioè <10 settimane ad accesso al libitum CAF); non ci sono prove di cambiamenti al benessere generale, attività, sociabilità o comportamento ansioso-come nei ratti sulla dieta CAF20. Dopo intervalli più lunghi (>16 settimane) sono stati osservati incidenti cardiovascolari molto occasionali nei ratti alimentati da CAF.
1. Acclimatazione degli animali e alloggi
- Acclima ratti alla struttura per 5-7 giorni dopo l'arrivo con accesso gratuito per controllare la dieta e l'acqua. Gestire i ratti ogni giorno a partire 24 h dopo l'arrivo; La dieta CAF comporta l'interazione quotidiana con la gabbia, quindi una manipolazione regolare è importante.
- Garantire che l'arricchimento ambientale sia fornito a tutte le gabbie. Una gabbia standard contiene una scatola di methaccrili di polimetillato rosso, materiale da nido e un bastone da masticare in legno, che è importante perché gli alimenti morbidi forniti all'interno della dieta CAF possono provocare ratti che sviluppano malocclusione senza accesso a oggetti più duri da masticare.
- Prima di iniziare la dieta CAF, assegnare le gabbie ai gruppi CAF o chow e assicurarsi che siano abbinati per il peso corporeo iniziale confrontando la media e la gamma di pesi corporei tra i gruppi e riassegnando se necessario. Poiché l'esposizione all'illuminazione può influenzare i ritmi circadiani, l'assunzione di cibo e l'attività, assicurarsi che le gabbie CAF e chow siano distribuite uniformemente nella stanza della colonia.
NOT: I roditori formano gerarchie sociali quando sono ospitati in gruppo (soprattutto maschi). Gli effetti dello stress sociale sono parzialmente controllati assicurando che i ratti siano alloggiati con altri di un peso corporeo simile (per ridurre il bullismo all'interno di una gabbia). Inoltre, la dieta della caffetteria dovrebbe essere distribuita uniformemente intorno alla gabbia in modo che tutti i ratti abbiano accesso alla dieta.
2. Selezione dieta e configurazione
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Pianificazione
- Assicurarsi che la carne regolare e l'acqua siano sempre disponibili e siano integrati con un minimo di due dolci e due salati al giorno (un esempio di programma settimanale è mostrato nella Tabella 1; opzioni alimentari per 3 giorni mostrate nella Figura 1). Gli extra opzionali sono prodotti ad alto contenuto di grassi, chow ad alto contenuto di zucchero e soluzione di saccarosio al 10%.
- Scegli gli alimenti all'interno di ogni categoria che sono simili in proporzioni macronutrienti: tutti gli articoli dolci sono relativamente più alti in carboidrati rispetto ai grassi e tutti gli elementi salati sono più alti nel grasso che nei carboidrati. Mira reperire proporzioni simili di grassi, carboidrati, zucchero e proteine in ogni insieme giornaliero di alimenti CAF.
- Monitorare regolarmente il consumo durante l'esperimento in modo che il menu possa essere adattato, se necessario, per sostenere l'iperfagia. La tabella 2 fornisce informazioni sulla densità di energia e sui macronutrienti per diversi alimenti di esempio e suggerisce quantità iniziali per 200 g di ratti Maschi Sprague Dawley.
- Evitare di nutrire qualsiasi singolo alimento in giorni consecutivi o troppo spesso in una settimana, in quanto ciò può diminuire l'assunzione di tale cibo. In questo caso, omettere il cibo dal programma per alcuni giorni prima di re-incorporare.
NOT: I ratti possono mostrare neofobia e la maggior parte dei nuovi alimenti richiedono esposizioni ripetute per determinare se saranno consumati. I ratti in genere non preferiscono cibi contenenti lievito (pane, pizza, ecc.) o quelli con aromi di agrumi o caffè.
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Cibi umidi
- Considerare la presentazione di alimenti più in alto nel contenuto di umidità in un contenitore come una latta di tonno, per evitare di sporcare la biancheria da letto. In tal caso, devono essere forniti contenitori vuoti anche per le gabbie di controllo.
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Approvvigionamento di dieta
- Assicurarsi che gli alimenti CAF utilizzati siano punti fermi o ottengano abbastanza per l'intero esperimento in modo che gli alimenti rimangano coerenti e non debbano essere sostituiti.
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Stoccaggio della dieta
- Conservare gli alimenti come indicato sulla confezione o a -20 gradi centigradi e scongelare la sera prima dell'uso. Conservare i prodotti secchi (biscotti) in un contenitore ermetico.
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Soluzione di sucrosi (opzionale)
- Preparare la soluzione di saccarosio, in genere 10% (w/v) in massa (2–5 L) e conservare a 4 gradi centigradi quando non è in uso.
- Sostituire le bottiglie di saccarosio settimanali (al minimo) per prevenire la crescita batterica o fungina. Ispezionare le bottiglie ogni giorno e sostituirle se si osservano segni di crescita.
NOT: Il saccarosio è fornito in aggiunta all'acqua, che è sempre disponibile.
3. Preparazione dieta caffetteria
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Sbrinamento
- Estrarre le quantità appropriate di alimenti CAF per scongelare 24 h prima dell'uso. Il cibo può essere scongelato utilizzando un forno a microonde, ma non deve essere presentato mentre è caldo.
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Rifornimento giornaliero della dieta CAF
- Cambiare gli alimenti dietetici CAF ogni giorno assicura che la varietà sia massimizzata e il sporco delle gabbie è ridotto al minimo. Poiché i ratti mangiano la maggior parte della loro assunzione giornaliera nella parte iniziale del ciclo buio, programmare il rifornimento di cibo CAF vicino all'inizio del programma buio in modo che il cibo è fresco in questo momento. Rifornire la dieta CAF in un giorno in cui l'assunzione di cibo non viene misurata.
- Alimenta i gruppi chow in un modo che assicura che questo gruppo abbia un'esperienza quotidiana simile, come segue.
- Girare le bottiglie d'acqua (beccucci), posizionare la gabbia sullo spazio di lavoro e rimuovere il coperchio.
- Disturbare leggermente la biancheria da letto per circa 20 s, per simulare il processo di raccolta di prodotti alimentari dalla biancheria da letto delle gabbie CAF.
- Mettere una piccola manciata di pellet chow dalla tramoggia nella biancheria da letto, per equiparare l'esposizione al cibo sulla biancheria da letto gabbia.
- Riportare il coperchio della gabbia e tornare al rack, sostituendo le bottiglie d'acqua solo quando la gabbia è depositata al fine di ridurre al minimo la fuoriuscita.
- Nutrire i gruppi di mensa
- Preparare gli articoli dietetici CAF in un contenitore etichettato per ogni gabbia.
- Girare le bottiglie d'acqua (beccucci), posizionare la gabbia sullo spazio di lavoro e rimuovere il coperchio.
- Rimuovere la maggior parte della vecchia dieta caffetteria dalla biancheria da letto possibile.
- Inserire la dieta fresca della mensa nella gabbia.
- Chiudere la gabbia e tornare al rack.
- Sostituire l'acqua e le bottiglie di saccarosio.
NOT: Per evitare di esporre i ratti chow alla dieta CAF, prendere in considerazione l'alimentazione di gabbie chow prima delle gabbie CAF, o viceversa. I guanti devono essere cambiati tra la manipolazione di ratti di diversi gruppi di dieta.
- Ricaricare chow, acqua e bottiglie di saccarosio, se necessario. Fare questo dopo altre procedure è più efficiente come scatole sono più pesanti dopo aver riempito il cibo e l'acqua.
NOT: Le scatole CAF sporcano più rapidamente e devono essere cambiate più spesso per evitare lo stress indotto dall'esposizione alla biancheria da letto bagnata e da forti odori. Ispezionare la biancheria da letto ogni giorno e cambiare in base alle esigenze.
4. Assunzione di cibo oltre 24 H
NOT: Le misurazioni dell'assunzione di cibo sono condotte su un periodo discreto di 24 ore su più volte alla settimana.
- Quando si iniziando la dieta CAF, misurare l'assunzione di cibo e 24 h assunzione di cibo almeno due volte a settimana per monitorare l'efficacia della dieta. Iniziare le misurazioni dell'assunzione di cibo vicino all'inizio della fase oscura. L'obiettivo è quello di presentare lo stesso insieme di alimenti CAF nei giorni di misurazione dell'assunzione di cibo, poiché l'equiparazione per densità di sapore e di energia consentirà un monitoraggio accurato dei cambiamenti nel tempo.
NOT: Ciò potrebbe non essere possibile per studi che richiedono >2 misurazioni dell'assunzione di cibo a settimana, poiché esposizioni eccessive agli stessi alimenti possono ridurre l'iperfagia nel tempo. -
CAF e misure di controllo dell'assunzione di diete
- Preparare la dieta CAF e metterla in un contenitore etichettato per ogni gabbia, pesando e registrando ogni componente. La figura 1 mostra un set completo di alimenti CAF. La tabella 3 è costituita da un esempio di foglio di monitoraggio dell'assunzione di cibo.
- Riempire l'acqua, il saccarosio e i livelli di chow come richiesto.
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Per gabbie chow (controllo)
- Girare le bottiglie d'acqua (beccucci in su), posizionare la gabbia sullo spazio di lavoro e rimuovere il coperchio.
- Pesare i ratti e poi trasferirli in una gabbia con biancheria da letto fresca, insieme con arricchimento ambientale.
- Registrare il peso delle bottiglie d'acqua e del chow.
- Sostituire il coperchio della gabbia, riportare la gabbia al rack, quindi girare le bottiglie d'acqua. Piccoli cartelli che dicono "FOOD INTAKE" possono essere aggiunti alla gabbia per informare gli addetti ai ricercatori e non toccare bottiglie e chow.
-
Per le gabbie CAF:
- Eseguire gli stessi passaggi del passaggio 4.3. Inoltre disperdere il contenitore pre-pesato di alimenti CAF intorno alla gabbia con biancheria da letto fresca prima che i ratti vengano trasferiti.
- Lasciare i ratti per un periodo di 24 ore con disturbo minimo. Registrare eventuali interruzioni impreviste (ad esempio, l'arrivo di nuovi ratti nella stanza della colonia o i cambiamenti nel rumore ambientale).
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Terminare la misurazione dell'assunzione di cibo
- Registrare il peso delle bottiglie d'acqua e chow per le gabbie chow, cercando con cura la biancheria da letto per pezzi di chow. Rimuovere il segno di "assunzione di cibo" dalle gabbie una volta completato.
- Preparare una dieta CAF fresca per le gabbie CAF.
- Per ogni gabbia CAF
- Registrare il peso di acqua, chow e saccarosio.
- Rimuovere il coperchio della gabbia e l'arricchimento ambientale.
- Rimuovere con attenzione i frammenti CAF dalla biancheria da letto e metterli in contenitori separati. Rimuovere prima i pezzi più grandi e poi setacciare sistematicamente tutta la biancheria da letto della gabbia da un'estremità all'altra utilizzando delicati movimenti di spazzamento.
NOT: Applicare lo stesso grado di cura a ogni gabbia durante la raccolta del cibo. Registrare dove una gabbia è stata particolarmente disordinata: in alcuni casi i ratti macinano torta e/o biscotto in una polvere fine difficile da raccogliere. Questo può gonfiare artificialmente le misure di assunzione di cibo. - Distribuire la nuova dieta CAF intorno alla gabbia, restituire l'arricchimento ambientale, chiudere il coperchio della gabbia e riportarlo al rack, rimuovendo il segno di "assunzione di cibo".
- Peso record di ogni alimento CAF al più vicino 0,1 g. Sottrai il cibo rimanente dal peso iniziale del cibo per ottenere il cibo totale consumato per gabbia, quindi divide per il numero di ratti in ogni scatola (assumendo così la stessa assunzione).
- Moltiplicare la quantità consumata (g/rat) per la densità di energia (kJ/g) di ogni alimento fornito dal produttore.
NOT: Per calcolare l'assunzione di macronutrienti usiamo assumere densità di energia di 16,7 kJ / g per carboidrati e proteine, e 37 kJ / g per il grasso.
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Representative Results
Come mostrato nella Figura 2A, l'alimentazione dietetica CAF produce un aumento di 2,5 volte dell'apporto energetico rispetto ai controlli dei chow, sulla base dei dati di tre coorti di ratti Maschi Sprague Dawley, che è coerente in 6 settimane. Altri studi hanno confermato che questa estensione di iperfagia è sostenuta oltre 1021 e 16 esperimentidi 22 settimane. La curva di peso (Figura 2B) indica l'alimentazione di dieta CAF porta ad una differenza del 20% nel peso corporeo medio rispetto al controllo dopo 3-4 settimane di dieta, paragonabile all'aumento di peso corporeo coerente con l'insorgenza dell'obesità negli esseri umani. A 6 settimane, la differenza media nell'aumento di peso corporeo tra CAF e gruppi di controllo è 67% (Figura 2C) e l'adiposità, determinata da EchoMRI, è approssimativamente raddoppiata (Figura 2D). I ratti nutriti con caffetteria in genere mangiano il 5-10% della loro energia quotidiana come chow (5 g/ratto/giorno).
I profili di assunzione dei macronutrienti possono essere calcolati sui giorni di misurazione dell'assunzione di cibo utilizzando le informazioni nutrizionali dei produttori di prodotti. Osserviamo l'assunzione costante di macronutrienti tra i sessi e le età, con ratti alimentati da CAF che consumano circa l'8% di energia come proteina, il 34% come grasso e il 58% come carboidrati. Il nostro chow di manutenzione fornisce il 22% di proteine, 13% grassi e 65% carboidrati. Rispetto alle stime del consumo di macronutrienti nelle popolazioni umane (18,3% di proteine, 44,9% carboidrati e 30,9% grassi in Australia23; 15,7% proteine, 48,7% carboidrati e 33,7% grassi negli Stati Uniti d'America24),i nostri ratti nutriti da CAF consumano una percentuale inferiore di energia come proteina, una percentuale più alta di carboidrati e una percentuale comparabile di grassi. Tuttavia, quando si considera l'assunzione assoluta, i ratti alimentati da CAF mangiano troppo tutti e tre i macronutrienti rispetto ai controlli(Figura 3A-C per i maschi, Figura 3D–F per le femmine), indicando che non sono carenti di proteine. Piuttosto, la composizione dei macronutrienti deriva dalla drammatica iperfagia evocata, che è guidata prevalentemente dall'eccesso di carboidrati e dall'assunzione di grassi, di solito non osservata nei soggetti umani che tendono a diventare sovrappeso e sviluppare l'obesità più gradualmente.
Uno studio recente che abbiamo condotto suggerisce che i ratti femminili possono essere particolarmente vulnerabili agli effetti obesogenici della dieta CAF. L'assunzione di energia è stata 3,8 volte maggiore nelle donne alimentate da CAF rispetto ai controlli, che è stato sostenuto nell'arco di 6 settimane(Figura 4A). Una differenza di peso del 20% tra i gruppi è stata osservata dopo solo 2 settimane di esposizione al CAF(Figura 4B). Dopo 6 settimane di esposizione alla dieta, l'aumento di peso corporeo è stato 12 volte maggiore nei ratti CAF (Figura 4C) e la massa grassa è stata raddoppiata (Figura 4D) rispetto a controlli sani. Il suggerimento di una maggiore suscettibilità all'aumento di peso indotto dalla dieta nelle femmine è supportato da uno studio precedente di Sclafani e Gorman, che ha mostrato che una dieta di mensa ha indotto significativamente maggiore aumento di peso nelle femmine rispetto ai maschi25.
Fornire troppo poco di ogni alimento CAF può vincolare artificialmente le misurazioni dell'assunzione di energia. Questo è più facilmente affrontato controllando che ci sia del cibo rimanente nelle gabbie CAF 24 h dopo l'alimentazione (quando il cibo è rinfrescato). La figura 5 mostra come l'uso di più set alimentari per l'assunzione di cibo possa portare a cambiamenti sostanziali nell'assunzione di macronutrienti, nonostante l'assunzione complessiva di energia comparabile. In questo caso, la variabilità era dovuta principalmente all'equilibrio di grassi e carboidrati in uno sfondo di costante assunzione di proteine. Le analisi dei set alimentari utilizzati hanno indicato che le elevate assunzioni di carboidrati sono state osservate quando è stata fornita una torta altamente preferita; più elevate assunzioni di grassi sono stati osservati quando questa torta era assente.
Figura 1: Esempio di dieta caffetteria in tre giorni. La dieta CAF dovrebbe consistere in cibo vario ogni giorno per indurre iperfagia sostenuta. La preparazione degli alimenti CAF può essere semplificata posizionando il cibo di ciascuna gabbia in un contenitore designato. Ciò consente una consegna facile e tempestiva in ogni gabbia. Giorno 1 - pepite di pollo, cibo per cani aromatizzato alla carne di manzo, biscotti alla crema al cioccolato, jam roll, dieta purificata ad alto contenuto di grassi. Giorno 2 - torta di carne, pepite di pollo, biscotti scotch finger, torta di fango al caramello. Giorno 3 - dim sum, cibo per cani aromatizzato al pollo, biscotti crema di crema pasticcera, cheesecake al mirtillo. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Risultati rappresentativi in più coorti maschili. La dieta CAF produce un aumento costante dell'assunzione di energia (A) e del peso corporeo (B) per 6 settimane nei ratti adulti maschi. Questo è accompagnato da aumenti significativi nell'aumento di peso corporeo (C) e massa grassa (D) quando valutato da EchoMRI a 4 settimane di dieta. I dati sono rappresentati come media : SEM; n - 48 per i singoli dati; n - 12 per i dati sull'assunzione di energia (gabbia come unità di analisi). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Assunzione di sostanze macronutrienti in più coorti maschili. L'esposizione alla dieta CAF aumenta l'assunzione totale di carboidrati (A), grassi (B) e proteine (C) per i ratti maschi. Questi aumenti sono comparabili nei ratti femminili per l'assunzione di carboidrati (D), grassi (E) e proteine (F). I dati sono rappresentati come media : SEM; n - 12 o n - 4 gabbie (rispettivamente maschi e femmine) in media su 6 settimane. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: Risultati rappresentativi in una coorte femminile. La dieta della caffetteria produce un aumento costante dell'assunzione di energia (A) e del peso corporeo (B) nell'arco di 6 settimane nei ratti adulti femminili. Dopo 6 settimane di dieta si osserva anche una sostanziale differenza nell'aumento di peso corporeo (C) e nella massa grassa (D). I dati sono rappresentati come media : SEM; n - 12 per i singoli dati; n - 4 per i dati sull'assunzione di energia. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 5: Assunzione di macronutrienti nel tempo. L'utilizzo di più set alimentari per valutare l'assunzione di cibo può portare a differenze nell'assunzione di macronutrienti nel tempo date le differenze nelle preferenze individuali in una coorte di ratti maschi. I dati sono rappresentati come media : SEM; n - 4 gabbie. Si noti che l'assunzione complessiva di macronutrienti corrisponde allo schema di solito osservato; I ratti alimentati da CAF consumavano il 60% di energia come carboidrati, 33% grassi e 8% proteine, come energia. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
| Lunedì | Martedì | Mercoledì | Giovedì | Venerdì | Sabato | Domenica | |
| ALIMENTI GIORNALIERI | Chow sano e acqua potabile | ||||||
| dolce | un | d | B | un | sec | B | E (in questo modo |
| PROTEINE 1 | un | sec | d | un | sec | d | un |
| PROTEINE 2 | B | B | un | B | B | un | sec |
| biscotto | B | un | sec | B | d | sec | un |
| ALIMENTI GIORNALIERI AGGIUNTIVI OPZIONALI | HFHS chow, soluzione di saccarosio al 10% | ||||||
Tabella 1: Esempio di piano alimentare settimanale per la dieta della mensa. La dieta CAF promuove l'iperfagia fornendo una varietà di alimenti appetibili che sono variati quotidianamente, come mostrato in questo esempio piano alimentare settimanale. Le lettere A-E denotano cibi unici per quel gruppo di alimenti (ad esempio, la torta A potrebbe indicare una torta di fango al cioccolato e una spugna di vaniglia Cake B). I giorni di assunzione di cibo, ombreggiati in grigio, dovrebbero essere posizionati uniformemente per tutta la settimana e idealmente sono mantenuti il più coerenti possibile. Mentre la dieta CAF include sempre l'accesso continuo a ciale sane e acqua, gli alimenti giornalieri aggiuntivi opzionali possono includere chowHF o HFHS e una soluzione di saccarosio al 10%.
| PER 100g (derivato dal produttore) | ENERGIA PER 1g | Valore iniziale consigliato (kJ/rat) | |||||||||||
| cibo | Energia (kJ) | Proteine (g) | Grasso totale (g) | Grassi saturi (g) | Carboidrato totale (g) | Zucchero (g) | Energia (kJ/g) | Proteine (kJ) | Grasso totale (kJ) | Grassi saturi (kJ) | Carboidrato totale (kJ) | Lo zucchero (kJ) | |
| Proteina A | 830.00 | 6.00 | 6.10 | 3.20 | 28.90 | 2.20 | 8.19 | 1.02 | 2.26 | 1.18 | 4.91 | 0.37 | 350.00 |
| Proteina B | 906.00 | 7.30 | 11.10 | 4.60 | 21.10 | 1.80 | 8.94 | 1.24 | 4.11 | 1.70 | 3.59 | 0.31 | 350.00 |
| Torta A | 1470.00 | 4.60 | 13.30 | 3.70 | 52.40 | 33.10 | 14.61 | 0.78 | 4.92 | 1.37 | 8.91 | 5.63 | 200.00 |
| Torta B | 1660.00 | 4.00 | 18.40 | 4.30 | 53.60 | 36.30 | 16.60 | 0.68 | 6.81 | 1.59 | 9.11 | 6.17 | 200.00 |
| Cookie A | 1920.00 | 4.30 | 20.60 | 12.70 | 63.20 | 33.20 | 19.10 | 0.73 | 7.62 | 4.70 | 10.74 | 5.64 | 200.00 |
| Cookie B | 2040.00 | 5.70 | 21.00 | 11.20 | 8.50 | 4.10 | 10.18 | 0.97 | 7.77 | 4.14 | 1.45 | 0.70 | 200.00 |
Tabella 2: Informazioni nutrizionali per gli alimenti selezionati per la mensa. Questa tabella descrive le informazioni nutrizionali ottenute per diversi elementi fondamentali della dieta CAF. È importante garantire che le opzioni giornaliere forniscano disponibilità macronutrienti simili e che i ratti abbiano accesso a proteine adeguate. Per ogni insieme giornaliero di alimenti utilizzati, è utile calcolare la densità energetica complessiva e il contenuto dei macronutrienti. La colonna finale contiene il volume iniziale raccomandato di ogni alimento (come energia per ratto) per i ratti Maschi Sprague Dawley a 200 g.
| gabbia | ACQUA (g) | CHOW (g) | Torta A (g) | Proteina A (g) | Proteina B (g) | Cookie B (g) | ||||||
| in | Cambio | in | Cambio | in | Cambio | in | Cambio | in | Cambio | in | Cambio | |
| 1 (CHOW) | ||||||||||||
| 2 (CAF) | ||||||||||||
| 3 (CHOW) | ||||||||||||
| 4 (CAF) | ||||||||||||
Tabella 3: Esempio di foglio di assunzione di cibo. I pesi di ogni alimento CAF (g, per gabbia) devono essere accuratamente registrati su un foglio di calcolo.
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Discussion
Esponendo i ratti a una varietà di alimenti altamente appetibili ad alto contenuto di grassi e zuccheri, il protocollo di dieta CAF descritto qui fornisce un modello affidabile e robusto della cosiddetta "dieta occidentale" consumata da molte persone. L'iperphagia, valutata come un aumento significativo dell'assunzione di energia rispetto ai controlli, si osserva entro i primi 24 h di esposizione, con differenze di peso corporeo statisticamente significative osservate in poche settimane. Così, CAF è un modello efficace di obesità indotta dalla dieta per i roditori.
Diversi studi hanno riferito che le diete in stile CAF producono un fenotipo dell'obesità più esagerato rispetto alle diete HF o HFHS purificate. Sampey et al.26 ha mostrato che rispetto ai ratti alimentati con una dieta HF, l'esposizione al CAF ha portato a una maggiore infiammazione del fegato e dei tessuti adiposi, a una maggiore tolleranza al glucosio e a una maggiore resistenza all'insulina. Mentre tale studio ha usato un HFD basato sul lardo, altri due esperimenti hanno scoperto che le diete CAF aumentavano l'adiposità rispetto agli HFD a base di burro27 e olio di cocco28. Allo stesso modo, Higa ealtri hanno scoperto che mentre entrambe le diete HF e CAF aumentavano il grasso viscerale rispetto alla dieta di controllo nei topi, solo CAF aumentava l'assunzione di cibo e accelerava l'insorgenza di iperglicemia, intolleranza e insulino-danni29. Un altro studio sui topi ha riferito che oltre agli effetti metabolici più pronunciati, l'esposizione al CAF ha aumentato l'incidenza di patologie epatiche e cardiache (fibrosi, steatosi e misure di apoptosi) rispetto a un HFD30purificato. Tuttavia, recenti lavori hanno dimostrato che una "dieta occidentale" appositamente formulata ha prodotto effetti più forti sulle misure metaboliche, adipose e infiammatorie rispetto a una dieta CAF tradizionale31. Ulteriore lavoro per identificare come diversi tipi di diete obesogeniche influenzano gli esiti metabolici è necessario, in quanto ci sono dati limitati che confrontano le diete mense con diete purificate ad alto contenuto di zucchero, o ad alto contenuto di zucchero e grassi.
La maggior parte del nostro lavoro con questo modello è stato con i ratti Sprague-Dawley. Il protocollo CAF è stato ottimizzato per studiare gli effetti metabolici32 dell'ambiente alimentare moderno. Abbiamo utilizzato questo modello per studiare la microstruttura dell'alimentazione attraverso il giorno22, modelli di accesso intermittente di 'bingeing'33 e in esperimenti in cui l'assunzione di energia è giovaper ai livelli di controllo34. Studi più recenti hanno esaminato gli effetti dietetici sulla cognizione20,35 e il microbioma intestinale36,37. Versioni della dieta CAF sono stati utilizzati anche per studiare l'obesità materna38 e per esplorare le risposte alimentari ai peptidi di alimentazione ipotalamica nell'obesità14.
È importante notare che mentre c'è un grande corpo di prove che indicano che la dieta caffetteria induce iperfagia e obesità in ratti e topi, questi studi sono stati in gran parte condotti in outbred Sprague Dawley13,14, 20,39,40,41,42 e Wistar6,26,31,43,44 ratti, con relativamente pochi studi effettuati in Balb/c17,18 e Svizzera45,46 topi e altri ceppi di roditori. Pertanto non è noto se gli effetti della dieta mensa riportati nella letteratura saranno osservati in altri ceppi, soprattutto perché ci sono differenze di ceppo note in risposta alle diete obbedienti in entrambi i ratti47,48 e topi49. Inoltre, l'età e il peso di partenza sono anche importanti fattori metodologici che possono modulare gli effetti delle diete obesogeniche sugli esiti metabolici25. La maggior parte del nostro lavoro precedente ha iniziato i ratti sulla dieta CAF nella prima età adulta, compresi gli studi che generano i dati rappresentativi riportati qui.
Dovrebbero essere presi in considerazione anche diversi fattori locali. Il programma alimentare qui proposto potrebbe essere necessario modificare quando si imposta la dieta CAF per l'uso con un ceppo o fornitore diverso. Le forniture alimentari locali determineranno gli alimenti CAF specifici da utilizzare e il consumo deve essere monitorato attentamente ogni volta che viene introdotto un nuovo alimento. Le informazioni nutrizionali fornite sulle confezioni alimentari devono essere conservate e controllate nel tempo per garantire l'accuratezza dei calcoli dei macronutrienti.
Il successo dell'applicazione del modello CAF richiede un'attenta pianificazione e monitoraggio quotidiano delle gabbie. È necessario ulteriore tempo per acquistare, scongelare e preparare gli alimenti ogni giorno e i giorni di misurazione dell'assunzione di cibo sono laboriosi. Questi fattori possono costituire vincoli logistici e devono essere presi in considerazione quando si valuta il modello per l'uso. I ricercatori interessati ad adattare il modello CAF dovrebbero pertanto considerare che il fenotipo affidabile per iperfagia e obesità osservato con CAF comporta un controllo ridotto sull'assunzione di nutrienti e un aumento dei tempi di preparazione.
Sono importanti prendere in considerazione diverse limitazioni del modello CAF. Poiché questo modello consente ai roditori di selezionare gli alimenti, l'assunzione di macronutrienti non può essere determinata per i singoli ratti a meno che non venga impiegato un alloggio individuale. Mentre l'assunzione media di macronutrienti tra le coorti è relativamente stabile, osserviamo la variabilità nelle risposte metaboliche dei ratti alla dieta CAF all'interno delle coorti, che possono riguardare le differenze nella selezione della dieta individuale. Inoltre, gli articoli dietetici CAF non sono fortificati, il che significa che la disponibilità di micronutrienti può essere bassa. Tuttavia, i nostri ratti hanno sempre accesso a un chow sano e nutrizionalmente completo (che in genere comprende il 5-7% dell'assunzione di energia) e sono dotati di rotolo di cane nutrizionalmente completo come alimento salato su 3-4 giorni alla settimana. È anche importante notare che la bassa disponibilità di micronutrienti è osservata nelle diete umane in stile occidentale ad alto contenuto di grassi e zuccheri, e un'alta percentuale di adulti con obesità mostra carenza di micronutrienti50.
Ci sono anche diversi importanti avvertimenti da notare per quanto riguarda la misurazione dell'assunzione di cibo. Poiché individuare tutti i frammenti di cibo è impossibile, è importante assicurarsi che venga utilizzata una procedura identica per ogni gabbia. Poiché l'assunzione di cibo viene misurata su base per gabbia, analizziamo l'assunzione di energia con gabbia come unità di analisi, assumendo lo stesso consumo per tutti i ratti all'interno. Tuttavia, poiché il modello è stato esplicitamente progettato per massimizzare la scelta e la varietà, è probabile che vari nove l'assunzione totale di energia, i profili dei macronutrienti e dei micronutrienti per i singoli ratti CAF. Ciò nonostante, Questo fornisce l'opportunità di studiare le differenze individuali nel consumo e la risposta metabolica alla dieta CAF. Ulteriori studi che confrontano i roditori maschi e femmine abbinati all'età per tutta la durata della vita saranno importanti per caratterizzare pienamente le differenze di sesso in risposta alla dieta. Infine, i modelli di roditori non possono - e non tentano di - ricreare la complessa gamma di fattori economici, psicologici e sociali che influenzano il comportamento alimentare umano. Tuttavia, dati i circuiti neurali omologhi alla base del comportamento alimentare tra i mammiferi e la simile risposta fisiologica al bilancio energetico positivo (cioè nella deposizione di grassi e funzione metabolica alterata), riteniamo che questo modello abbia un valore capire come le diete povere e l'obesità altino la funzione del corpo e del cervello.
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Disclosures
Gli autori non dichiarano interessi o divulgazioni concorrenti.
Acknowledgments
Il lavoro è stato sostenuto dalle sovvenzioni del progetto NHMRC (#568728, #150262, #1126929) a MJM.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2-5 L plastic bottle | For preparing 10% sucrose solution, if applicable | ||
| Chopping board | Plastic is advised | ||
| Freezer | For storing CAF foods | ||
| Gordon's maintenance rodent chow | Gordon's Specialty Stockfeeds (Australia) | Maintenance diet used in our laboratory (14 kJ/g; 65% carb, 13% fat and 22% protein, as energy) | |
| Large plastic storage boxes | All items above can be stored in containers for easy access | ||
| Large spoon | For CAF diet preparation | ||
| Microwave | For CAF diet thawing (when required) | ||
| Non-serrated knife | For CAF diet preparation | ||
| Paper towel | Important for cleaning work surfaces and the knife during CAF prep | ||
| Plastic containers | These are for weighing CAF food items on measurement days | ||
| Plastic funnel | For preparing 10% sucrose solution, if applicable | ||
| Red light | As CAF diet should be refreshed near the onset of the dark phase each day, a red light will assist when working in the dark | ||
| Tuna tins | For presenting 'wetter' CAF food items. Plastic containers may also be suitable | ||
| Weigh container x 3 | Separate containers should be used to weigh rats, chow & bottles, and CAF foods | ||
| Weighing scale | Sensitivity to 0.1 g is recommended | ||
| White sugar | For 10% sucrose solution, if applicable |
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