Summary
Denne protokollen beskriver bruken av en svært velsmakende, vestlig stil kafeteria diett å modellere overspising og fedme i gnagere. Her gir vi en detaljert oversikt over valg av mat, forberedelse og måling, og forklarer metodisk faktorer som bidrar til å generere en robust og reproduserbar fenotype.
Abstract
Fedme er raskt økende i forekomst i utviklede og utviklingsland og er kjent for å indusere eller forverre mange sykdommer. Helse byrden av fedme og dens komorbide forhold markere behovet for bedre forståelse av sine patogenesen, men etiske begrensninger grense studier hos mennesker. For dette formål eksternt gyldige modeller av fedme i forsøksdyr er avgjørende for forståelsen av å være overvektig og fedme. Mens mange arter har blitt brukt til å modellere omfanget av endringer som følger med fedme hos mennesker, gnagere er mest brukt. Laboratoriet vårt har utviklet en kafé-diett i vestlig stil som konsekvent fører til betydelig vektøkning og markører for metabolsk sykdom hos gnagere. Dietten eksponerer gnagere til en rekke svært velsmakende mat for å indusere hyperphagia, modellering av moderne vestlig mat miljø. Denne dietten raskt induserer vektøkning og kroppsfett akkumulering i rotter slik at studiet av effekter av overspising og fedme. Mens kantina dietten ikke kan gi den samme kontroll over macronutrient og micronutrient profil som renset høy-fett eller høy-fett, høy-sukker dietter, kafeteriaen dietten vanligvis induserer en mer alvorlig metabolsk fenotype enn det som er observert med renset dietter og er mer i tråd med metabolske forstyrrelser observert i overvektige og overvektige menneskelige befolkning.
Introduction
Fedme og relaterte komorbiditeter gjør et enormt bidrag til global helse byrde1 og står for 7% av sykdoms byrde i Australia2. En ledende risikofaktor for fedme er forbruket av usunn dietter som er høy i mettet fett og raffinerte karbohydrater, og lav i fiber og mikronæringsstoffer3. Identifisering av mål for terapeutisk intervensjon for fedme krever modeller som systematisk kan vurdere effekter på flere biokjemiske og fysiologiske systemer. Vår forståelse av etiologi av fedme har blitt kraftig avansert ved hjelp av gnager modeller, hvor atferdsmessige, metabolske og molekylære virkninger kan bli studert over tid under kontrollerte forhold der miljømessige faktorer lett kan Manipulert.
Den kafeteria diett (CAF) modell av diett-indusert fedme består av supplere gnagere ' standard Chow diett med en rekke velsmakende mat som er høy i enten mettet fett, raffinerte karbohydrater, eller begge deler. Eksempler på disse matvarer inkluderer kaker, søt kjeks, og høy-fett savory snacks (for eksempel bearbeidet kjøtt, ost og chips). Det fremmer pålitelig hyperphagia og rask vektøkning i gnagere. De viktigste funksjonene i modellen er tilbudet av en rekke svært velsmakende mat, designet for å simulere moderne mat miljø. Adgang å variasjon øker næringen inntak inne rotter over det kort-frist4 og inne human5 aften når det matvarerne er passet for palatability og variere bare inne smak og olfactory stikkordene4,6. Imidlertid viste en studie som gir energi-og macronutrient-matchet renset dietter som varierte i smak og tekstur hadde ingen effekt på langsiktig kroppsvektøkning i rotter7, tyder på at nærings sammensetning og distinkte post-muntlige virkningene av ulike matvarer kan også bidra til overspising. Eksponering for flere smaker og teksturer overvinner sensorisk-spesifikke metthetsfølelse, som beskriver nedgangen i ønske om å spise en nylig spist mat i forhold til et alternativ5. På tvers av mange kohorter i laboratoriet har vi på samme måte observert at bruk av svært velsmakende mat forsterker overspising ytterligere.
Dette CAF dietten har blitt brukt i over 40 år, siden Sclafani8 rapporterte at kvinnelige rotter utsatt for et utvalg av "supermarked Foods" (marshmallows, sjokolade, peanøttsmør, kjeks, salami og ost blant dem) utstilt akselerert vektøkning i forhold til kontroller. Dette og andre tidlige studier bemerket at CAF-stil dietter syntes å akselerere vektøkning mer effektivt enn ren høy-fett eller høy-karbohydrat dietter 8,9. Arbeid på 1980-tallet preget macronutrient profiler10 og måltid mønstre11 av rotter matet CAF dietter, og viste dyptgripende endringer i fett masse og insulin nivåer9,10 og termotilblivelsen12. Vår gruppe har brukt CAF dietten til modell fedme i over to ti år13,14 og i løpet av denne tiden har vi brukt flere varianter av dietten. Rotter er forevist med det vil si to søt og to savory næringen artikler hver dag, foruten stamgjest Chow og vann. I de senere årene har vi begynt å supplere solid CAF mat med 10% sukrose løsning. Evnen til å skreddersy CAF dietten til ulike eksperimentelle design er en styrke av modellen.
CAF dietter fremme umiddelbar hyperphagia (dvs. innen de første 24 h) og jevn gevinst i kroppsvekt og fett masse. Men en konsekvens av å maksimere variasjon er at macronutrient og micronutrient inntak ikke er kontrollert, et punkt noen syn som en umulig feil15. Studier av diett-indusert fedme oftere bruk renset høy fett (HF) eller kombinert høy-fett, høy-sukker (HFHS) dietter, som gir presis kontroll over næringsinnhold og er mindre arbeidskrevende enn CAF modellen, som krever daglig overvåking og nøye planlegging og gjennomføring av planen. Den translational relevansen av kommersielt tilgjengelige renset HF dietter er et tema for pågående debatt, som deres fettsyrer profil og proporsjoner av fett og sukrose kan ikke justere med menneskelig inntak16. Mens CAF kosthold ikke tilbyr samme grad av kontroll over næringsstoff sammensetning som renset dietter, har som mål å modellere palatability og variasjon som karakteriserer mat alternativer i de fleste moderne samfunn.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Protokollen som beskrives her, er optimalisert for bruk i rotter. Mens vi har brukt CAF dietten med hell i mus17,18, kan myk mat sliping innføre ytterligere feil å redusere påliteligheten av matinntak tiltak19. Denne protokollen er godkjent av Animal Care og etikk Committee ved University of New South Wales og er i samsvar med den australske retningslinjer for bruk og stell av dyr for vitenskapelige formål (8th Edition) levert av Australian National Health og Medisinsk Forskningsråd.
Merk: Svært få bivirkninger har blitt observert i våre kortsiktige studier (dvs. < 10 uker ad lib CAF tilgang); Det er ingen bevis for endringer i generell velvære, aktivitet, omgjengelighet eller angst-lignende atferd i rotter på CAF diett20. Etter lengre intervaller (> 16 uker) svært sporadisk kardiovaskulære hendelser har blitt observert i CAF-Fed rotter.
1. Animal Akklimatisering og bolig
- Acclimate rotter til anlegget i 5 – 7 dager etter ankomst med fri tilgang til å kontrollere kosthold og vann. Håndtere rotter daglig begynnelsen 24 h etter ankomst; CAF kosthold innebærer daglig interaksjon med buret så vanlig håndtering er viktig.
- Sikre miljømessig berikelse er forsynt for alle burene. En målestokk bur behersker en rød polymetylmetakrylat akrylat bokse med, hekkende materiale og en tre chew henge fast, hvilke er betydelig fordi det bløt matvarerne forsynt innen det CAF kosten kanskje gir seg utslag i rotter utvikler malocclusion uten adgang å hardere artikler å chew.
- Før du starter CAF kosthold, tildele bur til CAF eller Chow grupper og sikre at disse er matchet for å starte kroppsvekt ved å sammenligne gjennomsnittet og omfanget av kroppen vekter mellom grupper og re-fordele etter behov. Som belysning eksponering kan påvirke døgn rytmer, matinntak og aktivitet, sikre CAF og Chow bur fordeles jevnt i koloni rommet.
Merk: Gnagere danner sosiale hierarkier når gruppe-huset (spesielt menn). Virkningene av sosialt stress er delvis kontrollert for ved å sikre rotter er plassert med andre av en lignende kroppsvekt (for å redusere mobbing i et bur). I tillegg, kafeteria kosthold bør være jevnt fordelt rundt buret slik at alle rotter har tilgang til dietten.
2. kosthold utvalg og oppsett
-
Planlegging
- Sørg for regelmessig Chow og vann er alltid tilgjengelig og suppleres med minst to søte og to salte elementer hver dag (et eksempel på en ukentlig timeplan er vist i tabell 1; mat alternativer for 3 dager vist i figur 1). Valgfritt ekstrautstyr er høy fett, høy sukker Chow og 10% sukrose løsning.
- Velg matvarer innenfor hver kategori som er lik i macronutrient proporsjoner: alle søte elementer er relativt høyere i karbohydrater enn fett og alle salte elementer er høyere i fett enn karbohydrater. Mål å gi lignende proporsjoner av fett, karbohydrater, sukker og protein i hver daglige sett CAF mat.
- Overvåk forbruket regelmessig gjennom hele eksperimentet, slik at menyen kan skreddersys om nødvendig, for å opprettholde hyperphagia. Tabell 2 gir energitetthet og macronutrient informasjon for flere eksempel matvarer, og foreslo startbeløp for 200 g mannlig Sprague Dawley rotter.
- Unngå å mate en enkelt mat på påfølgende dager eller for ofte i en uke, da dette kan redusere inntaket av den maten. Hvis dette skjer, utelater maten fra planen for et par dager før re-innlemmer.
Merk: Rotter kanskje utfoldelse neophobia og høyst ny matvarerne forlange gjentatt avsøring å avgjøre hvorvidt de ville være forbruke. Rotter vanligvis foretrekke matvarerne inneholder gjær (brødet, pizza, etc.) eller dem med sitrus eller kaffen smak.
-
Våt mat
- Vurder å presentere matvarer høyere i fuktinnhold i en container som en tunfisk tinn, for å unngå smuss i sengene. Tomme beholdere bør også gis til kontroll bur Hvis dette er gjort.
-
Kosthold sourcing
- Sørg for at CAF mat som brukes er stifter eller få nok for hele eksperimentet, slik at matvarer forblir konsekvente og ikke trenger å bli erstattet.
-
Diet lagring
- Oppbevar matvarer som indikert på emballasjen eller ved-20 ° c, og Tin natten før bruk. Oppbevar tørre varer (kjeks) i en lufttett beholder.
-
Sukrose løsning (valgfritt)
- Forbered sukrose løsning, vanligvis 10% (w/v) i bulk (2 – 5 L) og oppbevares ved 4 ° c når den ikke er i bruk.
- Erstatt sukrose flasker ukentlig (på et minimum) for å hindre bakteriell eller soppvekst. Inspisere flasker daglig og erstatte Hvis tegn på vekst er observert.
Merk: Sukrose tilbys i tillegg til vann, som alltid er tilgjengelig.
3. kafeteria Diet forberedelse
-
Defrost
- Ta ut passende mengder CAF mat å tine ~ 24 h før bruk. Mat kan være tint ved hjelp av en mikrobølgeovn, men bør ikke presenteres mens varm.
-
Daglig påfyll av CAF kosthold
- Skiftende CAF kosten matvarerne daglig forsikrer det variasjon er maksimere, og bur smuss er minimere. Som rotter spiser mesteparten av sitt daglige inntak i den innledende delen av mørket syklus, planlegge CAF mat etterfylling nær utbruddet av mørket planen slik at maten er frisk på denne tiden. Etterfylle CAF kosthold på en dag når matinntaket ikke måles.
- Feed the Chow grupper på en måte som sikrer at denne gruppen har en lignende daglig opplevelse, som følger.
- Omdreining vannet flaskene i nærheten (tuter opp), sted byrået på arbeidsplassen og fjerne lokket.
- Lett forstyrre sengene for ca 20 s, for å simulere prosessen med å samle mat elementer fra sengetøy av CAF bur.
- Plasser en liten håndfull Chow pellets fra maten hopper inn i sengene, å likestille eksponering for mat på buret sengetøy.
- Returner buret lokket og gå tilbake til stativet, erstatte vannflasker bare når buret er avgjort for å minimere søl.
- Fôring av kafeteria grupper
- Forbered CAF diett elementer i en merket beholder for hvert bur.
- Omdreining vannet flaskene i nærheten (tuter opp), sted byrået på arbeidsplassen og fjerne lokket.
- Fjern så mye av den gamle kafeteria dietten fra sengene som mulig.
- Plasser fersk kafeteria kosthold inn i buret.
- Lukk buret og gå tilbake til stativet.
- Bytt ut vannet og sukrose flasker.
Merk: For å unngå å utsette Chow rotter til CAF kosthold, vurdere fôring Chow bur før CAF bur, eller vice versa. Hansker bør skiftes mellom håndtering av rotter fra ulike diett grupper.
- Topp opp Chow, vann og sukrose flasker etter behov. Å gjøre dette etter at andre prosedyrer er mer effektiv som bokser er tyngre etter påfylling mat og vann.
Merk: CAF bokser jord raskere og må endres oftere for å unngå stress indusert ved eksponering for vått sengetøy, samt sterke lukter. Inspiser sengetøy daglig og endre etter behov.
4. matinntak over 24 H
Merk: Måling av matinntak gjennomføres over en diskret 24 timer flere ganger per uke.
- Når du starter CAF dietten, måle kroppsvekt og 24 h matinntak minst to ganger per uke for å overvåke effektiviteten av dietten. Begynn matinntak målinger nær utbruddet av den mørke fasen. Mål å presentere det samme settet med CAF mat på matinntak måling dager, som likhetstegn mellom for smaken og energitettheten vil tillate nøyaktig overvåking av endringer over tid.
Merk: Dette er kanskje ikke mulig for studier som krever > 2 målinger av matinntak per uke, da overdreven eksponering for samme mat kan redusere hyperphagia over tid. -
CAF og kontroll kosthold inntak tiltak
- Forbered CAF kosthold og plass i en merket beholder for hvert bur, veiing og opptak hver komponent. Figur 1 viser en fullført sett av CAF mat. Tabell 3 består av et eksempel på overvåkings ark for matinntak.
- Påfyll vann, sukrose og Chow nivåer som kreves.
-
For Chow (kontroll) bur
- Omdreining vann flaskene i nærheten (tuter opp), sted byrået på arbeidsplassen og fjerne lokket.
- Veie rottene og så forflytning seg å en bur med frisk bedding, sammen med miljømessig berikelse.
- Record vekt av vannflasker og Chow.
- Ombytte byrået lokk, retur byrået å stativ, og så omdreining vannet flaskene i nærheten. Små skilt som sier ' MATINNTAK ' kan legges til buret for å varsle tjenere og forskere ikke å røre flasker og Chow.
-
For CAF bur:
- Utfør de samme trinnene som i trinn 4,3. I tillegg scatter pre-veide container av CAF mat rundt buret med friskt sengetøy før rotter er overført.
- La rottene stå i 24 timer med minimal forstyrrelse. Registrere uforutsette forstyrrelser (for eksempel ankomst av nye rotter til koloni rommet, eller endringer i omgivelsesstøy).
-
Fullfør måling av matinntak
- Record vekt av vannflasker og Chow for Chow bur, nøye søke i sengene for biter av Chow. Fjern "matinntak"-skiltet fra burene når det er ferdig.
- Forbered fersk CAF diett for CAF bur.
- For hver CAF bur
- Record vekt av vann, Chow og sukrose.
- Fjern bur lokket og miljømessig berikelse.
- Forsiktig fjerne CAF fragmenter fra sengetøy og sted i separate beholdere. Fjern de største brikkene først og deretter systematisk sile alle bur sengetøy fra den ene enden til den andre ved hjelp av milde feiende bevegelser.
Merk: Påfør samme grad av omsorg til hvert bur ved innsamling av mat. Fortegnelse der hvor en bur er blitt spesielt rotete — inne noe eksempler rotter ville slipe ned kake og/eller kjeks i en fin pulver det er vanskelig å samle. Dette kan kunstig økning matinntak tiltak. - Distribuer den nye CAF dietten rundt buret, returnere miljømessige berikelse, lukke buret lokket og returnere den til stativet, fjerner ' matinntak ' tegn.
- Fortegnelse vekt av hver CAF næringen å nærmest 0,1 g. subtrahere næringen resterende fra for bokstaven næringen vekt å få sum næringen forbruke per bur, og så dividere av antallet av rotter inne hver bokse med (således antar likeverdig inntak).
- Multipliser mengde konsumert (g/rotte) av energitetthet (kJ/g) av hver mat levert av produsenten.
Merk: For å beregne macronutrient inntak vi bruker anta energitettheten av 16,7 kJ/g for karbohydrater og protein, og 37 kJ/g for fett.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Som vist i figur 2A, CAF ernæring fôring produserer en 2,5-fold økning i energiinntaket i forhold til Chow kontroller, basert på data fra tre kohorter av mannlige Sprague Dawley rotter, som er konsistent over 6 uker. Andre studier har bekreftet at dette omfanget av hyperphagia er opprettholdt over 1021 og 1622 ukers eksperimenter. Vekten kurve (figur 2B) indikerer CAF kosthold fôring fører til en 20% forskjell i gjennomsnittlig kroppsvekt sammenlignet med kontroll etter 3-4 ukers diett, kan sammenlignes med kroppen vektøkning i samsvar med utbruddet av fedme hos mennesker. Ved 6 uker, mener forskjellen i kroppsvektøkning mellom CAF og kontroll grupper er 67% (figur 2C) og adiposity, bestemmes av EchoMRI, er ca doblet (figur 2D). Kafeteria-matet rotter vanligvis spiser 5-10% av sin daglige energi som Chow (~ 5 g/Rat/dag).
Macronutrient inntak profiler kan beregnes på matinntak måling dager ved hjelp av ernæringsmessige informasjon fra produktet produsenter. Vi observerer konsistent macronutrient inntak over kjønn og aldre, med CAF-matet rotter forbruker ca 8% av energien som protein, 34% som fett og 58% som karbohydrater. Vår vedlikehold Chow gir 22% protein, 13% fett og 65% karbohydrater. I forhold til estimater av macronutrient forbruk i menneskelige populasjoner (18,3% protein, 44,9% karbohydrater og 30,9% fett i Australia23; 15,7% protein, 48,7% karbohydrater og 33,7% fett i USA24), våre CAF-matet rotter forbruke en lavere andel av energi som protein, en høyere andel som karbohydrater, og en sammenlignbar andel fra fett. Imidlertid, når betenke absolutt inntak, CAF-matet rotter overspise alle tre makronæringsstoffer i forhold til kontroller (skikkelsen 3en – C for hanndyr, skikkelsen 3D – F for kvinner), angir det de er ikke protein mangelfull. Snarere, macronutrient sammensetning resultatene fra den dramatiske hyperphagia fremkalt, som er drevet hovedsakelig av overflødig karbohydrat og fett inntak, vanligvis ikke observert hos mennesker som har en tendens til å bli overvektig og utvikle fedme mer gradvis.
En fersk studie vi gjennomførte antyder at kvinnelige rotter kan være spesielt sårbare for obesogenic effekter av CAF kosthold. Energiinntaket var 3,8 ganger større i CAF-Fed kvinner i forhold til kontroller, som ble opprettholdt over 6 uker (Figur 4A). En 20% vekt forskjell mellom gruppene ble observert etter bare 2 uker med CAF eksponering (Figur 4B). Etter 6 uker med kosthold eksponering, kroppsvektøkning var 12 ganger større i CAF rotter (Figur 4C) og fat Mass ble doblet (Figur 4D) sammenlignet med sunne kontroller. Forslaget om større mottakelighet for diett-indusert vektøkning i kvinner støttes av en tidligere studie av Sclafani og Gorman, som viste at en kafeteria kosthold indusert betydelig større vektøkning i kvinner enn hos menn25.
Gir for lite av hver CAF mat kan kunstig begrense målinger av energiinntaket. Dette er lettest adressert ved å sjekke at det er noe mat igjen i CAF bur 24 h etter fôring (når maten er oppdatert). Figur 5 viser hvordan bruk av flere matvarer sett for matinntak kan føre til betydelige endringer i macronutrient inntak til tross for sammenlignbare totale energiinntaket. I dette tilfellet var variasjon skyldes først og fremst balansen av fett og karbohydrater mot et bakteppe av konsekvent protein inntak. Analysene av mat settene som ble brukt indikerte at høye karbohydratinntak ble observert da en svært foretrukket kake ble gitt. høyere fett inntak ble observert da denne kaken var fraværende.
Figur 1: eksempel på kafeteria diett over tre dager. CAF kosthold bør bestå av variert mat hver dag for å indusere vedvarende hyperphagia. Forbereder CAF mat kan være strømlinjeformet ved å plassere hvert bur mat i en utpekt container. Dette gir enkel, godt timet levering i hvert bur. Dag 1 = kylling nuggets, biff-flavored hundemat, sjokolade krem kjeks, Jam roll, høy fett renset diett. Dag 2 = kjøttkake, kylling nuggets, Scotch finger kjeks, karamell gjørme kake. Dag 3 = Dim Sum, kylling-flavored hundemat, vaniljesaus fløte kjeks, blåbær ostekake. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: representative resultater i flere mannlige kohorter. CAF diett produserer en konsistent økning i energiinntaket (a), og kroppsvekt (B) over 6 uker i mannlig voksen rotter. Dette er ledsaget av betydelig økning i kroppsvektøkning (C) og fett masse (D) når vurdert av EchoMRI ved 4 ukers diett. Data representeres som gjennomsnittet ± SEM; n = 48 for individuelle data; n = 12 for energiinntak data (bur som enhet for analyse). Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3: macronutrient inntak i flere mannlige kohorter. CAF diett eksponering øker total inntak av karbohydrater (A), fett (B) og protein (C) for mannlig rotter. Disse økningene er sammenlignbare i hunnrotter for karbohydrater (D), fett (E) og protein (F) inntak. Data representeres som gjennomsnittet ± SEM; n = 12 eller n = 4 bur (henholdsvis menn og kvinner) i gjennomsnitt over 6 uker. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4: representative resultater i en kvinnelig kohort. Kafeteria diett produserer en konsistent økning i energiinntaket (a) og kroppsvekt (B) over 6 uker hos kvinnelige voksne rotter. Etter 6 ukers kosthold en betydelig forskjell i kroppsvektøkning (C) og fett masse (D) er også observert. Data representeres som gjennomsnittet ± SEM; n = 12 for individuelle data; n = 4 for data om energiinntak. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5: macronutrient inntak over tid. Bruk av flere mat sett for å vurdere matinntak kan føre til forskjeller i macronutrient inntak over tid gitt forskjeller i individuelle preferanser i en kohort av hannrotter. Data representeres som gjennomsnittet ± SEM; n = 4 bur. Merk at samlet macronutrient inntak matcher mønsteret vanligvis observert; CAF-Fed rotter forbrukes 60% energi som karbohydrater, 33% fett og 8% protein, som energi. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
| Mandag | Tirsdag | Onsdag | Torsdag | Fredag | Lørdag | Søndag | |
| DAGLIG MAT | Sunn Chow og drikkevann | ||||||
| Kake | A | D | B | A | C | B | E |
| PROTEIN 1 | A | C | D | A | C | D | A |
| PROTEIN 2 | B | B | A | B | B | A | C |
| Cookie | B | A | C | B | D | C | A |
| VALGFRI EKSTRA DAGLIG MAT | HFHS Chow, 10% sukrose løsning | ||||||
Tabell 1: eksempel ukentlig mat plan for kafeteria dietten. CAF dietten fremmer hyperphagia ved å tilby en rekke velsmakende matvarer som er varierte daglig, som vist i dette eksempelet ukentlig mat plan. Letters A-E betegne unike matvarer for at mat gruppe (for eksempel, Cake A kan betegne sjokolade gjørme kake og Cake B vanilje svamp). Matinntak dager, skyggelagt i grått, bør plasseres jevnt over uken og ideelt sett holdes så konsekvent som mulig. Mens CAF kosthold alltid inkluderer kontinuerlig tilgang til sunn Chow og vann, valgfritt ekstra daglig mat kan inkludere HF eller HFHS Chows, og 10% sukrose løsning.
| PER 100g (avledet fra produsent) | ENERGI PER 1g | Anbefalt startverdi (kJ/Rat) | |||||||||||
| Mat | Energi (kJ) | Protein (g) | Total fett (g) | Mettet fett (g) | Totalt karbohydrat (g) | Sukker (g) | Energi (kJ/g) | Protein (kJ) | Totalt fat (kJ) | Mettet fett (kJ) | Totalt karbohydrat (kJ) | Sukker (kJ) | |
| Protein 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 |
| Protein 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 |
| Kake 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 |
| Kake 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 |
Tabell 2: ernæringsmessige informasjon for utvalgte kafeteria mat elementer. Denne tabellen viser ernæringsmessige informasjon innhentet for flere kjerne elementer i CAF dietten. Det er en betydelig å sikre det det daglig valgmulighetene skaffe lignende macronutrient tilgjengelighet, og det rotter ha adgang til adekvat protein. For hver daglig sett med mat som brukes, er det nyttig å beregne den samlede energitettheten og det macronutrient innholdet. Det final søylen behersker det anbefalt igangsetting kvantum av hver næringen (idet energi per rotten) for mannlig Sprague Dawley rotter for 200 g.
| Bur | VANN (g) | CHOW (g) | Kake A (g) | Protein A (g) | Protein B (g) | Cookie B (g) | ||||||
| I | Ut | I | Ut | I | Ut | I | Ut | I | Ut | I | Ut | |
| 1 (CHOW) | ||||||||||||
| 2 (CAF) | ||||||||||||
| 3 (CHOW) | ||||||||||||
| 4 (CAF) | ||||||||||||
Tabell 3: eksempel matinntak ark. Vektene av hver CAF mat element (g, per bur) bør nøye registrert på et regneark.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Ved å utsette rotter til en rekke svært velsmakende matvarer høy i fett og sukker, den CAF diett protokollen beskrevet her gir en pålitelig og robust modell av den såkalte "vestlige diett" spist av mange mennesker. Hyperphagia – vurdert som en betydelig økning i energiinntaket i forhold til kontroller – er observert innen de første 24 h av eksponering, med statistisk signifikante kroppsvekt forskjeller sett i løpet av uker. Således er CAF en effektiv modell av diett-indusert fedme for gnagere.
Flere studier har rapportert at CAF-stil dietter produsere en mer overdrevet fedme fenotype enn renset HF eller HFHS dietter. Sampey et al.26 viste at i forhold til rotter matet en HF diett, CAF eksponering førte til større lever og fettvev betennelse, dårligere glukose toleranse og mer insulinresistens. Mens at studien brukte en smult-baserte HFD, to andre eksperimenter fant at CAF dietter økt adiposity i forhold til HFDs basert på smør27 og kokos olje28. Tilsvarende Higa et al. fant at mens både HF og CAF dietter økt visceral fett i forhold til kontroll kosthold i mus, bare CAF økt matinntak og akselerert utbruddet av hyperglykemi, glukose intoleranse og insulinresistens29. En annen studie i mus rapporterte at i tillegg til mer uttalt metabolske effekter, CAF eksponering økt forekomsten av lever og hjerte patologi (fibrose, steatosis og apoptose tiltak) i forhold til en renset HFD30. Imidlertid har nyere arbeid vist at en spesielt formulert "vestlig diett" produsert sterkere effekter på metabolsk, fett og inflammatoriske tiltak enn en tradisjonell CAF diett31. Videre arbeid identifisere hvordan ulike typer obesogenic dietter påvirker metabolske utfall er nødvendig, da det er begrensede data sammenligne kafeteria dietter med renset dietter høy i sukker, eller høy i både sukker og fett.
De fleste av vårt arbeid med denne modellen har vært med outbred Sprague-Dawley rotter. CAF-protokollen er optimalisert for å undersøke metabolske effekter32 av moderne mat miljø. Vi har brukt denne modellen til å studere mikrostruktur av fôring over dagen22, intermitterende tilgang modeller av ' bingeing '33 og i eksperimenter hvor energiinntaket er åk å kontrollere nivåer34. Nyere studier har undersøkt kosttilskudd effekter på kognisjon20,35 og gut mikrobiomet36,37. Versjoner av CAF dietten har også blitt brukt til å studere mors fedme38 og å utforske fôring svar på hypothalamus fôring peptider i fedme14.
Det er viktig å merke seg at mens det er en stor mengde bevis som indikerer at kantina dietten induserer hyperphagia og fedme hos rotter og mus, har disse studiene i stor grad vært gjennomført i outbred Sprague Dawley13,14, 20,39,40,41,42 og Wistar6,26,31,43,44 rotter, med relativt få studier utført inne Balb/c17,18 og sveitsisk45,46 mus likeledes idet annet gnager belastninger. Derfor er det ukjent om effekten av kafeteria diett rapportert i litteraturen vil bli observert i andre stammer, særlig ettersom det er kjente strekk forskjeller som respons på obesogenic dietter i både rotter47,48 og mus49. I tillegg, start alder og vekt er også viktige metodisk faktorer som kan modulere effekten av obesogenic dietter på metabolske utfall25. De fleste av våre tidligere arbeid har startet rotter på CAF diett i tidlig voksen alder, inkludert studier genererer representative data rapporteres her.
Flere lokale faktorer bør også vurderes. Maten tidsplanen foreslått her må endres når du setter opp CAF diett for bruk med en annen belastning eller leverandør. Lokal mat forsyninger vil avgjøre spesifikke CAF mat som skal brukes og forbruk bør overvåkes nøye hver gang en ny mat er innført. Ernæringsmessige informasjon gitt på mat pakker må beholdes og kontrolleres over tid for å sikre at macronutrient beregninger er nøyaktige.
Vellykket anvendelse av CAF modellen krever nøye planlegging og daglig overvåking av bur. Ekstra tid er nødvendig for å kjøpe, tine og tilberede matvarer daglig, og matinntak måling dager er arbeidskrevende. Disse faktorene kan utgjøre logistiske begrensninger og bør vurderes ved evaluering av modellen for bruk. Forskere er interessert i å tilpasse CAF modellen bør derfor vurdere at den pålitelige hyperphagia og fedme fenotype observert med CAF kommer med redusert kontroll over næringsinntak og økt Forberedelsestid.
Flere begrensninger av CAF modellen er viktig å vurdere. Siden denne modell innrømmer Red å velge matvarerne, macronutrient inntak kan ikke være besluttet for individ rotter hvis ikke individ huset er ansatt. Mens den gjennomsnittlige macronutrient inntaket på tvers av kohorter er relativt stabilt, observerer vi variasjon i rotter metabolske svar på CAF kosthold innen kohorter, som kan forholde seg til forskjeller i individuelle kosthold utvalg. Videre er CAF diett elementene ikke befestet, noe som betyr micronutrient tilgjengelighet kan være lav. Imidlertid, våre rotter alltid ha adgang til rask, ernæringsmessig fullstendig Chow (hvilke karakteristisk inkluderer 5 – 7% av energiinntak) og er forsynt med ernæringsmessig fullstendig hunden gynge som savory næringen opp på 3 – 4 dager per uke. Det er også viktig å merke seg at lav micronutrient tilgjengelighet er observert i menneskelig vestlig stil dietter høy i fett og sukker, og en høy andel av voksne med fedme viser micronutrient mangel50.
Det er også flere viktige ting å merke når det gjelder måling av matinntak. Som å finne alle fragmenter av mat er umulig, er det viktig å sikre at en identisk prosedyre brukes for hvert bur. Idet næringen inntak er målt opp på en per-bur basis, vi analysere energiinntak med bur idet apparatet av analyse, antar likeverdig fortæringen by all means rotter innen. Imidlertid, fordi modellen er eksplisitt beregnet på maksimere valget og variasjon, sum energiinntak, macronutrient og micronutrient profiler for individ CAF rotter er sikkert å variere. Likevel gir dette en mulighet til å studere individuelle forskjeller i forbruk av, og metabolsk respons på, CAF diett. Videre studier som sammenligner alder-matchet mannlige og kvinnelige gnagere over levetiden vil være viktig å fullt ut karakterisere sex forskjeller som svar på kosthold. Endelig kan gnagere modeller ikke-og ikke forsøke å-gjenskape komplekse utvalg av økonomiske, psykologiske og sosiale faktorer som påvirker menneskelig spising atferd. Men gitt homologe nevrale kretser underliggende fôring atferd over pattedyr, og den tilsvarende fysiologiske svar på positiv energibalanse (dvs. i deponering av fett og endret metabolsk funksjon), tror vi denne modellen har verdi i forstå hvordan dårlig kosthold og fedme endre kropp og hjernefunksjon.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne erklærer ingen konkurrerende interesser eller avsløringer.
Acknowledgments
Arbeidet ble støttet av NHMRC prosjekt bevilgninger (#568728, #150262, #1126929) til 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 |
References
- Swinburn, B. A., et al. The Global Syndemic of Obesity, Undernutrition, and Climate Change: The Lancet Commission report. Lancet. 393 (10173), 791-846 (2019).
- Australian Institute of Health and Welfare. Vol. Cat. no. PHE 215. , AIHW. Canberra. (2017).
- GBD Diet Collaborators. Health effects of dietary risks in 195 countries, 1990-2017: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2017. Lancet. , 30041-30048 (2019).
- Treit, D., Spetch, M. L., Deutsch, J. A. Variety in the flavor of food enhances eating in the rat: a controlled demonstration. Physiology & Behavior. 30 (2), 207-211 (1983).
- Rolls, B. J. Experimental analyses of the effects of variety in a meal on human feeding. American Journal of Clinical Nutrition. 42, 5 Suppl 932-939 (1985).
- Louis-Sylvestre, J., Giachetti, I., Le Magnen, J. Sensory versus dietary factors in cafeteria-induced overweight. Physiology & Behavior. 32 (6), 901-905 (1984).
- Naim, M., Brand, J. G., Kare, M. R., Carpenter, R. G. Energy Intake, Weight Gain and Fat Deposition in Rats Fed Flavored, Nutritionally Controlled Diets in a Multichoice ("Cafeteria") Design. The Journal of Nutrition. 115 (11), 1447-1458 (1985).
- Sclafani, A., Springer, D. Dietary obesity in adult rats: similarities to hypothalamic and human obesity syndromes. Physiology & Behavior. 17 (3), 461-471 (1976).
- Rolls, B. J., Rowe, E. A., Turner, R. C. Persistent obesity in rats following a period of consumption of a mixed, high energy diet. Journal of Physiology. 298, 415-427 (1980).
- Prats, E., Monfar, M., Castella, J., Iglesias, R., Alemany, M. Energy intake of rats fed a cafeteria diet. Physiology & Behavior. 45 (2), 263-272 (1989).
- Rogers, P. J., Blundell, J. E. Meal patterns and food selection during the development of obesity in rats fed a cafeteria diet. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 8 (4), 441-453 (1984).
- Rothwell, N. J., Stock, M. J. Thermogenesis induced by cafeteria feeding in young growing rats. Proceedings of the Nutrition Society. 39 (2), 45 (1980).
- Hansen, M. J., Ball, M. J., Morris, M. J. Enhanced inhibitory feeding response to alpha-melanocyte stimulating hormone in the diet-induced obese rat. Brain Research. 892 (1), 130-137 (2001).
- Hansen, M. J., Schioth, H. B., Morris, M. J. Feeding responses to a melanocortin agonist and antagonist in obesity induced by a palatable high-fat diet. Brain Research. 1039 (1-2), 137-145 (2005).
- Moore, B. J. The cafeteria diet--an inappropriate tool for studies of thermogenesis. The Journal of Nutrition. 117 (2), 227-231 (1987).
- Speakman, J. R. Use of high-fat diets to study rodent obesity as a model of human obesity. International Journal of Obesity (London). , 0363-0367 (2019).
- Hansen, M. J., et al. The lung inflammation and skeletal muscle wasting induced by subchronic cigarette smoke exposure are not altered by a high-fat diet in mice. PLoS One. 8 (11), 80471 (2013).
- Chen, H., Iglesias, M. A., Caruso, V., Morris, M. J. Maternal cigarette smoke exposure contributes to glucose intolerance and decreased brain insulin action in mice offspring independent of maternal diet. PLoS One. 6 (11), 27260 (2011).
- Cameron, K. M., Speakman, J. R. The extent and function of 'food grinding' in the laboratory mouse (Mus musculus). Laboratory Animals. 44 (4), 298-304 (2010).
- Beilharz, J. E., Kaakoush, N. O., Maniam, J., Morris, M. J. Cafeteria diet and probiotic therapy: cross talk among memory, neuroplasticity, serotonin receptors and gut microbiota in the rat. Molecular Psychiatry. 23 (2), 351-361 (2018).
- South, T., Holmes, N. M., Martire, S. I., Westbrook, R. F., Morris, M. J. Rats eat a cafeteria-style diet to excess but eat smaller amounts and less frequently when tested with chow. PLoS One. 9 (4), 93506 (2014).
- Martire, S. I., et al. Extended exposure to a palatable cafeteria diet alters gene expression in brain regions implicated in reward, and withdrawal from this diet alters gene expression in brain regions associated with stress. Behavioral Brain Research. 265, 132-141 (2014).
- Grech, A., Rangan, A., Allman-Farinelli, M. Macronutrient Composition of the Australian Population's Diet; Trends from Three National Nutrition Surveys 1983, 1995 and 2012. Nutrients. 10 (8), (2018).
- Austin, G. L., Ogden, L. G., Hill, J. O. Trends in carbohydrate, fat, and protein intakes and association with energy intake in normal-weight, overweight, and obese individuals: 1971-2006. American Journal of Clinical Nutrition. 93 (4), 836-843 (2011).
- Sclafani, A., Gorman, A. N. Effects of age, sex, and prior body weight on the development of dietary obesity in adult rats. Physiology & Behavior. 18 (6), 1021-1026 (1977).
- Sampey, B. P., et al. Cafeteria diet is a robust model of human metabolic syndrome with liver and adipose inflammation: comparison to high-fat diet. Obesity (Silver Spring). 19 (6), 1109-1117 (2011).
- Buyukdere, Y., Gulec, A., Akyol, A. Cafeteria diet increased adiposity in comparison to high fat diet in young male rats. PeerJ. 7, 6656 (2019).
- Oliva, L., et al. In rats fed high-energy diets, taste, rather than fat content, is the key factor increasing food intake: a comparison of a cafeteria and a lipid-supplemented standard diet. PeerJ. 5, 3697 (2017).
- Higa, T. S., Spinola, A. V., Fonseca-Alaniz, M. H., Evangelista, F. S. Comparison between cafeteria and high-fat diets in the induction of metabolic dysfunction in mice. International Journal of Physiology, Pathophysiololgy and Pharmacology. 6 (1), 47-54 (2014).
- Zeeni, N., Dagher-Hamalian, C., Dimassi, H., Faour, W. H. Cafeteria diet-fed mice is a pertinent model of obesity-induced organ damage: a potential role of inflammation. Inflammation Research. 64 (7), 501-512 (2015).
- Bortolin, R. C., et al. A new animal diet based on human Western diet is a robust diet-induced obesity model: comparison to high-fat and cafeteria diets in term of metabolic and gut microbiota disruption. International Journal of Obesity (London). 42 (3), 525-534 (2018).
- Hansen, M. J., Jovanovska, V., Morris, M. J. Adaptive responses in hypothalamic neuropeptide Y in the face of prolonged high-fat feeding in the rat. Journal of Neurochemistry. 88 (4), 909-916 (2004).
- Martire, S. I., Westbrook, R. F., Morris, M. J. Effects of long-term cycling between palatable cafeteria diet and regular chow on intake, eating patterns, and response to saccharin and sucrose. Physiology & Behavior. 139, 80-88 (2015).
- Shiraev, T., Chen, H., Morris, M. J. Differential effects of restricted versus unlimited high-fat feeding in rats on fat mass, plasma hormones and brain appetite regulators. Journal of Neuroendocrinology. 21 (7), 602-609 (2009).
- Beilharz, J. E., Maniam, J., Morris, M. J. Short exposure to a diet rich in both fat and sugar or sugar alone impairs place, but not object recognition memory in rats. Brain, Behavior and Immunity. 37, 134-141 (2014).
- Bhagavata Srinivasan, S. P., Raipuria, M., Bahari, H., Kaakoush, N. O., Morris, M. J. Impacts of Diet and Exercise on Maternal Gut Microbiota Are Transferred to Offspring. Frontiers in Endocrinology. 9, 716-716 (2018).
- Kaakoush, N. O., et al. Alternating or continuous exposure to cafeteria diet leads to similar shifts in gut microbiota compared to chow diet. Molelcular Nutrition & Food Research. 61 (1), (2017).
- Raipuria, M., Bahari, H., Morris, M. J. Effects of maternal diet and exercise during pregnancy on glucose metabolism in skeletal muscle and fat of weanling rats. PLoS One. 10 (4), 0120980 (2015).
- Beilharz, J. E., Maniam, J., Morris, M. J. Short-term exposure to a diet high in fat and sugar, or liquid sugar, selectively impairs hippocampal-dependent memory, with differential impacts on inflammation. Behavioral Brain Research. 306, 1-7 (2016).
- Darling, J. N., Ross, A. P., Bartness, T. J., Parent, M. B. Predicting the effects of a high-energy diet on fatty liver and hippocampal-dependent memory in male rats. Obesity (Silver Spring). 21 (5), 910-917 (2013).
- Gomez-Smith, M., et al. Reduced Cerebrovascular Reactivity and Increased Resting Cerebral Perfusion in Rats Exposed to a Cafeteria Diet. Neuroscience. 371, 166-177 (2018).
- Martire, S. I., Holmes, N., Westbrook, R. F., Morris, M. J. Altered feeding patterns in rats exposed to a palatable cafeteria diet: increased snacking and its implications for development of obesity. PLoS One. 8 (4), 60407 (2013).
- Del Bas, J. M., et al. Alterations in gut microbiota associated with a cafeteria diet and the physiological consequences in the host. International Journal of Obesity (London). 42 (4), 746-754 (2018).
- Ferreira, A., Castro, J. P., Andrade, J. P., Dulce Madeira, M., Cardoso, A. Cafeteria-diet effects on cognitive functions, anxiety, fear response and neurogenesis in the juvenile rat. Neurobiology of Learning and Memory. 155, 197-207 (2018).
- Ribeiro, A., Batista, T. H., Veronesi, V. B., Giusti-Paiva, A., Vilela, F. C. Cafeteria diet during the gestation period programs developmental and behavioral courses in the offspring. International Journal of Developmental Neuroscience. 68, 45-52 (2018).
- Leffa, D. D., et al. Effects of Acerola (Malpighia emarginata DC.) Juice Intake on Brain Energy Metabolism of Mice Fed a Cafeteria Diet. Molecular Neurobiology. 54 (2), 954-963 (2017).
- Mn, M., Smvk, P., Battula, K. K., Nv, G., Kalashikam, R. R. Differential response of rat strains to obesogenic diets underlines the importance of genetic makeup of an individual towards obesity. Scientific Reports. 7 (1), 9162 (2017).
- Schemmel, R., Mickelsen, O., Gill, J. L. Dietary obesity in rats: Body weight and body fat accretion in seven strains of rats. The Journal of Nutrition. 100 (9), 1041-1048 (1970).
- Montgomery, M. K., et al. Mouse strain-dependent variation in obesity and glucose homeostasis in response to high-fat feeding. Diabetologia. 56 (5), 1129-1139 (2013).
- Krzizek, E. C., et al. Prevalence of Micronutrient Deficiency in Patients with Morbid Obesity Before Bariatric Surgery. Obesity Surgery. 28 (3), 643-648 (2018).
