Summary
Этот протокол описывает использование очень приемлемой, западного стиля кафетерия диеты для моделирования переедания и ожирения у грызунов. Здесь мы предоставляем подробный план отбора, подготовки и измерения продуктов питания, а также разъясняем методологические факторы, которые помогают в создании надежного и воспроизводимого фенотипа.
Abstract
Ожирение быстро растет в заболеваемости в развитых и развивающихся странах и, как известно, вызывает или усугубляет многие заболевания. Бремя ожирения для здоровья и сопутствующие условия подчеркивают необходимость лучшего понимания его патогенеза, однако этические ограничения ограничивают исследования среди людей. С этой целью внешне действительные модели ожирения у лабораторных животных имеют важное значение для понимания избыточного веса и ожирения. Хотя многие виды были использованы для моделирования спектр изменений, которые сопровождают ожирение у людей, грызуны наиболее часто используются. Наша лаборатория разработала в западном стиле столовой диеты, которая последовательно приводит к значительному набору веса и маркеры метаболических заболеваний у грызунов. Диета подвергает грызунов к различным очень вкусные продукты, чтобы вызвать гиперфагию, моделирование современной западной пищевой среды. Эта диета быстро индуцирует увеличение веса и накопление жировых отложений у крыс, что позволяет изучать эффекты переедания и ожирения. В то время как столовая диета не может обеспечить такой же контроль над макроэлементами и микроэлементами профиля, как очищенные с высоким содержанием жира или с высоким содержанием жира, с высоким содержанием сахара диеты, кафетерий диеты обычно вызывает более серьезный метаболический фенотип, чем наблюдается с очищенной диеты и в большей степени в соответствии с нарушениями обмена веществ наблюдается в избыточном весе и ожирением населения человека.
Introduction
Ожирение и связанные с ним сопутствующие заболевания вносят огромный вклад в глобальное бремя здравоохранения1 и составляют 7% бремени болезней в Австралии2. Ведущим фактором риска ожирения является потребление нездоровых диет с высоким содержанием насыщенных жиров и рафинированных углеводов, а также низким содержанием клетчатки и микроэлементов3. Определение целей терапевтического вмешательства при ожирении требует моделей, которые могут систематически оценивать воздействие на несколько биохимических и физиологических систем. Наше понимание этиологии ожирения было значительно расширено в ходе работы с использованием моделей грызунов, где поведенческие, метаболические и молекулярные эффекты могут быть изучены во времени в контролируемых условиях, где экологические факторы могут быть легко Манипулировать.
Столовая диета (CAF) модель диетического ожирения состоит из дополнения грызунов стандартная чау диета с различными приемлемыми продуктами, которые с высоким содержанием насыщенных жиров, рафинированных углеводов, или обоих. Примеры таких продуктов включают торты, сладкое печенье и с высоким содержанием жира пикантные закуски (такие как переработанное мясо, сыр и чипсы). Он надежно способствует гиперфагии и быстрому набору веса у грызунов. Ключевыми особенностями модели являются предоставление различных высоковкусных продуктов питания, предназначенных для имитации современной пищевой среды. Доступ к разнообразию увеличивает потребление пищи у крыс в течение краткосрочных4 и у людей5, даже когда продукты соответствуют вкусу и различаются только по вкусу и обонятельные сигналы4,6. Тем не менее, одно исследование показало, что предоставление энергии и макроэлементов соответствующих очищенных диет, которые варьировались по вкусу и текстуре не влияет на долгосрочное увеличение веса тела у крыс7, предполагая, что питательный состав и различные пост-оральные эффекты различные продукты могут также способствовать перееданию. Воздействие нескольких вкусов и текстур преодолевает сенсорно-специфическое сытость, которое описывает уменьшение желания съесть недавно съеденную пищу по сравнению с альтернативой5. Во многих когортах в нашей лаборатории, мы также заметили, что использование очень вкусные продукты еще больше усиливает переедание.
Эта диета CAF используется уже более 40 лет, так как Sclafani8 сообщил, что самки крыс, подвергшихся ассортименту "супермаркет продуктов" (зефир, шоколад, арахисовое масло, печенье, салями и сыром среди них) демонстрируют ускоренное увеличение веса по отношению к элементам управления. Это и другие ранние исследования отметили, что CAF-стиль диеты, как представляется, ускорить увеличение веса более эффективно, чем чистый с высоким содержанием жира или высоким содержанием углеводов диеты 8,9. Работа в 1980-х годов характеризуется макроэлементов профилей10 и еды моделей11 крыс кормили CAF диеты, и показал глубокие изменения в жировой массы и уровня инсулина9,10 и термогенез12. Наша группа использовала диету CAF для моделирования ожирения на протяжении более двух десятилетий13,14 и за это время мы использовали несколько вариантов диеты. Крысы представлены по крайней мере два сладких и два соленых продуктов питания каждый день, в дополнение к регулярным чау и воды. В последние годы мы начали дополнять твердые продукты CAF 10% сахарозы раствором. Способность адаптировать диету CAF к различным экспериментальным проектам является сильной стороной модели.
Диеты CAF способствуют немедленной гиперфагии (т.е. в течение первых 24 ч) и неуклонному увеличению массы тела и жировой массы. Тем не менее, следствием максимизации разнообразия является то, что потребление макроэлементов и микроэлементов не контролируется, точка некоторая точка зрения, как непреодолимый недостаток15. Исследования диетического ожирения чаще используют очищенные с высоким содержанием жира (HF) или комбинированные диеты с высоким содержанием жира с высоким содержанием сахара (HFHS), которые обеспечивают точный контроль над содержанием питательных веществ и менее трудоемкие, чем модель CAF, которая требует ежедневного мониторинга и тщательное планирование и выполнение графика. Переводная актуальность коммерчески доступных очищенных диет HF является темой текущих дебатов, так как их жирные кислоты профиля и пропорций жира и сахарозы не может выровнять с человеком диетического потребления16. Хотя диета CAF не предлагает такую же степень контроля над составом питательных веществ, как очищенные диеты, она направлена на моделирование вкуса и разнообразия, которое характеризует варианты питания в большинстве современных обществ.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Описанный здесь протокол был оптимизирован для использования у крыс. Хотя мы использовали диету CAF успешно у мышей17,18, мягкая пища шлифовка может ввести дальнейшую ошибку снижения надежности пищевых мер19. Этот протокол утверждается Комитетом по уходу за животными и этике при Университете Нового южного Уэльса и соответствует австралийским руководящим принципам по использованию и уходу за животными в научных целях (8-е издание), предоставляемых Австралийским национальным здравоохранением и Медицинский научно-исследовательский совет.
ПРИМЕЧАНИЕ: Очень немногие побочные эффекты наблюдались в наших краткосрочных исследованиях (т.е. lt;10 недель ad libitum CAF доступа); нет никаких доказательств изменений в общем благополучии, активности, коммуникабельности или тревожно-подобное поведение у крыс на диете CAF20. После более длительных интервалов (16 недель) очень случайные сердечно-сосудистые инциденты наблюдались у крыс, кормях каф-
1. Акклиматизация животных и жилищное строительство
- Акклиматизировать крыс на объект в течение 5-7 дней после прибытия с бесплатным доступом к контролю диеты и воды. Обработка крыс ежедневно, начиная с 24 ч после прибытия; CAF диета включает в себя ежедневное взаимодействие с клеткой так регулярное обращение имеет важное значение.
- Обеспечить экологическое обогащение предоставляется всем клеткам. Стандартная клетка содержит красный полиметил метакрилат поле, гнездования материала и деревянной жевательной палкой, что важно, потому что мягкие продукты, предоставляемые в рамках диеты CAF может привести к крыс развивающихся malocclusion без доступа к труднее пунктов жевать.
- До начала диеты CAF, назначить клетки CAF или чау групп и обеспечить их подобраны для начала веса тела, сравнивая средний и диапазон веса тела между группами и перевыделения по мере необходимости. Как освещение воздействия может повлиять на циркадные ритмы, потребление пищи и деятельности, обеспечить CAF и чау клетки распределяются равномерно в комнате колонии.
ПРИМЕЧАНИЕ: Грызуны формируют социальную иерархию, когда групповые (особенно мужчины). Последствия социального стресса частично контролируются путем обеспечения крыс размещаются с другими аналогичной массы тела (для уменьшения издевательств в клетке). Кроме того, столовая диета должна быть равномерно распределены вокруг клетки, так что все крысы имеют доступ к диете.
2. Диета Выбор и настройка
-
Планирования
- Убедитесь, что регулярные чау и вода всегда доступны и дополняются как минимум двумя сладкими и двумя пикантными предметами каждый день (пример еженедельного расписания показан в таблице 1;варианты питания на 3 дня, показанные на рисунке 1). Дополнительные услуги с высоким содержанием жира, высоким содержанием сахара чау и 10% сахарозы раствора.
- Выберите продукты в каждой категории, которые похожи в пропорциях макроэлементов: все сладкие предметы относительно выше в углеводах, чем жир, и все пикантные элементы выше в жире, чем углеводы. Цель обеспечить аналогичные пропорции жира, углеводов, сахара и белка в каждом ежедневном наборе продуктов CAF.
- Регулярно следите за потреблением на протяжении всего эксперимента, так что меню может быть адаптировано, при необходимости, для поддержания гиперфагии. Таблица 2 обеспечивает плотность энергии и макроэлементную информацию для нескольких примеров продуктов, и предложил анамовые количества для 200 g мыжских крыс Sprague Dawley.
- Избегайте кормления любой одной пищи на последовательных дней или слишком часто в неделю, так как это может уменьшить потребление этой пищи. Если это происходит, опустить пищу из графика в течение нескольких дней до повторного включения.
ПРИМЕЧАНИЕ: Крысы могут отображать неофобии и большинство новых продуктов питания требуют повторного воздействия, чтобы определить, будут ли они потребляться. Крысы обычно не предпочитают продукты, содержащие дрожжи (хлеб, пицца и т.д.) или те, с цитрусовыми или кофейных ароматизаторов.
-
Влажные продукты
- Рассмотрите возможность представления продуктов с более высоким содержанием влаги в контейнере, таких как тунец окоты, чтобы избежать загрязнения постельных принадлежностей. Пустые контейнеры также должны быть предоставлены для контроля клетки, если это делается.
-
Диета источников
- Убедитесь, что продукты CAF, используемые являются основными продуктами питания или получить достаточно для всего эксперимента, так что продукты питания остаются последовательными и не должны быть заменены.
-
Хранение диеты
- Храните продукты, указанные на упаковке или при -20 градусах По Цельсию и оттаивайте ночь перед использованием. Храните сухие товары (печенье) в герметичном контейнере.
-
Сахароза решение (необязательно)
- Подготовка сахарозы решение, как правило, 10% (w/v) навалом (2-5 L) и хранить на 4 кк С, когда не используется.
- Заменить сахарозы бутылки еженедельно (как минимум), чтобы предотвратить бактериальный или грибковый рост. Проверяйте бутылки ежедневно и заменяйте, если наблюдаются признаки роста.
ПРИМЕЧАНИЕ: Сахароза предоставляется в дополнение к воде, которая всегда доступна.
3. Приготовление диеты кафетерия
-
Оттайки
- Вынь из соответствующих количествах продуктов CAF, чтобы оттаять 24 ч до использования. Пища может быть разморожена с помощью микроволновой печи, но не должна быть представлена в то время как горячая.
-
Ежедневное пополнение диеты CAF
- Изменение CAF диетические продукты ежедневно гарантирует, что разнообразие максимизируется, и клетки загрязнения сводится к минимуму. Как крысы едят большую часть своего ежедневного потребление в начальной части темного цикла, график CAF пополнения пищи близко к началу темного графика, так что пища свежая в это время. Пополнить CAF диеты в день, когда потребление пищи не измеряется.
- Кормите группы чау таким образом, чтобы гарантировать, что эта группа имеет аналогичный ежедневный опыт, следующим образом.
- Включите бутылки с водой вокруг (носы вверх), поместите клетку на рабочее пространство и удалить крышку.
- Слегка нарушить постельные принадлежности в течение примерно 20 с, чтобы имитировать процесс сбора продуктов питания из постельных принадлежностей клетки CAF.
- Поместите небольшую горсть чау гранулы из пищевой бункер в постельные принадлежности, чтобы приравнять воздействие пищи на клетке постельных принадлежностей.
- Вернуть крышку клетки и вернуться к стойке, заменив бутылки с водой только тогда, когда клетка поселилась для того, чтобы свести к минимуму утечки.
- Кормление групп кафетерия
- Подготовка CAF диеты пунктов в маркированных контейнер для каждой клетки.
- Включите бутылки с водой вокруг (носы вверх), поместите клетку на рабочее пространство и удалить крышку.
- Удалите как можно больше старой диеты кафетерия из постельных принадлежностей, как это возможно.
- Поместите свежую диету кафетерия в клетку.
- Закройте клетку и вернитесь к стойке.
- Замените бутылки с водой и сахарозой.
ПРИМЕЧАНИЕ: Чтобы избежать разоблачения чау крыс CAF диеты, рассмотреть вопрос о кормлении чау клетки до КЛЕТКи CAF, или наоборот. Перчатки должны быть изменены между обработки крыс из разных групп диеты.
- Пополнить чау, воду и сахарозу бутылки по мере необходимости. Делать это после других процедур является более эффективным, как коробки тяжелее после пополнения пищи и воды.
ПРИМЕЧАНИЕ: CAF коробки почвы быстрее и должны быть изменены чаще, чтобы избежать стресса, вызванного воздействием мокрых постельных принадлежностей, а также сильные запахи. Осматривайте постельные принадлежности ежедневно и меняйте по мере необходимости.
4. Потребление пищи более 24 H
ПРИМЕЧАНИЕ: Измерения ведоки проводятся в течение дискретного периода 24 ч несколько раз в неделю.
- При начале диеты CAF, измерить вес тела и 24 ч потребление пищи по крайней мере два раза в неделю, чтобы контролировать эффективность диеты. Начните измерения ведоки в непосредственной близости от начала темной фазы. Цель представить тот же набор продуктов CAF на потребление пищи дней измерения, как приравнивание вкуса и энергии плотности позволит точного мониторинга изменений с течением времени.
ПРИМЕЧАНИЕ: Это не может быть возможным для исследований, требующих, чтобы измерения потребления пищи в неделю, так как чрезмерное воздействие на те же продукты могут уменьшить гиперфагию с течением времени. -
Caf и контроль рацион питания меры
- Подготовка CAF диеты и место в маркированный контейнер для каждой клетки, взвешивания и записи каждого компонента. На рисунке 1 показан законченный набор продуктов CAF. Таблица 3 состоит из примера листа мониторинга пищевых продуктов.
- Пополнить воду, сахарозу и чау уровнях по мере необходимости.
-
Для чау (контрольных) клеток
- Поверните бутылки с водой вокруг (выплески вверх), поместите клетку на рабочее пространство и снимите крышку.
- Взвесьте крыс, а затем перенесите их в клетку со свежими постельными принадлежностями, вместе с экологическим обогащением.
- Рекордный вес бутылок с водой и чау.
- Замените крышку клетки, верните клетку в стойку, а затем поверните бутылки с водой. Небольшие знаки с указанием "FOOD INTAKE" могут быть добавлены в клетку, чтобы уведомить обслуживающего персонала и исследователей не прикасаться к бутылкам и чау.
-
Для клеток CAF:
- Выполните те же шаги, что и в шаге 4.3. Дополнительно рассеять предварительно взвешенный контейнер продуктов CAF вокруг клетки со свежими постельными принадлежностями, прежде чем крысы передаются.
- Оставьте крыс на 24 ч период с минимальными нарушениями. Запись любых непредвиденных сбоев (например, прибытие новых крыс в комнату колонии, или изменения в окружающем шуме).
-
Готовое измерение вху пищи
- Рекордный вес бутылок с водой и чау для чау-клеток, тщательно ища постельные принадлежности на кусочки чау. Удалите знак «потребление пищи» из клеток после завершения.
- Приготовьте свежую диету CAF для клеток CAF.
- Для каждой клетки CAF
- Рекордный вес воды, чау и сахарозы.
- Удалите крышку клетки и экологического обогащения.
- Тщательно удалите фрагменты CAF из постельных принадлежностей и поместите в отдельные контейнеры. Удалите крупнейших частей, а затем систематически просеять все клетки постельных принадлежностей от одного конца к другому с помощью нежных радикальных движений.
ПРИМЕЧАНИЕ: Применяйте ту же степень ухода к каждой клетке при сборе пищи. Запись, где клетка была особенно грязный-в некоторых случаях крысы будут молоть вниз торт и / или печенье в мелкий порошок, который трудно собрать. Это может искусственно раздувать меры по удовению пищи. - Распределите новую диету CAF вокруг клетки, верните экологическое обогащение, закройте крышку клетки и верните ее в стойку, сняв знак «потребление пищи».
- Рекордный вес каждой пищи CAF до ближайшего 0,1 г. Вычтите пищу, оставшуюся от первоначального веса пищи, чтобы получить общий объем пищи, потребляемой на клетку, а затем разделить на количество крыс в каждой коробке (таким образом, предполагая равное потребление).
- Умножьте потребляемые суммы (g/rat) на плотность энергии (kJ/g) каждой пищи, предоставляемой производителем.
ПРИМЕЧАНИЕ: Для расчета потребления макроэлементов мы используем предполагаем плотность энергии 16,7 кДж/г для углеводов и белков и 37 кДж/г для жира.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Как показано на рисунке 2A, CAF диеты кормления производит 2,5 раза увеличение потребление энергии по отношению к чау-контроля, на основе данных из трех когорты мужчин Sprague Dawley крыс, что является последовательным в течение 6 недель. Другие исследования подтвердили, что эта степень гиперфагии поддерживается в течение 1021 и 1622 недельных экспериментов. Кривая веса(Рисунок 2B) указывает CAF питания диеты приводит к 20% разница в средней массе тела по сравнению с контролем после 3-4 недель диеты, сопоставимые с увеличением веса тела в соответствии с началом ожирения у людей. На 6 недель, средняя разница в наборе веса тела между CAF и контрольных групп составляет 67%(рисунок 2C) и ожирения, определяется EchoMRI, примерно в два раза(рисунок 2D). Теркетеры кормили крыс, как правило, едят 5-10% от их ежедневной энергии, как чау (5 г / крыса / день).
Профили потребления макроэлементов могут быть рассчитаны на дни измерения потребления пищи с использованием информации о питании от производителей продуктов. Мы наблюдаем последовательные потребление макроэлементов во всех половых содеян, с CAF-кормили крыс, потребляющих около 8% энергии, как белок, 34% как жир и 58% как углеводы. Наше обслуживание чау обеспечивает 22% белка, 13% жира и 65% углеводов. Относительно оценок потребления макроэлементов в популяциях людей (18,3% белка, 44,9% углеводов и 30,9% жира в Австралии23;15,7% белка, 48,7% углеводов и 33,7% жира в Соединенных Штатах Америки24), наши кормятся CAF крыс потребляют меньшую долю энергии, как белок, более высокую долю углеводов, и сопоставимую долю от жира. Однако, при рассмотрении абсолютного потребление, CAF кормили крыс переедать все три макроэлементов по отношению к контролю(Рисунок 3A-C для мужчин, Рисунок 3D-F для женщин), указывая, что они не являются дефицитом белка. Скорее, состав макроэлементов является результатом драматической гиперфагии вызывается, который обусловлен преимущественно избыток углеводов и жиров, как правило, не наблюдается у людей, которые, как правило, становятся избыточный вес и развивать ожирение более постепенно.
Недавнее исследование, которое мы провели, показывает, что самки крыс могут быть особенно уязвимы к обесогенным эффектам диеты CAF. Потребление энергии было в 3,8 раза больше в CAF кормили женщин по сравнению с контроля, который был поддержан в течение 6 недель(рисунок 4A). 20% разница в весе между группами наблюдалась только после 2 недель воздействия CAF(рисунок 4B). После 6 недель воздействия диеты, увеличение веса тела было в 12 раз больше у крыс CAF(рисунок 4C) и жировая масса была удвоена(Рисунок 4D) по сравнению со здоровыми контроля. Предложение о большей восприимчивости к диете индуцированной увеличение веса у женщин поддерживается более раннее исследование Sclafani и Горман, который показал, что кафетерий диета индуцированных значительно больше веса у женщин, чем у мужчин25.
Предоставление слишком мало каждого продукта CAF может искусственно ограничить измерения потребление энергии. Это наиболее легко решить, проверяя, что есть некоторые продукты питания, оставшиеся в клетках CAF 24 ч после кормления (когда пища обновляется). На рисунке 5 показано, как использование нескольких наборов продуктов питания для потребления пищи может привести к существенным изменениям в потреблении макроэлементов, несмотря на сопоставимое общее потребление энергии. В данном случае изменчивость была обусловлена в первую очередь балансом жиров и углеводов на фоне последовательного протеина. Анализ используемых наборов продуктов питания показал, что при предоставлении высокопредпочтительного пирога наблюдалось высокое содержание углеводов; более высокие удобываний жира наблюдались, когда этот торт отсутствовал.
Рисунок 1: Пример питания в кафетерии в течение трех дней. CAF диета должна состоять из разнообразной пищи каждый день, чтобы вызвать устойчивый гиперфагии. Подготовка продуктов CAF может быть оптимизирована путем размещения продуктов питания каждой клетки в назначенный контейнер. Это позволяет легко, своевременно доставлять в каждую клетку. День 1 - куриные наггетсы, говяжья собачья еда, шоколадное печенье, джем-ролл, очищенная диета с высоким содержанием жира. День 2 - мясной пирог, куриные наггетсы, печенье с скотч-пальцами, карамельный грязевой торт. День 3 - тусклая сумма, куриный ароматный корм для собак, печенье с кремом заварного крема, черничный чизкейк. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 2: Представитель приводит к повинной в нескольких мужских когортах. CAF диета производит последовательное увеличение потребление энергии (A), и вес тела (B) в течение 6 недель у взрослых крыс мужского пола. Это сопровождается значительным увеличением веса тела(C) и жировой массы (D) при оценке EchoMRI на 4 недели диеты. Данные представлены как средние - SEM; n 48 для индивидуальных данных; n 12 для данных о входе энергии (клетка как единица анализа). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 3: Потребление макроэлементов в нескольких мужских когортах. CAF диеты воздействия увеличивает общее потребление углеводов (A), жир (B) и белка (C) для крыс мужского пола. Эти увеличения сопоставимы у самок крыс для углеводов (D), жир (E) и белка (F) удовобов. Данные представлены как средние - SEM; n - 12 или 12 или n 4 клетки (мужчины и женщины соответственно) в среднем в течение 6 недель. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 4: Представитель приводит к женской когорте. Кафетерий диета производит последовательное увеличение потребление энергии (A) и массы тела (B) в течение 6 недель у взрослых крыс женского пола. После 6 недель диеты также наблюдается существенная разница в наборе веса тела(C)и жировой массы(D). Данные представлены как средние - SEM; n No 12 для индивидуальных данных; n No 4 для данных о вхотозах энергии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 5: Макроэлементный водоем с течением времени. Использование нескольких наборов продуктов питания для оценки потребления пищи может привести к различиям в макроэлементах потребления с течением времени, учитывая различия в индивидуальных предпочтениях в когорте крыс мужского пола. Данные представлены как средние - SEM; n 4 клетки. Обратите внимание, что общее потребление макроэлементов соответствует обычно наблюдаемой модели; КАФ-кормили крыс потребляется 60% энергии, как углеводы, 33% жира и 8% белка, как энергия. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
| Понедельник | Вторник | Среда | Четверг | Пятница | Суббота | Воскресенье | |
| ЕЖЕДНЕВНЫЕ ПРОДУКТЫ | Здоровая чау и питьевая вода | ||||||
| Торт | A | D | B | A | C | B | E |
| БЕЛОК 1 | A | C | D | A | C | D | A |
| БЕЛОК 2 | B | B | A | B | B | A | C |
| Cookie | B | A | C | B | D | C | A |
| ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЕЖЕДНЕВНЫЕ ПРОДУКТЫ | HFHS чау, 10% сахарозы решение | ||||||
Таблица 1: Пример еженедельного плана питания для питания в кафетерии. Диета CAF способствует гиперфагии, предоставляя различные вкусные продукты, которые разнообразны ежедневно, как показано в этом примере еженедельный план питания. Письма A-E обозначают уникальные продукты для этой пищевой группы (например, торт А может обозначать шоколадный грязевой торт и ванильную губку Cake B). Пищевые дни, затененные серым цветом, должны быть расположены равномерно в течение недели и в идеале хранятся как можно более последовательным. Хотя CAF диета всегда включает в себя непрерывный доступ к здоровой чау и воды, дополнительные дополнительные ежедневные продукты могут включать HF или HFHS чау, и 10% сахарозы решение.
| PER 100г (производные от производителя) | ЭНЕРГИЯ ПЕР 1 г | Рекомендуемое начальное значение (kJ/rat) | |||||||||||
| Еда | Энергия (kJ) | Белок (г) | Общий жир (г) | Насыщенный жир (г) | Общее количество углеводов (г) | Сахар (г) | Энергия (kJ/g) | Белок (kJ) | Общий жир (kJ) | Насыщенный жир (kJ) | Всего углеводов (kJ) | Сахар (kJ) | |
| Белок А | 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 |
| Белок 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 |
| Торт А | 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 |
| Торт 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 |
| Печенье 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 |
| Печенье 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 |
Таблица 2: Пищевая информация по отдельным продуктам питания в кафетериях. В этой таблице показана информация о питании, полученная по нескольким основным элементам рациона CAF. Важно обеспечить, чтобы ежедневные варианты обеспечивали аналогичные макроэлементы и чтобы крысы имели доступ к адекватному белку. Для каждого ежедневного набора продуктов, используемых, полезно рассчитать общую плотность энергии и содержание макроэлементов. Окончательная колонка содержит рекомендуемый начальный объем каждой пищи (в качестве энергии на крысу) для мужчин Sprague Dawley крыс на 200 г.
| Клетке | ВОДА (г) | ЧОУ (г) | Торт А (г) | Белок А (г) | Белок B (г) | Печенье B (г) | ||||||
| В | ИЗ | В | ИЗ | В | ИЗ | В | ИЗ | В | ИЗ | В | ИЗ | |
| 1 (CHOW) | ||||||||||||
| 2 (КАФЕ) | ||||||||||||
| 3 (CHOW) | ||||||||||||
| 4 (КАФЕ) | ||||||||||||
Таблица 3: Пример листа пищи. Веса каждого продукта питания CAF (g, в клетке) должны быть тщательно записаны на электронную таблицу.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Путем подвергать действию крыс к разнообразию высоки palatable продуктов с высоким содержанием в сале и сахаре, протокол диетпитания CAF описанный здесь обеспечивает надежную и надежную модель so-called «западной диетпитания» съеденной много людей. Гиперфагия, оцениваемая как значительное увеличение потребление энергии по сравнению с элементами контроля, наблюдается в течение первых 24 ч воздействия, со статистически значимыми различиями в весе тела, наблюдаемыми в течение нескольких недель. Таким образом, CAF является эффективной моделью диетического ожирения для грызунов.
Несколько исследований сообщили, что CAF-стиль диеты производят более преувеличенные фенотипа ожирения, чем очищенные Диеты HF или HFHS. Sampey et al.26 показали, что по сравнению с крысами кормили диету HF, воздействие CAF привело к большему воспалению печени и жировой ткани, более плохой толерантности к глюкозе и большей резистентности к инсулину. Хотя это исследование используется сало основе HFD, два других экспериментах обнаружили, что CAF диеты увеличили ожирения по отношению к HFDs на основе масла27 и кокосового масла28. Аналогичным образом, Higa et al. обнаружили, что в то время как диеты HF и CAF увеличили висцеральный жир по отношению к контролю диеты у мышей, только CAF увеличил потребление пищи и ускорил наступление гипергликемии, непереносимости глюкозы и резистентности к инсулину29. Другое исследование на мышах сообщили, что в дополнение к более выраженным метаболическим эффектам, CAF воздействия увеличилась заболеваемость печени и сердца патологии (фиброз, стеатоз и апоптоз меры) по отношению к очищенной HFD30. Тем не менее, недавняя работа показала, что специально сформулированная «западная диета» производила более сильное воздействие на метаболические, жировые и воспалительные меры, чем традиционная диета CAF31. Необходима дальнейшая работа по выявлению того, как различные типы обесогенных диет влияют на метаболические исходы, так как имеются ограниченные данные, сравнивающие столовые диеты с очищенными диетами с высоким содержанием сахара или высоким содержанием сахара и жира.
Большая часть нашей работы с этой моделью была с выведенными крысами Спраг-Доули. Протокол CAF был оптимизирован для изучения метаболических эффектов32 современной пищевой среды. Мы использовали эту модель для изучения микроструктуры кормления в течениедня 22, прерывистый доступ модели "bingeing"33 и в экспериментах, где потребление энергии yoked контролировать уровни34. Более поздние исследования изучили диетическое воздействие на познание20,35 и микрофлоры кишечника36,37. Версии диеты CAF также были использованы для изучения материнского ожирения38 и для изучения ответов кормления на гипоталамические пептиды кормления при ожирении14.
Важно отметить, что в то время как есть большое количество доказательств, указывающих на то, что кафетерий диета вызывает гиперфагию и ожирение у крыс и мышей, эти исследования в значительной степени были проведены в выведенных Sprague Dawley13,14, 20,39,40,41,42 и Wistar6,26,31,43,44 крыс, с относительно небольшим количеством исследований, проведенных в Balb/c17,18 ишвейцарских 45,46 мышей, а также других штаммов грызунов. Поэтому неизвестно, будут ли эффекты столовой диеты сообщили в литературе будет наблюдаться в других штаммов, тем более, что Есть известные различия штамма в ответ на обесогенные диеты у обеих крыс47,48 и мышей49. Кроме того, стартовый возраст и вес также являются важными методологическими факторами, которые могут модулировать влияние обесогенных диет на метаболические исходы25. Большая часть нашей предыдущей работы началась крыс на диете CAF в раннем взрослом возрасте, в том числе исследования генерации репрезентативных данных, представленных здесь.
Следует также учитывать ряд местных факторов. Продовольственный график, предложенный здесь, возможно, должны быть изменены при настройке диеты CAF для использования с другим штаммом или поставщиком. Местные запасы продовольствия будут определять конкретные продукты CAF, которые будут использоваться и потребление должно тщательно контролироваться каждый раз, когда новая пища вводится. Пищевая информация, предоставляемая на упаковках продуктов питания, должна быть сохранена и проверена с течением времени, чтобы убедиться, что расчеты макроэлементов являются точными.
Успешное применение модели CAF требует тщательного планирования и ежедневного мониторинга клеток. Требуется дополнительное время для ежедневной покупки, оттепели и приготовления продуктов питания, а дни измерения ведок являются трудоемкими. Эти факторы могут создавать материально-технические трудности и должны учитываться при оценке модели для использования. Исследователи, заинтересованные в адаптации модели CAF следует поэтому считают, что надежный гиперфагии и ожирения фенотип наблюдается с CAF поставляется с пониженным контролем над потреблением питательных веществ и увеличение времени подготовки.
Важно учитывать ряд ограничений модели CAF. Поскольку эта модель позволяет грызунам выбирать продукты питания, потребление макроэлементов не может быть определена для отдельных крыс, если индивидуальное жилье не используется. В то время как среднее потребление макроэлементов в когортах относительно стабильно, мы наблюдаем изменчивость метаболических реакций крыс на диету CAF в когортах, которые могут относиться к различиям в индивидуальном выборе диеты. Кроме того, элементы диеты CAF не обогащены, что означает, что доступность микроэлементов может быть низкой. Тем не менее, наши крысы всегда имеют доступ к здоровой, питательно полный чау (который обычно составляет 5-7% от потребление энергии) и обеспечиваются питательно полный рулон собаки в качестве пикантной пищи на 3-4 дней в неделю. Важно также отметить, что низкая доступность питательных микроэлементов наблюдается в человеческих западных стиле диеты с высоким содержанием жира и сахара, и высокая доля взрослых людей с ожирением показывают дефицит питательных микроэлементов50.
Есть также несколько важных оговорок, чтобы отметить, в отношении измерения ведок пищи. Поскольку найти все фрагменты пищи невозможно, важно обеспечить, чтобы для каждой клетки использовалась идентичная процедура. По мере того как потребление еды измерено на основание в-клетки, мы анализируем весание энергии с клеткой как блок анализа, предполагая равное потребление для всех крыс внутри. Однако, поскольку модель явно предназначена для максимального выбора и разнообразия, общее потребление энергии, макроэлементов и микроэлементов профилей для отдельных крыс CAF, вероятно, будет варьироваться. Тем не менее, это дает возможность изучить индивидуальные различия в потреблении, и метаболические ответ на, CAF диеты. Дальнейшие исследования, сравнивающие возрастные мужчины и женщины-грызуны на протяжении всей жизни, будут важны для полной характеристики половых различий в ответ на диету. Наконец, модели грызунов не могут и не пытаются воссоздать сложный спектр экономических, психологических и социальных факторов, влияющих на пищевое поведение человека. Однако, учитывая гомологичные нейронные схемы, лежащие в основе кормления поведения между млекопитающими, и аналогичный физиологический ответ на положительный энергетический баланс (т.е. в осаждении жира и измененной метаболической функции), мы считаем, что эта модель имеет значение в понимание того, как плохое питание и ожирение изменяют функцию тела и мозга.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не заявляют о каких-либо конкурирующих интересах или раскрытии информации.
Acknowledgments
Работа была поддержана грантами nHMRC (#568728, #150262, #1126929) для 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).
