Summary
Este protocolo describe el uso de una dieta de cafetería de estilo occidental altamente apetecible para modelar la alimentación excesiva y la obesidad en roedores. Aquí, proporcionamos un esquema detallado de la selección, preparación y medición de alimentos, y explicamos factores metodológicos que ayudan a generar un fenotipo robusto y reproducible.
Abstract
La obesidad está aumentando rápidamente en la incidencia en los países desarrollados y en desarrollo y se sabe que induce o exacerba muchas enfermedades. La carga sanitaria de la obesidad y sus condiciones comorbilidades ponen de relieve la necesidad de una mejor comprensión de su patogénesis, pero las limitaciones éticas limitan los estudios en los seres humanos. Con este fin, los modelos de obesidad externamente válidos en animales de laboratorio son esenciales para la comprensión de tener sobrepeso y obesidad. Mientras que muchas especies se han utilizado para modelar la gama de cambios que acompañan a la obesidad en los seres humanos, los roedores se utilizan más comúnmente. Nuestro laboratorio ha desarrollado una dieta de cafetería de estilo occidental que conduce constantemente a un aumento considerable de peso y marcadores de enfermedad metabólica en roedores. La dieta expone a los roedores a una variedad de alimentos altamente apetecibles para inducir la hiperfagia, modelando el ambiente alimentario occidental moderno. Esta dieta induce rápidamente el aumento de peso y la acumulación de grasa corporal en ratas permitiendo el estudio de los efectos de comer en exceso y la obesidad. Si bien la dieta de la cafetería puede no proporcionar el mismo control sobre el perfil de macronutrientes y micronutrientes que las dietas purificadas con alto contenido de grasa o alto contenido en grasas, con alto contenido de azúcar, la dieta de la cafetería normalmente induce un fenotipo metabólico más grave que el observado con dietas y está más en línea con las alteraciones metabólicas observadas en la población humana con sobrepeso y obesidad.
Introduction
La obesidad y sus comorbilidades relacionadas hacen una enorme contribución a la carga sanitaria mundial1 y representan el 7% de la carga de morbilidad en Australia2. Un factor de riesgo principal para la obesidad es el consumo de dietas poco saludables que son altas en grasas saturadas y carbohidratos refinados, y bajos en fibra y micronutrientes3. La identificación de objetivos de intervención terapéutica para la obesidad requiere modelos que puedan evaluar sistemáticamente los efectos en múltiples sistemas bioquímicos y fisiológicos. Nuestra comprensión de la etiología de la obesidad ha avanzado sustancialmente mediante el trabajo utilizando modelos de roedores, donde los efectos conductuales, metabólicos y moleculares pueden ser estudiados a través del tiempo en condiciones controladas donde los factores ambientales pueden ser fácilmente Manipulado.
El modelo de dieta de cafetería (CAF) de obesidad inducida por la dieta consiste en complementar la dieta de coma estándar de los roedores con una variedad de alimentos palpables que son altos en grasas saturadas, carbohidratos refinados, o ambos. Algunos ejemplos de estos alimentos son las tortas, las galletas dulces y los refrigerios salados con alto contenido de grasa (como carnes procesadas, queso y patatas fritas). Promueve de forma fiable la hiperfagia y el rápido aumento de peso en roedores. Las características clave del modelo son la provisión de una variedad de alimentos altamente agradables, diseñados para simular el entorno alimentario moderno. El acceso a la variedad aumenta la ingesta de alimentos en ratas a corto plazo4 y en humanos5 incluso cuando los alimentos se igualan para la palatabilidad y varían sólo en sabor y señales olfativas4,6. Sin embargo, un estudio mostró que proporcionar dietas purificadas igualadas de energía y macronutrientes que variaban en sabor y textura no tuvo ningún efecto en el aumento de peso corporal a largo plazo en ratas7,lo que sugiere que la composición de nutrientes y efectos post-orales distintos de diferentes alimentos también pueden contribuir a comer en exceso. La exposición a múltiples sabores y texturas supera la saciedad sensorialmente específica, que describe la disminución en el deseo de comer un alimento recién comido en relación con una alternativa5. En muchas cohortes de nuestro laboratorio, hemos observado de manera similar que el uso de alimentos altamente apetecibles amplifica aún más la alimentación excesiva.
Esta dieta CAF se ha utilizado durante más de 40 años, desde que Sclafani8 informó que las ratas hembra expuestas a una variedad de "alimentos de supermercado" (malvaviscos, chocolate, mantequilla de maní, galletas, salami y queso entre ellos) mostraron aumento de peso acelerado en relación con los controles. Este y otros estudios tempranos señalaron que las dietas al estilo CAF parecían acelerar el aumento de peso más eficazmente que las dietas puras con alto contenido de grasa o alto en carbohidratos 8,9. El trabajo en la década de 1980 caracterizó los perfiles macronutrientes10 y los patrones de comida11 de ratas alimentadas con dietas CAF, y mostró profundos cambios en la masa grasa y los niveles de insulina9,10 y termogénesis12. Nuestro grupo ha utilizado la dieta CAF para modelar la obesidad durante más de dos décadas13,14 y durante este tiempo hemos utilizado varias variantes de la dieta. Las ratas se presentan con al menos dos alimentos dulces y dos salados cada día, además de la comida regular y el agua. En los últimos años hemos comenzado a complementar alimentos sólidos CAF con 10% solución de sacarosa. La capacidad de adaptar la dieta CAF a diferentes diseños experimentales es una fortaleza del modelo.
Las dietas de CAF promueven la hiperfagia inmediata (es decir, dentro de los primeros 24 h) y ganancias constantes en peso corporal y masa grasa. Sin embargo, una consecuencia de maximizar la variedad es que la ingesta de macronutrientes y micronutrientes no está controlada, un punto de vista como un defecto insuperable15. Los estudios de obesidad inducida por la dieta utilizan con mayor frecuencia dietas purificadas con alto contenido de grasa (HF) o combinadas con alto contenido de azúcar (HFHS), que ofrecen un control preciso sobre el contenido nutricional y consumen menos mano de obra que el modelo CAF, que requiere monitoreo diario y planificación y ejecución cuidadosas de la programación. La relevancia traslacional de las dietas de IC purificadas disponibles comercialmente es un tema de debate en curso, ya que su perfil de ácidos grasos y las proporciones de grasa y sacarosa pueden no alinearse con la ingesta dietética humana16. Si bien la dieta CAF no ofrece el mismo grado de control sobre la composición de nutrientes que las dietas purificadas, tiene como objetivo modelar la palatabilidad y variedad que caracteriza las opciones alimentarias en la mayoría de las sociedades modernas.
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Protocol
El protocolo descrito aquí ha sido optimizado para su uso en ratas. Si bien hemos utilizado la dieta CAF con éxito en ratones17,18, la molienda de alimentos blandos puede introducir más errores reduciendo la fiabilidad de las medidas de ingesta de alimentos19. Este protocolo es aprobado por el Comité de Cuidado y Etica Animal de la Universidad de Nueva Gales del Sur y cumple con las directrices australianas para el uso y cuidado de animales con fines científicos (8a Edición) proporcionadas por la Australian National Health y Consejo de Investigación Médica.
NOTA: Se han observado muy pocos efectos adversos en nuestros estudios a corto plazo (es decir, <10 semanas de acceso ad libitum CAF); no hay evidencia de cambios en el bienestar general, actividad, sociabilidad o comportamiento similar a la ansiedad en ratas en la dieta CAF20. Después de intervalos más largos (>16 semanas) se han observado incidentes cardiovasculares muy ocasionales en ratas alimentadas por CAF.
1. Aclimatación y Vivienda animal
- Aclimatar ratas a las instalaciones durante 5-7 días después de la llegada con acceso gratuito para controlar la dieta y el agua. Manipule ratas todos los días a partir de 24 h después de la llegada; La dieta CAF implica la interacción diaria con la jaula por lo que el manejo regular es importante.
- Asegurar que se proporcione enriquecimiento ambiental a todas las jaulas. Una jaula estándar contiene una caja de polimetilmetacrilato rojo, material de anidación y un palo de mascar de madera, lo cual es importante porque los alimentos blandos proporcionados dentro de la dieta CAF pueden resultar en ratas que desarrollan maloclusión sin acceso a artículos más difíciles de masticar.
- Antes de comenzar la dieta CAF, asigne jaulas a los grupos CAF o chow y asegúrese de que se igualan para el peso corporal inicial comparando la media y el rango de pesos corporales entre grupos y reasignando según sea necesario. Como la exposición a la iluminación puede afectar los ritmos circadianos, la ingesta de alimentos y la actividad, asegúrese de que las jaulas de CAF y chow se distribuyan uniformemente en la sala de la colonia.
NOTA: Los roedores forman jerarquías sociales cuando están alojados en grupos (especialmente los hombres). Los efectos del estrés social se controlan parcialmente asegurando que las ratas se alojan con otras personas de un peso corporal similar (para reducir el acoso dentro de una jaula). Además, la dieta de la cafetería debe distribuirse uniformemente alrededor de la jaula para que todas las ratas tengan acceso a la dieta.
2. Selección y configuración de la dieta
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Programación
- Asegúrese de que la comida y el agua regulares estén siempre disponibles y se complementen con un mínimo de dos productos dulces y dos sabrosos cada día (un ejemplo de un horario semanal se muestra en la Tabla 1;opciones de alimentos durante 3 días que se muestran en la Figura 1). Los extras opcionales son una solución de sacarosa alta en grasa, alta azúcar y 10%.
- Elija alimentos dentro de cada categoría que sean similares en proporciones de macronutrientes: todos los artículos dulces son relativamente más altos en carbohidratos que la grasa y todos los artículos salados son más altos en grasa que los carbohidratos. Intenta proporcionar proporciones similares de grasa, carbohidratos, azúcar y proteínas en cada conjunto diario de alimentos CAF.
- Supervise regularmente el consumo durante todo el experimento para que el menú pueda adaptarse, si es necesario, para mantener la hiperfagia. La Tabla 2 proporciona información sobre la densidad de energía y macronutrientes para varios ejemplos de alimentos, y sugiere cantidades de partida para ratas Sprague Dawley macho de 200 g.
- Evite alimentar cualquier alimento individual en días consecutivos o con demasiada frecuencia en una semana, ya que esto puede disminuir la ingesta de ese alimento. Si esto ocurre, omita los alimentos del horario durante unos días antes de volver a incorporarlos.
NOTA: Las ratas pueden mostrar neofobia y la mayoría de los alimentos nuevos requieren exposiciones repetidas para determinar si se consumirán. Las ratas no suelen preferir alimentos que contienen levadura (pan, pizza, etc.) o aquellos con sabores cítricos o de café.
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Alimentos húmedos
- Considere la posibilidad de presentar alimentos con mayor contenido de humedad en un recipiente como un tinrín, para evitar ensuciar la ropa de cama. Los contenedores vacíos también deben proporcionarse a las jaulas de control si esto se hace.
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Abastecimiento de dieta
- Asegúrese de que los alimentos CAF utilizados sean básicos u obtengan suficiente para todo el experimento para que los alimentos permanezcan consistentes y no necesiten ser sustituidos.
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Almacenamiento de la dieta
- Almacene los alimentos como se indica en el envase o a -20 oC y desconde la noche anterior a su uso. Almacene los productos secos (biscuits) en un recipiente hermético.
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Solución de sacarosa (opcional)
- Preparar la solución de sacarosa, típicamente 10% (p/v) a granel (2-5 L) y almacenar a 4 oC cuando no esté en uso.
- Sustituya las botellas de sacarosa semanalmente (como mínimo) para evitar el crecimiento bacteriano o fúngico. Inspeccione las botellas diariamente y reemplácelas si se observan signos de crecimiento.
NOTA: Se proporciona sacarosa además de agua, que siempre está disponible.
3. Preparación de la dieta de la cafetería
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Descongelación
- Sacar las cantidades apropiadas de alimentos CAF para descongelar 24 horas antes de su uso. Los alimentos se pueden descongelar con un microondas, pero no deben presentarse mientras estén calientes.
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Reposición diaria de la dieta CAF
- Cambiar los alimentos de la dieta CAF diariamente asegura que la variedad se maximice, y la suciedad de la jaula se minimice. A medida que las ratas comen la mayor parte de su ingesta diaria en la porción inicial del ciclo oscuro, programe el reabastecimiento de alimentos de CAF cerca del inicio del horario oscuro para que los alimentos estén frescos en este momento. Reponer la dieta CAF en un día en que no se está midiendo la ingesta de alimentos.
- Alimentar a los grupos de comida de una manera que se asegure de que este grupo tiene una experiencia diaria similar, como se indica a continuación.
- Gire las botellas de agua (spouts up), coloque la jaula en el espacio de trabajo y retire la tapa.
- Perturbar ligeramente la ropa de cama durante aproximadamente 20 s, para simular el proceso de recolección de alimentos de la ropa de cama de las jaulas CAF.
- Coloque un pequeño puñado de pellets de chow de la tolva de alimentos en la ropa de cama, para equiparar la exposición a los alimentos en la ropa de cama de la jaula.
- Vuelva a colocar la tapa de la jaula y vuelva al bastidor, reemplazando las botellas de agua solo cuando la jaula esté asentada para minimizar los derrames.
- Alimentar a los grupos de cafetería
- Prepare los artículos de la dieta CAF en un recipiente etiquetado para cada jaula.
- Gire las botellas de agua (spouts up), coloque la jaula en el espacio de trabajo y retire la tapa.
- Retire la mayor cantidad posible de la dieta de la antigua cafetería de la ropa de cama.
- Coloque una dieta fresca en la cafetería en la jaula.
- Cierre la jaula y vuelva al bastidor.
- Sustituya las botellas de agua y sacarosa.
NOTA: Para evitar exponer ratas de comer a la dieta CAF, considere la posibilidad de alimentar jaulas de comida antes de las jaulas de CAF, o viceversa. Los guantes deben cambiarse entre el manejo de ratas de diferentes grupos de dieta.
- Recargar las botellas de comida, agua y sacarosa según sea necesario. Hacer esto después de otros procedimientos es más eficiente, ya que las cajas son más pesadas después de rematar los alimentos y el agua.
NOTA: Las cajas CAF se suelen más rápidamente y necesitan cambiarse más a menudo para evitar el estrés inducido por la exposición a la ropa de cama húmeda, así como olores fuertes. Inspeccione la ropa de cama diariamente y cámbiela según corresponda.
4. Ingesta de alimentos más de 24 H
NOTA: Las mediciones de ingesta de alimentos se realizan durante un período discreto de 24 h varias veces por semana.
- Al iniciar la dieta CAF, mida el peso corporal y 24 h de ingesta de alimentos al menos dos veces por semana para controlar la eficacia de la dieta. Comience las mediciones de ingesta de alimentos cerca del inicio de la fase oscura. El objetivo es presentar el mismo conjunto de alimentos CAF en los días de medición de la ingesta de alimentos, ya que la equiparación de las densidades de sabor y energía permitirá un monitoreo preciso de los cambios a lo largo del tiempo.
NOTA: Esto puede no ser posible para estudios que requieren >2 mediciones de ingesta de alimentos por semana, ya que las exposiciones excesivas a los mismos alimentos pueden reducir la hiperfagia con el tiempo. -
CAF y controlar las medidas de ingesta dietética
- Preparar la dieta CAF y colocar en un recipiente etiquetado para cada jaula, pesando y registrando cada componente. La Figura 1 muestra un conjunto completo de alimentos CAF. La Tabla 3 consiste en un ejemplo de hoja de monitoreo de la ingesta de alimentos.
- Rellene los niveles de agua, sacarosa y comida según sea necesario.
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Para jaulas de comida (control)
- Gire las botellas de agua (spouts up), coloque la jaula en el espacio de trabajo y retire la tapa.
- Pesar las ratas y luego transferirlas a una jaula con ropa de cama fresca, junto con enriquecimiento ambiental.
- Peso récord de botellas de agua y comida.
- Vuelva a colocar la tapa de la jaula, devuelva la jaula al estante y, a continuación, gire las botellas de agua. Se pueden añadir pequeños letreros que indiquen "FOOD INTAKE" a la jaula para notificar a los asistentes e investigadores que no toquen las botellas y la comida.
-
Para las jaulas CAF:
- Realice los mismos pasos que en el paso 4.3. Además, esparza el recipiente prepesado de alimentos CAF alrededor de la jaula con ropa de cama fresca antes de que las ratas sean transferidas.
- Dejar ratas durante un período de 24 horas con mínima perturbación. Registre cualquier interrupción imprevista (por ejemplo, la llegada de ratas nuevas a la sala de la colonia o cambios en el ruido ambiental).
-
Finalizar la medición de la ingesta de alimentos
- Registre el peso de las botellas de agua y la comida para las jaulas de comida, buscando cuidadosamente en la ropa de cama trozos de comida. Retire el letrero de "ingesta de alimentos" de las jaulas una vez completado.
- Preparar una dieta fresca de CAF para jaulas CAF.
- Para cada jaula CAF
- Peso récord de agua, comida y sacarosa.
- Retire la tapa de la jaula y el enriquecimiento ambiental.
- Retire cuidadosamente los fragmentos de CAF de la ropa de cama y colóquelos en recipientes separados. Retire primero las piezas más grandes y luego tamifre sistemáticamente toda la ropa de cama de la jaula de un extremo al otro usando movimientos de barrido suaves.
NOTA: Aplique el mismo grado de cuidado a cada jaula al recolectar alimentos. Registre dónde una jaula ha sido particularmente desordenada, en algunos casos las ratas triturarán pastel y/o galleta en un polvo fino que es difícil de recoger. Esto puede inflar artificialmente las medidas de ingesta de alimentos. - Distribuir la nueva dieta CAF alrededor de la jaula, devolver el enriquecimiento ambiental, cerrar la tapa de la jaula y devolverla al estante, eliminando el signo de "ingesta de alimentos".
- Registre el peso de cada alimento CAF hasta 0,1 g. Restar los alimentos restantes del peso inicial de los alimentos para obtener el total de alimentos consumidos por jaula, y luego dividir por el número de ratas en cada caja (suponiendo así la misma ingesta).
- Multiplique la cantidad consumida (g/rata) por la densidad de energía (kJ/g) de cada alimento proporcionado por el fabricante.
NOTA: Para calcular la ingesta de macronutrientes utilizamos asumir densidades de energía de 16,7 kJ/g para carbohidratos y proteínas, y 37 kJ/g para la grasa.
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Representative Results
Como se muestra en la Figura 2A,la alimentación de la dieta CAF produce un aumento de 2,5 veces en la ingesta de energía en relación con los controles de la coma, basado en datos de tres cohortes de ratas macho Sprague Dawley, que es consistente durante 6 semanas. Otros estudios han confirmado que esta extensión de la hiperfagia se mantiene en más de 1021 y 16 experimentos de22 semanas. La curva de peso(Figura 2B) indica que la alimentación de la dieta CAF conduce a una diferencia del 20% en el peso corporal medio en comparación con el control después de 3-4 semanas de dieta, comparable al aumento de peso corporal consistente con la aparición de la obesidad en los seres humanos. A las 6 semanas, la diferencia media en el aumento de peso corporal entre CAF y los grupos de control es del 67%(Figura 2C)y la adiposidad, determinada por EchoMRI, se duplica aproximadamente(Figura 2D). Las ratas alimentadas por la cafetería suelen comer entre el 5 y el 10% de su energía diaria como comida (5 g/rata/día).
Los perfiles de ingesta de macronutrientes se pueden calcular en días de medición de ingesta de alimentos utilizando información nutricional de los fabricantes de productos. Observamos ingestas constantes de macronutrientes en sexos y edades, con ratas alimentadas con CAF que consumen aproximadamente el 8% de energía como proteína, 34% como grasa y 58% como carbohidratos. Nuestra comida de mantenimiento proporciona 22% de proteína, 13% de grasa y 65% de carbohidratos. En relación con las estimaciones del consumo de macronutrientes en poblaciones humanas (18,3% proteína, 44,9% carbohidratos y 30,9% de grasa en Australia23;15,7% de proteína, 48,7% de carbohidratos y 33,7% de grasa en los Estados Unidos de América24), nuestras ratas alimentadas con CAF consumir una menor proporción de energía como proteína, una mayor proporción como carbohidratos, y una proporción comparable de la grasa. Sin embargo, al considerar la ingesta absoluta, las ratas alimentadas con CAF comen en exceso los tres macronutrientes en relación con los controles(Figura 3A–C para los hombres, Figura 3D-F para las mujeres), lo que indica que no son deficientes en proteínas. Más bien, la composición de macronutrientes resulta de la hiperfagia dramática evocada, que es impulsada predominantemente por el exceso de consumo de carbohidratos y grasa, no se suele observar en sujetos humanos que tienden a sobreponderar y desarrollar la obesidad más gradualmente.
Un estudio reciente que realizamos sugiere que las ratas hembra pueden ser particularmente vulnerables a los efectos obesogénicos de la dieta CAF. La ingesta de energía fue 3,8 veces mayor en las hembras alimentadas por CAF en relación con los controles, que se mantuvo durante 6 semanas(Figura 4A). Se observó una diferencia de peso del 20% entre grupos después de sólo 2 semanas de exposición cafática(Figura 4B). Después de 6 semanas de exposición a la dieta, el aumento de peso corporal fue 12 veces mayor en ratas CAF(Figura 4C)y la masa grasa se duplicó (Figura 4D) en comparación con controles saludables. La sugerencia de una mayor susceptibilidad al aumento de peso inducido por la dieta en las mujeres está respaldada por un estudio anterior de Sclafani y Gorman, que mostró que una dieta de cafetería indujo un aumento de peso significativamente mayor en las mujeres que en los hombres25.
Proporcionar muy poco de cada alimento CAF puede restringir artificialmente las mediciones de la ingesta de energía. Esto se aborda más fácilmente comprobando que queda algo de comida en las jaulas de CAF 24 h después de la alimentación (cuando el alimento se refresca). La Figura 5 muestra cómo el uso de múltiples conjuntos de alimentos para la ingesta de alimentos puede conducir a cambios sustanciales en la ingesta de macronutrientes a pesar de la ingesta de energía general comparable. En este caso, la variabilidad se debió principalmente al equilibrio de grasas y carbohidratos en un contexto de ingesta constante de proteínas. Los análisis de los conjuntos de alimentos utilizados indicaron que se observaron altas ingestas de carbohidratos cuando se proporcionó un pastel altamente preferido; se observaron mayores ingestas de grasa cuando este pastel estaba ausente.
Figura 1: Ejemplo de dieta en la cafetería a lo largo de tres días. La dieta CAF debe consistir en alimentos variados cada día para inducir una hiperfagia sostenida. La preparación de los alimentos CAF se puede agilizar colocando los alimentos de cada jaula en un recipiente designado. Esto permite una entrega fácil y oportuna en cada jaula. Día 1 - nuggets de pollo, comida para perros con sabor a carne de res, galletas de crema de chocolate, rollo de mermelada, dieta purificada con alto contenido de grasa. Día 2 - pastel de carne, nuggets de pollo, galletas de dedo escocés, pastel de barro de caramelo. Día 3 , comida para perros con sabor a pollo, galletas de crema de natillas, tarta de queso de arándanos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Resultados representativos en múltiples cohortes masculinas. La dieta CAF produce un aumento constante en la ingesta de energía (A), y el peso corporal (B) durante 6 semanas en ratas adultas masculinas. Esto se acompaña de aumentos significativos en el aumento de peso corporal (C) y la masa grasa (D) cuando se evalúa por EchoMRI en 4 semanas de dieta. Los datos se representan como medias - SEM; n 48 para datos individuales; n a 12 para los datos de ingesta de energía (jaula como unidad de análisis). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Ingesta de macronutrientes en múltiples cohortes masculinas. La exposición a la dieta CAF aumenta la ingesta total de carbohidratos (A), grasa (B) y proteína(C) para ratas macho. Estos aumentos son comparables en ratas hembra para las ingestas decarbohidratos( D ), grasa (E) y proteína (F). Los datos se representan como medias - SEM; n a 12 o n a 4 jaulas (hombres y hembras respectivamente) promediadas durante 6 semanas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: Resultados representativos en una cohorte femenina. Dieta de cafetería produce un aumento constante en la ingesta de energía (A) y el peso corporal (B) durante 6 semanas en ratas adultas hembra. Después de 6 semanas de dieta también se observa una diferencia sustancial en el aumento de peso corporal (C) y la masa grasa (D). Los datos se representan como medias - SEM; n a 12 para los datos individuales; n 4 para los datos de ingesta de energía. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5: Ingesta de macronutrientes con el tiempo. El uso de múltiples conjuntos de alimentos para evaluar la ingesta de alimentos puede conducir a diferencias en la ingesta de macronutrientes con el tiempo dadas las diferencias en las preferencias individuales en una cohorte de ratas macho. Los datos se representan como medias - SEM; 4 jaulas. Tenga en cuenta que la ingesta general de macronutrientes coincide con el patrón que se suele observar; Las ratas alimentadas por CAF consumieron 60% de energía como carbohidratos, 33% de grasa y 8% de proteína, como energía. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| Lunes | Martes | Miércoles | Jueves | Viernes | Sábado | Domingo | |
| ALIMENTOS DIARIOS | Comida saludable y agua potable | ||||||
| Pastel | Un | D | B | Un | C | B | E |
| PROTEÍNA 1 | Un | C | D | Un | C | D | Un |
| PROTEÍNA 2 | B | B | Un | B | B | Un | C |
| Galleta | B | Un | C | B | D | C | Un |
| ALIMENTOS DIARIOS ADICIONALES OPCIONALES | Comida HFHS, solución de sacarosa al 10% | ||||||
Tabla 1: Ejemplo de plan de alimentos semanales para la dieta de la cafetería. La dieta CAF promueve la hiperfagia proporcionando una variedad de alimentos agradables que se varían diariamente, como se muestra en este ejemplo de plan de alimentos semanales. Las letras A-E denotan alimentos únicos para ese grupo de alimentos (por ejemplo, Cake A podría denotar pastel de chocolate y esponja de vainilla Cake B). Los días de ingesta de alimentos, sombreados en gris, deben colocarse uniformemente a lo largo de la semana e idealmente se mantienen lo más consistentes posible. Mientras que la dieta CAF siempre incluye acceso continuo a comida y agua saludables, los alimentos diarios adicionales opcionales pueden incluir chows HF o HFHS, y una solución de sacarosa al 10%.
| PER 100g (derivado del fabricante) | ENERGIA POR 1g | Valor inicial recomendado (kJ/rat) | |||||||||||
| víveres | Energía (kJ) | Proteína (g) | Grasa total (g) | Grasa saturada (g) | Carbohidrato total (g) | Azúcar (g) | Energía (kJ/g) | Proteína (kJ) | Grasa total (kJ) | Grasa saturada (kJ) | Carbohidrato total (kJ) | Azúcar (kJ) | |
| Proteína 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 |
| Proteína 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 |
| Pastel 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 |
| Pastel 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 |
Tabla 2: Información nutricional de los alimentos seleccionados de la cafetería. Esta tabla muestra la información nutricional obtenida para varios elementos básicos en la dieta CAF. Es importante asegurarse de que las opciones diarias proporcionan disponibilidades de macronutrientes similares, y que las ratas tienen acceso a proteínas adecuadas. Para cada conjunto diario de alimentos utilizados, es útil calcular la densidad de energía general y el contenido de macronutrientes. La columna final contiene el volumen inicial recomendado de cada alimento (como energía por rata) para ratas macho Sprague Dawley a 200 g.
| Jaula | AGUA (g) | CHOW (g) | Pastel A (g) | Proteína A (g) | Proteína B (g) | Cookie B (g) | ||||||
| En | OUT | En | OUT | En | OUT | En | OUT | En | OUT | En | OUT | |
| 1 (CHOW) | ||||||||||||
| 2 (CAF) | ||||||||||||
| 3 (CHOW) | ||||||||||||
| 4 (CAF) | ||||||||||||
Tabla 3: Ejemplo de hoja de ingesta de alimentos. Los pesos de cada alimento CAF (g, por jaula) deben registrarse cuidadosamente en una hoja de cálculo.
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Discussion
Al exponer a las ratas a una variedad de alimentos altamente apetecibles ricos en grasas y azúcares, el protocolo de dieta CAF descrito aquí proporciona un modelo confiable y robusto de la llamada "dieta occidental" que consumen muchas personas. La hiperfagia, evaluada como un aumento significativo en la ingesta de energía en relación con los controles, se observa dentro de las primeras 24 horas de exposición, con diferencias de peso corporal estadísticamente significativas observadas en cuestión de semanas. Por lo tanto, CAF es un modelo eficaz de obesidad inducida por la dieta para los roedores.
Varios estudios han reportado que las dietas al estilo CAF producen un fenotipo de obesidad más exagerado que las dietas purificadas de HF o HFHS. 26 mostraron que en relación con las ratas alimentadas con una dieta de HF, la exposición de CAF condujo a una mayor inflamación del hígado y del tejido adiposo, una tolerancia más deficiente a la glucosa y más resistencia a la insulina. Mientras que ese estudio utilizó una HFD basada en manteca de cerdo, otros dos experimentos encontraron que las dietas de CAF aumentaron la adiposidad en relación con los HFD a base de mantequilla27 y aceite de coco28. Del mismo modo, Higa y otros encontraron que mientras que las dietas HF y CAF aumentaron la grasa visceral en relación con la dieta de control en ratones, sólo CAF aumentó la ingesta de alimentos y aceleró la aparición de hiperglucemia, intolerancia a la glucosa y resistencia a la insulina29. Otro estudio en ratones informó que además de efectos metabólicos más pronunciados, la exposición a CAF aumentó la incidencia de patologías hepáticas y cardíacas (fibrosis, esteatosis y medidas de apoptosis) en relación con una HFDpurificada 30. Sin embargo, trabajos recientes han demostrado que una "dieta occidental" específicamente formulada produjo efectos más fuertes sobre las medidas metabólicas, adiposas e inflamatorias que una dieta tradicional de CAF31. Trabajo adicional identificando cómo se necesitan diferentes tipos de dietas obesogénicas que afectan los resultados metabólicos, ya que hay datos limitados que comparan las dietas de la cafetería con dietas purificadas altas en azúcar, o altas en azúcar y grasa.
La mayor parte de nuestro trabajo con este modelo ha sido con ratas saqueadas Sprague-Dawley. El protocolo CAF ha sido optimizado para investigar los efectos metabólicos32 del entorno alimentario moderno. Hemos utilizado este modelo para estudiar la microestructura de la alimentación a lo largo del día22,los modelos de acceso intermitente de 'bingeing'33 y en experimentos donde la ingesta de energía se lleva a cabo para controlar los niveles34. Estudios más recientes han examinado los efectos dietéticos sobre la cognición20,35 y el microbioma intestinal36,37. Las versiones de la dieta CAF también se han utilizado para estudiar la obesidad materna38 y para explorar las respuestas de alimentación a los péptidos de alimentación hipotalámicos en la obesidad14.
Es importante señalar que si bien hay un gran número de evidencias que indican que la dieta de la cafetería induce hiperfagia y obesidad en ratas y ratones, estos estudios se han realizado en gran medida en sofocada Sprague Dawley13,14, 20,39,40,41,42 y Wistar6,26,31,43,44 ratas, con relativamente pocos estudios realizados en Balb/c17,18 y Swiss45,46 ratones, así como otras cepas de roedores. Por lo tanto, se desconoce si los efectos de la dieta de cafetería reportada en la literatura se observarán en otras cepas, especialmente porque se conocen diferencias de cepa en respuesta a las dietas obesogénicas en ratas47,48 y ratones49. Además, la edad inicial y el peso también son factores metodológicos importantes que pueden modular los efectos de las dietas obesogénicas en los resultados metabólicos25. La mayor parte de nuestro trabajo previo ha comenzado ratas con dieta CAF en la edad adulta temprana, incluyendo los estudios que generan los datos representativos reportados aquí.
También se deben considerar varios factores locales. El calendario de alimentos propuesto aquí puede necesitar ser modificado al configurar la dieta CAF para su uso con una cepa o proveedor diferente. Los suministros locales de alimentos determinarán los alimentos específicos de CAF que se utilizarán y el consumo debe supervisarse cuidadosamente cada vez que se introduce un nuevo alimento. La información nutricional proporcionada en los paquetes de alimentos debe conservarse y verificarse a lo largo del tiempo para garantizar que los cálculos de macronutrientes sean precisos.
La aplicación exitosa del modelo CAF requiere una planificación cuidadosa y un monitoreo diario de jaulas. Se necesita más tiempo para comprar, descongelar y preparar alimentos diariamente, y los días de medición de la ingesta de alimentos son intensivos en mano de obra. Estos factores pueden plantear restricciones logísticas y deben tenerse en cuenta al evaluar el modelo para su uso. Por lo tanto, los investigadores interesados en adaptar el modelo CAF deben considerar que el fenotipo fiable de hiperfagia y obesidad observado con CAF viene con un control reducido sobre la ingesta de nutrientes y un mayor tiempo de preparación.
Varias limitaciones del modelo CAF son importantes a tener en cuenta. Dado que este modelo permite a los roedores seleccionar alimentos, no se puede determinar la ingesta de macronutrientes para ratas individuales a menos que se emplee alojamiento individual. Si bien la ingesta media de macronutrientes entre cohortes es relativamente estable, observamos la variabilidad en las respuestas metabólicas de las ratas a la dieta CAF dentro de las cohortes, que puede estar relacionada con las diferencias en la selección de dieta individual. Además, los artículos de la dieta CAF no están fortificados, lo que significa que la disponibilidad de micronutrientes puede ser baja. Sin embargo, nuestras ratas siempre tienen acceso a una comida saludable y nutricionalmente completa (que normalmente comprende entre el 5 y el 7% de la ingesta de energía) y se les proporciona un rollo de perro nutricionalmente completo como un alimento salado de 3 a 4 días a la semana. También es importante tener en cuenta que la baja disponibilidad de micronutrientes se observa en dietas humanas de estilo occidental ricas en grasas y azúcares, y una alta proporción de adultos con obesidad muestran deficiencia de micronutrientes50.
También hay varias advertencias importantes a tener en cuenta con respecto a la medición de la ingesta de alimentos. Dado que es imposible localizar todos los fragmentos de alimentos, es importante asegurarse de que se utilice un procedimiento idéntico para cada jaula. Como la ingesta de alimentos se mide por jaula, analizamos la ingesta de energía con jaula como la unidad de análisis, asumiendo el mismo consumo para todas las ratas dentro. Sin embargo, debido a que el modelo está diseñado explícitamente para maximizar la elección y la variedad, es probable que la ingesta total de energía, los perfiles de macronutrientes y micronutrientes para ratas individuales de CAF varíen. Sin embargo, esto proporciona una oportunidad para estudiar las diferencias individuales en el consumo de, y la respuesta metabólica a, la dieta CAF. Otros estudios que comparen roedores masculinos y femeninos emparejados a lo largo de la vida útil serán importantes para caracterizar completamente las diferencias sexuales en respuesta a la dieta. Por último, los modelos de roedores no pueden recrear la compleja gama de factores económicos, psicológicos y sociales que influyen en el comportamiento alimentario. Sin embargo, dados los circuitos neuronales homólogos subyacentes al comportamiento de alimentación entre los mamíferos, y la respuesta fisiológica similar al equilibrio energético positivo (es decir, en la deposición de grasa y la función metabólica alterada), creemos que este modelo tiene valor entender cómo las dietas deficientes y la obesidad alteran la función corporal y cerebral.
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Disclosures
Los autores no declaran intereses o divulgaciones en competencia.
Acknowledgments
La labor fue apoyada por las subvenciones del proyecto 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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