Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Medicine

Velsmagende vestlig stil cafeteria kost som en pålidelig metode til modellering diæt-induceret fedme i gnavere

Published: November 1, 2019 doi: 10.3791/60262
* These authors contributed equally

Summary

Denne protokol beskriver brugen af en meget velsmagende, vestlig stil cafeteria kost til model overspisning og fedme i gnavere. Her giver vi en detaljeret skitse af mad udvælgelse, forberedelse og måling, og forklare metodologiske faktorer, der hjælper med at generere en robust og reproducerbar fænotype.

Abstract

Fedme er hastigt stigende i forekomsten i de udviklede lande og udviklingslandene og er kendt for at inducere eller forværre mange sygdomme. Den sundhedsmæssige byrde af fedme og dens comorbiditet betingelser fremhæver behovet for en bedre forståelse af dens patogenese, men etiske begrænsninger begrænser undersøgelser hos mennesker. Til dette formål eksternt gyldige modeller af fedme i forsøgsdyr er afgørende for forståelsen af at være overvægtige og fedme. Mens mange arter er blevet brugt til at modellere rækken af ændringer, der ledsager fedme hos mennesker, gnavere er mest almindeligt anvendt. Vores laboratorium har udviklet en vestlig stil cafeteria kost, der konsekvent fører til betydelig vægtøgning og markører for metabolisk sygdom i gnavere. Kosten udsætter gnavere til en række meget velsmagende fødevarer for at fremkalde hyperphagia, modellering det moderne vestlige fødevare miljø. Denne diæt hurtigt inducerer vægtøgning og kropsfedt ophobning i rotter giver mulighed for undersøgelse af virkningerne af overspisning og fedme. Mens cafeteria kosten ikke kan give den samme kontrol over makronæringsstoffer og mikronæringsstoffer profil som renset højt fedtindhold eller højt fedtindhold, høj-sukker kost, cafeteriet kosten typisk inducerer en mere alvorlig metabolisk fænotype end observeret med renset kostvaner og er mere i overensstemmelse med metaboliske forstyrrelser observeret i overvægtige og fede menneskelige befolkning.

Introduction

Fedme og dens relaterede komorbiditeter yder et enormt bidrag til den globale sundhedsbyrde1 og tegner sig for 7% af sygdomsbyrden i Australien2. En førende risikofaktor for fedme er indtagelse af usunde kostvaner, der er højt indhold af mættet fedt og raffinerede kulhydrater, og lav i fiber og mikronæringsstoffer3. Identificering af mål for terapeutisk intervention for fedme kræver modeller, der systematisk kan vurdere virkningerne på flere biokemiske og fysiologiske systemer. Vores forståelse af etiologien af fedme er blevet fremskreden væsentligt ved at arbejde ved hjælp af gnaver modeller, hvor adfærdsmæssige, metaboliske og molekylære virkninger kan undersøgt på tværs af tid under kontrollerede forhold, hvor miljømæssige faktorer let kan Manipuleret.

Cafeteriet Diet (CAF) model af diæt-induceret fedme består af supplere gnavere ' standard Chow kost med en række velsmagende fødevarer, der er høje i enten mættet fedt, raffinerede kulhydrater, eller begge. Eksempler på disse fødevarer omfatter kager, søde kiks og højt fedt salte snacks (såsom forarbejdet kød, ost og chips). Det fremmer pålideligt Hyperfagi og hurtig vægtøgning i gnavere. De vigtigste elementer i modellen er levering af en række meget velsmagende fødevarer, der er designet til at simulere det moderne fødevare miljø. Adgang til sorten øger fødeindtagelse i rotter over kortsigtede4 og i mennesker5 , selv når fødevarer matches for smagsevne og varierer kun i smag og olfaktoriske cues4,6. Men, en undersøgelse viste, at levere energi-og makronæringsstoffer-matchede renset kostvaner, der varierede i smag og tekstur havde ingen effekt på langsigtede kropsvægt øgning i rotter7, tyder på, at næringsstofsammensætning og særskilte post-orale virkninger af forskellige fødevarer kan også bidrage til overspisning. Udsættelse for flere smag og teksturer overvinder sensorisk-specifik mæthed, som beskriver faldet i lyst til at spise en nyligt spist mad i forhold til en alternativ5. På tværs af mange kohorter i vores laboratorium, har vi ligeledes observeret, at brugen af meget velsmagende fødevarer yderligere forstærker overspisning.

Denne CAF kost har været brugt i over 40 år, da Sclafani8 rapporterede, at hunrotter udsat for et sortiment af ' supermarked Foods ' (marshmallows, chokolade, jordnøddesmør, småkager, salami og ost blandt dem) udstillet accelereret vægtøgning i forhold til kontrolelementer. Dette og andre tidlige undersøgelser bemærkede, at CAF-stil kostvaner syntes at accelerere vægtøgning mere effektivt end ren højt fedtindhold eller høj kulhydrat kost 8,9. Arbejde i 1980 ' erne karakteriseret makronæringsstoffer profiler10 og måltid mønstre11 af rotter fodret CAF kostvaner, og viste dybtgående ændringer i fedtmasse og insulin niveauer9,10 og termogenese12. Vores gruppe har brugt CAF kost til at modellere fedme i over to årtier13,14 og i løbet af denne tid har vi brugt flere varianter af kosten. Rotter er præsenteret med mindst to søde og to salte fødevarer hver dag, ud over regelmæssig Chow og vand. I de seneste år er vi begyndt at supplere solid CAF fødevarer med 10% saccharose opløsning. Evnen til at skræddersy CAF-kosten til forskellige eksperimentelle designs er en styrke i modellen.

CAF kostvaner fremme umiddelbar Hyperfagi (dvs., inden for de første 24 h) og støt gevinster i kropsvægt og fedtmasse. Men, en konsekvens af maksimering variation er, at makronæringsstoffer og mikronæringsstoffer indtag ikke er kontrolleret, et punkt nogle Se som en uovervindelig fejl15. Undersøgelser af diæt-induceret fedme mere almindeligt brug renset højt fedtindhold (HF) eller kombinerede højt fedtindhold, høj-sukker (HFHS) kostvaner, som tilbyder præcis kontrol over næringsindholdet og er mindre arbejdskraftintensive end CAF model, som kræver daglig overvågning og omhyggelig planlægning og udførelse af tidsplanen. Den translationelle relevans af kommercielt tilgængelige renset HF kostvaner er et emne i igangværende debat, som deres fedtsyre profil og proportioner af fedt og saccharose ikke kan tilpasse sig den menneskelige indtagelse af kosten16. Mens CAF kost ikke tilbyder den samme grad af kontrol over næringsstofsammensætning som renset kost, det har til formål at modellere smagen og sorten, der karakteriserer mad muligheder i de fleste moderne samfund.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Den protokol, der er beskrevet her, er optimeret til brug i rotter. Mens vi har brugt CAF kost med succes i mus17,18, blød mad slibning kan indføre yderligere fejl at reducere pålideligheden af fødeindtagelse foranstaltninger19. Denne protokol er godkendt af dyresundheds-og etiske komité ved University of New South Wales og er i overensstemmelse med de australske retningslinjer for brug og pleje af dyr til videnskabelige formål (8. udgave), som den australske nationale sundheds-og Medicinsk Forskningsråd.

Bemærk: Meget få bivirkninger er blevet observeret i vores kortvarige undersøgelser (dvs. < 10 uger ad libitum CAF adgang); der er ingen tegn på ændringer i generelle trivsel, aktivitet, selskabelighed eller angst-lignende adfærd i rotter på CAF kost20. Efter længere intervaller (> 16 uger) er meget lejlighedsvis kardiovaskulære hændelser blevet observeret hos CAF-fodret rotter.

1. dyrs akklimatisering og bolig

  1. Acclimate rotter til faciliteten for 5 – 7 dage efter ankomsten med fri adgang til at kontrollere kost og vand. Håndtag rotter dagligt begynder 24 h efter ankomsten; CAF kost involverer daglig interaktion med buret, så regelmæssig håndtering er vigtig.
  2. Sikre, at alle bure har miljøberigelse. En standard bur indeholder en rød polymethylmethacrylat boks, redemateriale og en træ tygge pind, hvilket er vigtigt, fordi de bløde fødevarer, der leveres i CAF kost kan resultere i rotter udvikle malokklusion uden adgang til hårdere elementer til at tygge.
  3. Før du påbegynder CAF-diæt, skal du tildele bure til CAF-eller Chow-grupper og sikre, at disse matches for at starte kropsvægten ved at sammenligne middelværdien og rækken af krops vægte mellem grupperne og omallokere efter behov. Da belysning eksponering kan påvirke døgnrytmen, fødeindtagelse og aktivitet, sikre CAF og Chow bure fordeles jævnt i koloni rummet.
    Bemærk: Gnavere danner sociale hierarkier, når Gruppen har til huse (især mænd). Virkningerne af social stress er delvist kontrolleret for ved at sikre rotter er anbragt med andre af en lignende kropsvægt (for at reducere mobning i et bur). Derudover bør cafeteria diæt fordeles jævnt omkring buret, så alle rotter har adgang til kosten.

2. valg af diæt og opsætning

  1. Planlægning
    1. Sørg for regelmæssig Chow og vand er altid til rådighed og suppleres med mindst to søde og to krydrede varer hver dag (et eksempel på en ugentlig tidsplan er vist i tabel 1; madmulighederne i 3 dage vist i figur 1). Ekstraudstyr er høj-fedt, høj-sukker Chow og 10% saccharose opløsning.
    2. Vælg fødevarer inden for hver kategori, der er ens i makronæringsstoffer proportioner: alle søde varer er relativt højere i kulhydrat end fedt og alle salte varer er højere i fedt end kulhydrat. Formål at give lignende proportioner af fedt, kulhydrat, sukker og protein i hvert dagligt sæt CAF fødevarer.
    3. Regelmæssigt overvåge forbruget i hele eksperimentet, så menuen kan skræddersys, hvis det er nødvendigt, for at opretholde hyperphagia. Tabel 2 giver energitæthed og makro næringsstof oplysninger for flere eksempel fødevarer, og foreslog startbeløb for 200 g mandlige Sprague dawley rotter.
    4. Undgå fodring af en enkelt fødevare på hinanden følgende dage eller alt for ofte i en uge, da dette kan nedsætte indtagelse af den pågældende fødevare. Hvis dette sker, udelade fødevarer fra tidsplanen for et par dage før geninkorporering.
      Bemærk: Rotter kan vise neofobi og de fleste nye fødevarer kræver gentagne eksponeringer for at afgøre, om de vil blive forbrugt. Rotter ikke typisk foretrækker fødevarer, der indeholder gær (brød, Pizza, etc.) eller dem med citrus eller kaffe smag.
  2. Våde fødevarer
    1. Overvej at præsentere fødevarer højere i fugtindhold i en beholder som en tun tin, for at undgå at snavs strøelse. Der skal også være tomme beholdere til kontrol af bure, hvis dette gøres.
  3. Kost sourcing
    1. Sørg for, at de anvendte CAF-fødevarer er hæfteklammer eller får nok til hele forsøget, således at fødevarerne forbliver konsistente og ikke behøver at blive erstattet.
  4. Kost opbevaring
    1. Opbevar fødevarer som angivet på emballagen eller ved-20 °C og tø natten før brug. Opbevar tørre genstande (kiks) i en lufttæt beholder.
  5. Saccharoseopløsning (ekstraudstyr)
    1. Forbered saccharose opløsning, typisk 10% (w/v) i bulk (2-5 L) og opbevares ved 4 °C, når det ikke er i brug.
    2. Udskift saccharose flasker ugentligt (som minimum) for at forhindre bakteriel eller svampevækst. Undersøg flasker dagligt, og Udskift, hvis der observeres tegn på vækst.
      Bemærk: Saccharose leveres ud over vand, som altid er til rådighed.

3. Cafeteria diæt forberedelse

  1. Afrimning
    1. Tag passende mængder af CAF fødevarer til tø ~ 24 h før brug. Mad kan afrimmes ved hjælp af en mikrobølgeovn, men bør ikke præsenteres mens varmt.
  2. Daglig genopfyldning af CAF-diæt
    1. Ændring af CAF diæt Foods dagligt sikrer, at sorten er maksimeret, og bur snavs minimeres. Som rotter spiser det meste af deres daglige indtag i den indledende del af den mørke cyklus, planlægge CAF fødevarer genopfyldning tæt på starten af den mørke tidsplan, så maden er frisk på dette tidspunkt. Genopfyld CAF kost på en dag, hvor fødeindtagelse ikke måles.
    2. Fodre Chow grupper på en måde, der sikrer, at denne gruppe har en lignende daglig oplevelse, som følger.
      1. Drej vand flaskerne rundt (spouts op), Placer buret på arbejdsområdet og Fjern låget.
      2. Let forstyrre strøelse for ca 20 s, at simulere processen med at indsamle fødevarer fra strøelse af CAF bure.
      3. Placer en lille håndfuld Chow pellets fra madbeholderen i strøelse, for at ligestilere udsættelse for mad på burstrøelse.
      4. Returner burlåget og vend tilbage til stativet, og Udskift kun vandflasker, når buret afmonteres for at minimere spild.
    3. Fodring af cafeteria grupper
      1. Forbered CAF diæt genstande i en mærket beholder for hvert bur.
      2. Drej vand flaskerne rundt (spouts op), Placer buret på arbejdsområdet og Fjern låget.
      3. Fjern så meget af den gamle cafeteria diæt fra strøelse som muligt.
      4. Placer frisk cafeteria diæt i buret.
      5. Luk buret og vend tilbage til stativet.
      6. Udskift vand og saccharose flasker.
        Bemærk: For at undgå at udsætte Chow rotter til CAF kost, Overvej fodring Chow bure før CAF bure, eller vice versa. Handsker bør skiftes mellem at håndtere rotter fra forskellige kostgrupper.
  3. Top op Chow, vand og saccharose flasker som nødvendigt. At gøre dette efter andre procedurer er mere effektiv som kasser er tungere efter påfyldning mad og vand.
    Bemærk: CAF kasser jordbund hurtigere og skal ændres oftere for at undgå stress induceret af udsættelse for våde strøelse samt stærke dufte. Inspicer strøelse dagligt og Skift efter behov.

4. fødeindtagelse over 24 H

Bemærk: Målinger af fødeindtagelse udføres over en diskret 24 timers periode flere gange om ugen.

  1. Ved påbegyndelse af CAF kost, måle kropsvægt og 24 h fødeindtagelse mindst to gange om ugen for at overvåge effektiviteten af kosten. Begynd fødeindtagelse målinger tæt på begyndelsen af den mørke fase. Formål at præsentere det samme sæt CAF fødevarer på fødeindtagelse måling dage, som sidestille for smag og energi tætheder vil tillade nøjagtig overvågning af ændringer over tid.
    Bemærk: Dette er muligvis ikke muligt for undersøgelser, der kræver > 2 målinger af fødeindtagelse pr. uge, da overdreven eksponering for de samme fødevarer kan nedsætte Hyperfagi over tid.
  2. CAF og kontrol kostindtag foranstaltninger
    1. Forbered CAF kost og Placer i en mærket beholder for hvert bur, vejning og registrering hver komponent. Figur 1 viser et færdigt sæt af CAF-fødevarer. Tabel 3 består af et eksempel på overvågnings arket for fødevareindtagelse.
    2. Fyld vand, saccharose og Chow niveauer efter behov.
  3. Til Chow (kontrol) bure
    1. Vend vandflasker rundt (spouts op), Placer buret på arbejdsområdet og Fjern låget.
    2. Afvejes rotter og derefter overføres til et bur med frisk strøelse, sammen med miljømæssig berigelse.
    3. Rekord vægt af vandflasker og Chow.
    4. Udskift burlåget, returner buret til rack, og drej derefter vand flaskerne rundt. Små skilte med angivelse af ' FØDEINDTAGELSE ' kan føjes til buret for at underrette hjælpere og forskere om ikke at røre flasker og Chow.
  4. For CAF-bure:
    1. Udfør de samme trin som i trin 4,3. Derudover spredes den forvejede beholder med CAF-fødevarer rundt om buret med frisk strøelse, før rotter overføres.
    2. Efterlad rotter i en 24 timers periode med minimal forstyrrelse. Optag eventuelle uventede afbrydelser (f. eks. ankomst af nye rotter til koloni rummet eller ændringer i omgivende støj).
  5. Udfør måling af fødeindtagelse
    1. Rekord vægt af vandflasker og Chow til Chow bure, omhyggeligt søger strøelse til stykker af Chow. Fjern tegnet ' fødeindtagelse ' fra bure, når det er færdigt.
    2. Forbered frisk CAF kost til CAF bure.
    3. For hvert CAF-bur
      1. Rekord vægt af vand, Chow og saccharose.
      2. Fjern burlåg og miljømæssig berigelse.
      3. Fjern forsigtigt CAF-fragmenter fra strøelse og Placer dem i separate beholdere. Fjern de største stykker først og derefter systematisk SIFT alle bur strøelse fra den ene ende til den anden ved hjælp af blide feje bevægelser.
        Bemærk: Anvend den samme grad af omhu for hvert bur ved indsamling af fødevarer. Optag, hvor et bur har været særligt rodet-i nogle tilfælde rotter vil male ned kage og/eller kiks i et fint pulver, der er vanskeligt at indsamle. Dette kan kunstigt oppustet fødeindtagelse foranstaltninger.
      4. Distribuer den nye CAF-diæt omkring buret, returner miljøberigelse, Luk burlåget og returner det til stativet, og fjern skiltet ' fødeindtagelse '.
      5. Rekord vægt af hver CAF mad til nærmeste 0,1 g. fratræk fødevarer, som er tilbage fra den oprindelige fødevare vægt, for at opnå den samlede fødeindtagelse pr. bur, og dividerer derefter med antallet af rotter i hver æske (hvilket antager samme indtag).
      6. Multiplicere forbrugt mængde (g/rotte) med energitætheden (kJ/g) af hver fødevare, der leveres af fabrikanten.
        Bemærk: For at beregne makro næringsstofindtag bruger vi antage energitæthed på 16,7 kJ/g for kulhydrater og protein, og 37 kJ/g for fedt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Som vist i figur 2a, CAF kost fodring producerer en 2,5-fold stigning i energi indtag i forhold til Chow kontrol, baseret på data fra tre kohorter af mandlige Sprague dawley rotter, der er konsekvent over 6 uger. Andre undersøgelser har bekræftet, at dette omfang af Hyperfagi er opretholdt over 1021 og 1622 uge eksperimenter. Vægt kurven (figur 2B) indikerer, at CAF diæt fører til en forskel på 20% i gennemsnitlig legemsvægt sammenlignet med kontrol efter 3 – 4 ugers kost, sammenlignelig med kropsvægt øgning i overensstemmelse med debut af fedme hos mennesker. Ved 6 uger er den gennemsnitlige forskel i legemsvægtøgning mellem CAF og kontrolgrupperne 67% (figur 2C), og adiposity, bestemt af echomri, er ca. fordoblet (figur 2D). Cafeteria-fodret rotter typisk spiser 5 – 10% af deres daglige energi som Chow (~ 5 g/rotte/dag).

Macronutrient indtag profiler kan beregnes på fødeindtagelse måling dage ved hjælp af ernæringsmæssige oplysninger fra produkt fabrikanterne. Vi observerer konsekvente makronæringsstoffer indtag på tværs af køn og aldre, med CAF-fodret rotter forbruge ca 8% af energien som protein, 34% som fedt og 58% som kulhydrat. Vores vedligeholdelses Chow giver 22% protein, 13% fedt og 65% kulhydrat. I forhold til estimater af makro næringsstof forbrug i humane populationer (18,3% protein, 44,9% kulhydrat og 30,9% fedt i Australien23; 15,7% protein, 48,7% kulhydrat og 33,7% fedt i USA24), vores CAF-fed rotter forbruge en lavere andel af energi som protein, en højere andel som kulhydrat, og en sammenlignelig andel af fedt. Men når man overvejer absolut indtag, spiser CAF-fed rotter alle tre makronæringsstoffer i forhold til kontrollerne (figur 3A – C for mænd, figur 3D – F for kvinder), hvilket indikerer, at de ikke er protein mangelfulde. Snarere, den makro næringsstof sammensætning resultater fra den dramatiske Hyperfagi fremkaldt, som drives overvejende af overdreven kulhydrat og fedt indtag, ikke normalt observeret i mennesker, der har tendens til at blive overvægtige og udvikle fedme mere gradvist.

En nylig undersøgelse, vi udførte tyder på, at hunrotter kan være særligt sårbare over for obesogenic effekter af CAF kost. Energi indtag var 3,8 gange større hos CAF-fodret hunner i forhold til kontrol, som blev opretholdt i løbet af 6 uger (figur 4A). Der blev observeret en vægtforskel på 20% mellem grupperne efter kun 2 ugers eksponering af CAF (figur 4B). Efter 6 ugers diæt eksponering var kropsvægt øgning 12 gange større i CAF-rotter (figur 4C), og fedtmassen blev fordoblet (figur 4D) sammenlignet med sunde kontroller. Forslaget om større modtagelighed for kost-induceret vægtøgning hos kvinder er understøttet af en tidligere undersøgelse af Sclafani og Gorman, som viste, at en cafeteria kost induceret betydeligt større vægtøgning hos kvinder end hos mænd25.

At give for lidt af hver CAF mad kan kunstigt begrænse målinger af energi indtag. Dette løses lettest ved at kontrollere, at der er noget mad tilbage i CAF bure 24 h efter fodring (når maden er forfrisket). Figur 5 viser, hvordan brugen af flere madsæt til fødeindtagelse kan føre til betydelige forskydninger i makro næringsstofindtag på trods af sammenligneligt samlet energi indtag. I dette tilfælde skyldtes variabiliteten primært balancen mellem fedt og kulhydrat på baggrund af konsekvent protein indtag. Analyserne af de anvendte madsæt indikerede, at der blev observeret høje kulhydrat indtag, når en meget foretrukken kage blev leveret; højere fedt indtag blev observeret, når denne kage var fraværende.

Figure 1
Figur 1: eksempel på cafeteria diæt på tværs af tre dage. CAF kost bør bestå af varieret mad hver dag for at fremkalde vedvarende hyperphagia. Tilberedning af CAF Foods kan strømlines ved at placere hver BURS mad i en udpeget beholder. Dette giver mulighed for nem, veltimet levering i hvert bur. Dag 1 = kylling nuggets, oksekød-flavored hundemad, chokolade creme kiks, marmelade roll, højt fedt renset kost. Dag 2 = kødtærte, kylling nuggets, Scotch finger kiks, karamel mudder kage. Dag 3 = dim sum, kylling-flavored hundemad, Custard fløde kiks, blåbær cheesecake. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: repræsentative resultater i flere mandlige kohorter. CAF kost producerer en konsekvent stigning i energi indtag (a), og kropsvægt (B) over 6 uger hos mandlige voksne rotter. Dette er ledsaget af betydelige stigninger i legemsvægtøgning (C) og fedtmasse (D), når vurderet af echomri ved 4 ugers kost. Data er repræsenteret som middelværdien ± SEM; n = 48 for individuelle data; n = 12 for data om energi indtag (bur som analyseenhed). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: Macronutrient indtag i flere mandlige kohorter. CAF-diæt eksponeringen øger det totale indtag af kulhydrat (A), fedt (B) og protein (C) for hanrotter. Disse stigninger er sammenlignelige hos hunrotter for kulhydrater (D), fedt (E) og protein (F) indtag. Data er repræsenteret som middelværdien ± SEM; n = 12 eller n = 4 bure (henholdsvis hanner og hunner) i gennemsnit over 6 uger. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: repræsentative resultater i en kvindelig kohorte. Cafeteria kost producerer en konsekvent stigning i energi indtag (a) og legemsvægt (B) over 6 uger hos kvindelige voksne rotter. Efter 6 ugers diæt observeres også en væsentlig forskel i legemsvægtøgning (C) og fedtmasse (D). Data er repræsenteret som middelværdien ± SEM; n = 12 for individuelle data; n = 4 for data om energi indtag. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5: makro næringsstofindtag over tid. Brug af flere fødevarer sæt til at vurdere fødeindtagelse kan føre til forskelle i makro næringsstofindtag over tid givet forskelle i individuelle præferencer i en kohorte af hanrotter. Data er repræsenteret som middelværdien ± SEM; n = 4 bure. Bemærk, at samlet makro næringsstofindtag matcher det mønster, der normalt observeres; CAF-fed rotter forbruges 60% energi som kulhydrater, 33% fedt og 8% protein, som energi. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Mandag Tirsdag Onsdag Torsdag Fredag Lørdag Søndag
DAGLIGE FØDEVARER Sundt Chow og drikkevand
Kage 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 DAGLIGE FØDEVARER HFHS Chow, 10% saccharose opløsning

Tabel 1: eksempel ugentlig mad plan for cafeteriet kost. CAF kost fremmer Hyperfagi ved at give en række velsmagende fødevarer, der er varieret dagligt, som vist i dette eksempel ugentlige mad plan. Bogstaverne A-E betegner unikke fødevarer for den pågældende fødevare gruppe (f. eks. kan kage A betegne chokolade mudder kage og kage B vanille svamp). Fødeindtagelse dage, skygget i grå, bør placeres jævnt over hele ugen og ideelt holdes så konsekvent som muligt. Mens CAF diæt altid omfatter kontinuerlig adgang til sunde Chow og vand, kan valgfri ekstra daglige fødevarer omfatte HF eller HFHS-Chows og 10% saccharose opløsning.

PR. 100g (afledt af producent) ENERGI pr. 1 g Anbefalet startværdi (kJ/rat)
Mad Energi (kJ) Protein (g) Fedt i alt (g) Mættet fedt (g) Totalt kulhydrat (g) Sukker (g) Energi (kJ/g) Protein (kJ) Total fedt (kJ) Mættet fedt (kJ) Totalt kulhydrat (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
Kage 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
Cake 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

Tabel 2: næringsoplysninger for udvalgte cafeteria madvarer. Denne tabel viser de ernæringsmæssige oplysninger, som er opnået for flere kerneelementer i CAF-kosten. Det er vigtigt at sikre, at de daglige muligheder giver lignende makronæringsstoffer tilgængelige, og at rotter har adgang til passende protein. For hvert dagligt sæt af fødevarer, der anvendes, er det nyttigt at beregne den samlede energitæthed og makro næringsstofindholdet. Den sidste kolonne indeholder den anbefalede startvolumen af hver fødevare (som energi pr rotte) for mandlige Sprague Dawley rotter på 200 g.

Bur VAND (g) CHOW (g) Kage A (g) Protein A (g) Protein B (g) Cookie B (g)
I Ud I Ud I Ud I Ud I Ud I Ud
1 (CHOW)
2 (CAF)
3 (CHOW)
4 (CAF)

Tabel 3: eksempel på fødeindtagelse ark. Vægten af hver CAF-fødevare (g, pr. bur) skal registreres omhyggeligt på et regneark.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Ved at udsætte rotter til en række meget velsmagende fødevarer højt indhold af fedt og sukker, CAF kost protokol beskrevet her giver en pålidelig og robust model af den såkaldte "vestlige kost" spist af mange mennesker. Hyperphagia — vurderet som en signifikant stigning i energi indtag i forhold til Kontroller — observeres inden for den første 24 h eksponering, med statistisk signifikant vægt forskelle set i løbet af uger. Således er CAF en effektiv model af diæt-induceret fedme for gnavere.

Flere undersøgelser har rapporteret, at CAF-stil kostvaner producere en mere overdreven fedme fænotype end renset HF eller HFHS kost. Sampey et al.26 viste, at i forhold til rotter FODRET en HF DIÆT, CAF eksponering førte til større lever og fedtvæv betændelse, dårligere glukosetolerance og mere insulinresistens. Mens denne undersøgelse brugte en svinefedt baseret HFD, fandt to andre eksperimenter, at CAF kostvaner øget adiposity i forhold til Hfd'er baseret på smør27 og kokosolie28. Tilsvarende, Higa et al. fandt, at mens både HF og CAF kostvaner øget visceral fedt i forhold til kontrol kost i mus, kun CAF øget fødeindtagelse og accelereret udbrud af hyperglykæmi, glukose intolerance og insulinresistens29. En anden undersøgelse i mus rapporterede, at ud over mere udtalte metaboliske effekter, CAF eksponering øget forekomsten af lever og hjertesygdomme (fibrose, steatose og apoptose foranstaltninger) i forhold til en renset HFD30. Det seneste arbejde har imidlertid vist, at en specifikt formuleret "vestlig kost" har givet større effekt på metaboliske, fedtvæv og inflammatoriske foranstaltninger end en traditionel CAF-diæt31. Yderligere arbejde med at identificere, hvordan forskellige typer af obesogenic kost påvirker metaboliske resultater er nødvendig, da der er begrænsede data sammenligne cafeteria kostvaner med renset kost højt i sukker, eller høj i både sukker og fedt.

Det meste af vores arbejde med denne model har været med udvokset Sprague-Dawley rotter. CAF-protokollen er blevet optimeret til at undersøge de metaboliske effekter32 i det moderne fødevare miljø. Vi har brugt denne model til at studere mikrostrukturen af fodring på tværs af dagen22, intermitterende adgangsmodeller af ' bingeing '33 og i eksperimenter, hvor energi indtag er jaget til at styre niveauet34. Nyere undersøgelser har undersøgt kosten virkninger på kognition20,35 og Gut mikrobiome36,37. Versioner af CAF diæt er også blevet brugt til at studere maternel fedme38 og til at udforske fodring svar på hypothalamus fodring peptider i fedme14.

Det er vigtigt at bemærke, at mens der er en stor mængde af beviser for, at cafeteriet kost inducerer Hyperfagi og fedme i rotter og mus, disse undersøgelser er i vid udstrækning blevet gennemført i racerene Sprague dawley13,14, 20,39,40,41,42 og Wistar6,26,31,43,44 rotter, med relativt få undersøgelser udført i Balb/c17,18 og schweiziske45,46 mus samt andre gnaver stammer. Derfor er det ukendt, om virkningerne af cafeteria diæt rapporteret i litteraturen vil blive observeret i andre stammer, især da der er kendte stamme forskelle som reaktion på obesogenic kost i både rotter47,48 og mus49. Derudover er startalder og vægt også vigtige metodologiske faktorer, der kan moduere virkningerne af obesogenic kost på metaboliske resultater25. De fleste af vores tidligere arbejde er begyndt rotter på CAF kost i begyndelsen af voksenalderen, herunder undersøgelser genererer repræsentative data rapporteret her.

Der bør også tages hensyn til flere lokale faktorer. Den fødevare plan, der foreslås her, skal muligvis ændres, når du indstiller CAF-diæt til brug med en anden stamme eller leverandør. Lokale fødevareforsyninger vil bestemme de specifikke CAF-fødevarer, der skal anvendes, og forbruget bør overvåges omhyggeligt, hver gang en ny fødevare introduceres. Ernæringsmæssige oplysninger på fødevare pakkerne skal opbevares og kontrolleres over tid for at sikre, at makronæringsstoffer beregninger er korrekte.

En vellykket anvendelse af CAF-modellen kræver omhyggelig planlægning og daglig overvågning af bure. Ekstra tid er nødvendig for at købe, tø og forberede fødevarer dagligt, og fødeindtagelse måling dage er arbejdskraftintensive. Disse faktorer kan udgøre logistiske begrænsninger og bør tages i betragtning ved evaluering af modellen til brug. Forskere interesseret i at tilpasse CAF model bør derfor overveje, at den pålidelige Hyperfagi og fedme fænotype observeret med CAF kommer med reduceret kontrol over indtag af næringsstoffer og øget forberedelsestid.

Flere begrænsninger i CAF-modellen er vigtige at overveje. Da denne model giver gnavere mulighed for at udvælge fødevarer, kan der ikke fastsættes makro næringsindtag for individuelle rotter, medmindre der er ansat individuelle boliger. Mens det gennemsnitlige makro næringsstofindtag på tværs af kohorter er relativt stabilt, observerer vi variabilitet i rotters metaboliske respons på CAF-diæt inden for kohorter, som kan relatere til forskelle i individuelle diæt valg. Desuden er CAF-diæt emnerne ikke befæstet, hvilket betyder, at mikronæringsstoffer kan være lave. Men vores rotter har altid adgang til sundt, ernæringsmæssigt komplet Chow (som typisk består af 5 – 7% af energi indtag) og er forsynet med ernæringsmæssigt komplet hunde rulle som en krydrede mad på 3 – 4 dage om ugen. Det er også vigtigt at bemærke, at lav mikronæringsstoffer tilgængelighed er observeret i menneskelige vestlig stil kost højt i fedt og sukker, og en stor andel af voksne med fedme viser mikronæringsstoffer mangel50.

Der er også flere vigtige forbehold for at bemærke med hensyn til fødeindtagelse måling. Da det er umuligt at finde alle fragmenter af fødevarer, er det vigtigt at sikre, at der anvendes en identisk procedure for hvert bur. Som fødeindtagelse måles på et per-bur basis, vi analysere energi indtag med bur som analyseenhed, forudsat lige forbrug for alle rotter inden. Men fordi modellen er eksplicit designet til at maksimere valg og variation, samlede energi indtag, makronæringsstoffer og mikronæringsstoffer profiler for individuelle CAF rotter er tilbøjelige til at variere. Ikke desto mindre, dette giver mulighed for at studere individuelle forskelle i forbruget af, og metaboliske reaktion på CAF kost. Yderligere undersøgelser, der sammenligner alder-matchede mandlige og kvindelige gnavere i hele levetiden vil være vigtigt at fuldt ud at karakterisere kønsforskelle i respons på kosten. Endelig kan gnaver modellerne ikke — og forsøger ikke — genskabe det komplekse spektrum af økonomiske, psykologiske og sociale faktorer, der påvirker menneskets spisevaner. Men i betragtning af homologe neurale kredsløb underliggende fodring adfærd på tværs af pattedyr, og den tilsvarende fysiologiske respons på positiv energibalance (dvs. i aflejring af fedt og ændret metaboliske funktion), mener vi denne model besidder værdi i forstå, hvordan dårlig kost og fedme ændre krop og hjernefunktion.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne erklærer ingen konkurrerende interesser eller afsløringer.

Acknowledgments

Arbejdet blev støttet af NHMRC-projekttilskud (#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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Swinburn, B. A., et al. The Global Syndemic of Obesity, Undernutrition, and Climate Change: The Lancet Commission report. Lancet. 393 (10173), 791-846 (2019).
  2. Australian Institute of Health and Welfare. Vol. Cat. no. PHE 215. , AIHW. Canberra. (2017).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Louis-Sylvestre, J., Giachetti, I., Le Magnen, J. Sensory versus dietary factors in cafeteria-induced overweight. Physiology & Behavior. 32 (6), 901-905 (1984).
  7. 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).
  8. Sclafani, A., Springer, D. Dietary obesity in adult rats: similarities to hypothalamic and human obesity syndromes. Physiology & Behavior. 17 (3), 461-471 (1976).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Rothwell, N. J., Stock, M. J. Thermogenesis induced by cafeteria feeding in young growing rats. Proceedings of the Nutrition Society. 39 (2), 45 (1980).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Moore, B. J. The cafeteria diet--an inappropriate tool for studies of thermogenesis. The Journal of Nutrition. 117 (2), 227-231 (1987).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
  27. Buyukdere, Y., Gulec, A., Akyol, A. Cafeteria diet increased adiposity in comparison to high fat diet in young male rats. PeerJ. 7, 6656 (2019).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).
  34. 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).
  35. 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).
  36. 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).
  37. 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).
  38. 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).
  39. 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).
  40. 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).
  41. 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).
  42. 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).
  43. 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).
  44. 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).
  45. 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).
  46. 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).
  47. 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).
  48. 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).
  49. 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).
  50. Krzizek, E. C., et al. Prevalence of Micronutrient Deficiency in Patients with Morbid Obesity Before Bariatric Surgery. Obesity Surgery. 28 (3), 643-648 (2018).

Tags

Medicin diæt-induceret fedme Cafeteria kost energi indtag smagsevne vestlig kost sort hyperphagia gnaver
Velsmagende vestlig stil cafeteria kost som en pålidelig metode til modellering diæt-induceret fedme i gnavere
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Leigh, S. J., Kendig, M. D., Morris, More

Leigh, S. J., Kendig, M. D., Morris, M. J. Palatable Western-style Cafeteria Diet as a Reliable Method for Modeling Diet-induced Obesity in Rodents. J. Vis. Exp. (153), e60262, doi:10.3791/60262 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter