Summary
Denne artikkelen presenterer morfometriske responser og treningsresultater av en høyintensiv intervalltreningsprotokoll (HIIT) i en Sprague-Dawley rottemodell av diettindusert fedme. Hensikten med denne protokollen var å maksimere treningsintensiteten og bestemme de fysiologiske responsene på HIIT hos magre og overvektige rotter.
Abstract
Sammenlignet med kontinuerlig moderat eller lav intensitetstrening, er høyintensiv intervalltrening (HIIT) en mer tidseffektiv alternativ metode som resulterer i lignende fysiologiske fordeler. Dette papiret presenterer en HIIT-protokoll som kan brukes til å vurdere ulike helsemarkører i en Sprague-Dawley rottemodell av diettindusert fedme. Hunnrotter av Sprague Dawley i alderen 21 dager ble randomisert til følgende grupper: kontroll (CON, n = 10), treningstrent (TRN, n = 10), fettrik diett (HFD, n = 10) og fettrik diett/treningstrening (HFD/TRN, n = 10). Kontrolldiettene besto av kommersiell laboratoriechow med 10% kilokalorier (kcal) fra fett (3,82 kcal / g), og de fettrike diettene (HFD) besto av 45% kcal fra fett (4,7 kcal / g). Dyrene hadde ad libitum tilgang til sitt tildelte kosthold gjennom hele studien. Etter en 8 ukers diettinduksjonsperiode fullførte treningskohortene fire HIIT-økter per uke i 8 uker. Hver HIIT-økt besto av 10 intervaller på 1 min sprint/2 min hvile ved hjelp av en gnagertredemølle med motordrevet belte. Etter 8 ukers trening ble dyrene ofret for vevsinnsamling. Resultatene viste ingen forskjeller i distanseløp mellom TRN- og HFD/TRN-gruppene, og treningshastigheten økte jevnt over studieperioden, med en endelig løpshastighet på henholdsvis 115 cm/s og 111 cm/s for TRN- og HFD/TRN-gruppene. Det ukentlige kaloriinntaket ble redusert (p < 0,05) i TRN-gruppen i forhold til CON-gruppen, men økte (p < 0,05) i HFD/TRN-gruppen i forhold til HFD-gruppen. Til slutt hadde dyrene på HFD større (p < 0,05) fett, og de trente dyrene hadde redusert (p < 0,05) adipositet i forhold til kontrollene. Denne protokollen demonstrerer en effektiv metode for å evaluere effekten av HIIT på ulike fysiologiske utfall i en diettindusert fedmemodell.
Introduction
Fedme og komorbide tilstander, som kardiovaskulære sykdommer, metabolske sykdommer og kreft, fortsetter å være noen av de mest alvorlige, kostbare og forebyggbare av alle helseutfall. For tiden er over en tredjedel av voksne i USA og mer enn 1.6 milliarder voksne over hele verden klassifisert som overvektige i henhold til deres kroppsmasseindeks (BMI; definert som vekt i kilo delt på høydekvadratet i meter)1. Fedme som sykdom skyldes en genetisk disposisjon, miljømessige eksponeringer og et sammenbrudd i de normale mekanismene som regulerer energiinntak og energiforbruk2. Etter hvert som de menneskelige og økonomiske kostnadene ved fedmeepidemien fortsetter å stige, har det vært et intensivert fokus på å prøve å forstå mekanismene som er involvert i energibalanse og effekten av kosthold og mosjon i bekjempelse av metabolsk sykdom.
Tidligere studier har vist at eksponering for svært velsmakende, energitette dietter stimulerer overspising i rottemodeller3. Ad libitum tilgang til svært velsmakende dietter driver overdreven vektøkning som følge av økt kaloriinntak4. Studier har også vist at trening kan modulere appetitten og forbedre følsomheten av metthetssignalering hos overvektige personer5. Det er teoretisert at denne gjenopprettingen av følsomheten til metthetssignalering med trening delvis medieres gjennom virkningen av treningstrening på reaktiviteten til det sentrale og perifere vevet til leptin, et nøkkeladipocytavledet regulatorisk hormon som undertrykker appetitten og stimulerer energiforbruket5. Selv om disse studiene har undersøkt en rekke treningsprotokoller, er det ingen klar konsensus om hvilken intervensjon som er overlegen 6,7. Det er noen bevis som tyder på at høyintensiv intervalltrening (HIIT), som innebærer gjentatte utbrudd av anstrengende trening sammenvevd med intervaller for utvinning, kan forbedre appetittreguleringen mer enn andre former for trening, for eksempel moderat intensitet kontinuerlig trening (MICT), kontinuerlig trening med høy intensitet eller frivillig fysisk aktivitet8. Imidlertid er det hull i kunnskap rundt interseksjonaliteten av høyintensiv intervalltrening, kosthold og appetittregulering.
Tidligere studier har også vist at trening er en kraftig mediator av inaktivitetsrelaterte komorbiditeter, spesielt med tanke på endringer i muskel og fettvev 9,10,11. Det er en hypotese at disse sammensetningsendringene fører til fremme av en antiinflammatorisk tilstand som kan være ansvarlig for forbedring av sykdomsrisiko sett med øvelse12. Myokiner, som er cytokiner, andre små proteiner og proteoglykanpeptider frigjort fra skjelettmuskulatur under muskulære sammentrekninger, har blitt hevdet å moderere de antiinflammatoriske resultatene forbundet med fysisk aktivitet. I motsetning til dette har adipokiner, cellesignalmolekyler produsert av fettvev, vist seg å primært spille en mer skadelig rolle og bidra til å fremme en inflammatorisk tilstand13,14,15,16. Selv om det er betydelig bevis som viser at sammensetningsendringer sett med MICT fremmer positive helseutfall, har mindre arbeid blitt gjort for å evaluere de potensielle fordelene med HIIT1 7,18.
Endelig er kardiovaskulær sykdom veletablert som den ledende årsaken til sykelighet hos mennesker og er sterkt korrelert med fedme, kosthold og fysisk aktivitet1. Denne protokollen gir en effektiv måte å trene gnagere for evaluering av effekten av kardiovaskulær trening på mange systemer. Spesielt er hjertehypertrofi en markert tilpasning som oppstår med kardiovaskulær trening. Denne hypertrofien muliggjør mer robuste hjertekontraksjoner og levering av blod og oksygen til treningsvevet. Tidligere forskning tyder på at trening med høy intensitet er mer sannsynlig å indusere hjertehypertrofi enn trening med moderat intensitet19.
Denne protokollen bidrar til å fylle hullene i litteraturen ved å gi en tilnærming for å undersøke effekten av HIIT på appetittregulering, sammensetningsendringer (dermed myokin- og adipokinendringer) og kardiovaskulære tilpasninger i en murine modell av diettindusert fedme. Videre maksimerer de prestasjonsbaserte økningene i intensitet treningsresultatene og sikrer at dyrene ikke tilpasser seg treningstreningen og nærmer seg en moderat intensitet senere i treningsprotokollen.
Det overordnede målet med denne metoden er å maksimere treningsinnsatsen og identifisere fenotypiske endringer i Sprague-Dawley-rotter som svar på HIIT, diettindusert fedme og samspillet mellom disse stimuliene. Denne protokollen er unik sammenlignet med andre teknikker på grunn av dens evne til å maksimere innsatsen gjennom treningsperioden, selv med økninger i ferdighets- og kondisjonsnivået til rottene. Det gir også mulighet for samtidig analyse av trening og fedme, i stedet for bare å fokusere på det ene eller det andre. Spesielt hadde denne studien til hensikt å teste følgende hypoteser. (1) Treningshastigheten kan øke gjennom treningen, og avstanden som dekkes av rotter i TRN-gruppen kan være større enn i HFD/TRN-gruppen20. (2) Det gjennomsnittlige ukentlige kaloriinntaket til de trente rottene kan være større enn kontrollene, og dette kan være tydelig innen hver diettkohort21. (3) Den gjennomsnittlige daglige gevinsten i masse kan være større hos kontrollrotter enn trente rotter, og kontrollrotter kan ha høyere fettmasse ved ofring21. (4) Massen av hjerte og lever kan være større i HFD / TRN rotter versus TRN rotter19.
Protocol
Alle prosedyrer beskrevet i denne studien fulgte Veiledning for stell og bruk av forsøksdyr, 8. utgave. Den eksperimentelle designen ble godkjent av Office of Research and Sponsored Programs (ORSP) under Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) 2019-5 ved West Virginia School of Osteopathic Medicine. Se materialfortegnelsen og tabell 1 for ytterligere detaljer om alle materialene som brukes i denne protokollen. En generell oversikt over protokollens tidslinje er vist i figur 1.
1. Eksperimentell design
- Bruk 40 hunnrotter og 21 dager gamle Sprague-Dawley-rotter fra en kommersiell kilde (se materialfortegnelse).
- Bruk riktig verneutstyr ved håndtering av dyrene i henhold til IACUCs retningslinjer. Disse sikkerhetstiltakene inkluderer, men er ikke begrenset til, bruk av sterile engangshansker, laboratoriefrakk, skodeksler osv.
- Vei hvert dyr, og beregn gjennomsnittet og standardfeilen til gjennomsnittet for å sikre at gruppene ikke varierer i vekt. Hvis gruppene er forskjellige, match gruppene for kroppsvekt ved å omfordele de tyngre individene i de lettere gruppene og de lettere individene i de tyngre gruppene.
- Del dyrene tilfeldig inn i fire grupper: kontroll (CON, n = 10), kontrolldiett/treningstrening (TRN, n = 10), fettrik diett/kontroll (HFD, n = 10) og fettrik diett/treningstrening (HFD/TRN, n = 10).
- Oppbevar rottene i individuelle bur (ett dyr per bur) i et kontrollert miljø (12 timers lyse/mørke sykluser, 21 °C ± 2 °C, 60 % ± 10 % fuktighet), og avvenne alle rottene til en kontrolldiett bestående av kommersielt innkjøpt laboratoriechow (se materialfortegnelse) i en 1 ukes akklimatiseringsperiode. Forsyn hvert bur med anrikningsenheter (ly, gnagbare stoffer og hekkemateriale).
MERK: CON-dietten består av kommersielt innkjøpt laboratoriechow (se materialtabell og tabell 1 for ytterligere detaljer) med 10 % kcal fra fett (3,82 kcal/g). - Tillat ad libitum tilgang til mat og vann gjennom hele eksperimentet.
- Etter 1 ukes akklimatiseringsperiode, begynn 8 ukers diettperioden ved å forsyne HFD- og HFD / TRN-gruppene med HFD-chow. HFD chow (se tabell over materialer og tabell 1 for ytterligere detaljer) består av 45% kcal fra fett (4,7 kcal / g), som representerer nedbrytningen av makronæringsstoffer som finnes i et typisk vestlig kosthold. Sørg for at alle dyr fortsetter å ha ad libitum tilgang til mat og vann.
- I begynnelsen av hver uke, vei ut og registrer massen av chow gitt til hvert dyr. Bruk 140 g chow til å mate hvert dyr i en hel uke.
- For å veie chow, plasser en veiebåt på en presisjons elektronisk digital vekt (se materialfortegnelse), og ta på vekten ved å trykke på "tare" -knappen. Plasser 140 g chow i veiebåten, og noter vekten (g) fra vekten. Dette er "før" vekten.
- Plasser chow i fôrtrauet i hvert enkelt dyrs husbur.
- Hvis et dyr begynner å gå tom for chow, veier du en ekstra tildeling (20 g for hver gjenværende dag), og legger den chow til matbrettet. Registrer hvor mye ekstra chow er gitt til hvert dyr. Vekt må kanskje legges på toppen av maten i beholderen for å tillate større letthet i forbruket hvis dyrene sliter med å konsumere pellets (som det fremgår av avrundede pellets i beholderen).
- På slutten av hver uke veier du den gjenværende chow for hvert dyr. Hvert dyr skulle ha rester av chow for å sikre at de var i stand til å spise ad libitum. Bruk samme skala, registrer maten som er igjen. Dette er "etter" vekten.
- Trekk "etter" -vekten fra "før vekt" for hvert enkelt dyr for å registrere matinntaket (g) per uke.
- Etter 8 ukers diettinduksjonsperiode, start HIIT treningsprotokollen for rotter i TRN og HFD / TRN. Dette består av en 8 ukers HIIT diett med treningsøkter hver uke på mandag, tirsdag, torsdag og fredag (se "HIIT Training Protocol" nedenfor) mellom 08:00 og 10:00 Sørg for at alle dyr har ad libitum tilgang til sine tildelte eksperimentelle dietter gjennom hele protokollen.
MERK: Det er ingen standardisering av protokollen mellom gruppene, da denne protokollen er utformet for å maksimere ytelsen til hver kohort, og hver kohort kan variere (på grunn av fenotyper indusert av diett). - Avlive rottene 48 timer etter siste treningsøkt via vital vevshøsting etter anestesiinduksjon ved bruk av inhalert isofluran (5 %).
- Begynn med å sørge for at det er tilstrekkelig oksygen og isofluran i systemet for å indusere anestesi. Åpne oksygentanken ved å dreie hovedventilen (vanligvis på toppen av tanken) mot klokken. Det kan eller ikke kan være en regulatorventil som må åpnes på oksygentanken også, avhengig av størrelsen på oksygentanken. I tillegg må du kontrollere at eksosrøret er ordentlig sikret og at oppsamlingsbeholderen ikke er overvektig.
- Vei beholderen før bruk, og noter dato og vekt på siden av beholderen. Kontroller at stoppekranen er åpen mot induksjonskammeret og at stoppekranen til nesekjeglen er lukket.
- For å indusere anestesi, plasser dyret i induksjonskammeret, og forsegle kammeret ved å sikre låsanordningene. Sett isofluran på 5 % ved å trykke ned sikkerhetslåsen og vri hjulet mot klokken.
- Deretter vrir du skiven ved foten av oksygenstrømningsmåleren mot klokken til måleren leser mellom 1,5-2 l / min.
- Etter 1-2 min, når dyret ikke lenger er ved bevissthet, slå av isofluran ved å dreie hjulet med klokken mens du trykker ned sikkerhetslåsen. Skyll induksjonskammeret med oksygen ved å trykke på oksygenfrigjøringsventilen i 3-5 s. Lås opp induksjonskammeret, og fjern det bevisstløse dyret.
- Plasser det bevisstløse dyret på ryggen, og fest en nesekegle for å levere ytterligere anestesi. Åpne stoppekranen for levering av munnbind, og lukk stoppekranen for induksjonskammeret. Lever 5% isofluran med 100% oksygen for anestesi via ansiktsmasken til pedalreflekser er fraværende.
- Kontroller pedalrefleksene ved å påføre et klemtrykk på tærne til det bedøvede dyret og se etter en refleksrespons.
- Ofre dyret i henhold til IACUC-godkjente metoder (som kan variere etter studie), og dissekere forsiktig målvevet for måling og videre analyse (subkutant fettvev, perirenal fettvev, skjelettmuskulatur, lever, gonader og hjerte). Avhengig av IACUC-protokollene kan eutanasi fullføres ved halshugging med giljotin eller ved vital vevshøst (hjerte).
- For å samle hjertet, gjør et snitt under ribbeina og gjennom membranen.
- Finn hjertet, og klipp vaskulaturen (aorta, vena cava, lungearterien, lungevenen) med kirurgisk saks. Ta tak i hjertet med tang, og kutt bindevev for å frigjøre hjertet. Arbeid raskt, skyll hjertet med saltoppløsning, dab av overflødig væske med gasbind, og registrer vekten. Hvis nødvendig, skille venstre ventrikkel, høyre ventrikkel og septum med kirurgisk saks, og vei dem individuelt.
- Plasser hjertevevsprøvene i en kryovial, og flash-fryse i flytende nitrogen.
- Deretter gjør du et langsgående snitt nedover magen med en skalpell og to laterale snitt fra navlestrengen til sidesiden av dyret for å gi tilgang til bukorganene.
- Bruk tang og kirurgisk saks, fjern eventuelle organer av interesse.
MERK: For denne studien ble leveren, visceralt (abdominalt) fettvev, bukspyttkjertel og gastrocnemius samlet. Fettvevet i buken ble fjernet i ett eller to store snitt ved forsiktig trimming av bindevevet rundt organene og kroppshuleveggen. Det subkutane fettet ble ikke samlet inn, i likhet med tidligere metoder22. - For organene, etter fjerning, plasser dem i en ren veiebåt på en tared skala. Registrer vekten (g), og legg prøvene i kryovialer for flash-frysing.
- Bruk tang og kirurgisk saks, fjern eventuelle organer av interesse.
- For gastrocnemius, gjør to snitt nedover sidesidene av leggen og ett horisontalt over akillessenen.
- Klipp eller riv bindevevet som forbinder huden med muskulaturen for å eksponere gastrocnemius. Klipp akillessenen med kirurgisk saks så nær muskelen som mulig, og ta tak i gastrocnemius med tang.
- Følg gastrocnemius til det øvre tilkoblingspunktet, og gjør et lignende kutt for å frigjøre muskelen.
- Vei prøven på en ren, tjæret veiebåt, legg i en kryovial og blitzfrys i flytende nitrogen.
- For å samle hjertet, gjør et snitt under ribbeina og gjennom membranen.
- Legg umiddelbart eventuelle andre oppsamlede vevsprøver i kryovialer, flashfrys i flytende nitrogen og oppbevar ved -80 °C. Disse vevene kan lagres for fremtidige laboratorieanalyser som PCR, western blot eller andre metoder i henhold til forskningsmålene.
2. HIIT treningsprotokoll
- For å starte en treningsøkt, slå på tredemøllen (se Materialfortegnelse) ved å vri strømbryteren på baksiden av kontrollenheten.
- Juster tredemøllestøtet til 0,00 mA ved å vri hjulet på kontrollenheten mot klokken til skjermen viser 0,00 mA.
- Sett tredemøllens helning til 5,0% ved å løsne låsemutteren på bunnen av tredemøllen og sette skråningen til første hakk. Stram låsemutteren på nytt for å sikre tredemøllens skråning i denne posisjonen.
- Støtter dyrets kropp med en hånd, ta forsiktig tak i bunnen av halen med den andre hånden og plasser dyret i en individuell bane på tredemøllen.
- Gjenta prosessen til alle fem individuelle baner på tredemøllen er opptatt av en rotte fra samme kohort.
- Juster hastigheten på tredemøllen til 45 cm/s ved å dreie hurtigvalget, med klokken til skjermen viser 45 cm/s. Trykk på Stopp/kjør-knappen for å starte tredemøllen, og la den gå i 5 minutter. Trykk på Stopp/kjør-knappen igjen for å stoppe tredemøllen etter 5 min. Ingen elektrisk støt brukes i løpet av denne tiden.
MERK: Dyrene kan trenge oppmuntring med stive børster for å holde seg utenfor sjokknettet i de tidligere stadiene av protokollen for å lette læringen av hvordan man bruker tredemøllen. - På slutten av 5 min, la en 2 min hvile før du begynner treningsperioden. Vri hjulet på kontrollenheten med klokken til skjermen leser av den tilsvarende starthastigheten til treningskampen. Bruk en innledende løpehastighet for den første økten på 55 cm/s. For den første sprinten på hver nye treningsdag bruker du en starthastighet som er 4 cm/s langsommere enn den høyeste hastigheten som ble oppnådd dagen før.
- Start tredemøllen ved å trykke på Start-knappen , la dyrene løpe til skjermen leser 1:00 (1 min), og stopp deretter tredemøllen ved å trykke på Stopp / Kjør-knappen igjen.
- Agiter dyrene med børster for å oppmuntre fremoverbevegelse hvis dyret når støtgitteret (plassert på baksiden av tredemøllen). Hvis et dyr per treningsgruppe ikke reagerer på børstene mer enn to ganger per treningsøkt, slår du på støtgitteret til 2,0 mA for resten av økten.
- Etter sprinten, la dyrene hvile i 2 min. På slutten av hvileperioden på 2 minutter begynner du neste sprint ved å starte tredemøllen ved å trykke på Stopp/ Kjør-knappen på kontrollenheten. Detaljene angående tredemøllens hastighet er definert nedenfor.
- Øk hastigheten med 4 cm/s for påfølgende sprintintervall fra forrige hastighet brukt hvis alle de fem dyrene i en kohort fullfører sprintintervallet uten å trenge motivasjon (oppmuntring med en stiv børste eller berøre støtgitteret mer enn fem ganger) i hele 1 min sprintintervall. Hastigheten økes ved å dreie hastighetsknappen på kontrollenheten med urviseren.
- Bruk samme intervallhastighet som forrige sprintintervall hvis børstene brukes til å oppmuntre til løping, eller hvis et dyr berører støtgitteret mer enn fem ganger i løpet av en enkelt 1 min sprint.
- Reduser hastigheten for det påfølgende intervallet med 4 cm/s hvis et dyr sliter for mye under et sprintintervall (mer enn 20 s akkumulert tid på støtgitteret).
MERK: Etter vår erfaring var 100% av dyrene i stand til å fullføre den nødvendige løpingen. Likevel kan det hende at dyr må fjernes fra studien etter utprøverens skjønn hvis de viser uvillighet til å løpe eller opplever store støt. - Registrer hastigheten og distansen for hver kamp.
- Gjenta prosessen for totalt 10 HIIT-treningsøkter hver treningsdag. Hver treningskamp består av 1 min høyintensiv løping etterfulgt av 2 min hvile.
- På slutten av treningsøkten, fjern hvert dyr fra tredemøllen, og legg det i sitt individuelle bur.
- For hver ny treningsdag begynner den innledende løpshastigheten for den første kampen på 4 cm/s langsommere enn den raskeste hastigheten oppnådd i gårsdagens treningsøkt, med en minimumshastighet på 55 cm/s.
3. Statistisk analyse
- Rapporter morfometri og andre utfallsmål som gjennomsnitts- og standardfeil.
- Bestem forskjellene mellom gruppene i et analyseprogram (se Materialfortegnelse) ved hjelp av en blandet effektmodell som tillater flere sammenligninger.
MERK: Šidák-korreksjonen ble implementert for å ta hensyn til flere sammenligninger. En modell med gjentatte tiltak ble iverksatt der det var hensiktsmessig. Signifikante forskjeller ble bestemt ved p < 0,05.
Representative Results
Figur 2 viser at treningsytelsen økte i løpet av protokollen. Den endelige løpehastigheten til TRN- og HFD/TRN-gruppene var henholdsvis 115 cm/s og 111 cm/s. Den totale løpsdistansen var ikke forskjellig mellom TRN- og HFD/TRN-gruppene (figur 3).
Det gjennomsnittlige ukentlige fôrinntaket for dyrene på kontrolldietten var høyere (p < 0,0001) enn for dyrene på den fettrike dietten (henholdsvis 103 g/uke ± 1,0 g/uke vs. 91 g/uke ± 1,0 g/uke). Det gjennomsnittlige ukentlige fôrinntaket var også større (p < 0,001) i trente grupper enn de ikke-trente gruppene (henholdsvis 98 g/uke ± 1,3 g/uke vs. 92,2 g/uke ± 1,0 g/uke). Når man så på interaksjonene, skilte ikke CON versus TRN-gruppene seg fra hverandre, men hadde større (p < 0,05) ukentlig inntak enn HFD/TRN-gruppen, som spiste mer (p < 0,05) enn HFD-gruppen (figur 4). Ved omregning av fôrinntak til kcalinntak hadde dyrene på høyfettdietten et høyere (p < 0,0001) kaloriinntak enn de på kontrolldietten (430 kcal/uke ± henholdsvis 4,6 kcal/uke vs. 396 kcal/uke ± 3,7 kcal/uke). Dette resulterte i forskjeller (p < 0,05) i det ukentlige kaloriinntaket blant alle fire gruppene, med HFD / TRN-gruppen som viste det største ukentlige kaloriinntaket, etterfulgt av HFD-, CON- og TRN-gruppene sekvensielt (figur 5).
Kroppsvekten varierte ikke mellom gruppene før uke 8 i fôringsperioden, da HFD- og HFD/TRN-gruppene nådde en større (p < 0,05) masse enn CON- og TRN-gruppene (293 g ± 10,1 g og 298 g ± 13,1 g vs. 270 g ± henholdsvis 8,6 g og 264 g ± 6,8 g). HFD- og HFD/TRN-gruppene forble tyngre (p < 0,05) enn CON- og TRN-gruppene resten av studien (nådde 332 g ± 14,4 g, 347 g ± 16,3 g, 304 g ± 10,3 g og 304 g ± 10,1 g for henholdsvis HFD-, HFD/TRN-, CON- og TRN-gruppene). Gjennomsnittlig daglig gevinst (ADG) var større (p < 0,05) hos trente versus ikke-trente dyr over treningsdelen av studien (henholdsvis 0,8 g/dag ± 0,11 g/dag vs. 0,5 g/dag ± 0,09 g/dag), og det var ingen forskjeller i ADG mellom CON versus HFD-gruppene i denne perioden. Samlet resulterte dette i større (p < 0,05) ADG i HFD/TRN-gruppen enn i HFD-gruppen og ingen forskjeller mellom CON- og TRN-gruppene (figur 6) over opplæringsperioden. Den 8 ukers treningsperioden induserte imidlertid ingen forskjell i vekt mellom HFD/TRN- og HFD-gruppene (henholdsvis 347 g ± 16,3 g vs. 331,5 g ± 14,4 g).
Etter at treningsprotokollen var fullført, viste vevsuthentingen at dyr på HFD hadde større (p < 0,05) visceral adipositet enn CON-gruppen (henholdsvis 25 g ± 2,1 g vs. 19 g ± 1,5 g), og de treningstrente dyrene hadde redusert (p < 0,05) visceral adipositet i forhold til kontrolldyrene (21 g ± 2,4 g vs. 25 g ± 2,1 g, henholdsvis). HFD-gruppen hadde større (p < 0,05) visceral adipositet enn TRN- og HFD/TRN-gruppene (figur 7). Hjertemassen var større i HFD/TRN-gruppen enn i CON-, TRN- og HFD-gruppene (henholdsvis p < 0,05; 1,3 g ± 0,2 g vs. 1,1 g ± 0,1 g, 1,1 g ± 0,1 g og 1,0 g ± 0,1 g). Det ble ikke observert forskjeller i levermasse mellom gruppene. Ingen forskjeller ble identifisert i massen av andre organer eller vev.
Figur 1: Studieprotokollens tidslinje etter dyrs alder i dager. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: HIIT-hastighet gjennom treningsprotokollen for TRN- og HFD/TRN-dyrene etter økt. HIIT ble utført på fire forskjellige dager hver uke i 8 uker, noe som resulterte i 32 treningsøkter. Gjennomsnittsdata per treningsøkt presenteres. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3: Gjennomsnittlig distanse tilbakelagt per sprint i TRN- og HFD/TRN-gruppene gjennom hele treningsprotokollen. HIIT ble utført på fire forskjellige dager hver uke i 8 uker, noe som resulterte i 32 treningsøkter. Dataene er presentert som gjennomsnitt ± SEM. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 4: Gjennomsnittlig ukentlig fôrinntak av CON-, TRN-, HFD- og HFD/TRN-kohortene. Data er presentert som gjennomsnitt ± standardfeil av gjennomsnittet (SEM). a,b,cMidler med forskjellige bokstaver er forskjellige (p < 0, 05). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 5: Ukentlig kaloriinntak av CON-, TRN-, HFD- og HFD / TRN-kohortene. Data er presentert som gjennomsnitt ± SEM. a,b,c,dGjennomsnitt med ulike bokstaver er forskjellige (p < 0,05). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 6: Gjennomsnittlig daglig vektøkning i CON-, TRN-, HFD- og HFD/TRN-kohortene. Data er presentert som gjennomsnitt ± SEM. a,bGrupper med ulike bokstaver er forskjellige (p < 0,05). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 7: Gjennomsnittlig visceral fettmasse ved nekropsi. Data er presentert som gjennomsnitt ± SEM. a,bGrupper med ulike bokstaver er forskjellige (p < 0,05). Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Tabell 1: Sammensetninger av diettene som brukes i protokollen. Klikk her for å laste ned denne tabellen.
Discussion
Denne protokollen gir en effektiv metode for å undersøke effekten av HIIT på flere helsemarkører i en diettindusert fedmemodell. Prosedyren bygger på tidligere studier for å muliggjøre en mer tidseffektiv metode for å undersøke flere utfallsvariabler, for eksempel treningsvariabler, appetittreguleringsmarkører og invasive analyser av kroppssammensetning 3,7,8,18,23,24. Diettinnholdet, varigheten og treningsintervensjonsprotokollen var i samsvar med tidligere publikasjoner23,24. I denne studien ble kommersielt tilgjengelig laboratorie chow kjøpt (se Materialfortegnelse). Laboratoriet chow for høy-fett og kontroll dietter inneholdt samme mengde protein og mikronæringsstoffer. Karbohydrat- og fettinnholdet i diettene ble modifisert for å gi en sikker metode for å indusere fedme i forsøksgruppen (se tabell 1).
Den 8 ukers fedmeinduksjonsperioden som ble brukt i denne studien, ble modellert basert på tidligere forskning som viste signifikante endringer i vekt etter levering av kommersiell laboratoriechow bestående av 45% kcal fra fett (4,7 kcal / g), som representerer makronæringsfordelingen som finnes i det typiske vestlige kostholdet23. I tillegg har tidligere studier vist effektiviteten av en 8 ukers HIIT-protokoll for å påvirke matinntaket7,8, fettprofiler 18,23 og muskeløkning 18. Resultatene av protokollen beskrevet i denne studien var i samsvar med tidligere studier som rapporterte at HIIT påvirker appetittregulering, samt sammensetningsendringer i fett og muskelmasse.
En fordel med denne protokollen er at den maksimerer intensiteten av treningstreningen hos dyrene og opprettholder maksimal innsats gjennom hele protokollen. Etter hvert som dyrene kontinuerlig lærer å bruke tredemøllen dyktig og få treningsgevinster, økes tredemøllens hastighet tilsvarende i forhold til ytelsen. Videre gjør bruken av 5,0% helning det mulig for dyrene å nå maksimal intensitet i hver økt og gjennom hele protokollen raskere enn det som ville oppnås uten å bruke tilbøyelighet. Som et resultat maksimeres treningsytelsen for hver treningsøkt og i løpet av protokollen.
I løpet av studien var ett dyr ikke i stand til å fullføre den eksperimentelle protokollen på grunn av sykdom, noe som resulterte i n = 39 dyr som fullførte studien, med bare n = 9 rotter i HFD-kohorten. Denne protokollen ble opprinnelig designet for å vurdere endringer i cytokinprofiler som respons på trening og kosthold, og effektanalysen resulterte i mer enn 90% styrke for å identifisere en forskjell (p < 0,05) i det primære målcytokinet (irisin). Fremtidige studier ved bruk av denne modellen bør stole på unike effektanalyser for å bestemme passende utvalgsstørrelser.
Denne studien ble primært designet for å undersøke de fysiologiske resultatene av HIIT i en gnagermodell av diettindusert fedme og for å maksimere intensiteten av trening. Denne protokollen kunne demonstrere variasjon i ADG og adipositet som respons på diett og HIIT (figur 6 og figur 7). Fremtidige studier kan spesifikt identifisere endokrine, myokin og adipokinresponser på HIIT. Belysningen av disse mekanismene kan vise seg å være gunstig i behandling og forebygging av fedme og dens comorbiditeter.
Denne studien viste også effekten av kosthold og HIIT på fôrinntaket. Resultatene indikerte at når dyrene spiste et fettfattig kosthold, konsumerte de trente dyrene mer kalorier enn de ikke-trente dyrene. I kontrast, når dyrene spiste kontrolldietten, konsumerte de trente dyrene mindre kalorier enn de ikke-trente dyrene, og demonstrerte forskjellige appetittreguleringsresponser avhengig av diettens sammensetning. Derfor kan strategier for vekttap som bruker HIIT være mindre effektive for de som samtidig bruker et fettfattig kosthold, da de kan være mer sannsynlig å konsumere overflødige kalorier. I motsetning til dette kan balansert inntak av makronæringsstoffer under HIIT fremme lavt kaloriinntak og derfor lette vekttap. Denne modellen kan legge til rette for forskningsinnsats for å utvikle en dypere forståelse av mekanismene bak energibalanse og innsats for å utvikle effektive vekttapstrategier.
Til slutt viste denne protokollen variasjon i hjertevev blant kohortene, noe som gjenspeiler tilpasningsendringer i kroppssammensetningen som respons på kosthold og treningstrening. Disse dataene antyder at induksjon av fedme etterfulgt av HIIT kan predisponere individer for myokardhypertrofi uten ledsagende endringer i leverstørrelse. Fremtidige analyser for å bestemme mekanismene bak disse funnene kan være nyttige for å undersøke myokardial hypertrofi og metabolske forbindelser mellom fedme, HIIT og kardiovaskulær sykdom.
Protokollen beskrevet i denne studien har flere begrensninger. For det første hadde tredemøllen som ble brukt i denne studien fem baner, noe som gjorde det mulig å kjøre fem rotter på en gang. Mens denne måten å utføre protokollen på var effektiv, var det vanskelig for en enkelt forsker å ivareta hvert av dyrene samtidig. Det var anledninger da det var vanskelig for tredemølletjeneren å dele oppmerksomheten mellom de mange dyrene som trengte stimulering med børster. I fremtiden vil det være en prioritet å sikre at flere forskningspersonell er tilgjengelige for å bistå med treningsprotokollene. I tillegg har femfelts tredemøllemodellen ikke muligheten til å måle gassutveksling, og derfor kunne ikke den aerobe / anaerobe metabolismen til dyrene under protokollen vurderes. Selskapet som leverte gnagertredemøllen (se materialfortegnelse) tilbyr en tredemølle med muligheten til å måle gassutveksling, men det er en tredemølle med en kjørefelt og vil derfor kreve betydelig større tid og krefter. Denne innsatsen kan imidlertid være verdt for etterforskere som trenger å måle eller kontrollere for bestemte utfall av indirekte kalorimetri. I tillegg er det svært lite dokumentasjon tilgjengelig om hvordan sjokknettet kan påvirke treningsytelsen, noe som bør vurderes når man tolker resultatene fra denne modellen. Til slutt ble treningsprotokollen beskrevet i denne studien designet med unge kvinnelige Sprague-Dawley-rotter. Tidligere studier har vist seksuelt dimorfe effekter, spesielt når det gjelder HIIT og appetittregulering 3,7. Selv om lignende resultater er forventet, testet denne protokollen ikke dyr av forskjellige arter, aldre, kjønn eller helseutfall.
Sammenlignet med tidligere modeller viser denne protokollen en mer tidseffektiv metode for å evaluere en rekke utfallsvariabler. For eksempel var denne protokollen i stand til å identifisere interaksjoner mellom HIIT og appetittregulering i en protokoll som involverte fire treningsøkter per uke i 8 uker, sammenlignet med tidligere studier som involverte fem treningsøkter per uke i 8 uker24 eller til og med 12 ukers trening8. I tillegg tillot denne studiedesignen analyse av en rekke helsemarkører, for eksempel treningsdata, markører for appetittregulering og kroppssammensetning. Disse markørene, samt hjertetilpasningene til treningstrening, representerer lovende måter å evaluere treningstilpasningene til kardiovaskulærsystemet også. Målinger av endotelfunksjon, muskelfibertypesammensetning og hjertemyocythypertrofi kan lett legges til for å fremme forståelsen av disse treningsinduserte tilpasningene. Videre inkluderte denne protokollen ytelsesbaserte eskaleringer i intensitet. Denne utformingen tillot maksimering av treningsresultatene og sørget for at rottene ikke tilpasset seg treningsmiljøet og nærmet seg en kontinuerlig treningsmodell med moderat intensitet mot slutten av intervensjonen. Dette er vist i figur 2; Spesielt var sprinthastighetene til disse dyrene mer enn dobbelt så høye hastigheter som ble oppnådd i tidligere publikasjoner, som fortsatte å demonstrere mange kardiovaskulære, skjelettmuskulatur og termoregulatoriske tilpasninger i samsvar med HIIT-intervensjoner25.
Disclosures
Forfatterne erklærer at det ikke er noen interessekonflikter angående publiseringen av denne artikkelen.
Acknowledgments
Forfatterne vil gjerne takke Michael Pankey, Chris Butler og WVSOM-personalet for deres hjelp i dyrepleie og datainnsamling.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Commercial laboratory chow for control diet | Research Diets Inc., New Brunswick, NJ | D12450H | |
| Commercial laboratory chow for high-fat diet | Research Diets Inc., New Brunswick, NJ | D12451 | |
| GraphPad Prism software | GraphPad Software Inc., San Diego, CA | ||
| Precision Electronic Digital Scale | Ohaus Corporation, Pine Brook, NJ | V11P30 | |
| Rodent treadmill | Panlab, Barcelona, Spain | ||
| Sprague Dawley rats | Charles River, Durham, NC | ||
| Table top anesthesia machine | VetEquip Inc., Livermore, CA | V0557 |
References
- Overweight & obesity. Centers for Disease Control and Prevention. , Available from: https://www.cdc.gov/obesity/ (2019).
- Ylli, D., Sidhu, S., Parikh, T., Burman, K. D.
- Eckel, L. A., Moore, S. R. Diet-induced hyperphagia in the rat is influenced by sex and exercise. American Journal of Physiology, Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 287 (5), R1080-R1085 (2004).
- Martins, C., Morgan, L., Truby, H. A review of the effects of exercise on appetite regulation: An obesity perspective. International Journal of Obesity. 32 (9), 1337-1347 (2008).
- Steinberg, G. R., et al. Endurance training partially reverses dietary-induced leptin resistance in rodent skeletal muscle. American Journal of Physiology, Endocrinology, and Metabolism. 286 (1), E57-E63 (2004).
- Blundell, J. E., Stubbs, R. J., Hughes, D. A., Whybrow, S., King, N. A. Cross talk between physical activity and appetite control: Does physical activity stimulate appetite. Proceedings of the Nutrition Society. 62 (3), 651-661 (2003).
- Nance, D. M., Bromley, B., Barnard, R. J., Gorski, R. A. Sexually dimorphic effects of forced exercise on food intake and body weight in the rat. Physiology and Behavior. 19 (1), 155-158 (1977).
- Sim, A. Y., Wallman, K. E., Fairchild, T. J., Guelfi, K. J. Effects of high-intensity intermittent exercise training on appetite regulation. Medicine & Science in Sports & Exercise. 47 (11), 2441-2449 (2015).
- Booth, F. W., Gordon, S. E., Carlson, C. J., Hamilton, M. T. Waging war on modern chronic diseases: primary prevention through exercise biology. Journal of Applied Physiology. 88 (2), 774-787 (1985).
- Görgens, S. W., Eckardt, K., Jensen, J., Drevon, C. A., Eckel, J. Exercise and regulation of adipokine and myokine production. Progress in Molecular Biology and Translation Science. 135, 313-336 (2015).
- Gleeson, M., et al. The anti-inflammatory effects of exercise: mechanisms and implications for the prevention and treatment of disease. Nature Reviews Immunology. 11 (9), 607-615 (2011).
- Leal, L. G., Lopes, M. A., Batista, M. L. Physical exercise-induced myokines and muscle-adipose tissue crosstalk: A review of current knowledge and the implications for health and metabolic diseases. Frontiers in Physiology. 9, 1307 (2018).
- Ilich, J. Z., et al. Interrelationship among muscle, fat, and bone: Connecting the dots on cellular, hormonal, and whole body levels. Ageing Research Reviews. 15, 51-60 (2014).
- Greenberg, A. S., Obin, M. S. Obesity and the role of adipose tissue in inflammation and metabolism. American Journal of Clinical Nutrition. 83 (2), 461 (2006).
- Sallam, N., Laher, I. Exercise modulates oxidative stress and inflammation in aging and cardiovascular diseases. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2016, 7239639 (2016).
- Conroy, S. M., et al. Impact of aerobic exercise on levels of IL-4 and IL-10: Results from two randomized intervention trials. Cancer Medicine. 5 (9), 2385-2397 (2016).
- Dennett, A. Exercise has a positive effect on low-grade inflammation in women with breast cancer [commentary. Journal of Physiotherapy. 62 (4), 227 (2016).
- Wu, S., Park, K. S., McCormick, J. B. Effects of exercise training on fat loss and lean mass gain in Mexican-American and Korean premenopausal women. International Journal of Endocrinology. 2017, 5465869 (2017).
- Wang, Y., Wilsof, U., Kemi, O. J. Animal models in the study of exercise-induced cardiac hypertrophy. Physiology. 59 (5), 633-644 (2010).
- Shirvani, H., Arabzadeh, E. Metabolic cross-talk between skeletal muscle and adipose tissue in high-intensity interval training vs. moderate-intensity continuous training by regulation of PGC-1α. Eating and Weight Disorders. 25 (1), 17-24 (2020).
- Evans, C. C., et al. Exercise prevents weight gain and alters the gut microbiota in a mouse model of high fat diet-induced obesity. PLoS One. 9 (3), e92193 (2014).
- Castro-Rodríguez, D. C., et al. Strengths and validity of three methods for assessing rat body fat across the life course. International Journal of Obesity. 44 (12), 2430-2435 (2020).
- Marques, C. M., Motta, V. F., Torres, T. S., Aguila, M. B., Mandarim-de-Lacerda, C. A. Beneficial effects of exercise training (treadmill) on insulin resistance and nonalcoholic fatty liver disease in high-fat fed C57BL/6 mice. Brazilian Journal of Medical and Biological Research. 43 (5), 467-475 (2010).
- Ferreira, J. C., et al. Maximal lactate steady state in running mice: effect of exercise training. Clinical and Experimental Pharmacology and Physiology. 34 (8), 760-765 (2007).
- Beleza, J., et al. Self-paced free-running wheel mimics high-intensity interval training impact on rats' functional, physiological, biochemical, and morphological features. Frontiers in Physiology. 10, 593 (2019).
