1 Departamento de Reproducción Animal, INIA, 28040 Мадрид, Испания
2 Departamento de Medicina y Cirugía Animal, Facultad de Veterinaria, UCM, 28040 Мадрид, Испания
3 Departamento de Producción Animal, Facultad de Veterinaria, UCM, 28040 Мадрид, Испания
4 Departamento de Mejora Genetica Animal, INIA, 28040 Мадрид, Испания
Резюме
Целта на настоящото проучване е да се определи пригодността на порода свине с лептинова резистентност и предразположение към затлъстяване (иберийското прасе) като модел за проучвания върху метаболитен синдром и диабет тип 2. По този начин са имали шест иберийски свине майки ad libitum достъп до храна, обогатена с наситени мазнини (група SFAD; консумацията на храна е оценена на 4,5 kg/животно/ден), докато четири жени са действали като контроли и са били хранени с 2 kg/животно/ден от търговска диета за поддържане. След три месеца диференциално хранене, животните от SFAD развиват централно затлъстяване, дислипидемия, инсулинова резистентност и нарушен глюкозен толеранс и повишено кръвно налягане; петте параметъра, свързани с метаболитния синдром. По този начин, настоящото проучване характеризира иберийското прасе като стабилен, податлив и надежден транслационен модел за проучвания на свързани с храненето заболявания.
1. Въведение
Понастоящем затлъстяването е обявено за глобална пандемия от Световната здравна организация (СЗО; http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs311/en/index.html/), като най-малко 2,6 милиона души умират всяка година като резултат от наднормено тегло или затлъстяване. Честотата на наднорменото тегло и затлъстяването драстично се увеличава и според прогнозите на СЗО приблизително 2,3 милиарда души ще бъдат с наднормено тегло и повече от 700 милиона ще бъдат със затлъстяване до 2015 г. (http://www.who.int/features/factfiles /obesity/en/index.html). Освен това, затлъстяването предразполага към развитието на метаболитни аномалии, групирани в този термин метаболитен синдром. Метаболитният синдром се характеризира с наличието на поне три от петте симптома: централно затлъстяване, инсулинова резистентност, нарушен глюкозен толеранс, дислипидемия (повишена триглицеридемия и ниско плазмен холестерол с висока плътност (HDL)) и/или хипертония [1– 5]. Освен това метаболитният синдром е основният рисков фактор за развитие на диабет тип 2 [6, 7]. От тези съображения възниква спешна необходимост от повишаване на знанията за затлъстяването и неговите ефекти. Механистичните експерименти обаче не са достъпни за хората и са необходими животински модели.
Повечето от експерименталните проучвания върху затлъстяването и метаболитните нарушения се извършват върху лабораторни гризачи, въпреки забележимите разлики в метаболизма и биологията на мастната тъкан между гризачи и хора [8]. Различните видове големи животни обаче предлагат многобройни печеливши характеристики [9]. Прасето се появява бързо като биомедицински модел за енергиен метаболизъм и затлъстяване при хората, защото споделя няколко прилики с хората: всеядни навици, склонност към заседнало поведение и угояване и подобни метаболитни и сърдечно-съдови характеристики [10–13].
2. Материал и методи
2.1. Животни и боравене с тях
Използвани са десет възрастни иберийски свине (2-3 годишни). Всички животни бяха генотипирани за полиморфизъм LEPR ген с протоколи, описани по-рано [15] и установено, че е хомозиготен за алела LEPRc.1987T, свързан преди това с повишен апетит, угояване и телесно тегло [15, 16]. Експерименталната процедура беше извършена в колективни писалки в помещенията на лабораторията за животни INIA (Мадрид, Испания). Отделът за животни INIA отговаря на изискванията на Европейския съюз за установяване на научни процедури. Експериментът е проведен под лиценз за проект от Научния етичен комитет INIA. Манипулациите с животни са извършени съгласно испанската Политика за защита на животните RD1201/05, която отговаря на Директива 86/609 на Европейския съюз за защита на животните, използвани в експерименти.
Преди експерименталната процедура животните са били хранени със стандартна диета на зърнена основа, отговаряща на ежедневните им изисквания за поддръжка (2 кг/животно/ден); средните стойности на диетата са 89,8% от сухото вещество, 15,1% от суровия протеин и 2,8% от полиненаситените мазнини. В началото на експерименталната процедура животните бяха разделени на две различни кошари, съответстващи на различни диети. Четири от свинете свине действаха като контроли (контролна група или група С) и продължиха да се хранят със същата диета и количество. Останалите шест животни са имали ad libitum достъп до същата диета, но обогатена с наситени мазнини (3,7%; наситени мазнини ad libitum група или група SFAD); по време на експерименталния период (100 дни) консумацията на храна се оценява на 4,5 кг/животно/ден.
2.2. Оценка на телесно тегло, размер и мазнини
Телесното тегло, гръдната и коремната обиколка (получени с измервателна лента) и дълбочината на задната мастна тъкан (ултразвуково определена в точка P2, на нивото на главата на последното дясно ребро) са измерени на 0, 45 и 90 дни след започване диференциалното хранене. Доказано е, че гръдната обиколка е предсказваща за количеството мазнини на трупа, докато коремната обиколка е предсказваща за висцералните и подкожните мазнини, получени чрез количествена дисекция, при прасета и мини свине [20–22].
2.3. Оценка на метаболитния статус
Кръвни проби са взети едновременно с телесни мерки, след период на гладно около 18 часа, чрез яремната венопункция с 5 ml стерилни вакуумни епруветки с хепарин (Vacutainer Systems Europe). Веднага след възстановяването кръвта се центрофугира при 1500 g в продължение на 15 минути и плазмата се отделя и съхранява при -20 ° C, докато се анализира.
Параметрите, свързани с метаболизма на липидите (триглицериди, общ холестерол, холестерол на липопротеините с висока плътност (HDL-c) и холестерол на липопротеините с ниска плътност (LDL-c)), бяха измерени с анализатор за клинична химия (Screen Point, Hospitex Diagnostics, Sesto Fiorentino, Италия). Съотношението HDL-c в плазмата и съотношението LDL-c са изчислени чрез разделяне на общия холестерол съответно на концентрации на HDL-c и LDL-c; съотношението LDL-c/HDL-c в плазмата се получава чрез разделяне на нивата на LDL-c на концентрации на HDL-c.
Параметрите, свързани с метаболизма на глюкозата (глюкоза и инсулин), бяха измервани с клиничен химичен анализатор за глюкоза (Screen Point, Hospitex Diagnostics, Sesto Fiorentino, Italia) и съответно с комплект ELISA за свински инсулин (Mercodia AB, Uppsala, Швеция). Чувствителността на анализа беше 0,26 UI/L; коефициентът на вариация в рамките на теста е 3,5%.
Възможни промени в β-клетъчната функция и инсулиновата резистентност (IR) по време на експерименталния протокол се оценяват чрез оценка на модела на хомеостазата (HOMA), като се използват уравненията HOMA-IR = (FINS × FPG) /22,5 за оценка на инсулиновата резистентност [23] и HOMA-β = (20 × FINS)/(FPG - 3.5) за оценка на бета клетъчната функция [24]; FINS е плазмена концентрация на гладно в U/L, а FPG е плазмена концентрация на гладно в mmol/L. Освен това, орален тест за толерантност към глюкоза (OGTT) се извършва на 100-ия ден след началото на експерименталната процедура, като се използва протоколът, описан от Liu et al. [25]. Накратко, животните получават 2 g/kg живо тегло D-глюкоза след период на гладно от около 18 часа, чрез сонда през стомашна сонда, вкарана в стомаха. Бяха получени кръвни проби за определяне на плазмена глюкоза и инсулин при 0, 15, 30, 60, 90 и 120 минути след прилагане на глюкоза, центрофугирани и съхранявани при -20 ° C, докато се изследват.
2.4. Измерване на сърдечно-съдови характеристики
Кръвното налягане се проследява в началото и в края на експерименталния период (дни 0 и 100) с помощта на сфигмоманометър на маншета.
2.5. Статистически анализи
Ефектите от диетата върху телесните, метаболитните и сърдечно-съдовите характеристики бяха оценени чрез анализ на дисперсията за повтарящи се мерки (ANOVA с разделен график). Резултатите бяха изразени като средна стойност ± SEM и беше приета статистическа значимост
3. Резултати
3.1. Ефекти от диетата върху телесното тегло и мазнини: Централно затлъстяване
Живото телесно тегло, дълбочината на задните мазнини и измерването на гръдната и коремната обиколка са сходни между групите в началото на диференциалния период на хранене (Фигура 1). Стойностите остават непроменени при контролните животни през целия експериментален период (с увеличение около 750 g за тегло, 3 cm за обиколките и 1 mm за дълбочината на обратната мазнина), но нарастват с времето в групата SFAD (около 35 kg за тегло, 13 и 6 см за гръдната и коремната обиколка, съответно, и 18 мм за дълбочината на обратната мастна тъкан;
за телесно тегло и обиколки и
за дълбочина на обратната мазнина). Разликите в телесното тегло и гръдната обиколка между групите достигнаха статистическа значимост от 45-ия ден нататък (
), докато коремната обиколка и съдържанието на мазнини в гърба са различни само на ден 90 (
, респ.). По този начин животните от групата SFAD показват затлъстяване и по-специално, централно затлъстяване след три месеца диференциално хранене, първи симптом на метаболитен синдром.
3.2. Ефекти от диетата върху метаболитните характеристики: дислипидемия, инсулинова резистентност и глюкозна непоносимост
Оценката на плазмените индекси на липидния метаболизъм не показва значителни разлики между групите в началото на експерименталния протокол (Фигура 2). След 45 дни разликите не бяха значителни. След 90 дни обаче групата SFAD имаше значително (
) по-високи плазмени нива на триглицериди и холестерол и по-високи съотношения на HDL-c (общ холестерол, разделен на HDL-c) и LDL-c/HDL-c (нива на LDL-c, разделени на концентрации на HDL-c), тъй като нарастването холестеролът се придружава от повишаване на LDL-C, но не и на HDL-c. Доказана е такава увеличена триглицеридемия с ниски съотношения на HDL-c дислипидемия, което е втори симптом на метаболитен синдром.
В началото на проучването няма значителни разлики между групите в нивата на глюкоза и инсулин (Фигура 3). Анализът на плазмената глюкоза показва по-високи, но незначителни нива в групата на SFAD след 45 и 90 дни диференциално хранене. Обратно, плазмените концентрации на инсулин показват различни профили между групите. Нивото на инсулин не се различава значително в група С през целия експериментален период, но плазмената концентрация на инсулин се повишава на 45-ия ден в групата SFAD (
) и отново намалява на ден 90 (
Както HOMA-IR, така и HOMA-β индексите останаха почти непроменени през целия период на изследване в групата C. Обратно, и двата индекса се увеличиха значително след 45 дни в групата SFAD (
и за двете) и се връща към контролните стойности на ден 90 (
, респ.), когато тези индекси достигат числено по-високи, но не статистически различни стойности за контрол на жените. По този начин, както HOMA-IR, така и HOMA-β са били по-високи в SFAD на ден 45 (
, респ.), доказващ инсулинова резистентност, третият симптом на метаболитен синдром, и нарушен β-клетъчна функция, съответно.
Тестът за орален глюкозен толеранс (OGTT; Фигура 4) показа, че при контролните животни плазмените нива на глюкоза започват да се увеличават след 15 минути и достигат пик около един час по-късно (
) за бързо намаляване до начални стойности след това. Оценката на нивата на инсулин при тези свине показва добре характеризиран остър инсулинов отговор. За разлика от това, OGTT показва недостатъчно елиминиране на глюкозата (т.е., непоносимост към глюкоза, четвърти симптом на метаболитен синдром) в групата SFAD, тъй като нивата на глюкоза не намаляват за периода на изследване. Освен това, свинете SFAD са имали недостатъчна секреция на инсулин, потвърждавайки, че диетата е предизвикана β-клетъчна дисфункция, предполагана от предходни промени в HOMA-β и доказващи продрома на диабет тип 2.
3.3. Ефекти от диетата върху сърдечно-съдовите функции: Хипертония
Оценката на кръвното налягане показва сходни стойности и в двете групи в началото на проучването (Фигура 5). В края на лечението всички параметри остават стабилни при контролните жени, но се увеличават при затлъстелите жени; тези разлики са статистически значими за диастолното и средното кръвно налягане (
, респ.), доказващи а хипертонично състояние, петият симптом на a метаболитен синдром.
4. Дискусия
Резултатите, открити в настоящото проучване, показват, че възрастните жени от иберийското прасе, порода свине с лептинова резистентност, може да развие продрома на метаболитен синдром и диабет тип 2 когато е позволено свободно да се храни с диета, обогатена с наситени мазнини. Тази функция беше открита още след три месеца. По този начин настоящият експеримент затвърждава предишни доказателства за чувствителността на тази порода към промени в хранителните суровини [26, 27] и характеризира иберийското прасе като стабилен, податлив и надежден транслационен модел за проучвания на свързани с храненето заболявания.
През тези три месеца свинете развиха промени в петте параметъра, свързани с метаболитния синдром. Затлъстяването е свързано с различна степен на дислипидемия, инсулинова резистентност и нарушен глюкозен толеранс и повишено кръвно налягане. Подобна находка засилва силата на нашия модел. Няма други животински модели, които последователно да показват четири или повече рискови фактора за синдрома [13]. Установяването на петте параметъра на метаболитния синдром е установено по-рано при свинята Ossabaw [21]. Известно е обаче, че свинете Ossabaw са получени от иберийските прасета, въведени от испански и португалски колонизатори, тъй като в Новия свят няма свине преди пристигането им през 15 век. Иберийските свине, обратно на свинете Ossabaw, са многобройни (приблизителното преброяване на разплодните свине майки само в Испания е около 238 000) и следователно са лесни за получаване и на разумни цени. И накрая, здравината на модела се подсилва и от факта, че са установени хомеостатични промени при хранене на свинете майки с диети, които имат значително по-ниско ниво на съдържание на мазнини и енергия, отколкото е предоставено в предишни проучвания с други породи свине [21, 28, 29].
Ефектите от диетата върху телесното тегло, размера и съдържанието на мазнини са забележителни и са наблюдавани много рано след започване на диференцираното хранене, но моделът на угояване изглежда се влияе от времето. Разликите в телесните измервания първо бяха открити в телесното тегло и гръдната обиколка, а след това в подкожната мастна тъкан и коремната обиколка. По този начин можем да приемем, че отлагането на мазнини, когато има положителен енергиен баланс, е първо интрамускулно в целия труп. На по-късните етапи отлагането на мазнини също е подкожно и, което е по-важно, висцерално. Висцералното отлагане на мазнини отстъпва централно затлъстяване, първият и причинен фактор за метаболитен синдром.
Установяването на инсулинова резистентност е свързано с повишени нива на триглицериди в кръвта и тъканите [32, 36–38] и хипертриглицеридемия е друг параметър на метаболитния синдром. В настоящото проучване обаче хипертриглицеридемията е установена на по-късен етап от инсулиновата резистентност; едновременно с увеличаването на висцералната мастна тъкан, което потвърждава по-ранната хипотеза, сочеща, че хипертриглицеридемията е свързана главно с количеството на такъв вид мазнини [39]. Затлъстелите свине майки от това проучване показват добре установен дислипидемичен профил със значително по-високи плазмени триглицериди, но също така и общ холестерол и съотношение LDL-c/HDL-c, което предполага по-високи нива на LDL-c от HDL-c. Тези характеристики наподобяват хиперлипидемия тип 2 (повишен общ холестерол и LDL-c) и т.нар липидна триада в хуманната медицина (повишени триглицериди, повишен LDL-c и нисък HDL-c), [40, 41]. Повишаването на холестерола, причинено от повишаване на LDL-c, може да настъпи както при пациенти с диабет тип 1, така и от тип 2; обаче едновременно ниските нива на HDL-c са показателни за затлъстели индивиди с диабет тип 2 [42].
Промените в метаболизма на въглехидратите и липопротеините също бяха идентифицирани рано като рискови фактори за хипертония, петият симптом при метаболитния синдром [43, 44]. В нашето проучване по-високо кръвно налягане е установено и при затлъстелите свине майки, което показва, че те имат хипердинамично състояние на кръвообращението, подобно на описаното по-рано при свинете Ossabaw [45]. В нашето проучване промените са открити главно в диастолното налягане, съвпадение с проучвания при хора [46, 47]. Предполага се, че хипердинамичните циркулаторни състояния, характеризиращи се с повишено кръвно налягане, общ кръвен обем, сърдечен обем и метаболитно търсене, са основната причина за сърдечни и хемодинамични промени при затлъстели индивиди [48–50].
В заключение, това проучване показва, че иберийските прасета, които ядат свободно диети с наситени мазнини, са склонни към централно затлъстяване, аномалии в регулирането на инсулин-глюкоза, дислипидемия и повишено кръвно налягане, симптомите на метаболитен синдром. По този начин настоящите данни характеризират иберийското прасе като стабилен, податлив и надежден транслационен модел за проучвания на свързани с храненето заболявания.
Препратки
- Детското затлъстяване и рибата зебра като модел за изследване на диета, индуцирано затлъстяване и неговото въздействие
- Кортизол злодей в метаболитен синдром
- Упражнение при затлъстяване, метаболитен синдром и диабет - ScienceDirect
- Централният лептин рязко обръща диабет, индуциран от диетата на чернодробна инсулинова резистентност
- Диетичен калций, витамин D и разпространението на метаболитния синдром при средновековни и по-стари U