Резюме

Заден план

Недостигът на енергия и цинк (Zn) е свързан със забавяне на растежа, свързано с храненето, както и с устойчивост на растежен хормон (GH). В това проучване е определена връзката между неоптималната енергия и/или прием на Zn и растеж при плъхове и техния отговор на имунореактивен екзогенен рекомбинантен човешки GH (GHi).

Резултати

Плъховете, лекувани с GHi и хранени с добавена енергия и Zn (100/100), са повишили IGFBP-3 (p

Въведение

Въпреки че адекватният енергиен прием играе основна роля, влияеща върху растежа, микроелементите като Zn също се оказаха основни регулатори на растежа и действието на GH [22–24]. Дълбокият дефицит на Zn с адекватен енергиен прием често се свързва с неуспех в растежа и забавено полово съзряване, засягайки клетъчното делене, ДНК, РНК и синтеза на протеини [25, 26]. Дефицитът на цинк също намалява нивото на чернодробните GH рецептори, серумен IGF-I, GH свързващи протеини и двете иРНК за GH рецептори и IGF-I [24, 26]. Освен това, свързването на Zn в култивирани хепатоцити на плъхове с Zn хелатор DTPA (диетилентриаминпента-оцетна киселина) не намалява mRNAs за IGF-I, GH рецептори или GH свързващи протеини, докато генната експресия на металотионин е силно инхибирана. Следователно, спадът в IGF-I, свързан с in vivo дефицит на Zn, изглежда не се дължи на промени в извънклетъчната концентрация на Zn на ниво хепатоцити [27]. Често недостигът на Zn се свързва с намален енергиен прием [28, 29] и ефектите на всяко едно от тези хранителни изменения сами или в комбинация помежду им не са известни. Освен това ефектите от приложението на GHi при плъхове с експериментално индуцирана субоптимална енергия със и без намален прием на Zn не са изяснени.

В тази статия ние докладваме ефектите от екзогенното приложение на GHi в животински модел на неоптимално хранене, при което приемът на енергия и/или Zn е намален с 30% от изискванията [5, 20, 21]. Нашата цел беше да определим дали екзогенното приложение на GHi ще смекчи вредните ефекти от леките ограничения на енергията и Zn поотделно или в комбинация помежду си. Освен това предположихме, че разходът на енергия и физическата активност ще бъдат намалени с леки хранителни ограничения. Това беше определено с помощта на нова подобрена камера за тестване на метаболизма.

Резултати

Ефекти на GHi върху наддаването на тегло

Всички плъхове са здрави по време на експеримента без видимо заболяване или загуба на тегло. Ефектите от приложението на GHi (плътни линии) спрямо прилагането на NSS (пунктирани линии) за всяка диетична група са показани на фигури 3, 4, 5, 6.

екзогенни

Не са открити значителни разлики в наддаването на телесно тегло между лекуваните с GHi и NSS плъховете от контролната група, хранени със 100% енергия/100% Zn (Диета А) (Фигура 3). Въпреки това, плъхове, хранени със 70% енергия/100% Zn (диета B) и третирани с GHi, показват значително (p Таблица 3 Хормонален профил след лека енергия и рестрикция на Zn при плъхове, третирани с rhGH

Метаболитни промени, свързани с ограничаване на калориите

В сравнение с плъховете, на които се прилага NSS, приложението на GHi няма ефект върху 24-часовия разход на енергия и индекса на физическа активност в рамките на нито едно от диетичните лечения (Таблица 4). RQ обаче е по-нисък при плъхове, третирани с GHi, хранени със 70% от енергичния прием на ad-libitum. Разходи за енергия (p Таблица 4 Метаболитен профил на плъхове след леко ограничаване на енергията и цинка

Ефекти на GHi върху телесния състав

Анализът на телесния състав е показан в Таблица 5. Няма значителни разлики в FFM и BF между групите GHi и NSS, независимо от диетичното лечение. Въпреки това, в сравнение със съответните им NSS контроли, плъховете, лекувани с GHi и хранени с диета с ограничена енергия, с нашата без дефицит на Zn (Диети B и D), показват значителни (p Таблица 5 Състав на тялото чрез анализ на трупа след леко ограничаване на енергията и цинка.

Дискусия

По-рано се съобщава за намалено наддаване на тяло по време на лек неоптимален енергиен прием при плъхове, хранени при 60 и 80% от енергичния прием ad-libitum [5]. Тези открития показват, че 40% намаление на енергийния прием намалява наддаването на тегло с 61% от контролните нива за период от четири седмици. Когато се разглеждат всички плъхове, хранени с диета с намалена енергия, в настоящото проучване, независимо от лечението или нивата на Zn, 30% намаление на енергийния прием води до 40% намаляване на наддаването на телесно тегло в сравнение с всички контролни животни.

По-рано беше установено, че GHi, даван на плъхове, хранени с ограничена диета (60% енергия), води до повишено кумулативно наддаване на тегло в сравнение с техните NSS контроли, докато нивата на IGF-I и IGFBP-3 са повишени [20]. Нашите резултати потвърждават, че GHi подобрява наддаването на телесно тегло с> 18%, когато плъховете се хранят неоптимално (намаляване с 30% на диетичната енергия). Разликите в телесното тегло са свързани главно с ограничаване на енергията. Не се забелязват разлики в телесното тегло при плъхове с ограничен Zn, докато енергийният прием е подходящ.

Увеличаването на серумните концентрации на IGF-I и IGFBP-3 е ясно свързано с ефектите на GHi при енергийно ограничени плъхове. Нашите данни обаче не показват разлики в серумните концентрации на IGF-I и IGFBP-3 с леко изолирано Zn ограничение. По този начин, намаленият прием на Zn повлиява действието на GHi в серумните концентрации на IGF-I и IGFBP-3 само когато енергийният прием е едновременно ограничен, което предполага никаква роля за неоптималния прием на Zn. Възможно е намаляването на Zn до само 70% от нуждите, с достатъчно енергия, да не е достатъчно, за да предизвика значителни ефекти върху изследваните хормонални параметри. Може да се наложи допълнително намаляване на хранителния Zn, преди да се наблюдава ефект върху IGF-I или IGFBP-3. Например, недостигът на Zn при плъхове, хранени с адекватна енергия, расте слабо и показва намален серумен IGF-I, GH рецепторен брой и GH свързващи протеини [26]. Освен това, експресията на гени както за IGF-I, така и за GH рецептори при плъхове е намалена, когато се хранят с адекватна енергийна диета с дефицит на Zn [24].

Като цяло, рекомбинантната терапия с човешки растежен хормон намалява използването на въглехидрати, прехвърляйки всички метаболитни натоварвания към липидния метаболизъм [30, 31]. Нещо повече, физическата активност, нормалният растеж, хранителният прием [31] и самият GH имат съществена роля в състава на тялото [32–35]. Например, приложението на GHi, насърчаващо използването на липиди, намалява общите телесни мазнини. В нашето проучване нашите частично енергийно ограничени животни показаха леко увеличение на наддаването на телесно тегло при лечение с GHi. Освен това установихме леко намаляване на дихателния коефициент при прилагане на GHi при тези плъхове на диети с ограничено потребление на енергия. Това предполага, че лечението с GHi измества метаболитния товар към липогенезата, както е установено в предишно проучване [31, 37]. Освен това действието на GHi не се повлиява от ограничения прием на Zn, докато енергийният прием не е ограничен.

Приложеното количество GH може да има променливи ефекти върху телесния състав при плъхове. Например, изследователи в две предишни проучвания са открили минимални промени в телесните мазнини и масата без мазнини при плъхове, хранени ad-libitum и прилагащи 0,05 или 0,10 mg/100 g телесно тегло GHi дневно [20, 21]. Това предполага, че при ад-либитум или леко енергийно ограничение лечението с GHi при или под 0,10 mg/100 g телесно тегло няма да промени количеството обезмаслена маса спрямо телесните мазнини. Възможно е по-високата доза GHi да предизвика тези ефекти. Например телесните мазнини намаляват значително при плъхове, хранени по същия начин, когато се прилагат 0,35 mg/100 g телесно тегло GHi дневно [37]. Освен това, методологията за анализ на трупа на цялото тяло може да не е достатъчно чувствителна, за да открие фини промени в телесните мазнини при плъхове при по-ниските дози на GHi, използвани в това и в подобни изследвания [20, 21]. Това се доказва допълнително от липсата на промени в енергийните разходи и индекса на физическа активност, наблюдавани при плъхове, хранени или с диета, или с ограничена енергия и третирани с 0,1 mg/100 g телесно тегло GHi.

В това проучване енергийните ограничения водят до намаляване на 24-часовите енергийни разходи и индекса на физическа активност при плъхове. Освен това тези промени не са повлияни от лечението с GHi. Това предполага, че метаболитните адаптации са възникнали поради неоптимален енергиен прием. Други са открили подобни метаболитни и биохимични промени, свързани с неоптимален енергиен прием. Например, еритроцитната NaK-ATPase е намалена при деца, диагностицирани с хранително джудже, форма на неоптимално хранене, която съществува за продължителен период от време [8]. Подобни намаления в еритроцитната NaK-ATPase са открити и при плъхове, хранени с диети с ограничена енергия [5]. Освен това скоростта на метаболизма и физическата активност бяха намалени, когато плъховете бяха хранени с диети с ограничена енергия [43]. Резултатите от всички тези проучвания [5, 8, 20, 21, 37] предполагат, че метаболитните адаптации се появяват, започвайки с леко енергийно ограничение.

Забавянето на растежа, последващият растежен неуспех и ниският ръст са най-забележителните последици от постоянното неоптимално хранене [1–5]. Въпреки че адекватният енергиен прием има преобладаваща роля, която влияе върху растежа, много други микроелементи играят значима роля в регулирането на растежа и действието на хормона на растежа. Освен това, обширни изследвания върху животни и хора вече са установили връзката между ограничаването на енергията, тежкия недостиг на Zn и отпадането на растежа. Следователно, повишените нива на хормона на растежа, заедно с намалените нива на IGF-I, IGFBP-3 и инсулина, са описани при тежки енергийни и Zn ограничения [10–18, 22–26].

Недохранените хора са се увеличили, докато плъховете са намалили серумните нива на растежен хормон [38]. Намалените нива на растежен хормон при изгладнели плъхове могат да бъдат причинени от повишен инхибиторен хормон, освобождаващ соматотропин, или от намалена стимулация на хипоталамусните соматотропни клетки от хормон, освобождаващ растежен хормон [39]. Освен това е установено, че серумният лептин играе роля в спада на растежния хормон при плъхове [40]. Въпреки това, производството на серумен инсулинов растежен фактор-1 (IGF-I) при изгладнели плъхове остава чувствително към нивата на растежен хормон [41]. В предишни проучвания ние утвърдихме модела на плъхове за тестване на различни лечения по време на неоптимално хранене [5, 20, 21].

Забавянето на растежа е най-преобладаващата находка в много от конвенционалните проучвания за дефицит на Zn [24–29]. Съществува обаче ограничена информация относно ефектите от субоптималния прием на Zn [42] и никой не е изследвал ефектите от приложението на GHi по време на експериментално субоптимално ограничаване на Zn. По този начин, нашето проучване показа GHi терапия, насърчаваща наддаването на телесно тегло въпреки неоптималния прием на Zn. Следователно, за разлика от повечето от тези проучвания, включващи тежък дефицит на Zn, нашите данни предполагат вторична роля на Zn, когато приемът на Zn е ограничен само до 70% от дневните нужди, като същевременно се поддържа адекватен енергиен прием. В допълнение към наддаването на тегло са получени и други метаболитни ефекти на GHi, като например повишаване на нивата на IGF-I и IGFBP-3, по време на рестрикция на Zn, ако е свързано с подходящ енергиен прием.

Заключение

Нашите резултати показват, че благоприятните ефекти на GHi се получават при леко ограничаване на енергията. Освен това, лекото ограничаване на Zn няма отрицателно въздействие върху наддаването на телесно тегло. Терапията с растежен хормон насърчава наддаването на телесно тегло въпреки леките енергийни и Zn ограничения, без видими ефекти върху скоростта на метаболизма и физическата активност. И накрая, не се наблюдават адитивни ефекти между Zn и енергията по време на леко комбинирано ограничаване на енергията и приема на Zn.

Материали и методи

Четиридесет предпубертетни двуседмични мъжки плъхове Sprague-Dawley бяха изследвани в продължение на четири седмици в Изследователския институт за детска болница в Маями в Маями, Флорида. Животните бяха настанени индивидуално в клетки от неръждаема стомана с телено дъно, като се избягва копрофагия. Експерименталният дизайн е изобразен на фигура 1. Плъховете се поддържат на 12-часов цикъл светлина/тъмнина, започващ в 7:00 ч. Сутринта. Четири групи от 10 мъжки плъхове от Sprague-Dawley бяха хранени с четири различни балансирани пречистени въглехидрати в съотношение 1: 1 с мазнини (Purina Mills Test Diets, Richmond, IN), коригирани за енергия и Zn, съгласно следното [50]: