Джи-Джун Джао

1 Училище за науки за живота и околната среда, Университет Уенжоу, Уенжоу, Жежианг, Китай,

2 Училище за селскостопански науки, Университет Ляоченг, Ляоченг, Шандонг, Китай,

Цяо-Ся Джу

2 Училище за селскостопански науки, Университет Ляоченг, Ляоченг, Шандонг, Китай,

Ке-Син Чен

2 Училище за селскостопански науки, Университет Ляоченг, Ляоченг, Шандонг, Китай,

Ю-Кун Уанг

2 Училище за селскостопански науки, Университет Ляоченг, Ляоченг, Шандонг, Китай,

Jing Cao

1 Училище за науки за живота и околната среда, Университет Уенжоу, Уенжоу, Жежианг, Китай,

2 Училище за селскостопански науки, Университет Ляоченг, Ляоченг, Шандонг, Китай,

Замислил и проектирал експериментите: ZJZ. Изпълнени експерименти: QXZ KXC YKW. Анализира данните: ZJZ JC. Допринесени реагенти/материали/инструменти за анализ: JC. Написа хартията: ZJZ JC.

Резюме

Въведение

Периодите на ограничен прием на храна предизвикват загуба на телесна маса, която често е последвана от бързо възстановяване на загубеното тегло, когато ограничението приключи, по време на което се съобщава, че са включени физиологични регулации, свързани или с енергийния прием, или с разходите, или и двете [1] - [8]. Въпреки това, резултатите, свързани с енергийния бюджет и поведението в отговор на ограничаването и храненето на храни, остават противоречиви. Например енергията, изразходвана за скоростта на метаболизма в покой (RMR) и поведението на активността намалява при лабораторни мишки и плъхове с ограничена храна [7], [9], [10]. Напротив, сибирските хамстери (Phodopus sungorus) и други видове хамстери повишават поведението, свързано с храненето и натрупването на храна в отговор на недостига на храна [11] - [15]. По време на повторното хранене лабораторните плъхове възвърнаха телесната маса и мастната маса, показвайки „компенсаторен растеж“ [2], [3], [16]. Някои диви гризачи също показват „компенсаторен растеж“, но в много по-малка степен в сравнение с този, наблюдаван при лабораторни животни [17]. Този парадокс може да отразява различни енергийни стратегии и поведенчески модели при дивите животни от тези при лабораторните гризачи.

Лептинът, продуктът на гена ob, се експресира главно в мастната тъкан и играе важна роля в регулирането както на енергийния прием, така и на разхода [18] - [20]. Съобщава се, че нивото на серумния лептин намалява по време на ограничаването на храната и се увеличава по време на хранене [5], [6], [17]. Прилагането на лептин на лабораторни плъхове с ограничена храна намалява приема на храна и предотвратява възстановяването на телесната маса [20]. В допълнение, екзогенният лептин инхибира предизвиканото от лишаване от храна увеличаване на приема на храна и натрупването на храна при сибирски хамстери [15]. Тези резултати правят лептинът възможен кандидат, участващ в регулациите на енергийния бюджет и поведение в отговор на ограничаването и храненето на храни както в лабораторни, така и в диви животни.

Материали и методи

Декларация за етика

Това проучване беше в съответствие с Комитета за грижи и употреба на животните от университета в Ляоченг. Процедурата на експеримента и протоколът са одобрени от комитета (номер на разрешителното: 11-0219-011).

Животни и експериментален протокол

Раирани хамстери са получени от лаборатория за размножаване, започната с животни, които първоначално са били заловени от земеделска земя в центъра на провинция Хъбей (115 ° 13′E, 38 ° 12′S), Северна Китайска равнина. Температурата на околната среда се поддържа постоянна при 21 ± 1 ° C с 12 h∶ 12 h светлинен ∶ тъмен цикъл (светва при 0800 h). Храната (стандартна храна за гризачи; произведена от Beijing KeAo Feed Co.) и водата бяха предоставени ad libitum. Съставът на макроелементите в диетата е 6,2% сурови мазнини, 20,8% сурови протеини, 23,1% неутрални детергентни влакна, 12,5% кисели детергентни влакна и 10,0% пепел, а калоричната стойност е 17,5 kJ/g. Възрастни мъжки хамстери на възраст 4–5 месеца бяха настанени поотделно в пластмасови клетки (29 × 18 × 16 см) с постелки от прясен трион за две седмици преди експериментите.

Експеримент 1: Ефекти от ограничаването на храната (FR) и повторното хранене (Re) върху телесната маса и приема на храна

Двадесет и четири мъжки хамстера са разпределени на случаен принцип в някоя от контролните групи (Con, n = 12), че животните са били хранени ad libitum в продължение на 8 седмици, или FR и Re група (FR-Re, n = 12), при които всеки хамстер е ограничен до 85 % от първоначалния прием на храна за 28 дни и усъвършенстван ad libitum за още 28 дни. Телесната маса се измерва на всеки три дни и приемът на храна се определя ежедневно. Преди животните да бъдат ограничени, приемът на храна се изчислява като масата храна, която липсва в бункера всеки ден, като се изваждат орти, смесени в постелката. Преди започване на ограничаването на храната първоначалният прием на храна за всяко животно се изчислява като средната стойност на дневния прием на храна за 7 дни. Всеки хамстер от групата FR-Re е получил 85% от първоначалния прием на храна само през периода на FR, което прави хамстерите с ограничена храна да имат 15% намаление на калоричния прием. Храната се даваше по едно и също време всеки ден в 1900 ч след измерване на телесната маса.

Експеримент 2: Ефекти от FR и Re върху поведението, енергийния бюджет, телесния състав

Петдесет и шест хамстера бяха разпределени на случаен принцип в една от следните 7 групи (n = 8 във всяка група): контроли, които се хранят ad libitum в продължение на 8 седмици; FR- d 1, FR- d 7 и FR- d 28 групи, животните бяха ограничени до 85% от първоначалния прием на храна за съответно 1, 7 и 28 дни; и Re-d 1, Re-d 7 и Re-d 28 групи, по време на които животните бяха ограничени до 85% от първоначалния прием на храна в продължение на 4 седмици и след това бяха подлагани на либитум, съответно за 1, 7 и 28 дни. В края на експеримента беше направено наблюдение на поведението и бяха измерени RMR и енергийният бюджет.

Наблюдение на поведението

Наблюдения за поведението бяха направени при 4 хамстера от всяка група в продължение на един ден (24 часа). Наблюденията се извършват с помощта на свързани с компютър инфрачервени монитори (SONY, 420 TV line) и автоматично се съхраняват в компютър, който след това се подлага на анализ на оператора. Общата дейност включваше всякакви активни движения като ходене около клетката и катерене по решетките на клетката [29], [30]. Времето, прекарано в активност, се записва и изразява съответно като min/h и min/24 h.

RMR се определя количествено като скорост на консумация на кислород, използвайки компютъризирана система за респирометрия с отворен поток (Sable system, USA). Въздухът се изпомпва със скорост 750–850 ml/min през цилиндрична запечатана камера Perspex при 29 ± 0,5 ° C (в термично неутралната зона на този вид, [23], [31]. Газовете, излизащи от камерата, са изсушени ( силикагел) и се вземат проби с помощта на кислороден анализатор при скорост на потока 150–175 ml/min. Данните се усредняват и събират на всеки 10 s от компютърно свързан аналогово-цифров преобразувател (STD-UI2, Sable система) и анализира се със стандартен софтуер (Sable система). RMR се измерва за 2,5 часа между 11:00 и 17:00 и се изчислява от най-ниската скорост на консумация на кислород за 5 минути, като се използва уравнението: VO2 = скорост на потока × (FiO2− FeO2)/(1 - FiO2 × (1 - RQ)), където FiO2 е входяща фракционна концентрация на O2 в камерата; FeO2 е текуща фракционна концентрация на O2 от камерата; и RQ е коефициент на дишане [32]. Тук RQ се приема, че е 0,85 [33], [34]. RMR след това се коригира към стандартните условия на температура и въздушно налягане (STP).

Енергиен бюджет

Храната беше осигурена количествено и разсипването на храна, смесена с постелки и изпражнения, беше събрано от всяка клетка през последните 2 дни под контрол, FR-d 7, FR-d 28, както и Re-d 7 и Re-d 28 групи, но за един ден в FR-d 1 и Re-d 1 групи. Разсипаните храни и изпражнения бяха сортирани и разделени ръчно, след като бяха изсушени при 60 ° C до постоянна маса. Брутното енергийно съдържание на диетата и изпражненията се определя с помощта на калориметър с кислородна бомба Parr 1281 (Parr Instrument, Moline, IL, САЩ). Брутният енергиен прием (GEI), храносмилателният енергиен прием (DEI) и видимата ефективност на усвояване на енергия (смилаемост) са изчислени, както следва [35] - [38]:

GEI (kJ · d -1) = прием на храна (g · d -1) × съдържание на сухо вещество в диетата (%) × енергийно съдържание на храна (kJ · g -1);

DEI (kJ · d -1) = GEI - (суха маса на изпражненията (g · d -1) × енергийно съдържание на изпражненията (kJ · g -1));

Нива на серумен лептин

Животните бяха евтаназирани чрез обезглавяване между 0900 и 1100 часа в деня до измерванията на RMR. Събира се кръв в багажника за измерване на серумния лептин. Нивото на серумния лептин се определя количествено чрез радио-имуноанализ (RIA), използвайки Linco 125 I Multi-species Kit (Cat. No. XL-85K, Linco Research Inc.), следвайки инструкциите на стандартния комплект. Долната и горната граници на комплекта за анализ бяха 1 и 50 ng/ml, а вариациите между и в рамките на анализа бяха 0,05, фиг. 1А). Няма промени в приема на храна по време на експеримента в Con група (d 1-56, F 55,605 = 0,62, P> 0,05), докато съществени промени са наблюдавани в FR-Re група (d 1-56, F 55,550 = 13,81, P 0,05, d 56, t 21 = 1,10, P> 0,05, фиг. 1А).

енергиен

Con, хамстери, които са били хранени по желание; FR-Re, хамстери, които са били ограничени до 85% от първоначалния прием на храна в продължение на 28 дни и прехрана ad libitum за още 28 дни. Стойностите са средни стойности ± SE. Звездичките означават статистически значими разлики между Con и FR-Re групите за същия период от време; *, Р 0,05, Фиг. 1В). Контролните хамстери увеличиха теглото си от 33,1 ± 0,9 g на ден 0 до 34,4 ± 1,2 g на ден 56 (дни 0–56, F 20,220 = 6,75, P 0,05, d 56, t 21 = 0,80, P> 0,05, фиг. 1В ).