Присъединителен комитет по невробиология, Чикагски университет, Чикаго, Илинойс, Съединени американски щати

живот

Комитет по невробиология, Чикагски университет, Чикаго, Илинойс, Съединени американски щати, Катедра по невробиология, Чикагски университет, Чикаго, Илинойс, Съединени американски щати

Комитет по невробиология, Чикагски университет, Чикаго, Илинойс, Съединени американски щати, Катедра по невробиология, Чикагски университет, Чикаго, Илинойс, Съединени американски щати

Отделение по невробиология, Чикагски университет, Чикаго, Илинойс, Съединени американски щати

  • Кристиан Р. М. Фрейзър,
  • Пеги Мейсън,
  • Сяоси Жуан,
  • Джеф А. Бийлър

Фигури

Резюме

Цитат: Frazier CRM, Mason P, Zhuang X, Beeler JA (2008) Излагането на захароза в ранен живот променя мотивацията на възрастните и увеличаването на теглото. PLoS ONE 3 (9): e3221. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0003221

Редактор: Майкъл Хендрикс, Лаборатория за науки за живота на Темасек, Сингапур

Получено: 7 юли 2008 г .; Прието: 27 август 2008 г .; Публикувано: 17 септември 2008 г.

Финансиране: Тази работа се поддържа от NIMH MH66216 (XZ), NIDA 1 F32 DA020427-01 (JB), USPHS T32-DA-07255 (CF). Финансистите не са играли роля в дизайна на проучването, събирането и анализа на данни, решението за публикуване или подготовката на ръкописа.

Конкуриращи се интереси: Авторите са декларирали, че не съществуват конкуриращи се интереси.

Въведение

Проучванията върху хора, изследващи детската диета и затлъстяването, са двусмислени, като предоставят някои доказателства, че детската диета може да допринесе за риска от затлъстяване [37], но също така показват, че ограничаването на диетите на децата увеличава риска от затлъстяване [38], въпреки че тези проучвания обикновено не изследват резултатите за възрастни. Като се имат предвид трудностите, присъщи на проучванията при хора, включително предизвикателството да се поддържа адекватен експериментален контрол и разходите и забавянето, присъщи на човешките надлъжни проучвания, животински модел значително ще улесни разследванията на връзката между ранния хранителен опит и затлъстяването при възрастни.

Подобно на много хора, мишките C57BL/6 показват силно предпочитание към захар и мазнини и затлъстяват и развиват диабет, когато им се даде хроничен достъп до диета с високо съдържание на захар/мазнини [39] - [42]. Мишката C57BL/6 споделя с хората „пестеливия генотип“, предполагаемо генетично предразположение за съхраняване на калории, когато храната е лесно достъпна [8], [40]. Тук използвахме мишки C57Bl/6, за да тестваме директно ефекта от ранното преживяване след отбиването върху мотивираното поведение на възрастните и риска от затлъстяване. Ние се фокусирахме върху излагането на захароза в ранния живот, тъй като захарозата е мощен естествен подсилващ елемент [43] и тъй като сложните механизми, които са се развили за регулиране на метаболизма на захарта, взаимодействат с мотивационни системи и системи за възнаграждение [44]. Ние предположихме, че ранният опит със захароза може да промени мотивираното поведение на възрастни и по този начин може да представлява важен фактор, определящ поведението на възрастните при хранене и енергийния баланс.

Ние показваме, че неограниченият достъп до захароза в началото на живота намалява мотивацията за придобиване на захароза, но само когато е необходима работа, за да се получи. Когато храните с високо съдържание на захар/с високо съдържание на мазнини се предоставят на свободен достъп, мишките, изложени на захароза в началото на живота, предпочитат и консумират тази храна толкова, колкото животни без експозиция, но в тази среда наддават по-голяма тежест от контролите. Тези данни осигуряват ясна емпирична подкрепа за често твърдяната, но рядко демонстрирана връзка между диетата в детството и по-късното поведение на възрастните при хранене и телесното тегло и предполагат, че въздействието на ранната диета върху риска от затлъстяване при възрастни може да зависи от средата на възрастните. Тези открития допълнително предполагат, че прозорецът за програмиране на развитието в отговор на хранителната среда се простира отвъд бременността и сученето.

Материали и методи

Животни

Бяха създадени десет размножителни двойки мишки C57BL/6 (Jackson Laboratories, Ben Harbor) и всяко кучило беше отбито на 21 дни и разпределено равномерно между експерименталните ранни условия на околната среда (неограничена експозиция на захароза и липса на захароза). Животните бяха настанени при стандартни условия през цялото време. Групата с излагане на захароза, след отбиването, имаше 20 mg захарозни гранули (Bio-Serv, Frenchtown, NJ) непрекъснато и свободно достъпни в домашната им клетка. Имаше две кохорти, родени с интервал от 3 седмици. Захарозата се отстранява едновременно от всички мишки, изложени на захароза, което води до две кохорти с 4 или 7 седмици излагане на захароза. Впоследствие те бяха поддържани на стандартна чаша ad libitum, освен по време на диетичното предизвикателство, в което им беше предложена опция с високо съдържание на захар/високо съдържание на мазнини в допълнение към стандартната чау. И мъжете, и жените бяха включени и разпределени приблизително по равно.

Тестове за поведение

Всички експерименти са проведени през светлинния период (06: 00–18: 00). Когато се използва ограничение на храната, на мишките се дава 2 часа на ден достъп до храна веднага след теста за поведение. Водата се предлагаше ad libitum.

Открито поле.

Всяка мишка беше поставена в акрилна камера с открито поле с дължина 40 cm × 40 cm широчина × 37 cm височина (Med Associates, St. Albans, VT). Осветеността беше 21 лукса. Инфрачервените лъчи записват местоположението и пътеките на животните (двигателна активност), както и броя на движенията по отглеждане (вертикална активност). Данните бяха събрани в 5-минутни контейнери по време на 60-минутни опити. Камерите се почистват със 70% етанол между всички опити.

Работещо колело.

Мишките бяха настанени поотделно с 4,5-инчово колело от телена мрежа (Mini Run-a-Round, Pets International, Ltd., Elk Grove Village, IL). Два противовесни магнита (Digi-key, Thief River Falls, MN) бяха поставени върху 3/8 инчови ленти от неръждаема стомана, прикрепени към колелото (McMaster Carr Supply Co, Чикаго, Илинойс). Колелото беше разположено в клетката така, че магнитният превключвател се затваря (Digi-ключ) при всяко преминаване на магнит. Данните бяха събрани с помощта на софтуер за придобиване на Vitalview, модули за въвеждане на активност QA-4 и портове за данни DP-24 (Mini-mitter Co., Sun River, OR). Данните бяха събрани в минутни кошчета през целия едноседмичен експеримент.

Оперантни задачи.

Предпочитание и изчезване на захарозата.

Мишките бяха настанени поотделно в клетки, които включваха две еднакви бутилки с вода (15 ml полипропиленови тръби с кръгло дъно с гумена запушалка на устата и сипърна тръба със сачмен лагер), едната от които съдържаше разтвор на захароза в различни концентрации в хода на експеримента (0%, 0,2%, 5%, 10% и 15%). Всяка концентрация на захароза се осигурява в продължение на четири дни. Позициите на бутилките се въртяха ежедневно, за да балансират потенциалните предпочитания на позицията. Бутилките се претеглят ежедневно и се отчита количеството, консумирано от всяка. Клетка без мишки се поддържа и ежедневно претегля, за да се проследи разливът, който остава минимален и не се съобщава. Предпочитанието като процент се изчислява чрез разделяне на консумираното количество от бутилката захароза от общото количество, консумирано от двете бутилки. След окончателната 15% концентрация всички бутилки се измиват старателно и водата се поставя във всички бутилки и тестът продължава още два дни, за да се определи степента на изчезване на предпочитанието за предварително напълнената със захароза бутилка.

Глюкозно предизвикателство

Мишките са гладували 21 часа. Кървенето от опашката се използва за вземане на проби от кръвната захар и се измерва с помощта на Accu-Check Active Meter (Roche). След като се получи изходно ниво на глюкоза на гладно, мишките бяха предизвикани с 2 g/kg декстроза, приготвена в 0,9% физиологичен разтвор и кръвна глюкоза, проверена на 30, 65 и 90 минути.

Диетично предизвикателство с високо съдържание на захар/мазнини

Мишките бяха настанени поотделно и им осигуриха както стандартна чау, така и равни количества различни чипове Nestlé® (масло от масло, млечен шоколад, бял шоколад, фъстъчено масло) ad libitum. Мишките се претеглят и консумацията се измерва ежеседмично по време на триседмичното диетично предизвикателство. Мишките имаха свободен достъп до вода. След предизвикателството, мишките бяха върнати към стандартната диета с чау и групово настаняване. Ефективността на метаболизма се изчислява чрез разделяне на общото тегло, натрупано по време на предизвикателството, на консумираните kcal, за да се получи увеличение на теглото на kcal. Калоричното съдържание на чипс от чау и Nestlé® е получено от уебсайтовете на производителите.

Всички процедури за животни са одобрени от институционалния комитет за грижа и употреба на животните в Чикагския университет.

Резултати

Тридесет мъжки и женски мишки C57BL/6 бяха отбити върху стандартна чау и половината от животните бяха едновременно изложени на неограничени количества захароза (20 mg пелети) в домашната им клетка в продължение на четири седмици (n = 7) или седем седмици (n = 8; Фигура 1а). Този период на развитие след отбиването приблизително съответства на детството през юношеството или ранната зряла възраст. След тази манипулация няма разлика в теглата между двете групи (4 седмична група, F (1,9) = 2,96, p = 0,1; 7 седмична група, F (1,12) = 0,35, p = 0,6) като очаквано, тъй като само консумацията на захароза обикновено не води до увеличаване на теглото при гризачи [40], [46], [47] или хора [48] - [50]. След това всички животни се поддържат при стандартни условия с ad libitum достъп до стандартна чау. Групите бяха тествани, както е показано на Фигура 1а.

а) Хронология, указваща реда на експерименталните манипулации и тестове. Бяха използвани две кохорти от мишки и им бяха приложени експериментални процедури за манипулация и тестване, както е посочено по-горе и под времевата линия. Точка на прекъсване в прогресивно съотношение (PR7) за изложени на захароза и не изложени на захароза мишки, тествани при (b) ограничение на храните и (c) наситени условия (n = 8). (г) Общо изминато разстояние на открито (1 час) (n = 7). (д) Общ брой завъртания на колелата за 1 седмица (n = 7, 8). Графики на кутиите: Средните редове представляват средните стойности, горната и долната част на кутиите представляват 25-ия и 75-ия перцентил, мустаците представляват 10-ия и 90-ия персентил, а точките представляват средни стойности; * p = .05.

Поведенчески ефекти от ранното излагане на захароза

Като се има предвид, че неограниченото излагане на захароза в началото на живота намалява търсенето на захароза в зряла възраст, попитахме как биха се държали мишките, при избор между свободно достъпна, стандартна чау и захароза, която трябваше да бъде спечелена. В тази парадигма за едновременен избор мишките бяха тествани в две условия, наречени „избор“ и „без избор“ през редуващи се дни. В условията на избор, мишките могат или да работят (натискане с лост) за захарозни гранули, или да ядат стандартна чау, свободно достъпна. При условие, че няма избор, нямаше свободно достъпна чау. Няма разлика в общата консумация на храна (чау плюс захароза) между групите в условията на избор (Фигура 2в; F (1,14) = 0,59, p = 0,5). В съответствие с резултатите от теста за ограничено хранене с прогресивно съотношение, мишките, изложени на неограничена захароза в ранния живот, са работили по-малко, за да получат захароза както при избора, така и при условията на избор (Choice Condition, Фигура 2а; F (1,14) = 26,25, p Фигура 2. Едновременен избор.

Средно натискане на лоста по време на (a) избор и (b) липса на условия за избор (n = 8). (c) Общо консумирана храна (спечелена захароза + свободно достъпна чау) по време на сесиите за избор (n = 8). (г) Процент от общия прием, съставен от спечелените захарозни гранули по време на сесиите за избор (n = 8). Графични кутии: както е описано на фигура 1; * p Фигура 3. Глюкозно предизвикателство.

(а) Тежести след 21-часово гладуване и преди предизвикване на глюкоза. (b) нива на глюкоза в кръвта на изходно ниво на гладно (време 0) и след i.p. инжекция с декстроза (2 g/kg). N = 6 (без захароза) и 8 (неограничено).

а) Средно предпочитание, изразено като консумирана захароза (g), разделено на обща консумация на захароза и вода (g) (n = 7). Прекъснатата линия не показва предпочитание. (б) Средно предпочитание за бутилката, сдвоена преди това със захароза по време на изчезване (n = 7). (в) Средна захароза и (г) консумация на вода (n = 7) ± SEM; * p Фигура 5. Диетично предизвикателство с високо съдържание на захар/високо съдържание на мазнини.

Тематични области

За повече информация относно предметните области на PLOS кликнете тук.

Искаме вашите отзиви. Имат ли смисъл тези предметни области за тази статия? Щракнете върху целта до неправилната тема и ни уведомете. Благодаря за вашата помощ!

Е тематичната област "Захароза" приложим за тази статия? да не

Благодаря за отзивите ви.

Е тематичната област "Храна" приложим за тази статия? да не

Благодаря за отзивите ви.

Е тематичната област "Диета" приложим за тази статия? да не

Благодаря за отзивите ви.

Е тематичната област "Качване на тегло" приложим за тази статия? да не

Благодаря за отзивите ви.

Е тематичната област "Телесно тегло" приложим за тази статия? да не

Благодаря за отзивите ви.

Е тематичната област "Затлъстяване" приложим за тази статия? да не

Благодаря за отзивите ви.

Е тематичната област "Мишки" приложим за тази статия? да не

Благодаря за отзивите ви.

Е тематичната област "Детско затлъстяване" приложим за тази статия? да не