Сюзън Джей Мелхорн

1 Катедра по психиатрия, Медицински колеж на Университета в Синсинати, Синсинати, OH 45237, САЩ.

2 Програма по неврология, Медицински колеж на Университета в Синсинати, Синсинати, Охайо 45237, САЩ.

Eric G Krause

1 Катедра по психиатрия, Медицински колеж на Университета в Синсинати, Синсинати, OH 45237, САЩ.

Карън Скот

1 Катедра по психиатрия, Медицински колеж на Университета в Синсинати, Синсинати, OH 45237, САЩ.

2 Програма по неврология, Медицински колеж на Университета в Синсинати, Синсинати, Охайо 45237, САЩ.

Мари Р. Муни

3 Катедра по биомедицинско инженерство, Университет в Синсинати, Синсинати, OH 45221, САЩ

Джефри Д Джонсън

3 Катедра по биомедицинско инженерство, Университет в Синсинати, Синсинати, OH 45221, САЩ

Стивън С Уудс

1 Катедра по психиатрия, Медицински колеж на Университета в Синсинати, Синсинати, OH 45237, САЩ.

Randall R Sakai

1 Катедра по психиатрия, Медицински колеж на Университета в Синсинати, Синсинати, OH 45237, САЩ.

Резюме

Повишаването на теглото и затлъстяването често се приписват на свръхконсумацията на небалансирани диети с високо съдържание на мазнини, но моделът на консумация може също да допринесе за свързаните с това телесно тегло и промени в състава. Настоящото проучване изследва бързите промени в схемите на хранене на плъхове с нормално тегло, получаващи непрекъснат достъп до диета с високо съдържание на мазнини, и изследва промените в телесното тегло и състав в сравнение с контролите, хранени с чау. Десет Long-Evans плъхове бяха имплантирани с подкожни микрочипове за анализ на модела на хранене. Животните бяха съпоставени с телесното тегло и разделени в две групи: хранени с високо съдържание на мазнини или чау. Всяка група се поддържа на определената им диета в продължение на девет дни и се наблюдава в продължение на 22 часа всеки ден за поведение на хранене. Телесното тегло се оценява през ден и се вземат мерки за телесен състав преди и след излагане на диета. Хранените с високо съдържание на мазнини животни наддават повече тегло и мастна тъкан, отколкото контролите, хранени с чау, и показват намалена честота на хранене и увеличен размер на храненето. Освен това размерът на храненето значително корелира с печалбата на мастна тъкан. Заедно тези резултати показват, че консумацията на диета с високо съдържание на мазнини може бързо да промени моделите на хранене, което от своя страна допринася за развитието на затлъстяване.

Въведение

Наднорменото тегло и затлъстяването са хронични глобални здравни проблеми [1, 2], свързани със сърдечни заболявания, диабет, мастен черен дроб, бъбречни заболявания, някои видове рак, инвалидност и смъртност [3]. Повишената честота на затлъстяване често се дължи на повишен прием на хранителни мазнини и намален разход на енергия [1, 4].

Подобно на хората, гризачите също предпочитат диета с високо съдържание на мазнини (HF) [5, 6], което води до подобни метаболитни последици [4]. По-конкретно, плъховете с достъп до високочестотна диета защитават по-високо телесно тегло [7] и продължават да консумират свръхчувствителна диета, дори когато вкусовите качества и енергийната плътност се поддържат постоянни [8]. Това показва, че високочестотната диета има ароматични и вкусови характеристики, както и постингестивни ефекти, които допринасят за свръхконсумация, което от своя страна води до повишено наддаване на тегло и затлъстяване [9, 10].

Настоящото проучване оценява развитието на разликите в моделите на хранене при плъхове с нормално тегло, хранени с HF или чау диета ad libitum за деветдневен период, за да провери хипотезата, че достъпът до HF диета променя модела на хранене, като HF хранените животни постоянно консумират по-големи хранения от чау-чау, хранени с особена консумация, и че тези животни, за които не е известно, че са склонни към затлъстяване, ще получат повече тегло и мастна тъкан.

Методи

Животни

Деветдесетдневни мъжки плъхове Long-Evans (Harlan; Indianapolis, IN) бяха настанени индивидуално в клетки за наблюдение DietMax-ID (# 45-DMCD2R, Accuscan Instruments; Columbus, OH). Стаята за животни беше контролирана от температура и влажност при 12-часов цикъл светлина: тъмно. Животните се отглеждат в съответствие с Ръководството за грижа и употреба на лабораторни животни [38]. Всички протоколи, боравене с животни и лечение са одобрени от институционалния комитет по грижа и употреба на животните към Университета в Синсинати.

Животните бяха имплантирани с подкожен микрочип (Trovan, Electronic Identification Devices, LTD; Санта Барбара, Калифорния), предоставяйки на всяко животно уникален идентификационен номер. Всяка клетка DietMax-ID е оборудвана за наблюдение на приема на храна на отделно животно с помощта на система с микрочип. Везните бяха разположени извън клетката с чаша с храна, опряна отгоре. Тунелите за храна бяха свързани с клетката и са разположени над чашата за храна и скалата, позволявайки на главата на животното да влезе в тунела и да достигне чашата с храна. Тунелите се активираха, когато главата на животното влезе и счупи инфрачервен лъч, задействащ четеца на микрочипове. Четците и везните на Microchip са свързани индивидуално към централен анализатор, който записва времето на влизане, продължителността на влизане и промените в теглото на чашата с храна.

След привикване към клетките DietMax, животните се съпоставят с телесно тегло и се разделят на две групи (N = 5 на група). Единият остана на стандартна лабораторна чау (5% мазнини, 3,46 ккал/г; Teklad Lab Animal Diets- # 7012, Indianapolis, IN), която беше на прах, а другата група получи HF диета на прах (20% мазнини, 4,54 ккал/g; Research Diets Inc, Ню Брунсуик, Ню Джърси); всяка диета е била налична ad libitum. Приемът на храна се наблюдава в продължение на 9 дни, 22 часа на ден, оставяйки 2 часа за грижи за животните, поддръжка на клетката и мерки за телесно тегло.

Тегло и състав на тялото

Телесното тегло се записва през ден през цялото проучване. Съставът на тялото беше оценен преди започване и след приключване на проучването с използване на NMR машина за цяло тяло (Echo-MRI, Waco, TX). Животните бяха поставени в прозрачна плексигласова тръба и NMR сканирани за по-малко от една минута, минимизирайки стреса за животното. Промяната в мастната и постна тъкан се определя чрез изчисляване на разликата в измерванията преди и след проучването.

Модели на хранене

Критерии за модел на хранене

Храната се определя като имаща скорост на консумация (CR: консумирани грамове на минута) по-малка от 0,50 g/min (чау) или 1,2 g/min (HF), тъй като това е определено като максимална скорост, при която е възрастен мъжки плъх в състояние да консумира прахообразна чау или HF прахообразна диета въз основа на предишни поведенчески анализи (данните не са показани). Хранителните събития, които надвишават този критерий, бяха отхвърлени. Хранителните събития се комбинират в едно хранене, ако Inter-MI или времето между събитията е било 5 минути или по-малко. Използването на тези критерии представлява повече от 95% от храната, консумирана през даден тест ден. Общият прием на храна се изчислява чрез сумиране на размера на всяко определено хранене. Броят на храната се изчислява, след като критериите са приложени към данните и включва броя на яденията, взети през 22-часовия период на тестване. Продължителността на храненето включва продължителността на хранене (време за ядене + Inter-MI, ако е било по-малко от 5 минути), а Intra-MI е времето по време на хранене, в което животното не участва активно в храненето.

Данните за приема на храна и схемата на хранене се състоят от измервания от първите 8 дни на настаняване, тъй като животните бяха отстранени на деветия ден за окончателен анализ на телесното тегло и телесния състав. Данните за приема на храна и схемата на хранене за ден 6 бяха пропуснати поради компютърна повреда, която доведе до загуба на данни до 7 часа. Средният размер на храненето не е бил повлиян, поради което очакваме да няма разлики в поведението по време на загубените часове.

Статистика

излагане

Прием на храна. A) HF хранените животни консумират по-малко грамове на 5 и 8 ден. B) HF хранените животни консумират по-малко грама храна като цяло. В) Животните, консумиращи високочестотна диета, са приемали повече калории в дни 1–3. Г) HF хранените животни са имали общо увеличение на средния калориен прием. * p Фигура 3 изобразява представителен времеви модел на прием на храна на едно високочестотно хранено животно (горен панел) и едно животно, хранено с чау (долния панел) на ден 5 от експеримента, ден, в който средният общ калориен прием на храна е сходен.

Представителни хистограми на приема на храна (kcals) на 5-ия ден при диета с високоскоростно хранене с животни и друга храна с храна. Сивите кутии показват тъмен цикъл.

HF хранените животни имат средно общо намаляване на честотата на хранене (t (7) = 2.902, p Фигура 4 A&B). Средният общ размер на храненето обаче е по-голям при животни, които се хранят с високочестотна диета (t (7) = 3.106, p Фигура 4 C&D).

Ефектът от размера на храненето и приема на храна върху печалбата на мастна тъкан. Всяка точка от данни представлява средния общ размер на хранене/прием на храна на животното спрямо промяната в затлъстяването на същото животно. А) Размерът на храната е силно, положително корелиран с печалбата на мастната тъкан (r = 0,849, p = 0,0038). Б) Приемът на храна няма същото влияние като размера на храненето при прогнозиране на печалбата в мастната тъкан (r = 0,662, p = 0,0523).

Дискусия

Настоящото проучване характеризира промените в схемите на хранене, които се появяват по време на непрекъснат достъп до високочестотна диета при плъхове с нормално тегло и свързва възможните разлики в поведението при поглъщане с промените в телесното тегло и състава. В съответствие с предишни проучвания, животните, хранени с високочестотна диета, консумират повече калории чрез по-голямо, но по-малко хранене [24, 40–42]. Освен това, въпреки само острото излагане на високочестотната диета (9 дни), тези животни са натрупали повече тегло и мастна тъкан, отколкото контролите, хранени с чау.

HF плъхове, хранени от настоящото проучване, първоначално са имали увеличение на консумацията на калории, но по-късно са възстановили приема за хранене на хранени животни, въпреки че продължават да приемат по-големи хранения. Възможно е излагането на високочестотна диета първоначално да е нарушило сигнализирането за ситост, но е продължило да има трайни ефекти върху ситостта, тъй като размерът на храненето е бил по-голям, но не и общия калориен прием. Въпреки това, животните, хранени с високочестотна диета, имат намалено съотношение на ситост само след 9 дни прием на високочестотна храна. Това обаче може да е отражение на сигнали за нарушено насищане. Започването на хранене не е напълно биологично контролирано, тъй като екологичните, културните и социалните фактори могат да повлияят на режима на хранене и често да отменят хомеостатичните сигнали [14, 22, 23, 49–51]. Прекратяването на храненето обаче до голяма степен зависи от биологичните сигнали и може да бъде променено от състава на диетата [52-54]. HF хранените животни имат непокътнат контрол на започване на хранене и сигнали за ситост въз основа на намалена честота на хранене и подобен Inter-MI за хранене на животни, но насищането е нарушено въз основа на увеличен размер на хранене и евентуално диетичен състав, което води до цялостното намаляване на съотношението на ситост.

По време на активната фаза, когато животни, хранени с HF, приемат по-големи ястия в сравнение с контроли, хранени с чау, приемът на калории е сходен между групите. Въпреки това, плъховете, хранени с HF, имат повишено телесно тегло и затлъстяване в сравнение с животни, хранени с чау. По-големите хранения са свързани с увеличеното тегло на ретроперитонеалното депо и броя на мастните клетки, а не с общия прием на храна [43]. По същия начин, в настоящото проучване размерът на храненето положително корелира с затлъстяването, но калоричният прием не, което предполага, че размерът на храненето може да бъде най-добрият предиктор за затлъстяване. В съответствие с това, проучвания при хора показват, че свръхконсумацията на калории при по-малки, по-чести хранения може да предотврати хиперфагично наддаване на тегло и може да намали нивата на серумните липиди и холестерол [12].

HF хранените животни прекарват по-малко време в консумация на храна, вероятно защото HF прахообразната диета може да бъде и е била консумирана с по-бързи темпове от прахообразната диета с чау (данни не са показани, [39]). Ясно е, че СН диетата се консумира по различен начин от стандартната лабораторна чау. Фигура 3 илюстрира тази разлика, предполагаща, че хранените с чау животни консумират храната си на групи или в непосредствена близост един до друг, оставяйки дълги периоди без поведение на хранене, докато HF хранените животни ядат по-големи ястия в отделни сесии и не са свързани във времето.

Добре установено е, че консумацията на високочестотна високоенергийна диета стимулира наддаване на тегло, натрупване на мастна тъкан и редица метаболитни нарушения, в крайна сметка увеличаващи риска от развитие на животозастрашаващи и застрашаващи заболявания и разстройства. Въпреки че съставът на макроелементите допринася за промените в телесното тегло и състав, това проучване показва, че моделите на хранене допринасят за физиологичните последици от консумацията на високочестотна диета и че тези промени могат да настъпят бързо. Проучвания, използващи животински модели на затлъстяване, показват, че размерът на храненето се увеличава дори преди появата на затлъстяването и ако тези животни се хранят по двойки, за да се придържат към контрол или им се дава средство, което намалява размера на храненето, като амилин или концентрат на меланин, концентриращ рецепторен антагонист, затлъстелите животни намаляват телесното си тегло [30, 56–59]. Това заедно с настоящото проучване предполага, че намаляването на размера на храненето може да предотврати увеличаването на теглото и мастната тъкан.

Това проучване илюстрира важността на измерването на моделите на хранене при поглъщащо поведение, тъй като могат да съществуват разлики в моделите на хранене, които могат да повлияят на телесното тегло, състава и физиологията въпреки сходна консумация на калории. Много проучвания за прием на храна дават моментна снимка на поглъщащото поведение след експериментално лечение, но начинът, по който моделите на хранене се променят с течение на времето, може да предостави допълнителни доказателства за това как експерименталното лечение влияе върху поведението. Програмата за анализ на схемата на хранене, разработена и използвана в настоящото проучване, позволява тези видове експериментални манипулации, тъй като има гъвкави алгоритми, които позволяват на изследователите да отчитат промените в наличността на храната, калоричното съдържание и вкусовите качества, като същевременно продължават да предоставят непрекъсната информация за модела на хранене.

В крайна сметка, проучвания, при които моделите на хранене на животни, хранени с ВЧ, се контролират, за да имитират тези на животни, хранени с чау, ще помогнат да се определи дали начинът на поглъщане може да подобри някои от вредните ефекти от консумацията на ВЧ диета. Настоящото проучване, заедно с други, обаче предполага, че увеличеният размер на храната и намалената честота на хранене, може би поради нарушени сигнали за насищане след консумация на високочестотна диета, допринася за увеличаване на теглото и натрупване на мастна тъкан [31, 32, 34, 35, 60].

Бележки под линия

Отказ от отговорност на издателя: Това е PDF файл на нередактиран ръкопис, който е приет за публикуване. Като услуга за нашите клиенти ние предоставяме тази ранна версия на ръкописа. Ръкописът ще бъде подложен на редактиране, набиране и преглед на полученото доказателство, преди да бъде публикуван в окончателния си вид. Моля, обърнете внимание, че по време на производствения процес могат да бъдат открити грешки, които биха могли да повлияят на съдържанието, и всички правни откази от отговорност, които се отнасят до списанието, се отнасят до.