A fokozott anyagcsere-hatékonyság hozzájárul az elhízásra hajlamos patkányok testsúlycsökkenéséhez

Absztrakt

a sikeres testsúly megtartása óriási kihívást jelent azok számára, akik önként jelentősen lefogytak. Sok program arról számolt be, hogy elhízott egyéneknél sikeres a fogyás (19, 40, 43, 54), de úgy tűnik, hogy ezeknek a személyeknek csak kis hányada tartja fenn ezt a csökkent súlyt idővel (29, 49), tekintet nélkül a fogyás módjára. fogyás (26, 39). Tekintettel az elhízás globális problémájára (17, 55) és annak egészségre és várható élettartamra gyakorolt káros hatásaira (18), a sikeres testsúly megőrzésének akadályainak megértése elengedhetetlen a járvány elleni küzdelemben.

Az állatok gondozása és felhasználása.

Hím Wistar patkányokat (125–150 g) a Charles River Laboratories-tól (Charles River Laboratories, Wilmington, MA) vásároltunk. Az elhízásra hajlamos és elhízás-rezisztens patkányokat étrendi szűrővizsgálattal azonosították, amely előre jelzi a jövőbeni súlygyarapodást (5, 36). Röviden: a patkányokat 2 hétig standardizáltuk alacsony zsírtartalmú étrend (12% kcal zsír, Research Diets, Madison, WI; RD 11724) fogyasztására. Ezután 1 hétig magas zsírtartalmú étrendre váltottak (46% kcal zsír, Research Diets, Madison, WI; RD 12344), miközben nyomon követték a súlygyarapodást. A patkányokat ezután egy hétre visszaváltották az alacsony zsírtartalmú étrendre, mielőtt belekezdenének a vizsgálatba. A patkányokat súlygyarapodásuk aránya szerint rangsorolták a magas zsírtartalmú étrendi kihívás során. A felső tertilitást elhízásra hajlamosnak, az alsó terletet pedig elhízásállónak minősítették. A középső tertilis patkányait nem használtuk fel erre a vizsgálatra. Valamennyi patkányt egyedileg a Colorado Egyetem Egészségtudományi Központjában (UCHSC) tartottuk laboratóriumi állatok gondozására (22–24 ° C; 12: 12 órás világos-sötét ciklus), szabadon hozzáférve a vízhez. Valamennyi eljárást az UCHSC állatgondozási és felhasználási bizottsága hagyta jóvá.

Kísérleti terv.

Kísérleti megközelítésünk három kontroll patkánycsoportot alkalmazott: Preobese, elhízott és Never elhízott. Tizennégy elhízásra hajlamos patkányt, Preobese néven, megvizsgáltunk az elhízás kialakulása előtt, közvetlenül a szűrési időszak után, majd 1 hétig alacsony zsírtartalmú étrendbe helyeztük. Az elhízásra hajlamos patkányok másik csoportját obezigenikus környezetbe helyezték, amelybe beletartozott a fizikai aktivitás korlátozását biztosító tartás és a magas zsírtartalmú étrendhez való szabad hozzáférés. Ezeket az „elhízottnak” nevezett patkányokat az elhízás kialakulása után vizsgálták, vagy 16 hét múlva ebben az obezigenikus környezetben, vagy miután a vizsgálat 42 héten keresztül folyamatosan ad libitum hozzáférést kaptak az alacsony zsírtartalmú étrendhez. A végső kontrollcsoport elhízás-rezisztens patkányokból állt, akiket hasonló házba helyezték, szabad hozzáféréssel az alacsony zsírtartalmú étrendhez. Ezeket a „soha elhízottnak” nevezett patkányokat 16 hét múlva vizsgáltuk ilyen körülmények között.

Anyagcsere-monitorozás.

Az energiaegyensúlyt egy anyagcsere-ellenőrző rendszerrel vizsgálták, amelyet a Colorado Egyetem Klinikai Táplálkozási Kutatási Egységének Energy Balance Core Laboratory fejlesztett ki, az előzőekben leírtak szerint (7, 36, 37). Ez a megfigyelő rendszer egy négykamrás indirekt kaloriméterből áll, amelyet legfeljebb négy patkány egyidejű folyamatos monitorozására terveztek, és minden egyes kamrából 6 percenként megkapják a V20 és V2 co2 méréseket. A kamrák fel vannak szerelve a vizelet, az ürülék és az étel kiömlésének gyűjtésére is. A metabolikus monitorozásra szánt patkányokat az adatgyűjtési időszakok előtt 2-3 napig akklimatizálták a rendszerhez. A patkányokat ezután 23 órán át követtük nyomon, és ezalatt az EI-t mértük. A vizelet térfogatát regisztráltuk, és egy részét összegyűjtöttük a vizelet nitrogénszintjének mérésére (ThermoDMA, Louisville, CO). A fennmaradó 1 órát (a fényciklus közepén) a kamra megtisztítására és a következő megfigyelési időszakra való felkészülésre használtuk.

Az anyagcserét (MR) a Weir-egyenlettel számoltuk. Az anyagcsere-sebesség és a légzési hányados (RQ = V̇ co 2/V̇ o 2) adatai, amelyeket egy állattól hosszabb megfigyelési időszak alatt szereztek be, megfigyelhető egy korábbi jelentésben (36). A TEE-t az összes metabolikus sebesség mérésének átlagaként számoltuk (6 percenként) a 23 órás periódus alatt, és bemutatás céljából extrapoláltuk, hogy tükrözze a 24 órán keresztül elfogyasztott energia mennyiségét. Ezenkívül az adatokat felhasználták 1) nyugalmi anyagcsere-sebesség, 24 órán át extrapolálva a nyugalmi energiafelhasználás (REE) eléréséhez; és 2) nem nyugtalanító energiafelhasználás (NREE), mint a TEE és a REE különbsége. A nyugalmi anyagcserét 1 órás átlagos metabolikus sebességként becsültük meg, amely a fényciklus második részében következett be, amint arról korábban beszámoltunk (36). Az 1 órás időszakot olyan időszakban választják ki, amelyben az anyagcsere sebessége és az RQ minimális fizikai aktivitást és táplálékfelvételt jelez az előző három órában. Korábbi vizsgálatokban megfigyeltük, hogy ez egybeesik egy olyan időszakkal, amikor a patkány alszik vagy alszik, és nem mutat aktivitást. Az energiaegyensúlyt az EI és a TEE közötti különbségből számoltuk a teljes megfigyelési időszak alatt.

A testösszetétel elemzése.

A testösszetétel-elemzéseket kettős energiájú röntgenabszorpciós módszerrel (DXA) végeztük a Lunar DPX-IQ (GE Lunar, Madison, WI) felhasználásával, a Lunar Small Animal Software 1.0 verziójával, amint azt korábban leírtuk (36). A korrigált zsírtömeget (FM) és a zsírmentes tömeget (FFM) a DXA adatokból és a serpenyő tömegéből számítottuk Feely és mtsai ajánlásai szerint. (16), akik egységesítették ezt a megközelítést a testösszetétel kémiai elemzésében. Egy másik patkánycsoportban (n = 165), azt találtuk, hogy az így számított DXA-FM pontosan tükrözi a zsírpárna súlyának változását (r 2 = 0,94, P

1. ábra.A testtömeg és a súly mértéke visszanyerhető. A: az elhízásra hajlamos patkányok 16 hetes, magas zsírtartalmú etetéssel elhízottak. Ezeket az elhízott patkányokat metabolikusan megvizsgálták 26 egymást követő hét előtt vagy után alacsony zsírtartalmú étrenden. Az elhízás-rezisztens, soha nem elhízott patkányokat metabolikusan megvizsgálták 16 hét után alacsony zsírtartalmú étrenden. B: A súlycsökkentett patkányok olyan elhízásra hajlamos patkányok voltak, akiknél 16 hetes zsírtartalmú táplálkozás esetén elhízás alakult ki, de a bevitel által szabályozott, alacsony zsírtartalmú étrenden súlycsökkenésen estek át, és ezt a csökkent súlyt 0, 8 vagy 16 évig tartották. héttel az anyagcsere monitorozása előtt. C: A relapszusú, elhízott patkányok elhízásra hajlamos patkányok voltak, akiknél elhízás alakult ki, súlycsökkenésen estek át, ezen a csökkentett súlyon tartották 0, 8 vagy 16 hétig, majd további 8 hétig szabad hozzáférést kaptak az alacsony zsírtartalmú étrendhez. anyagcsere-monitorozás. D: a súlyvisszanyerés aránya a relapszusos-elhízott patkányok esetében a relapszusos időszak 1., 2. és 4. hétének átlagaként jelenik meg. Az adatokat átlag ± SE-ként fejezzük ki, Duncan post hoc elemzésével homogén csoportok vizsgálatára. Minden egyes időszakban a nem szignifikánsan eltérő csoportokat ugyanaz a betűjel jelöli.

Asztal 1. Antropometriai és energiamérleg-adatok

A testsúlyt, a zsírmentes tömeget (FFM), a zsírtömeget (FM), a testzsír százalékát (% BF), az energiafogyasztást (EI, kcal/nap) és a teljes energiafelhasználást (TEE, kcal/nap) átlagként fejezzük ki ± SE. Az EI jelenti az átlagos napi bevitelt az anyagcsere-monitorozást megelőző 3 napban és az egy napot a megfigyelő rendszerben. A TEE-t 23 órás periódus alatt mértük a metabolikus kamrában, és 24 órán keresztül extrapoláltuk. Az adatokat ANOVA elemezte Duncan post hoc elemzésével a homogén csoportok azonosítására (P

2. ábra.Az energiafelhasználás nyugalmi (REE) és nyugtalanító elemei (NREE). Preobese patkányok voltak azok, amelyeket elhízásra hajlamosnak találtak és megvizsgáltak az elhízás kialakulása előtt (n = 14). Az elhízott patkányokba beletartoztak azok, amelyek még soha nem fogyottak, és 16 és 42 hétnél is megvizsgálták őket (n = 12). A soha nem elhízott patkányokat elhízás-rezisztensnek találták, és 16 hétig alacsony zsírtartalmú étrenden tartották őket.n = 11). A súlycsökkentett patkányok közé tartoztak a 0, 8 vagy 16 hét súlytartás után vizsgált patkányok (n = 19). A relapszusban elhízott patkányok közé tartoztak azok, akiket 0, 8 vagy 16 hét karbantartás után vizsgáltak, mielőtt 8 hét szabad táplálékhoz jutottak volna (n = 21). A metabolikus adatokat közvetett kalorimetriával gyűjtöttük, a módszerek szerint . A: A NREE és a REE átlag ± SE értékekként vannak kifejezve, és halmozott oszlopdiagramon vannak ábrázolva, hogy megmutassák a teljes energiaköltséghez (TEE) való hozzájárulást. Az ANOVA szignifikáns hatást mutatott a TEE-re (P

3. ábra.Pihentető energiafelhasználás és anyagcsere-hatékonyság. A: A zsírmentes tömegre (FFM) korrigált REE-t átlag ± SE-ként fejezzük ki, és a nem szignifikánsan nem különbözõ csoportokat ugyanaz a betûjel jelöli. B: az anyagcsere hatékonysága a A, a Preobese csoportot használva standardként. A konzervált energia százalékát a csoport átlagának és a standard átlagnak a különbségeként számolják, és a standard átlag százalékában fejezik ki. C: Az FFM-hez és a zsírtömeghez (FM) korrigált REE-t átlag ± SE-ként fejezzük ki, és a nem szignifikánsan nem különbözõ csoportokat ugyanaz a betûjel jelöli. D: az anyagcsere hatékonysága a C, a Preobese csoportot használva standardként. A konzervált energia százalékát a csoport átlagának és a standard átlagnak a különbségeként számolják, és a standard átlag százalékában fejezik ki.

A fokozott anyagcsere-hatékonyság hozzájárulása a súly visszaszerzéséhez.

4. ábra.Testtömeg, energiaegyensúly és NREE az első 2 hét alatt a visszaesés során. Elhízott patkányok (n = 4) prospektív módon súlycsökkenés és relapszus révén vizsgálták. Az elhízott patkányok elhízásra hajlamos patkányokat jelentenek, amelyek a vizsgálat előtt soha nem fogyottak. A patkányokat ismét megvizsgálták 8 hét bevitel által szabályozott testsúly fenntartása után az alacsony zsírtartalmú étrend után, amely 2 hét bevitel által szabályozott súlyvesztést követett az alacsony zsírtartalmú étrenden. Ezután az alacsony zsírtartalmú étrend 1, 3, 7 és 14 napos ad libitum fogyasztása után ismét megvizsgálták őket. Testtömeg (A), Az EI és az energia kiadások (B), az energiamérleg (C) és a NREE (D) átlagként ± SE, és a szignifikánsan nem különbözõ csoportoknak ugyanaz a betûjelük.

Mivel az FFM nem változott szignifikánsan, és csak négy patkány volt, az FFM nem volt a REE szignifikáns prediktora. A patkányok az FFM saját kontrolljaként szolgáltak ebben az ismételt mérési tervben, és a REE kismértékű növekedése 3. nap a REE esetében figyelték meg (5. ábraA). A REE ezen változásának nagyságának vizsgálatához az Obese mérést alkalmaztuk standardként, amelyből kiszámítottuk a többi csoport relatív anyagcsere-hatékonyságát (5. ábraB). Az adatok ezen kifejezése jobban jelzi, hogy a súlycsökkenéssel járó fokozott anyagcsere-hatékonyság nem azonnal, hanem fokozatosan, az idő múlásával oldódik meg a relapszus fázisában. Míg a lefogyott tömeg közel 50% -a 2 hét után visszanyerhető, az anyagcsere hatékonyságának csak 23% -a oldódott meg (5. ábraC). Ezek az adatok arra engednek következtetni, hogy az anyagcsere hatékonysága továbbra is magas, és hozzájárul az alacsonyabb energiafogyasztáshoz, a nagyobb energia-egyensúlyhiányhoz és a magas súlyarány visszaesés korai szakaszában. Ezekből az adatokból a fogyás előtt megfigyelt energiaegyensúly adatok alapján megbecsülhetjük, hogy mind az étvágy, mind a REE korrekció jelentősen hozzájárul az energia-egyensúlyhiányhoz a relapszus korai szakaszában (40%, illetve 60%).

5. ábra.Pihentető energiafelhasználás és anyagcsere-hatékonyság az első 2 hét alatt a visszaesés során. Elhízott patkányok (n = 4) prospektív módon vizsgálták a súlyveszteség fenntartásával és a 1. nap, 3, 7, és 14 a visszaesés. REE (A) és az anyagcsere hatékonysága (B) átlagként ± SE, és a szignifikánsan nem különbözõ csoportoknak ugyanaz a betûjelük. Az anyagcsere hatékonyságát vagy a megtakarított energia százalékát az elhízott csoportot használva a csoport átlagának és a standard átlagnak a különbségeként számolják, és a standard átlag százalékában fejezik ki. C: a visszanyert fogyás százalékát és az elnyomott REE százalékos arányát átlag ± SE értékben fejezzük ki. Az egyes változókon belül azok a csoportok, amelyeknek nincs szignifikáns különbség, azonos betűjelzéssel rendelkeznek.

6. ábra.Anyagcsere hajlam a súlygyarapodásra: potenciál vs. tényleges egyensúlyhiány. Annak bemutatása, hogy a tényleges energia-egyensúlyhiány összehasonlítható-e az elhízás kialakulása, kezelése és visszaesése során a potenciális energia-egyensúlytalansággal. A tényleges és a potenciális energia-egyensúlyhiány eltér egymástól a fogyás alatt és után, mert a REE elnyomott, az étvágy emelkedett, és az étellátás nem felel meg az étvágynak. A testsúly fenntartása után is fennáll a potenciális energia-egyensúlyhiány az elnyomott anyagcsere-sebesség és a meg nem emelkedett étvágy miatt. Hosszan tartó testsúly fenntartása esetén a potenciális energia-egyensúlyhiány egyre mélyebbé válik, mivel a növekvő étvágy mellett az anyagcsere sebessége továbbra is elnyomott. Miután a külső bevitel ellenőrzése megszűnt, a tényleges és a potenciális energia-egyensúlyhiány konvergál, és nagy súlygyarapodás figyelhető meg. Az anyagcsere és az étvágy a súly visszanyerése után megszűnik, így az energiaegyensúly ellenőrzött bevitel nélkül érhető el.