A korai életkorú zsírtartalmú étrend a normális testsúlyú elhízást idézi elő

Absztrakt

Az elhízás az egyik legsúlyosabb globális egészségügyi problémává válik. A normális testsúlyú elhízás kialakulásának kockázata azonban, amikor az egyén normál testtömeg-index ellenére magas a testzsír aránya, egyre nagyobb figyelmet kap, mivel ezeknél a személyeknél szisztémás gyulladás és metabolikus rendellenesség is kialakul.

Ebben a vizsgálatban a fiatal (3 hetes) és a felnőtt (8 hetes) patkányokat 9 hétig magas zsírtartalmú étrenddel (HFD) táplálták, és összehasonlították őket normál chow étrenddel (NCD) táplált patkányokkal. A HFD-vel táplált felnőtt csoport az energiafogyasztás, a testtömeg (BW), az összes zsír, a zsigeri zsír és a szubkután zsír növekedését mutatta az életkornak megfelelő NCD-csoporthoz képest. Ezenkívül az izomtömeg százalékos aránya a BW-re a felnőtt HFD csoportban szignifikánsan alacsonyabb volt az NCD-csoporthoz képest. Amikor a HFD etetést a fiatalkorúaktól kezdték, szinte nem voltak különbségek az energiafelvételben és a BW-ben a HFD és az NCD csoportok között. Azonban a fiatalkori HFD csoport 1,7-szeres növekedést mutatott az összes zsírban, a zsigeri zsírban és a szubkután zsírban, összehasonlítva az életkoruknak megfelelő NCD csoporttal. Az izomtömeg százalékos aránya BW-re szignifikánsan alacsonyabb volt a fiatalkori HFD-csoportban az NCD-csoporthoz képest. Ezenkívül a plazma inzulinszint emelkedését és az inzulinérzékenység csökkenését csak a fiatalkori HFD csoportban figyelték meg, a felnőtt HFD csoportban azonban nem. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a HFD táplálkozása növekedési periódusban inzulinrezisztenciát és normális testsúlyú elhízást vált ki.

Itt bemutatunk egy módszert a normális testsúlyú elhízás modell előállítására, valamint a riasztás felhozatalára a normális testsúlyú elhízás kialakulásához, amikor a gyermekeket magas zsírtartalmú étkezéseknek teszik ki.

Bevezetés

Az elhízás elterjedtsége az egyik legsúlyosabb egészségügyi probléma világszerte [1]. Az „elhízás” az Egészségügyi Világszervezet osztályozása szerint 30-nál nagyobb vagy azzal egyenlő testtömeg-index (BMI), amelynek rendellenes vagy túlzott zsírfelhalmozódása károsíthatja az egészséget. Az egyszerűsége miatt a BMI-t széles körben alkalmazták az elhízás igazolására több epidemiológiai vizsgálatban. A legutóbbi tanulmányok azonban kimutatták a normális testsúlyú elhízással rendelkező személyek magas elterjedtségét [2,3,4], amelyet normál testsúlyú és normális BMI-vel rendelkező, de magas zsírszázalékkal rendelkező embereknél (férfiaknál> 20%, míg férfiaknál> 30%). nők) [2]. A normális testsúlyú elhízással rendelkező személyekről ismert, hogy szabályozatlan anyagcserével rendelkeznek, ezért nagy a kockázata a metabolikus szindróma és a kardiometabolikus diszfunkció kialakulásának; az ilyen személyeknél magasabb a halálozási arány is [5, 6].

A modern életmódot a fizikai aktivitás hiánya és a túlzott energiafogyasztás jellemzi mind a gyermekek, mind a felnőttek magas kalóriatartalmú étrendje miatt. A fiatalkorúak stádiumában az állatok, beleértve az embereket is, drámai növekedési periódusban vannak, és az energia-anyagcseréjük és az etetési szabályaik nagyon eltérőek a felnőtt állatokhoz képest [7]. Korábbi vizsgálatunkban kimutattuk, hogy a ventrális tegmentális terület neuronjai, amelyek szabályozzák az etetést és az energia-anyagcserét, fejletlen tulajdonságokat mutatnak az elválasztott patkányokban [7]. Így úgy tekinthető, hogy a drámai növekedési periódusban lévő fiatalkorú állatokat könnyen befolyásolja a táplálkozás egyensúlya.

Korábbi beszámolók azt mutatták, hogy az elválasztás utáni magas zsírtartalmú étrend (HFD) befolyásolja a fiatal állatok mentális és fiziológiai funkcióit. Az elválasztás utáni HFD-fogyasztás fokozta a szorongási magatartást a makákók szerotonerg immunreaktivitásának csökkenése révén [8], vagy növekedési porc elváltozásokat eredményezett a krónikus gyulladás markereinek plazmakoncentrációjának növekedésével [9]. Az akut HFD-expozíció fiatal patkányokban glükokortikoid receptoroktól függő módon rontja a hippocampus működését [10]. Ezek a jelentések azt sugallják, hogy a fiatalkori állatok HFD-vel történő etetése az agy és a csontok diszfunkcióját eredményezi. Nincsenek azonban olyan jelentések, amelyek megvizsgálnák a metabolikus szindrómához kapcsolódó hatásokat, amikor a fiatal állatok HFD-nek voltak kitéve. Feltételeztük, hogy a fiatalkori HFD-expozíció elősegítheti az elhízás és a metabolikus szindróma súlyosabb állapotát a felnőttek HFD-expozíciójához képest.

Jelen tanulmányunkban a HFD hatását vizsgáltuk az energiafelvételre, valamint a zsír- és glükóz-anyagcserére az élet korai szakaszában. Jelen tanulmány adatai azt mutatják, hogy a HFD nagyobb hatással van az energia-anyagcserére a korai szakaszban, és normális testsúlyú elhízást okozhat. Ez a tanulmány bemutatja a normális testsúlyú elhízás modell előállításának módszerét, és javasolja, hogy az egészségi állapot értékelésekor nemcsak a BMI-t, hanem a zsírfelhalmozódás szintjét is értékelni kell.

Anyag és módszerek

Állatok

3 hetes (fiatalkorú) és 8 hetes (felnőtt) hím Wistar patkányokat vásároltunk a Japan SLC-től (Shizuoka, Japán).

Az állatokat 12 órás világos/sötét ciklusban tartottuk (7: 00-tól 19: 00-ig világított), és hagyományos táplálékot kaptak (normál chow-étrend [NCD]; CE7 vagy magas zsírtartalmú étrend [HFD]; HFD32); Clea, Oszaka, Japán) és a víz ad libitum. Az egyes összetevők% kcal értéke a következő volt. NCD - fehérje 20,5%, zsír 10,1%; és HFD - fehérje 20,1%, zsír 56,7%.

A kísérleti eljárásokat és az állatok gondozását a Fukusimai Orvostudományi Egyetem Állattenyésztési és Felhasználási Bizottságának bizottsága végezte.

Az energiafelvétel és a BW mérése

A fiatal és felnőtt patkányokat két csoportra osztottuk; egy NCD csoport és egy HFD csoport. A csoportokat 63 napig etették a megfelelő étrendjükkel, és az ételfogyasztást és a testtömeget 3 naponta egyszer, 17:00 órakor mérték. 63 nap elteltével a csoportoknak étrendjüket adták, amíg a zsírtömeg mérése, a glükóz tolerancia teszt és az inzulin tolerancia teszt befejeződött (legfeljebb 72 nap).

Glükóz tolerancia teszt (GTT) és inzulin tolerancia teszt (ITT)

A glükóz tolerancia tesztet és az inzulin tolerancia tesztet az NCD vagy a HFD megkezdése után a 69., illetve a 72. napon végeztük. A GTT energiafogyasztásra és testtömegre gyakorolt hatásának megakadályozása érdekében az állatoknak 3 napos intervallumot adtak a GTT és az ITT között. Így az ITT-t a 72. napon hajtották végre. Ezen a ponton a patkányok 13 hetesek voltak (juvenilis csoport) és 18 hetesek (felnőtt csoport). A tesztnapon az állatokat 9:00 órától megfosztották az élelemtől. Ezután 14:00 órakor a patkányokat intraperitoneálisan 2 g/kg/10 ml glükózzal (Otsuka Pharmaceuticals, Tokió, Japán) vagy 1 NE/kg inzulinnal (Humulin R, Eli Lilly Japan, Kobe, Japán) injektáltuk. Vért gyűjtöttünk a vágott farokcsúcsból, és a glükózszintet glükózmérővel (Glutest every, Arkray, Kyoto, Japán) mértük 0 percnél (az injekció beadása előtt), valamint 15 percnél, 30 percnél, 60 percnél és 120 percnél később. glükóz vagy inzulin injekció.

Az inzulinszint mérése

Megvizsgáltuk az inzulin szekréció szintjét a GTT alatt. A kísérlet napján az állatokat 9: 00-kor megfosztották az élelemtől. Ezután a patkányoknak 14:00 órakor intraperitoneálisan 2 g/kg/10 ml glükózt (Otsuka Pharmaceuticals, Tokió, Japán) injektáltak. Vérmintákat (kb. 50 μl) gyűjtöttünk a farok hegyénél a glükózinjekció előtt (0 perc) és 30 perc, 60 perc és 120 perc után. A vérmintákat 4 ° C-on, 4000 fordulat/perc mellett 10 percig centrifugáltuk. Centrifugálás után a plazmamintákat összegyűjtöttük és -80 ° C-on tároltuk az inzulinmérés napjáig.

A plazma inzulint inzulin ELISA kit alkalmazásával (Morinaga Ultra Sensitive Mouse/Rat inzulin ELISA Kit, Morinaga Institute of Biological Science, Yokohama, Japán) mértük. A vizsgálaton belüli és a vizsgálatok közötti pontosság C.V. ≤ 10%.

Izom, zsigeri zsír és szubkután zsír mérése

Az NCD vagy a HFD megkezdése után 66. napon La Theta LCT-200 rendszert (Hitachi Aloka Medical, Mitaka, Tokió, Japán) használó számítógépes tomográfiai (CT) képalkotást használtunk az izmok, valamint a zsigeri és a szubkután zsírtömeg mérésére., a korábban leírtak szerint [11]. 120 mm belső átmérőjű tartókat használtunk. Az állatokat izoflurán altatásban vizsgáltuk. Az érzéstelenítést egy kis akril dobozban indukálták 500 ml/perc O2 áramlással 5% izofluránnal, és a szkennerben tartották egy orrkúp segítségével, amely 200 ml/perc 2,0% izofluránt tartalmaz. A CT-vizsgálatokat az 1. ágyéki gerinctől (L1) a 4. keresztcsigolyáig (S4) végeztük. Ezen a ponton a patkányok 12 hetesek voltak (juvenilis csoport) és 17 hetesek (felnőtt csoport).

Statisztikai analízis

Az összes adatot átlag ± SEM-ként adtuk meg. Az idő és a kezelési tényezők közötti különbség elemzését a BW és az energiafogyasztás terén 63 nap alatt, a vércukorszint változását a GTT-ben és az ITT kísérletben az NCD és HD csoportok között kétirányú ANOVA-val, majd Tukey több tartományú tesztjével végeztük. A Student t-tesztjét két csoportos összehasonlításra használták: a teljes zsír (%), a szubkután zsírtömeg, a zsigeri zsírtömeg, az izomtömeg és az izom/testtömeg (%) összehasonlítása a CT-vizsgálatból, valamint az egyes plazma inzulinszintek összehasonlítása időpont. P

Eredmények

A HFD hatása a fiatal és felnőtt patkányok energiafogyasztására és testtömegére

A felnőtt csoportban a HFD-etetés szignifikánsan megnövelte a BW-t (1a. Ábra; F1, 294 = 122,14, P 0,05) az NCD és a HFD csoportok között a mérés során.

A HFD hatása a fiatal és felnőtt patkányok glükóz- és inzulin toleranciájára

Felnőtt patkányokban a vércukorszint a HFD csoportban szignifikánsan magasabb volt a glükózinjekció után 30 és 60 perccel az NCD csoporthoz képest (1e. Ábra, F1, 24 = 6,18., P 0,05).

A Juvenile csoport, a HFD csoport szignifikánsan magasabb vércukorszintet mutatott mind a GTT-ben, mind az ITT-ben minden időpontban (F1, 24 = 27,13, P 2. ábra

A Juvenile csoportban még a 66 napos HFD-etetés után sem volt szignifikáns különbség a BW-ben az NCD és a HFD csoport között (2k ábra). Amint a 2l. Ábra mutatja, a HFD-vel táplált patkányok megjelenése majdnem megegyezett az NCD-vel táplált patkányok megjelenésével. Nagyobb zsírfelhalmozódást figyeltünk meg a HFD-vel táplált patkányokban (2m-p. Ábra), az összes zsír százalékos aránya 26,1 ± 1,6% volt, ami szignifikánsan magasabb volt az NCD-csoporthoz képest (16,3 ± 0,6%) (2q. Ábra) ). Az NCD-vel táplált patkányokban a szubkután zsír és a zsigeri zsír 12,3 ± 0,4 g, illetve 11,6 ± 0,8 g volt. A HFD-vel táplált patkányokban azonban a szubkután zsír és a zsigeri zsír 20,3 ± 1,8 g, illetve 19,5 ± 1,3 g volt. A szubkután és a zsigeri zsír egyaránt szignifikánsan magasabb volt a HFD csoportban (1,7-szeres) az NCD-csoporthoz képest (2r. Ábra). Az NCD-vel és HFD-vel táplált patkányok izomtömege 121,0 ± 3,4 g, illetve 112,5 ± 1,5 g volt. Az izomtömeg kissé, de nem szignifikánsan (P = 0,06), alacsonyabb a HFD csoportban (2. s ábra). Az izomtömeg százalékos aránya a BW-hez képest azonban szignifikánsan alacsonyabb volt a HFD csoportban (NCD: 39,4 ± 0,3%, HFD: 37,3 ± 0,6%) (2.t ábra).

Ezek az adatok arra utalnak, hogy a zsírfelhalmozódás a HFD-vel táplált fiatalkorúak csoportjában a testtömeg növekedése nélkül következett be.

Vita

A HFD fiatalkorúakra és felnőttekre gyakorolt hatásainak elemzése feltárta, hogy a HFD korai életkorú beavatkozása normális testsúlyú elhízást vált ki. Habár a HFD nagyobb BW-növekedést indukált a Felnőtt csoportban, magasabb energiafogyasztással, a fiatalkorúak csoportjában nem nőtt az energiafogyasztás vagy a BW, mint a HFD patkányokban. A HFD-vel táplált Juvenile csoportban azonban az összzsír, a zsigeri zsír, a szubkután zsír, az inzulin szekréció, az éhomi vércukorszint magasabb növekedését figyelték meg a BW változása nélkül. Ezt az állapotot normális testsúlyú elhízásnak tekintik. A négy hetes juvenilis egerek öt hónapos HFD-expozíciója szintén nem mutatott változást a testtömegben a kontroll étrenddel etetett egerekhez képest [12]. Így ezt a jelenséget közösnek tekintik patkányok és egerek között. Ebben a vizsgálatban csak hím patkányokra összpontosítottunk. Ugyanakkor arról számoltak be, hogy a normális testsúlyú elhízás morbiditása nőnél szignifikánsan magasabb, mint férfiakban [13, 14]. A nemi különbségek és a nőstény fiatalkorú patkányok HFD-expozíciójának további vizsgálata szükséges.

Ami az energia bevitelt illeti, a HFD felnőtt csoport a HFD etetés kezdetétől fogva magasabb energiafogyasztást mutatott. Ez megfelel a korábbi vizsgálatoknak, amelyek szerint az energiafogyasztás szignifikánsan magasabb volt a HFD-vel táplált patkányokban, összehasonlítva az NCD-vel táplált patkányokkal az első öt-6 napban, majd csökkentve [7, 15]. A HFD nagyon ízletes étel, amelyről ismert, hogy stimulálja a jutalomhoz kapcsolódó területeket, például az agy ventrális tegmentális területét (VTA). A VTA neuronjai dopamin neuronokból állnak (

65%) és a GABA neuronok (

30%) [16,17,18,19]. A VTA dopaminneuronok kritikus mediátorokként ismertek a jutalomtáplálásban [20], és a dopaminneuronokról a nucleus accumbensre (NAc) való vetítés elősegíti a jutalomkeresést és a fogyasztást [21, 22]. Mivel a VTA-ban található GABA neuronok közvetlenül elnyomják a szomszédos dopamin neuronok aktivitását és ingerlékenységét [16], a GABA neuronok szintén kritikus szerepet játszanak a jutalomhoz kapcsolódó táplálás szabályozásában. Úgy tekinthető, hogy a HFD-etetés stimulálta a dopamin neuronokat és elősegítette a jutalomhoz kapcsolódó táplálást, amikor a HFD-etetést felnőtt patkányokban kezdték meg ebben a vizsgálatban.

Ezt a jelenséget, amely a HFD-vel elősegíti a nagyobb energiafogyasztást, a Juvenile csoportban nem figyelték meg, és a HFD-vel és NCD-vel táplált fiatalkorú patkányokban szinte nem volt különbség az energiafogyasztásban. Ennek oka valószínűleg a GABAnerg idegsejtek éretlensége a fiatal patkányok VTA-jában. Korábbi tanulmányunk kimutatta, hogy a fiatal patkányok VTA-jában a dopamin neuronok hiperaktivitását a felnőttekéhez viszonyítva a GABA idegsejtek fejletlen tulajdonságai indukálták, amelyek kevésbé gátló hatást eredményeztek a dopamin neuronok számára [7]. Ezt tekintik a fiatal patkányok mögöttes mechanizmusának, amely a HFD-től vagy NCD-től függetlenül maximális energiafogyasztást vált ki a növekedés elősegítése érdekében [7].

Ugyanakkor a HFD ugyanolyan kalóriabevitel mellett is jelentősen nagyobb BW növekedést indukál felnőtt patkányokban az NCD-hez képest [23]. Korábbi tanulmányunk kimutatta, hogy a HFD-táplálás növeli a mozgásszervi aktivitást a VAB-ban lévő GABA neuronok fejletlen tulajdonságai révén, és csökkenti a dopamin neuronok gátló hatását, ami a fiatalkorúak patkányainak VTA-jában a dopamin neuronok hiperaktivitásához vezet. [7] Tehát az a tény, hogy a HFD-vel és az NCD-vel táplált fiatalkorú patkányok testtömegében nem voltak különbségek a jelenlegi vizsgálatban, a megnövekedett mozgásszervi aktivitást követő energiakiadások növekedésével magyarázható.

Továbbá a zsírfelhalmozódás ugyanolyan mértékű volt a HFD-vel táplált felnőtteknél (1,7–1,8-szorosa az NCD-vel táplált felnőttekhez képest) és a HFD-vel táplált Juvenile (1,7-szerese az NCD-vel táplált juvenilisek) csoportjában. Az inzulinszekréció növekedését, az éhomi glükózszint növekedését és az inzulinérzékenység csökkenését azonban csak a HFD-vel táplált Juvenile csoportban figyelték meg. Ezek az adatok azt jelzik, hogy a fiatal patkányok metabolikusan sérülékenyek a HFD által kiváltott zsírfelhalmozódással szemben. A HFD-táplálás lipotoxicitást és metabolikus gyulladást vált ki különböző szervekben, például az agyban, az izmokban és a hasnyálmirigyben [25]. A fiatalkorú állatok ezen szövetei fejlődési szakaszban vannak, ezért még éretlenek [7, 26, 27]. Ez megmagyarázhatja, miért találtak nagyobb mértékű glükóz-anyagcserét a fiatal patkányok kifejlődésében, mint az érett felnőtt patkányok.

Jelen adatok arra utalnak, hogy a korai életkorból származó HFD-táplálás normális súlyú elhízást indukálhat érés után. Ez összhangban áll egy korábbi vizsgálattal, amely szintén arról számolt be, hogy a korai HFD-táplálás nem eredményezett jelentős súlygyarapodást, valamint megnövekedett epididymális és retroperitoneális zsírszövetet [28]. A közelmúltban beszámoltak arról, hogy a túlsúlyos elhízás mellett a normál testsúlyú elhízás anyagcserezavarokkal, valamint a metabolikus szindróma és a szív- és érrendszeri betegségek fokozott kockázatával is társul [5, 29]. Ezen túlmenően, a normális testsúlyú elhízásban szenvedő betegeknél szignifikánsan magasabb volt a gyulladásos citokinek szintje és magasabb az IL-6 koncentráció, mint a nem elhízott és elhízott betegeknél [30]. Sőt, a normális testsúlyú elhízással küzdő betegeknél jelentősen megnő a kardiovaszkuláris események és a halálozás kockázata, mint a nem elhízott és elhízott betegeknél [30].

Jelenleg az elhízást csak a BMI-vel értékelik, annak egyszerűsége és validálása miatt a diagnózisban. A BMI azonban nem ideális index az elhízás értékelésére, mivel csak magasság és testtömeg alapján számítják ki; így nehéz megkülönböztetni a zsírt a sovány tömegtől. Egy korábbi tanulmány felvetette az adipozitás közvetlen mérésének fontosságát [30]. A jelenlegi tanulmány kimutatta, hogy normál testsúlya ellenére megnövekedett zsigeri zsír, éhomi glükóz, inzulin szekréció és glükóz intolerancia figyelhető meg, amikor a patkányokat 3 hetes kortól kezdve HFD-vel etették. Ez a tanulmány egyértelműen megmutatja a zsír és a sovány tömeg összetételének fontosságát az elhízás értékelése és az egészség elősegítése szempontjából.

Figyelembe véve a normális testsúlyú elhízás egészségügyi kockázatát, további vizsgálatokra van szükség. Úgy gondoljuk, hogy a jelen vizsgálatban bemutatott normális testsúlyú elhízás állatmodell egyszerűen előállítható és ideális ilyen vizsgálatokhoz.

Összefoglalva, tanulmányunk alátámasztja azt az elképzelést, hogy a magas zsírtartalmú ételek a kritikus növekedési időszakokban normális testsúlyú elhízást válthatnak ki a gyermekeknél, amely felnőttkorban fokozatosan túlsúlyos elhízássá alakul. Hangsúlyozza a korai életben kezdődő kiegyensúlyozott étkezés fontosságát.

Az adatok és anyagok rendelkezésre állása

A jelenlegi tanulmány során felhasznált és elemzett adatkészletek a megfelelő szerzőtől ésszerű kérésre rendelkezésre állnak.