A magas zsírtartalmú étrendnek való heveny expozíció megváltoztatja az étkezési szokásokat és a testösszetételt

Susan J Melhorn

1 Pszichiátriai Osztály, University of Cincinnati Orvostudományi Főiskola, Cincinnati, OH 45237, USA.

2 Idegtudományi program, Cincinnati Egyetem Orvostudományi Főiskola, Cincinnati, OH 45237, USA.

Eric G Krause

1 Pszichiátriai Osztály, University of Cincinnati Orvostudományi Főiskola, Cincinnati, OH 45237, USA.

Karen A Scott

1 Pszichiátriai Osztály, University of Cincinnati Orvostudományi Főiskola, Cincinnati, OH 45237, USA.

2 Idegtudományi program, Cincinnati Egyetem Orvostudományi Főiskola, Cincinnati, OH 45237, USA.

Marie R Mooney

3 Orvosbiológiai Orvostudományi Tanszék, University of Cincinnati, Cincinnati, OH 45221, USA

Jeffrey D Johnson

3 Orvosbiológiai Orvostudományi Tanszék, University of Cincinnati, Cincinnati, OH 45221, USA

Stephen C Woods

1 Pszichiátriai Tanszék, University of Cincinnati Orvostudományi Főiskola, Cincinnati, OH 45237, USA.

Randall R Sakai

1 Pszichiátriai Osztály, University of Cincinnati Orvostudományi Főiskola, Cincinnati, OH 45237, USA.

Absztrakt

A súlygyarapodás és az adipozitás gyakran a kiegyensúlyozatlan, magas zsírtartalmú étrend túlfogyasztásának tulajdonítható, ugyanakkor a fogyasztási szokások is hozzájárulhatnak a kapcsolódó testsúlyhoz és az összetétel változásához. Jelen tanulmány feltárta a normál testsúlyú patkányok étkezési szokásainak gyors változásait, folyamatosan hozzáférve a magas zsírtartalmú étrendhez, és megvizsgálták a testtömeg és az összetétel változásait a szarvasmarhával etetett kontrollokhoz képest. Tíz Long-Evans patkányba szubkután mikrochipet ültettek be az étkezési mintázat elemzéséhez. Az állatokat testtömeg szerint egyeztettük, és két csoportra osztottuk őket: magas zsírtartalmú vagy chow táplálékkal. Mindegyik csoportot kilenc napig a kijelölt étrenden tartották, és minden nap 22 órán keresztül figyelték az étkezés szokásait. A testtömeget minden második napon értékelték, és a testösszetételre vonatkozó intézkedéseket megtették az étrend expozíciója előtt és után. A magas zsírtartalmú táplált állatok nagyobb súlyt és zsírszövetet nyertek, mint a chow-takarmányú kontrollok, és csökkentett étkezési gyakoriságot és megnövekedett ételméretet mutattak. Továbbá az étkezés nagysága szignifikánsan korrelált a zsírszövet növekedésével. Ezek az eredmények együtt azt sugallják, hogy a magas zsírtartalmú étrend fogyasztása gyorsan megváltoztathatja az étkezési szokásokat, ami viszont hozzájárul az adipozitás kialakulásához.

Bevezetés

A túlsúly és az elhízás krónikus globális egészségügyi probléma [1, 2], amely a szívbetegséghez, a cukorbetegséghez, a zsírmájhoz, a vesebetegséghez, bizonyos rákos megbetegedésekhez, a fogyatékossághoz és a halálozáshoz kapcsolódik [3]. Az elhízás megnövekedett gyakorisága az étkezési zsírok megnövekedett mennyiségének és az energiafelhasználás csökkenésének tulajdonítható [1, 4].

Az emberekhez hasonlóan a rágcsálók is előnyben részesítik a magas zsírtartalmú étrendet [5, 6], ami hasonló anyagcsere-következményekkel jár [4]. Pontosabban, a HF-étrendhez hozzáférő patkányok nagyobb testtömeggel védekeznek [7], és továbbra is túlfogyasztják a HF-étrendet, még akkor is, ha az íz és az energia-sűrűség állandó marad [8]. Ez azt jelzi, hogy a HF-étrendnek száj- és ízérzékenységi jellemzői, valamint posztesztesztív hatásai vannak, amelyek hozzájárulnak a túlfogyasztáshoz, ami viszont fokozott súlygyarapodáshoz és zsírosodáshoz vezet [9, 10].

A jelenlegi tanulmány értékelte az étkezési szokások különbségének alakulását a normál testsúlyú patkányokban, akiket HF- vagy chow-étrendben ad libitum tápláltak, egy kilenc napos időszak alatt, hogy teszteljék azt a hipotézist, hogy a HF-étrendhez való hozzáférés megváltoztatja az etetési szokásokat, a HF-vel etetett állatok következetesen fogyasztják nagyobb étkezések, mint a csecsemőben táplált fajtársak, és hogy ezek az állatok, amelyekről nem ismert, hogy hajlamosak az elhízásra, nagyobb súlyt és zsírszövetet kapnak.

Mód

Állatok

A kilencven napos hím Long-Evans patkányokat (Harlan; Indianapolis, IN) egyedileg helyezték el DietMax-ID monitorozó ketrecekben (# 45-DMCD2R, Accuscan Instruments; Columbus, OH). Az állatszobát hőmérséklet- és páratartalom-szabályozással 12 órás fény: sötét cikluson keresztül szabályoztuk. Az állatokat a laboratóriumi állatok gondozására és használatára vonatkozó útmutatónak [38] megfelelően gondoztuk. Az összes protokollt, az állatok kezelését és kezelését a Cincinnati Egyetem Intézményi Állattenyésztési és Felhasználási Bizottsága hagyta jóvá.

Az állatokat szubkután mikrochipbe (Trovan, Electronic Identification Devices, LTD; Santa Barbara, Kalifornia) ültettük be, és mindegyik állatnak egyedi azonosító számot adtunk. Minden DietMax-ID ketrec fel volt szerelve az egyes állatok táplálékfelvételének megfigyelésére mikrochip-skála rendszer segítségével. A mérlegek a ketrecen kívül helyezkedtek el, és a tetején egy étkezési pohár volt. Az étkezési alagutak csatlakoztak a ketrechez, és az étkezési pohár és a mérleg felett helyezkednek el, így az állat feje beléphet az alagútba és elérheti az étkezési poharat. Az alagutak akkor aktiválódtak, amikor az állat feje belépett, és megtört egy infravörös sugarat, ami beindította a mikrochip-olvasót. A mikrochip-leolvasókat és a mérlegeket külön-külön csatlakoztatták egy központi analizátorhoz, amely rögzítette a belépés idejét, a belépés időtartamát és az ételcsésze súlyának változását.

A DietMax ketrecekhez való szoktatás után az állatokat testtömeg szerint egyeztettük és két csoportra osztottuk (N = 5 csoportonként). Az egyik standard laboratóriumi chow-n maradt (5% zsír, 3,46 kcal/g; Teklad Lab Animal Diets - # 7012, Indianapolis, IN), amelyet porítottak, a másik csoport pedig HF porított étrendet kapott (20% zsír, 4,54 kcal/g; Research Diets Inc., New Brunswick, NJ); minden étrend ad libitum volt elérhető. A táplálékfelvételt 9 napig, napi 22 órán keresztül figyelték, 2 órát hagyva az állatok gondozására, a ketrec fenntartására és a testsúly mérésére.

Testtömeg és összetétel

A testsúlyt minden második napon feljegyeztük a vizsgálat során. A testösszetételt a vizsgálat megkezdése előtt és a vizsgálat befejezése után értékeltük egy teljes test NMR-készülékkel (Echo-MRI, Waco, TX). Az állatokat egy tiszta plexi csőbe helyeztük, és az NMR-vizsgálatot kevesebb mint egy percig végeztük, minimalizálva az állat stresszét. A zsír és a sovány szövet változását a vizsgálat előtti és utáni mérések különbségének kiszámításával határoztuk meg.

Étkezési minták

Étkezési minta kritériumok

Az étkezéseket úgy határozták meg, hogy a fogyasztás aránya (CR: percenként elfogyasztott gramm) kevesebb, mint 0,50 g/perc (chow) vagy 1,2 g/perc (HF), mivel ez megállapította, hogy a felnőtt hím patkány maximális sebessége képes a porított chow vagy a HF porított étrend fogyasztására a korábbi viselkedési elemzések alapján (az adatokat nem mutatjuk be). Az ezt a kritériumot meghaladó etetési eseményeket elvetették. Az etetési eseményeket egyetlen étkezésbe egyesítették, ha az Inter-MI vagy az étkezési események közötti idő 5 perc vagy kevesebb volt. Ezen kritériumok alkalmazása az adott tesztnapon elfogyasztott élelmiszerek több mint 95% -át tette ki. A teljes táplálékfelvételt az egyes meghatározott étkezések méretének összegzésével számítottuk ki. Az étkezés számát a kritériumoknak az adatokra való alkalmazását követően számították ki, és az tartalmazza a 22 órás tesztidőszakban elfogyasztott étkezések számát. Az étkezés időtartama magában foglalja az étkezési esemény időtartamát (az evés ideje + Inter-MI, ha az kevesebb volt, mint 5 perc), az Intra-MI pedig az étkezés ideje, amikor az állat nem aktív étkezést folytat.

A táplálékfelvétel és az étkezési minta adatai a tartás első 8 napjának méréseiből álltak, mivel az állatokat a kilencedik napon eltávolították a testtömeg és a testösszetétel elemzéséhez. A 6. napi táplálékfelvétel és az étkezés mintázatának adatai elmaradtak egy számítógép meghibásodása miatt, ami akár 7 órányi adat elvesztését okozta. Az átlagos étkezésméret nem változott, ezért az elveszett órákban nem várható eltérés a viselkedésben.

Statisztika

Táplálékbevitel. A) HF-vel etetett állatok kevesebb grammot fogyasztottak az 5. és a 8. napon. B) A HF-vel etetett állatok kevesebb gramm ételt fogyasztottak. C) A HF-étrendet fogyasztó állatok több kalóriát fogyasztottak az 1-3. Napon. D) A HF-vel táplált állatok átlagos kalóriabevitelének növekedése nőtt. * p A 3. ábra egy HF-vel etetett állat (felső panel) és egy chow-val etetett állat (alsó panel) táplálékfelvételének reprezentatív időbeli mintázatát mutatja a kísérlet 5. napján, egy napon, amikor az átlagos teljes kalóriatartalom hasonló volt.

A táplálékfelvétel (kcal) reprezentatív hisztogramjai az 5. napon egy HF-táplálékkal táplált állatban és egy másik etetett chow-ban. A szürke négyzetek a sötét ciklust jelzik.

A HF-vel táplált állatok átlagos étkezési gyakorisága csökkent (t (7) = 2,902, p 4. ábra A & B). Az átlagos étkezés nagysága azonban nagyobb volt a HF-étrendet fogyasztó állatoknál (t (7) = 3,106, p 4. ábra C&D).

Az étkezés méretének és az étkezésnek a hatása a zsírszövet gyarapodására. Minden adat az állat átlagos étkezésének méretét/táplálékfelvételét ábrázolja, szemben az állat zsírtartalmának változásaival. A) Az étkezés nagysága erősen korrelál a zsírszövet növekedésével (r = 0,849, p = 0,0038). B) A táplálékbevitelnek nincs ugyanaz a hatása, mint az étkezés méretének a zsírszövet gyarapodásának előrejelzésében (r = 0,662, p = 0,0523).

Vita

Ez a tanulmány jellemezte az étkezési szokások változásait, amelyek normál testsúlyú patkányoknál a HF-étrendhez való folyamatos hozzáférés során következtek be, és a lenyeléses viselkedés lehetséges különbségeit a testtömeg és az összetétel változásával hozta összefüggésbe. A korábbi vizsgálatokkal összhangban a HF-étrenddel táplált állatok több kalóriát fogyasztottak a nagyobb, mégis kevesebb étkezés során [24, 40–42]. Ezen túlmenően, annak ellenére, hogy csak a HF-étrendnek volt heveny kitettsége (9 nap), ezek az állatok nagyobb súlyt és zsírszövetet nyertek, mint a tehénnel táplált kontrollok.

A HF-vel táplált patkányok a jelenlegi vizsgálatban kezdetben növelték a kalóriafogyasztást, de később visszanyerték az etetett állatok fogyasztását annak ellenére, hogy továbbra is nagyobb ételeket fogyasztottak. Lehetséges, hogy a HF étrendnek való kitettség kezdetben a jóllakottság jelzésének károsodását okozta, de továbbra is tartós hatással volt a jóllakottságra, mivel az étkezés mérete nagyobb volt, de nem az összes kalóriabevitel. Ennek ellenére a HF-étrenddel táplált állatoknak már 9 nap HF-táplálék bevitele után csökkent a jóllakottság aránya. Ez azonban tükrözi a károsodott szaturációs jelátvitelt is. Az étkezés megindítása biológiailag nincs teljesen kontrollálva, mivel a környezeti, kulturális és társadalmi tényezők befolyásolhatják az étkezési szokásokat, és gyakran felülírják a homeosztatikus jeleket [14, 22, 23, 49–51]. Az étkezés befejezése azonban nagymértékben függ a biológiai jelektől, és az étrend összetételével megváltoztatható [52–54]. A HF-ben táplált állatok intakt étkezési kontroll és jóllakottsági jelekkel rendelkeznek, csökkent étkezési gyakoriság alapján, és hasonló Inter-MI-vel, mint az etetett állatok, de a telítettség csökken a megnövekedett ételméret és esetleg az étrendi összetétel alapján, ami a jóllakottság arányának általános csökkenését eredményezi.

Az aktív fázis során, amikor a HF-vel táplált állatok nagyobb ételt fogyasztottak a chow-takarmány-kontrollokhoz képest, a kalóriabevitel hasonló volt a csoportok között. A HF-vel táplált patkányok testtömege és zsírtartalma azonban nagyobb volt, mint a chow-val etetett állatoké. A nagyobb étkezés összefüggésben van a megnövekedett retroperitoneális depó tömeggel és a zsírsejtek számával, és nem a teljes táplálékfelvétellel [43]. Hasonlóképpen, ebben a tanulmányban az étkezés nagysága pozitívan korrelált az adipozitással, de a kalóriabevitel nem, ami arra utal, hogy az étkezés mérete lehet a legjobb előrejelzője az adipozitásnak. Ezzel összhangban humán vizsgálatok azt mutatják, hogy a kisebb, gyakoribb étkezéseknél a kalóriatúlfogyasztás megakadályozhatja a hiperfágikus súlygyarapodást, és csökkentheti a szérum lipid- és koleszterinszintjét [12].

A HF-vel etetett állatok kevesebb időt töltöttek az élelmiszerfogyasztással, valószínűleg azért, mert a HF porított étrendet gyorsabban lehet fogyasztani és fogyasztották, mint a lisztes chow-étrendet (az adatokat nem mutatjuk be, [39]). Nyilvánvaló, hogy a HF-étrendet más módon fogyasztják, mint a szokásos laboratóriumi chow-t. A 3. ábra szemlélteti ezt a különbséget, ami arra utal, hogy a chow-val etetett állatok fürtökben fogyasztják el ételeiket, vagy egymás közelében, hosszú időn át hagyva táplálkozási magatartást, míg a HF-vel etetett állatok nagyobb ételeket esznek diszkrét ülésekben, és nincsenek időbeli összefüggésben.

Megalapozott, hogy a magas frekvenciájú, nagy energiájú étrend fogyasztása serkenti a súlygyarapodást, a zsírszövet felhalmozódását és számos anyagcsere-rendellenességet, ami végül növeli az életet megváltoztató és fenyegető betegségek és rendellenességek kialakulásának kockázatát. Noha a makrotápanyagok összetétele hozzájárul a testtömeg és az összetétel változásához, ez a tanulmány azt jelzi, hogy az étkezési szokások hozzájárulnak a HF diéta fogyasztásának fiziológiai következményeihez, és hogy ezek a változások gyorsan bekövetkezhetnek. Az elhízás állatmodelljeivel végzett vizsgálatok azt mutatták, hogy az étkezés nagysága még az elhízás megjelenése előtt is megnő, és ha ezeket az állatokat páros takarmányban táplálják sovány kontrolloknak, vagy olyan ételt kapnak, amely csökkenti az étkezés méretét, például amilint vagy melanint koncentráló hormont-1 receptor antagonista, az elhízott állatok csökkentik testsúlyukat [30, 56–59]. Ez a jelenlegi vizsgálattal együtt azt sugallja, hogy az étkezés méretének csökkentése megakadályozhatja a súly és a zsírszövet növekedését.

Ez a tanulmány bemutatja az étkezési szokások mérésének fontosságát a befogadó magatartásban, mivel az étkezési szokásokban eltérések lehetnek, amelyek a hasonló kalóriafogyasztás ellenére is befolyásolhatják a testsúlyt, az összetételt és a fiziológiát. Számos táplálékbeviteli tanulmány áttekintést nyújt a befogadó viselkedésről néhány kísérleti kezelés után, azonban az étkezési szokások időbeli változásának módja további bizonyítékot szolgáltathat arra vonatkozóan, hogy a kísérleti kezelés hogyan befolyásolja a lenyelési magatartást. Az ebben a tanulmányban kifejlesztett és használt étkezési mintázat-elemzési program lehetővé teszi az ilyen típusú kísérleti manipulációkat, mivel rugalmas algoritmusokkal rendelkezik, amelyek lehetővé teszik a kutatók számára, hogy beszámoljanak az élelmiszerek elérhetőségében, a kalóriatartalomban és az ízben bekövetkező változásokról, miközben továbbra is folyamatos étkezési mintát nyújtanak.

Végül azok a tanulmányok, amelyekben a HF-vel táplált állatok étkezési szokásait ellenőrzik, hogy utánozzák a chow-val etetett állatok étkezési szokásait, segítenek meghatározni, hogy a lenyelés mintája enyhítheti-e a HF-étrend fogyasztásának néhány káros hatását. A jelenlegi kutatás azonban másokkal együtt azt sugallja, hogy a megnövekedett étkezésméret és az étkezési gyakoriság csökkenése, valószínűleg a HF-diéta fogyasztását követő károsodott szaturációs jelek miatt, hozzájárul a súlygyarapodáshoz és a zsírszövet felhalmozódásához [31, 32, 34, 35, 60].

Lábjegyzetek

Kiadói nyilatkozat: Ez egy szerkesztetlen kézirat PDF-fájlja, amelyet kiadásra elfogadtak. Ügyfeleink számára nyújtott szolgáltatásként a kéziratnak ezt a korai változatát biztosítjuk. A kézirat átmásolásán, szedésén és a kapott bizonyíték felülvizsgálatán átesik, mielőtt a végső hivatkozható formában közzétennék. Felhívjuk figyelmét, hogy a gyártási folyamat során olyan hibákat fedezhetnek fel, amelyek befolyásolhatják a tartalmat, és a naplóra vonatkozó minden jogi felelősségvállalás vonatkozik.