A posztnatális túltáplálás és a halolaj-étrend hatása a patkányok energiafogyasztására

Tárgyak

Absztrakt

Háttér

A korai életkorú táplálkozás szerepet játszhat az anyagcsere felnőttkori szabályozásában. Jelen tanulmány célja a születés utáni túltáplálás és a választás utáni halolaj-étrend energiafelhasználásra gyakorolt hatásainak értékelése volt.

Mód

A születés utáni 3. napon a patkány almokat három (kis alom, SL) vagy tíz (normál alom, NL) alom méretre állítottuk be. Az elválasztás után az SL-eket szokásos étrenddel vagy többszörösen telítetlen zsírsavakkal (SL-FO) dúsított halolaj-diétával etették 10 hétig. A patkányok metabolikus paramétereit a TSE LabMaster segítségével követtük a posztnatális 3. héten (W3) és a postnatal 13. héten (W13).

Eredmények

W3-nál az SL-k O2-fogyasztása és hőtermelése alacsonyabb volt, mint az NL-eké, míg a légzéscsere-arány (RER) magasabb volt, mint az NL-ek. Az SL-k elhízást, diszlipidémiát és csökkent glükóz toleranciát mutattak W13-nál. Az elválasztás utáni halolaj-étrend SL-ekben nemcsak növelte az O2-fogyasztást, a CO2-termelést, a hőtermelést és csökkentette a RER-t, hanem csökkentette a súlygyarapodást, a szérum triglicerideket és javította a glükóztoleranciát W13-nál.

Következtetés

A szülés utáni túltáplálás csökkentheti a test energiafelhasználásának szintjét és elhízást okozhat, de a halolaj-étrend növelheti az energiafelhasználást és megakadályozhatja a metabolikus rendellenesség kialakulását felnőtteknél.

Az energia homeosztázis döntő fontosságú az egészség fenntartása szempontjából. Ha az energiamérleg megszakad, az energiafelvétel nagyobb, mint a kibocsátás, és a felesleges energiát triacil-glicerin formájában tárolják az adipocitákban, ami végül elhízás kialakulását idézi elő (1). Az elhízás az anyagcsere-betegségek, például a 2-es típusú cukorbetegség és a szív- és érrendszeri betegségek kialakulásának fő kockázati tényezője (2), és világszerte jelentős egészségügyi problémává vált (3). Sőt, az elhízott gyermekek 85% -a felnőttkorban is elhízott, és metabolikus rendellenességeik is vannak (4). Ezért elengedhetetlen egy hatékony módszert találni a gyermekkori elhízás megelőzésére vagy kezelésére.

Az egészség és a betegség (DOHaD) hipotézisének fejlődési eredete leírja azt a folyamatot, amelynek során a környezeti ingerek, beleértve a megváltozott táplálkozást is, a fejlődés kritikus időszakaiban programozni tudják az organogenezis, a szövetek fejlődésének és az anyagcserének az átalakulását, hajlamossá téve az utódokat metabolikus betegségekre felnőttkorban (5). ). Emberi és állatkísérletek kimutatták, hogy a túléleti táplálkozás korai életkorban növelheti az adipozitást és az inzulinrezisztenciát felnőttkorban (6, 7, 8). Ezenkívül jelentős bizonyítékok jelzik, hogy az étrendi zsírsavak, a fizikai aktivitás vagy az alacsonyabb kalóriatartalmú étrend megváltoztathatja az anyagcsere-betegségek fogékonyságát (9, 10, 11). Az ω3 többszörösen telítetlen zsírsavakkal (ω3 PUFA) dúsított halolaj csökkentheti a 2-es típusú cukorbetegség, a hiperlipidémia, a magas vérnyomás és más anyagcsere-betegségek kialakulását (12, 13, 14). Az Egyesült Államokban az étrendi ω3 PUFA mennyiségének növelése szerepet játszhat a hiperlipidémia által bonyolított gyermekkori elhízás kezelésében 2014 óta (15). Egyes tanulmányok kimutatták, hogy az energiafogyasztás jelentős növekedését mind a sovány, mind az elhízott egyének súlyvesztése kíséri (16, 17). Az ω3 PUFA hatása azonban a korai táplálkozás energiafogyasztására bizonytalan.

Ebben a tanulmányban a korai életkorú túltáplálást szimulálták a hím Sprague-Dawley patkány alom méretének beállításával és az elválasztást követő 10 héten át ω3 PUFA diétával történő beavatkozással. Jelen tanulmány célja a posztnatális túltáplálás és az ω3 PUFA hatásának vizsgálata patkányok energiafelhasználására.

Mód

Állatok

Ezt a vizsgálatot a Nanjing Orvostudományi Egyetem Kísérleti Állatok Tanszékének laboratóriumi állatok gondozására és felhasználására vonatkozó ajánlásainak megfelelően végezték el. A tanulmányt a Nanjing Orvostudományi Egyetem állatkísérlet-etikai bizottsága hagyta jóvá (Engedély száma: 20130102-01). A Sprague-Dawley patkányokat (Nanjing, Jiangsu, Kína) 12 órás világos/sötét ciklus (fényciklus, 06: 00–18: 00; sötét ciklus, 18: 00–06: 00) és hőmérséklet (22 ± 2) fenntartásával tartottuk fenn. ° C) a csapvízhez való szabad hozzáférés és a standard laboratóriumi rágcsálók étrendje. Az intraperitoneális glükóz tolerancia teszt kivételével a patkányok nem végeztek invazív műveleteket ebben a kísérletben. Ezenkívül a TSE LabMaster-t (TSE Systems, Bad Homburg, Németország) alkalmazták a patkányok normális lakókörnyezetének utánzására, és a patkányok nem kaptak fájdalomcsillapítót ebben a vizsgálatban. A kísérlet végén a patkányokat egy éjszakai éheztetés (12 óra) után klorál-hidrát intraperitoneális injekciójával érzéstelenítettük. Minden erőfeszítést megtettünk a szenvedés minimalizálására és az ebben a vizsgálatban használt állatok számának csökkentésére. Ebben a kísérletben nem történt patkányok nem szándékos pusztulása.

Kísérleti terv

A nőstény patkányokat időzítve párosítottuk, és a hím Sprague-Dawley patkány almokat véletlenszerűen elosztottuk az anyák között, hogy a három kölyök/alom vagy tíz kölyök/alom alomméretéhez igazodjanak a korai posztnatális túltápláláshoz vagy a normális tápláláshoz a szülés utáni 3. napon (P3 ) (18). Elválasztás után az NL kölyköket standard laboratóriumi rágcsáló-étrenddel etették (NL-csoport) (19), és az SL-patkányoknak vagy a szokásos laboratóriumi rágcsáló-étrendet (SL-csoport), vagy ω3 PUFA-diétát (SL-FO-csoport) 10 hét. Az étrendeket és azok tápanyag-összetételeit az 1. táblázat mutatja. Az összes állatot ketrecben leválasztás után hárman helyeztük el. A testtömeget és az ételbevitelt egész életen át figyelték.

W3-nál és W13-nál a patkányokat egyedi ketrecben követtük nyomon közvetett kalorimetria és mozgásszervi aktivitás monitorozó rendszerrel (TSE LabMaster) (20). A műszer kalorimetrikus rendszere egy nyitott áramkörű rendszer volt, amely meghatározta az O2-fogyasztást, a CO2-termelést és a légzéscsere arányt (RER =Vco2 /Vo2). Egy fénysugár alapú aktivitás-figyelő rendszer detektálta és rögzítette a patkányok minden ambuláns mozgását az egyes ketrecekben. A tesztkamrákhoz való alkalmazkodás érdekében a patkányokat 72 órán át az anyagcsere-ketrecekbe helyezték, majd további 24 órán át figyelték. Az utolsó 24 óra adatait használtuk az összes paraméter kiszámításához, amelyre vonatkozóan az eredményeket közöltük, és kiszámítottuk a 24 óra alatt elért kumulatív energiafelhasználást és mozgásszervi aktivitást. A patkányok szabad hozzáférést kaptak az élelemhez és a csapvízhez, amíg a szokásos ketrecekben voltak.

Testhőmérséklet

A W3 és W13 időpontban a patkányok testhőmérsékletét rektális hőmérséklet mérésével határoztuk meg rektális hőmérővel (MC-347 sorozatú precíziós hőmérők, Omron hőmérséklet, Dalian, Kína).

Szérum- és szövetgyűjtés

A patkányokat klórhidrát (300 mg/testtömeg-kg) intraperitoneális injekcióval érzéstelenítettük éjszakai éhgyomorra (12 óra) követően. A vért a jobb kamrából nyertük, és a szérumot 2000 ° C-on centrifugálással elválasztottukg 15 percig. Az elválasztott szérumot -70 ° C-on tároltuk a biokémiai paraméterek későbbi meghatározása céljából. Az epididymális és a retroperitoneális fehér zsírszövetet boncoltuk és lemértük, majd az összes szövetet folyékony nitrogénben lefagyasztottuk és -70 ° C-on tároltuk.

Intraperitoneális glükóz tolerancia teszt

Az intraperitoneális glükóz tolerancia tesztet (IPGTT) a korábban leírtak szerint hajtottuk végre. Röviden, a patkányokat egy éjszakán át éheztettük W13-nál. Ezután vérmintát vettünk egy farokvénából, és testtömeg-kilogrammonként 2,0 g D-glükózt (50% -os sóoldat törzsoldat) injektáltunk intraperitoneálisan. A vért a farokvénából 30, 60 és 120 perces időközönként gyűjtöttük a glükózinjekció után, és a glükózszintet glükózmérővel mértük (Accu-Chek, Roche Diagnostics, Mannheim, Németország).

Biokémiai elemzés

A szérum összes koleszterinszintjét, trigliceridjét és nagy sűrűségű lipoproteinjét enzimatikus kolorimetriás vizsgálatokkal mértük a kereskedelmi klinikai diagnosztikai készletek (TCHOD-PAP reagenskészlet 20090, GPO-PAP reagenskészlet 20080, BIOSINO BIO, Peking, Kína) protokolljai szerint. egy Olympus AU400 analizátor (Olympus Diagnostics, Holliston, USA).

Statisztikai módszerek

Az értékeket átlag ± SD értékként ábrázoltuk. Jelentős különbségeket vizsgáltunk a patkányok NL és SL értékei között W3 és W13 esetén párosítatlan módszerrel t-tesztek. W13-nál a patkánycsoportok közötti statisztikai elemzéseket egyirányú varianciaanalízissel (ANOVA), majd post hoc Bonferroni teszt. A P-érték

Eredmények

Testtömeg, zsírszövet súlya és táplálékfelvétel

Az SL-k testtömege szignifikánsan nőtt az NL-ekhez képest W3-nál (P 1.ábra

Az SL-ek (9,60 ± 0,22 g) nagyobb táplálékfelvételt mutattak az NL-ekhez képest (7,05 ± 0,20 g, P 2. ábra

Szérum lipidek

W13-nál a teljes triglicerid szint SL-ben (0,77 ± 0,10 mmol/l) magasabb volt, mint az NL-ek (0,40 ± 0,05 mmol/l), P 3. ábra

Testhőmérséklet

A rektális bazális hőmérsékletet elemeztük, amely megmutatta, hogy a rektális hőmérséklet NL-ben (36,82 ± 0,29 ° C) W3-nál magasabb volt, mint az SL-eknél (35,73 ± 0,34 ° C), P= 0,04) és W13-ig fennmaradt (35,35 ± 0,17 vs. 34,03 ± 0,13 ° C), P 2. táblázat: Testhőmérséklet W3 és W13 hőmérsékleten (° C)

Energia kiadások és ambuláns tevékenység: O2 fogyasztás és CO2 termelés

Amint a 4. ábra mutatja, az SL-k O2-fogyasztása (3 621,07 ± 206,81 ml/h/kg) alacsonyabb volt, mint az NL-ek (4 007,25 ± 286,90 ml/h/kg), P= 0,02, 4a. Ábra) az elválasztás után, és felnőtt korig fennmaradt (1 397,49 ± 124,75 vs. 1,810,79 ± 78,80 ml/h/kg, ill., P 4. ábra

Légzéscsere arány

Az NL-ekhez (0,93 ± 0,01) képest az SL nevelés szignifikáns növekedést váltott ki a RER-ben (0,96 ± 0,02, P= 0,01, 5a) ábra W3-nál. Az elválasztás után a RER-ben nem volt különbség az NL-k és az SL-k között, a szokásos étrendet figyelembe véve 10 hétig. Az SL-FO-k RER-értéke (0,90 ± 0,02) azonban alacsonyabb volt, mint az SL-eknél (0,92 ± 0,03), P= 0,04, 5b. Ábra), és statisztikailag nem különbözött az NL-től. Ezenkívül az NL-ek és az SL-FO-k RER-értéke nappal alacsonyabb volt, mint éjszaka a W13-nál, de az SL-ekben nem volt különbség (az adatokat nem közöltük).

Hőtermelés

A nappali hőtermelés alacsonyabb volt, mint éjszaka a W13-nál NL, SL és SL-FO patkányokban (az adatokat nem közöljük). Ezenkívül a teljes hőtermelés SL-ekben (18,11 ± 1,04 kcal/h/kg) alacsonyabb volt, mint az NL-eknél (19,94 ± 1,44 kcal/h/kg), P= 0,03, 6a. Ábra) W3-nál, és W13-ig fennmaradt (6,94 ± 0,66 vs. 8,97 ± 0,40 kcal/h/kg, ill., P 6. ábra

Ambuláns tevékenység

A hőtermeléshez hasonlóan a W13-as nap folyamán az aktivitás mennyisége minden csoportban alacsonyabb volt, mint az éjszaka (az adatokat nem közöljük). Azonban az NL-k, az SL-k és az SL-FO-k között a W3 vagy W13 esetében nem volt szignifikáns különbség az ambuláns tevékenységben (S1 kiegészítő ábra).

Vita

A kritikus ablakok táplálkozási állapota, különösen a korai posztnatális időszak, fontos szerepet játszik a súlyos betegségek felnőttkori megjelenésében (21). Ebben a vizsgálatban a patkányok alom méretének csökkentésével indukáltuk a posztnatális túltáplálást, hogy utánozzuk az emberek utáni táplálkozást, és megállapítottuk, hogy a korai életkorban a túltáplálás indukálhatja az elhízás kialakulását, ronthatja a glükóz toleranciát és a hiperlipidémiát, valamint csökkentheti az O2 fogyasztását és hőtermelését. W3-tól W13-ig. Ezenkívül az elválasztás utáni étrendi beavatkozás halolajjal növelte az energiafogyasztás szintjét és az inzulinérzékenységet, és javította a hiperlipidémiát az SL-k szokásos etetéséhez képest. Ezért a posztnatális túltáplálás programozási hatást válthat ki az energiafogyasztásra, ami hozzájárulhat az elhízás és más anyagcsere-változások kialakulásához felnőtt patkányokban. Ugyanakkor egy ω3 PUFA diéta megfordította a korai posztnatális túltáplálás okozta programozási hatásokat az energiafelhasználásra, a glükóz intoleranciára, a vér lipidszintjére és a súlygyarapodásra.

Az élelmiszer-bevitel és az energiafogyasztás mellett az energiatermeléshez használt szubsztrát-keverék összetétele is befolyásolja az energia-anyagcserét (27, 36). Az RER az üzemanyag-felhasználás kiigazításaként származik, és tükrözi az üzemanyag forrását a vizsgált körülmények között (37). A magas RER azt jelzi, hogy túlnyomórészt szénhidrátokat használnak, míg az alacsony RER lipidoxidációra utal (38, 39). Ebben a tanulmányban azt találtuk, hogy a kis almok növelték az RER-t és csökkentették az O2-fogyasztást az elválasztáskor, és az elválasztás utáni szokásos étrendre tekintettel nem volt különbség az RL-ben az NL és SL között. Kimutatták, hogy a tejfogyasztás SL-ekben magasabb, mint az NL-ekben, különösen a tej-trigliceridek esetében (24). Az elválasztás után az élelmiszer összetétele és fogyasztása SL-ben nem mutatott különbséget az NL-ekétől. Ezért feltételezhetjük, hogy az RER különböző módja az elválasztáskor és az SL patkányok felnőttkorában összefüggésben lehet a tápanyagok bevitelével. Az SL modellben a megnövekedett RER csökkenti a tárolt lipidek mobilizációjának csökkenését, és azt, hogy az energiaforrás glükózra váltott, ami csökkentette a lipid oxidációját és növelte az adipozitást. Ezenkívül a glükóz oxidációja kevesebb O2-fogyasztást igényel.

Tanulmányok szerint az étrendben lévő zsírsavak összetétele eltérően befolyásolhatja az anyagcserét, így szerepet játszhat az elhízás kialakulásában vagy megelőzésében. A magas zsírtartalmú étrend túlzott energiafelvételt és tárolást eredményezhet a zsírszövetben (40). A telített zsírsavakkal ellentétben a PUFA mennyiségének növelése az étrendben fontos szerepet játszik a hipolipidémiás és súlycsökkentő tulajdonságokban (41). Ezen túlmenően az ω3 PUFA javítja az anyagcsere profilját azáltal, hogy a barna zsírszövetben a termogén markereket felszabályozza (42), elősegítve a bézs színű adipocita képződést és a mitokondriális funkciót (43). Ebben a tanulmányban az ω3 PUFA-ban gazdag halolaj utáni elválasztási beavatkozás csökkentette a testtömeg-növekedést, javította az inzulinérzékenységet és a hiperlipidémiát, növelte a CO2-termelést, az O2-fogyasztást és a hőtermelést, és hatékonyan helyreállította a végbél hőmérsékletét SL-FO patkányokban. Ezenkívül a halolaj-étrend növelte a zsír oxidációját és megváltoztatta az üzemanyag-felhasználást azáltal, hogy csökkentette a RER értéket az SL-FO patkányokban.

Az energiafogyasztás és a fizikai aktivitás köztudottan növeli a teljes energiafelhasználást. Emellett az emlősök hideg expozíciója minimalizálhatja a hőelvezetést és növelheti a hőtermelést (44). Megállapítottuk azonban, hogy a posztnatális túltáplálás és az ω3 PUFA diétás beavatkozás nem befolyásolta a patkányok fizikai aktivitását vagy normális cirkadián ritmusát, ezért a kísérleti modell vagy a minták száma lehet felelős e megállapításért. Ezenkívül a TSE-rendszer fűtő- és hűtőberendezéssel van felszerelve, hogy a kamrát állandó, állandó hőmérsékleten tartsa. Ezért kiküszöbölték a hőmérséklet, az étkezési energia és az aktivitás mennyiségének a patkányok energiafelhasználására gyakorolt hatását.

Jelen tanulmányban bebizonyítottuk, hogy a korai posztnatális környezet programozási hatással lehet a testtömegre és az energia homeosztázisra felnőttkorban. A legújabb tanulmányok azt mutatták, hogy a rágcsálók közvetlen táplálkozása a szülés utáni időszakban állandó hatással van a központi idegrendszerre (45, 46), a keringő hormonkoncentrációkra (47, 48), a barna zsírszövet-adaptív termogenezis újraprogramozására (49), és az elhízással kapcsolatos génexpresszió a zsírszövetben (50, 51, 52), és hogy ezek lehetnek a kulcsfontosságú mechanizmusok a káros anyagcsere-kimenetek késői életkorban történő előfordulásához. Ezért tanulmányunk indokolt a korai életkor programozásának és az étrendi beavatkozás mechanizmusainak tisztázása az energiafelhasználás terén a jövőben.

Összefoglalva, a posztnatális túletetett patkányok energia-felhasználásának szintje a posztnatális és a felnőttkor közötti időszakban csökkent, és megnövekedett a testtömeg és a zsírtömeg-növekedés. Ezzel szemben a halolaj-étrend növelte a CO2-termelést, az O2-fogyasztást és a hőtermelést, és megakadályozta a túlzottan táplált patkányok túlzott zsír felhalmozódását a korai életkorban. Egyes tanulmányok felvetették annak lehetőségét, hogy a halolaj-étrend potenciális terápiás lehetőség lehet az elhízás és más anyagcsere-betegségek kialakulásának megelőzésében és csökkentésében. Ezek az eredmények segíthetnek megérteni az étrendi ω3 PUFA mechanizmusát a felnőttek káros programozási eredményeinek megelőzésében és csökkentésében.

Hivatkozások

Assaad H, Yao K, Tekwe CD et al. Az étrend okozta elhízott patkányok energiafogyasztásának elemzése. Első Biosci (Landmark Ed) 2014;19.: 967–85.

Park J, Morley TS, Kim M. et al. Elhízás és rák - a tumor előrehaladásának és kiújulásának hátterében álló mechanizmusok. Nat Rev Endocrinol 2014;10.: 455–65.