Diéta okozta sertésmodell elhízással/leptin rezisztenciával a metabolikus szindróma és a 2-es típusú cukorbetegség vizsgálatához
1 Departamento de Reproducción Animal, INIA, 28040 Madrid, Spanyolország
2 Departamento de Medicina y Cirugía Animal, Facultad de Veterinaria, UCM, 28040 Madrid, Spanyolország
3 Departamento de Producción Animal, Facultad de Veterinaria, UCM, 28040 Madrid, Spanyolország
4 Departamento de Mejora Genetica Animal, INIA, 28040 Madrid, Spanyolország
Absztrakt
Jelen vizsgálat célja egy leptinrezisztenciával és elhízásra való hajlammal rendelkező sertésfajta alkalmasságának meghatározása volt (metabolikus szindróma és 2-es típusú cukorbetegség). Így hat ibériai kocának volt ad libitum telített zsírral dúsított élelmiszerekhez való hozzáférés (SFAD csoport; az élelmiszer-fogyasztás becslések szerint 4,5 kg/állat/nap), míg négy nő kontrollként működött, és 2 kg/állat/nap kereskedelmi fenntartó étrendet etetett. Három hónapos differenciált etetés után az SFAD állatoknál központi elhízás, diszlipidémia, inzulinrezisztencia, csökkent glükóz tolerancia és emelkedett vérnyomás alakult ki; a metabolikus szindrómához kapcsolódó öt paraméter. Így a jelenlegi tanulmány az ibériai disznót a táplálkozással összefüggő betegségek vizsgálatának robusztus, elfogadható és megbízható transzlációs modelljeként jellemzi.
1. Bemutatkozás
Az elhízást jelenleg az Egészségügyi Világszervezet (WHO; http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs311/en/index.html/) globális járványnak nyilvánítja, évente legalább 2,6 millió ember hal meg túlsúly vagy elhízás következménye. A túlsúly és az elhízás előfordulása drámai módon növekszik, és a WHO előrejelzései szerint 2015-ig körülbelül 2,3 milliárd ember lesz túlsúlyos, és több mint 700 millióan elhíznak (http://www.who.int/features/factfiles /obesity/hu/index.html). Ezenkívül az elhízás hajlamosítja a metabolikus rendellenességek kialakulását, a kifejezés összegyűjtésével metabolikus szindróma. A metabolikus szindrómát az öt tünet közül legalább három jelenléte jellemzi: központi elhízás, inzulinrezisztencia, csökkent glükóz tolerancia, diszlipidémia (fokozott trigliceridémia és alacsony plazma magas sűrűségű lipoproteinek (HDL) koleszterin) és/vagy magas vérnyomás [1– 5]. Sőt, a metabolikus szindróma a fő kockázati tényező a 2-es típusú cukorbetegség kialakulásában [6, 7]. E megfontolásokból sürgősen szükség van az elhízásról és annak következményeiről szóló ismeretek bővítésére. A mechanisztikus kísérletezés azonban ember számára nem megfizethető, és állatmodellekre van szükség.
Az elhízással és az anyagcserezavarokkal kapcsolatos kísérleti vizsgálatok többségét laboratóriumi rágcsálókon végzik, annak ellenére, hogy a rágcsálók és az emberek között jelentős az anyagcsere és a zsírszövet-biológia különbsége [8]. A nagy állatok különböző fajai azonban számos nyereséges tulajdonsággal rendelkeznek [9]. A disznó gyorsan felbukkan az emberi anyagcsere és az elhízás biomedicinális modelljeként, mivel számos hasonlóságot mutat az emberrel: mindenevő szokások, a mozgásszegény viselkedésre és hízásra való hajlam, valamint hasonló anyagcsere- és kardiovaszkuláris tulajdonságok [10–13].
2. Anyag és módszerek
2.1. Állatok és kezelése
Tíz kifejlett ibériai kocát (2-3 éves) használtunk. Az összes állatot genotipizálta a polimorfizmus szempontjából LEPR gén a korábban leírt protokollokkal [15], amelyek homozigótának bizonyultak a LEPRc.1987T allélra nézve, korábban az étvágy megnövekedésével, hizlalással és testtömeggel társultak [15, 16]. A kísérleti eljárást kollektív tollakban hajtották végre az INIA Állat-laboratóriumi egység létesítményeiben (Madrid, Spanyolország). Az INIA Animal Unit megfelel az Európai Unió tudományos eljárásokat végző létesítményeinek követelményeinek. A kísérletet az INIA tudományos etikai bizottságának projektlicencével hajtották végre. Az állatmanipulációkat a spanyol RD1201/05 állatvédelmi politika szerint hajtották végre, amely megfelel a kísérletekben használt állatok védelméről szóló 86/609 európai uniós irányelvnek.
Az állatokat a kísérleti eljárás előtt standard gabonaalapú táplálékkal etettük, amely megfelel a napi fenntartási követelményeknek (2 kg/állat/nap); Az étrend átlagos értéke a szárazanyag 89,8% -a, a nyersfehérje 15,1% -a és a többszörösen telítetlen zsír 2,8% -a volt. A kísérleti eljárás kezdetén az állatokat két különböző, különböző tápláléknak megfelelő állományba osztottuk. A kocák közül négy kontrollként működött (kontrollcsoport vagy C csoport), és ugyanazzal a táplálékkal és mennyiséggel etették tovább. A fennmaradó hat állatnak megvolt ad libitum hozzáférés ugyanahhoz az étrendhez, de telített zsírral dúsítva (3,7%; telített zsír ad libitum csoport vagy SFAD csoport); a kísérleti időszak alatt (100 nap) az élelmiszer-fogyasztást 4,5 kg/állat/napra becsülték.
2.2. A testtömeg, méret és kövérség értékelése
A testsúlyt, a mellkasi és a hasi kerületeket (mérőszalaggal nyertük) és a hátsó zsír mélységét (ultrahanggal meghatároztuk a P2 pontnál, az utolsó jobb borda fejének szintjén) a kezdés után a 0., a 45. és a 90. napon mértük. a differenciális etetés. A mellkas kerülete prediktívnak bizonyult a hasított test mennyiségére nézve, míg a hasi kerület a kvantitatív boncolással nyert zsigeri és szubkután zsírra prediktív módon sertésekben és minigacskákban [20–22].
2.3. A metabolikus állapot értékelése
Körülbelül 18 órás éhgyomri periódus után vérmintákat vettünk testméretekkel egyidejűleg jugularis venopunktúrával 5 ml steril heparin vákuumcsövekkel (Vacutainer Systems Europe). Közvetlenül a gyógyulás után a vért 1500 g-on 15 percig centrifugáltuk, és a plazmát elválasztottuk, és a vizsgálatig -20 ° C-on tároltuk.
A lipidek (trigliceridek, összkoleszterin, nagy sűrűségű lipoproteinek koleszterin (HDL-c) és alacsony sűrűségű lipoproteinek koleszterin (LDL-c)) metabolizmusával kapcsolatos paramétereket klinikai kémiai elemzővel (Screen Point, Hospitex Diagnostics, Sesto Fiorentino) mértük, Olaszország). A plazma HDL-c arányt és az LDL-c arányt úgy számoltuk, hogy az összes koleszterint elosztottuk a HDL-c és az LDL-c koncentrációival; a plazma LDL-c/HDL-c arányt úgy kaptuk meg, hogy az LDL-c szinteket elosztottuk a HDL-c koncentrációival.
A glükóz (glükóz és inzulin) metabolizmusához kapcsolódó paramétereket a glükóz klinikai kémiai elemzőjével (Screen Point, Hospitex Diagnostics, Sesto Fiorentino, Italia), illetve sertés inzulin ELISA készlettel (Mercodia AB, Uppsala, Svédország) mértük. A vizsgálat érzékenysége 0,26 UI/L volt; a vizsgálaton belüli variációs együttható 3,5% volt.
Lehetséges változások a β-a sejtek működését és az inzulinrezisztenciát (IR) a kísérleti protokoll során a homeosztázis modell értékelésével (HOMA) értékeltük, az inzulinrezisztencia [23] és a HOMA egyenletek felhasználásával a HOMA-IR = (FINS × FPG) /22,5 egyenleteket használtuk.-β = (20 × FINS)/(FPG - 3,5) a béta sejtfunkció értékeléséhez [24]; A FINS az éhomi plazma inzulin koncentrációját U/L-ben, az FPG pedig az éhomi plazma glükóz-koncentrációját mmol/L-ben. Ezenkívül a kísérleti eljárás megkezdése után a 100. napon orális glükóz-tolerancia tesztet (OGTT) hajtottak végre Liu és munkatársai által leírt protokoll alkalmazásával. [25]. Röviden, az állatok 2 g/kg élõtömeg-D-glükózt kaptak, körülbelül 18 órás éhezési idõszak után, gyomorba helyezett gyomorcsövön keresztül szondával. Vérmintákat nyertünk a plazma glükóz és inzulin meghatározására 0, 15, 30, 60, 90 és 120 perccel a glükóz beadása után, centrifugáltuk és -20 ° C-on tároltuk a vizsgálatig.
2.4. A szív- és érrendszeri jellemzők mérése
A vérnyomást a kísérleti periódus elején és végén (0. és 100. nap) követtük farok mandzsetta vérnyomásmérővel.
2.5. Statisztikai elemzések
Az étrend testre, anyagcserére és kardiovaszkuláris tulajdonságokra gyakorolt hatását az ismételt mérések varianciaanalízisével (split-plot ANOVA) értékeltük. Az eredményeket átlag ± SEM-ként fejeztük ki, és a statisztikai szignifikanciát ebből vettük
3. Eredmények
3.1. Az étrend hatása a testsúlyra és a zsírra: Központi elhízás
Az élő testtömeg, a hátsó zsír mélysége, valamint a mellkasi és hasi kerületek mérése hasonló volt a csoportok között a differenciális táplálási periódus megkezdésekor (1. ábra). Az értékek a kísérleti állatokban változatlanok maradtak a kísérleti időszak alatt (a súly kb. 750 g, a kerület 3 cm, a hátsó zsír mélysége pedig 1 mm-rel nőtt), de az idővel növekedtek az SFAD csoportban (kb. 35 kg súly, 13 és 6 cm mellkasi és hasi kerületeknél, illetve 18 mm a hátsó zsírmélységnél;
testtömegre és kerületekre és
a hátsó zsírmélységért). A testtömeg és a mellkasi kerületek közötti különbségek a 45. naptól kezdve elérték a statisztikai szignifikanciát (
), míg a hasi kerület és a hátsó zsírtartalom csak a 90. napon különbözött (
, ill.). Így az SFAD csoportba tartozó állatok elhízást mutattak ki, és különösen, központi elhízás három hónapos differenciált táplálás után az első tünet metabolikus szindróma.
3.2. A diéta hatása az anyagcserére: diszlipidémia, inzulinrezisztencia és glükóz intolerancia
A lipid metabolizmus plazmaindexeinek értékelése nem mutatott szignifikáns különbségeket a csoportok között a kísérleti protokoll elején (2. ábra). 45 nap elteltével a különbségek nem voltak szignifikánsak. 90 nap elteltével azonban az SFAD csoport jelentősen (
) magasabb triglicerid- és koleszterinszint plazmában, valamint a HDL-c (az összkoleszterin osztva a HDL-c-vel) és az LDL-c/HDL-c (az LDL-c szint osztva a HDL-c koncentrációval) magasabb aránya, mivel a teljes a koleszterin az LDL-C növekedésével járt, de a HDL-c nem. Ilyen megnövekedett trigliceridémia, alacsony HDL-c arány mellett diszlipidémia, ami a második tünete metabolikus szindróma.
A vizsgálat elején nem voltak szignifikáns különbségek a glükóz- és inzulinszint-csoportok között (3. ábra). A plazma glükóz elemzése magasabb, de nem szignifikáns szintet mutatott az SFAD csoportban 45 és 90 napos differenciális táplálás után. Ezzel szemben a plazma inzulin koncentrációja különböző profilokat mutatott a csoportok között. Az inzulinszint nem különbözött szignifikánsan a C csoportban a kísérleti időszak alatt, de a plazma inzulin koncentrációja a 45. napon nőtt az SFAD csoportban (
) és a 90. napon ismét csökkent (
A HOMA-IR és a HOMA egyaránt-β Az indexek a tanulmányi időszak alatt szinte változatlanok maradtak a C csoportban. Ezzel szemben mindkét index szignifikánsan nőtt 45 nap után az SFAD csoportban (
mindkettőnél), és a 90. napon visszatért a kontrollértékekre (
, ill.), amikor ezek az indexek a nők kontrollálásához számszerűen magasabb, de statisztikailag nem különböző értékeket értek el. Így mind a HOMA-IR, mind a HOMA-β magasabbak voltak az SFAD-ban a 45. napon (
, ill.), bizonyítva inzulinrezisztencia, harmadik tünete metabolikus szindróma, és károsodott β-sejtfunkció, illetőleg.
Az orális glükóztolerancia teszt (OGTT; 4. ábra) kimutatta, hogy a kontroll állatokban a plazma glükózszintje 15 perc múlva növekedni kezdett, és körülbelül egy órával később érte el a csúcsot (
) a későbbi kezdeti értékek gyors csökkenésére. Ezen sertések inzulinszintjének értékelése jól jellemzett akut inzulinválaszt igazolt. Ezzel szemben az OGTT hiányos glükóz eliminációt mutatott (azaz., glükóz intolerancia, negyedik tünete metabolikus szindróma) az SFAD csoportban, mivel a glükózszint nem csökkent a vizsgálat ideje alatt. Ezenkívül az SFAD kocák inzulinszekréciója hiányos volt, ami megerősítette az étrend által kiváltott eredményt β-a HOMA korábbi változásai által javasolt sejtdiszfunkció-β és bizonyítja a prodromát 2-es típusú diabétesz.
3.3. Az étrend hatása a szív- és érrendszeri tulajdonságokra: magas vérnyomás
A vérnyomás értékelése mindkét csoportban hasonló értékeket mutatott a vizsgálat elején (5. ábra). A kezelés végén az összes paraméter stabil maradt a kontroll nőknél, de nőtt az elhízott nőknél; ezek a különbségek statisztikailag szignifikánsak voltak a diasztolés és az átlagos vérnyomásban (
, ill.) bizonyítja a hipertóniás állapot, ötödik tünete a metabolikus szindróma.
4. Megbeszélés
A jelen tanulmányban kapott eredmények azt mutatják, hogy az ibériai sertés, a sertésfajta felnőtt nőstényei leptin rezisztencia, kifejlesztheti a prodromát metabolikus szindróma és 2-es típusú diabétesz amikor szabadon fogyaszthatnak telített zsírokkal dúsított étrendet. Ezt a funkciót már három hónap alatt megtalálták. Így a jelenlegi kísérlet megerősíti a korábbi bizonyítékokat arról, hogy e fajta mennyire hajlamos a táplálkozási ráfordítások változásaira [26, 27], és az ibériai disznót a táplálkozással összefüggő betegségek vizsgálatának robusztus, elfogadható és megbízható transzlációs modelljeként jellemzi.
Ebben a három hónapban a sertéseknél megváltozott a metabolikus szindrómához kapcsolódó öt paraméter. Az elhízás különböző mértékű diszlipidémiával, inzulinrezisztenciával, csökkent glükóz toleranciával és emelkedett vérnyomással társult. Ez a megállapítás megerősíti modellünk erejét. Nincsenek olyan állatmodellek, amelyek következetesen bemutatnák a szindróma négy vagy több kockázati tényezőjét [13]. A metabolikus szindróma öt paraméterének megállapítását korábban az Ossabaw disznóban találták [21]. Ismert azonban, hogy az ossabaw sertések a spanyol és portugál gyarmatosítók által behozott ibériai sertésekből származnak, mivel a 15. századba érkezésük előtt az Újvilágban nem volt sertés. Az ibériai sertések az Ossabaw sertésekkel ellentétben számosak (a tenyészkocák becsült összeírása csak Spanyolországban 238 000 körül van), ezért könnyen beszerezhetők és elfogadható árúak. Végül a modell robusztusságát megerősíti az a tény is, hogy homeosztatikus változásokat tapasztaltak, amikor a kocákat olyan étrendekkel etették meg, amelyek zsírtartalma és energiája lényegesen alacsonyabb volt, mint azt a korábbi vizsgálatok más sertésfajtákkal előírták [21, 28, 29].
Az étrend testtömegre, méretre és zsírtartalomra gyakorolt hatása figyelemre méltó volt, és a differenciált etetés megkezdése után nagyon korán megfigyelhető volt, de úgy tűnt, hogy az idő befolyásolja a hízás mintázatát. A testmérések közötti különbségeket először a testtömegben és a mellkasi kerületben, majd a szubkután zsír és a has kerületében találták. Tehát feltételezhetjük, hogy a zsírlerakódás pozitív energiamérleg esetén először az egész hasított testben intramuszkuláris. A későbbi szakaszokban a zsírlerakódás is szubkután, és ami még fontosabb, zsigeri. A zsigeri zsírlerakódás utat enged központi elhízás, a metabolikus szindróma előbbi és okozati tényezője.
Az inzulinrezisztencia kialakulása összefügg a trigliceridek emelkedett szintjével a vérben és a szövetekben [32, 36–38], és hipertrigliceridémia a metabolikus szindróma másik paramétere. A jelenlegi vizsgálatban azonban a hipertrigliceridémiát egy későbbi szakaszban találták, mint az inzulinrezisztenciát; a zsigeri zsír növekedésével egyidejűleg, ami megerősíti azt a korábbi hipotézist, amely szerint a hipertrigliceridémia elsősorban az ilyen típusú zsír mennyiségével függ össze [39]. Ennek a vizsgálatnak az elhízott kocái jól megalapozott diszlipidémiás profilt mutattak, szignifikánsan magasabb plazma trigliceridekkel, de összkoleszterinszinttel és LDL-c/HDL-c aránnyal is, ami magasabb LDL-c szintre utal, mint a HDL-c. Ezek a tulajdonságok hasonlítanak a 2-es típusú hiperlipidémiára (megnövekedett összkoleszterin és LDL-c) és az ún lipid triád humán gyógyászatban (emelkedett trigliceridszint, emelkedett LDL-c és alacsony HDL-c), [40, 41]. Az LDL-c emelkedése által okozott koleszterinszint emelkedés mind az 1., mind a 2. típusú cukorbetegeknél előfordulhat; ugyanakkor az alacsony HDL-c szint az elhízott, 2-es típusú cukorbetegségben szenvedőkre utal [42].
A szénhidrát- és lipoprotein-anyagcsere változásait szintén korán azonosították kockázati tényezőként magas vérnyomás, az ötödik tünet a metabolikus szindrómában [43, 44]. Vizsgálatunkban az elhízott kocáknál is magasabb vérnyomást találtak, ami azt jelzi, hogy hiperdinamikus keringési állapotuk van, hasonlóan az Ossabaw sertéseknél korábban leírtakhoz [45]. Vizsgálatunk során főként a diasztolés nyomásban találtak változásokat, egybeesve az emberekkel végzett vizsgálatokkal [46, 47]. A hiperdinamikus keringési állapotokat, amelyekre a megnövekedett vérnyomás, a teljes vérmennyiség, a szívteljesítmény és a szöveti anyagcsere igény jellemzi, feltételezik, hogy elhízott embereknél a szív és a hemodinamika elváltozásainak fő oka [48–50].
Összefoglalva, ez a tanulmány azt jelzi, hogy az ibériai sertések, amelyek szabadon fogyasztanak telített zsírtartalmú étrendet, hajlamosak a központi elhízásra, az inzulin-glükóz szabályozás rendellenességeire, a diszlipidémiára és az emelkedett vérnyomásra, a metabolikus szindróma tüneteire. Így a jelenlegi adatok jellemzik az ibériai disznót, mint a táplálkozással összefüggő betegségek vizsgálatának robusztus, elfogadható és megbízható transzlációs modelljét.
Hivatkozások
- A gyermekkori elhízás és a zebrafish mint modell az étrend okozta elhízás és annak hatásainak tanulmányozásához
- A kortizol a gonosztevő a metabolikus szindrómában
- Az elhízás, az anyagcsere-szindróma és a cukorbetegség gyakorlása - ScienceDirect
- A központi leptin hevesen megfordítja a diéta okozta máj inzulinrezisztencia cukorbetegséget
- Étrendi kalcium, D-vitamin és a metabolikus szindróma előfordulása középkorú és idősebb U-ban