Energiaköltségvetés, magatartás és leptin azokban a csíkos hörcsögökben, amelyekre élelmiszer-korlátozás és etetés vonatkozik

Társulási Élet- és Környezettudományi Iskola, Wenzhou Egyetem, Wenzhou, Zhejiang, Kína, Agrártudományi Iskola, Liaocheng Egyetem, Liaocheng, Shandong, Kína

Tagsági Agrártudományi Iskola, Liaocheng Egyetem, Liaocheng, Shandong, Kína

Társulási Élet- és Környezettudományi Iskola, Wenzhou Egyetem, Wenzhou, Zhejiang, Kína, Agrártudományi Iskola, Liaocheng Egyetem, Liaocheng, Shandong, Kína

Zhi-Jun Zhao,
Qiao-Xia Zhu,
Ke-Xin Chen,
Yu-Kun Wang,
Jing Cao

Ábrák

Absztrakt

Idézet: Zhao Z-J, Zhu Q-X, Chen K-X, Wang Y-K, Cao J (2013) Energiaköltségvetés, viselkedés és leptin csíkos hörcsögökben, amelyekre élelmiszer-korlátozás és etetés szükséges. PLoS ONE 8 (1): e54244. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0054244

Szerkesztő: Carlos M. Rodriguez-Ortigosa, CIMA. Navarrai Egyetem, Spanyolország

Fogadott: 2012. augusztus 5 .; Elfogadott: 2012. december 10 .; Közzétett: 2013. január 23

Finanszírozás: Ezt a munkát a Kínai Nemzeti Természettudományi Alapítvány a ZJZ-nek nyújtott támogatásokkal (30800130 és 31070367) támogatta, és a Kártevői Rovarok és Rágcsálók Integrált Kezelésének Állami Kulcs Laboratóriuma (No. A finanszírozóknak nem volt szerepük a tanulmányok tervezésében, adatgyűjtésben és elemzésben, a közzétételre vonatkozó döntésben vagy a kézirat elkészítésében.

Versenyző érdeklődési körök: A szerzők kijelentették, hogy nincsenek versengő érdekek.

Bevezetés

A korlátozott táplálékfogyasztás periódusai a testtömeg csökkenését idézik elő, amelyet gyakran a fogyás gyors visszanyerése követ, amikor a korlátozás véget ér, amelynek során az energiafogyasztással vagy az energiafogyasztással, vagy mindkettővel kapcsolatos fiziológiai szabályozásról van szó - [8]. Az energiaköltségvetéssel és az élelmiszer-korlátozásra és az utánpótlásra adott viselkedéssel kapcsolatos eredmények azonban továbbra is ellentmondásosak. Például a nyugalmi anyagcsere (RMR) és az aktivitás viselkedésére fordított energia csökkent a táplálékkal korlátozott laboratóriumi egerekben és patkányokban [7], [9], [10]. Éppen ellenkezőleg, a szibériai hörcsögök (Phodopus sungorus) és más hörcsögfajok az élelmiszerhiányra reagálva fokozták a takarmányozással és az élelmiszerek felhalmozásával kapcsolatos tevékenységeket [11] - [15]. Az etetés során a laboratóriumi patkányok visszanyerték testtömegüket és zsírtömegüket, és „kompenzációs növekedést” mutattak [2], [3], [16]. Néhány vadon élő rágcsáló "kompenzációs növekedést" is mutatott, de jóval kisebb mértékben, mint a laboratóriumi állatoknál [17]. Ez a paradoxon tükrözheti a vadon élő állatok eltérő energiastratégiáját és viselkedési mintáit, mint a laboratóriumi rágcsálóké.

A leptin, az ob gén terméke, főként a zsírszövetben fejeződik ki, és fontos szerepet játszik mind az energia bevitel, mind a ráfordítás szabályozásában [18] - [20]. Beszámoltak arról, hogy a szérum leptinszint az élelmiszer-korlátozás során csökkent, és az etetés során emelkedett [5], [6], [17]. A leptin adagolása a táplálékkal korlátozott laboratóriumi patkányoknál csökkentette a táplálékfelvételt és megakadályozta a testtömeg visszanyerését [20]. Ezenkívül az exogén leptin gátolta az élelmiszer-nélkülözés okozta táplálékfelvétel és az élelmiszer-felhalmozás növekedését a szibériai hörcsögökben [15]. Ezek az eredmények lehetővé teszik, hogy a leptin lehetséges jelölt legyen az energia-költségvetés és a viselkedés szabályozásában, reagálva az élelmiszer-korlátozásra és az etetésre mind a laboratóriumi, mind a vadon élő állatoknál.

Anyagok és metódusok

Etikai nyilatkozat

Ez a tanulmány összhangban volt a Liaocheng Egyetem Állattenyésztési és Felhasználási Bizottságával. A kísérleti eljárást és a protokollt a bizottság jóváhagyta (engedélyszám: 11-0219-011).

Állatok és kísérleti protokoll

A csíkos hörcsögöket olyan laboratóriumi tenyésztési telepekből nyerték, amelyeket olyan állatokkal kezdtek, amelyek eredetileg az észak-kínai alföldön, Hebei tartomány központjában (k. 115 ° 13 ′, kh 38 ° 12 ′) található mezőgazdasági területekből csapdába estek. A környezeti hőmérsékletet állandóan 21 ± 1 ° C-on tartottuk 12–12 órás világos∶ sötét ciklus alatt (a fények 0800 órakor világítottak). Az ételt (szokásos rágcsáló-chow; a Beijing KeAo Feed Co. gyártotta) és a vizet ad libitum szolgáltatták. Az étrend makroelem-összetétele 6,2% nyerszsír, 20,8% nyersfehérje, 23,1% semleges detergensrost, 12,5% savas mosószerrost és 10,0% hamu volt, a kalóriaérték pedig 17,5 kJ/g. A felnőtt 4–5 hónapos hím hörcsögöket egyenként műanyag ketrecekben (29 × 18 × 16 cm) helyezték el friss fűrészporos ágyneművel két hétig a kísérletek előtt.

1. kísérlet: Az élelmiszer-korlátozás (FR) és az újratáplálás (Re) hatása a testtömegre és az élelmiszer-bevitelre.

Huszonnégy hím hörcsögöt véletlenszerűen osztottak be bármelyik kontroll csoportba (Con, n = 12), ahol az állatokat 8 hétig ad libitum etették, vagy FR és Re csoportba (FR-Re, n = 12), amelyekben mindegyik hörcsög 85-re korlátozódott. A kezdeti táplálékfogyasztás 28% -a, és további 28 napig ad libitum. A testtömeget háromnaponta mértük, és a táplálékfelvételt napi szinten határoztuk meg. Mielőtt az állatokat korlátozták, a táplálékfelvételt úgy számolták ki, hogy a garatból naponta hiányzott az élelem tömege, kivonva az ágyneműbe kevert érceket. Az élelemkorlátozás megkezdése előtt az egyes állatok kezdeti táplálékbevitelét a napi 7 napos táplálékfogyasztás átlagaként számolták ki. Minden FR-Re csoportba tartozó hörcsögnek csak a kezdeti táplálékfogyasztás 85% -át biztosították csak az FR időszakában, így az élelmezéskorlátozott hörcsögnél a kalóriabevitel 15% -kal csökkent. Az ételt minden nap ugyanabban az időben adták 1900 órakor a testtömeg-méréseket követően.

2. kísérlet: Az FR és Re hatása a viselkedésre, az energiaköltségvetésre, a testösszetételre.

56 hörcsögöt véletlenszerűen osztottak be a következő 7 csoport egyikébe (n = 8 mindegyik csoportban): kontrollokat, amelyeket 8 hétig ad libitum tápláltak; Az FR- d 1, FR-d 7 és az FR-d 28 csoportokban az állatokat a kezdeti táplálékfogyasztás 85% -ára korlátoztuk 1, 7, illetve 28 napig; valamint a Re-d 1, Re-d 7 és Re-d 28 csoportok, amelyek során az állatokat 4 hétig a kezdeti táplálékfogyasztás 85% -ára korlátozták, majd ad libitum 1, 7, illetve 28 napig refase-rálták őket. A kísérlet végén viselkedésfigyelést végeztek, és megmérték az RMR-t és az energiaköltségvetést.

Viselkedés megfigyelés

A viselkedés megfigyeléseit minden csoportból 4 hörcsögben végeztük egy nap alatt (24 óra alatt). A megfigyeléseket számítógéppel összekapcsolt infravörös monitorok (SONY, 420 TV vonal) segítségével hajtották végre, és automatikusan a számítógépben tárolták őket, amelyeket azután operátor elemzésnek vetettek alá. Az általános tevékenység magában foglalta az aktív mozgásokat, például a ketrec körüli járást és a ketrecrudakon való mászást [29], [30]. Az aktivitásra fordított időt feljegyeztük, és min/h, illetve min/24 órában fejeztük ki.

Az RMR mennyiségét oxigénfogyasztás mértékeként számszerűsítettük számítógépes nyílt áramlású légzésmérő rendszer (Sable rendszer, USA) alkalmazásával. A levegőt 750–850 ml/perc sebességgel szivattyúztuk henger alakú, lezárt Perspex kamrán keresztül 29 ± 0,5 ° C-on (ennek a fajnak a termikus semleges zónájában [23], [31]. A kamrából kilépő gázokat megszárítottuk ( szilikagél), és mintát vettek oxigén analizátorral 150–175 ml/perc áramlási sebességgel. Az adatokat átlagoltuk és 10 másodpercenként összegyűjtöttük egy számítógéppel összekapcsolt analóg-digitális átalakítóval (STD-UI2, Sable rendszer), és Az RMR-t 2,5 óra hosszat mértük 11: 00-17: 00 között, és az 5 perc alatti legalacsonyabb oxigénfogyasztási sebesség alapján számoltuk az alábbi egyenlet segítségével: VO2 = Áramlási sebesség × (FiO2− FeO2)/(1 - FiO2 × (1 - RQ)), ahol a FiO2 az O2 frakcionált koncentrációját adja a kamrába; a FeO2 az O2 exkluzív frakcionális koncentrációja a kamrából, és az RQ a légzési hányados [32]. Itt RQ feltételezték, hogy 0,85 [33], [34]. Az RMR-t ezután a szokásos hőmérsékleti és légnyomás (STP) feltételekhez igazították.

Energiaköltségvetés

Az ételt mennyiségileg biztosítottuk, és az ágyazattal és az ürülékkel kevert étel kiömlését minden ketrecből összegyűjtöttük az elmúlt 2 napban kontroll alatt, FR-d 7, FR-d 28, valamint Re-d 7 és Re-d 28 csoportokban, de egy napon át FR- d 1 és Re-d 1 csoportokban. Az étel és az ürülék kiömlését válogatták és manuálisan szétválasztották, miután 60 ° C-on állandó tömegig szárították. Az étrend és az ürülék bruttó energiatartalmát Parr 1281 oxigénbomba kaloriméterrel (Parr Instrument, Moline, IL, USA) határoztuk meg. A bruttó energia bevitelt (GEI), az emésztési energia bevitelt (DEI) és a látszólagos energia asszimilációs hatékonyságot (emészthetőséget) az alábbiak szerint számoltuk [35] - [38]:

GEI (kJ · d −1) = táplálékfelvétel (g · d −1) × az étrend szárazanyag-tartalma (%) × az ételek energiatartalma (kJ · g −1);

DEI (kJ · d −1) = GEI− (széklet száraz tömege (g · d −1) × széklet energiatartalma (kJ · g −1));

A szérum leptin szintje

Az állatokat az RMR mérések melletti napon 0900 és 1100 óra között lefejezéssel elpusztítottuk. A szérum leptin méréséhez törzsvért gyűjtöttünk. A szérum leptinszintet rádióimmunológiai vizsgálattal (RIA) számszerűsítettük a Linco 125 I Multi-species Kit (Cat. No. XL-85K, Linco Research Inc.) segítségével, a standard készlet utasításait követve. A vizsgálati készlet alsó és felső határa 1 és 50 ng/ml volt, az inter- és intra-assay variációk 0,05 voltak, 1A. Ábra). A Con csoportban a kísérlet során nem tapasztaltak változásokat az élelmiszer-bevitelben (d 1–56, F55,605 = 0,62, P> 0,05), míg az FR-Re csoportban szignifikáns változásokat figyeltek meg (d 1–56, F55,550 = 13,81, P 0,05, d 56, t21 = 1,10, P> 0,05, 1A. Ábra).

Con, hörcsögök, akiket ad libitum etettek; FR-Re, hörcsögök, amelyek 28 napig a kezdeti táplálékfogyasztás 85% -ára korlátozódtak, és további 28 napig ad libitum voltak. Az értékek átlag ± SE. A csillagok statisztikailag szignifikáns különbségeket jelölnek a Con és az FR-Re csoportok között ugyanabban az időszakban; *, P 0,05, 1B. Ábra). A kontroll hörcsögök súlyuk 33,1 ± 0,9 g-ról a 0. napon 34,4 ± 1,2 g-ra nőtt az 56. napon (0–56. Nap, F20,220 = 6,75, P 0,05, d 56, t21 = 0,80, P> 0,05, 1B ábra ).

Az FR és Re hatása a viselkedésre, az energiaköltségvetésre, a testösszetételre

Tevékenység.

Az aktivitási viselkedés általában a sötét fázisban következett be a kontroll hörcsögökben, míg a nappali fázisban szinte a teljes időt a többivel töltötték (2. ábra). Az élelmiszer-korlátozás során az FR-Re hörcsögök lényegesen több időt töltöttek tevékenységre mind a sötét, mind a világos fázisban, mint a kontrollok. Az újratöltés során az FR-Re hörcsögök még mindig magas aktivitást mutattak az 1. napon (Re d 1), míg a 7. napon (Re d 7) és azt követően csökkentették az aktivitásra fordított időt. Az aktivitási viselkedést az FR-Re befolyásolta (F6,27 = 6,27, P 2. ábra. Aktivitási minták csíkos hörcsögökben.

Con, hörcsögök, akiket ad libitum etettek. FR-d 1, FR-d 7, FR-d 28, hörcsögök, amelyek 1, 7 és 28 napig a kezdeti táplálékfogyasztás 85% -ára korlátozódtak; A Re-d 1, a Re-d 7 és a Re-d 28 hörcsögök, amelyek 28 napig a kezdeti táplálékfogyasztás 85% -ára korlátozódtak, és ad libitum 1, 7, illetve 28 napig hagytak. Az értékek átlagosan négy csoportból származnak.

A csoportok megegyeznek a 2. ábrával. Az élelmiszer-korlátozás és az újratáplálás hatása jelentős: *, P 0,05). Az újratöltés során az RMR szignifikánsan alacsonyabb volt a Re-d 7 csoportban, mint az FR-d 7 csoportban (post Hoc, P 0,05).

Energiaköltségvetés.

A GEI-t jelentősen befolyásolta az FR-Re (F6,49 = 8,95, P 0,05). A DEI hasonló volt a GEI-ben megfigyelt változásokhoz, amelyekkel a DEI alacsonyabb volt az FR-d 1, d 7 és d 28 csoportokban, és magasabb a Re-d 1 csoportban (F6,49 = 8,05, P 0,05, post Hoc, P > 0,05, 4C ábra).

A csoportok megegyeznek a 2. ábrával. Az élelmiszer-korlátozás és az újratáplálás hatása jelentős: †, P 0,05, 1. táblázat).

Szérum leptin.

A szérum leptinszintet jelentősen befolyásolta az FR-Re, amely szignifikánsan alacsonyabb volt az FR-d 1, d 7 és d 28 csoportokban, mint a kontrollok (1. táblázat). A szérum leptin még mindig alacsonyabb volt a Re-d 1 csoportban a kontrollokhoz viszonyítva, de a Re-d 7 és a Re-d 28 csoportokban szignifikánsan megnőtt, ami hasonló volt a kontroll csoportban megfigyeltekhez (1. táblázat). A kontrollokban pozitív korreláció volt a szérum leptin és a zsírtartalom között, ezt a korrelációt más hat csoportban is megfigyeltük (5A. Ábra). Nem figyeltünk meg összefüggést a szérum leptin és a GEI között a kontroll hörcsögökben (5B. Ábra). A szérum leptin pozitívan korrelált a GEI-vel az FR-d 28 csoportban, de az FR-d 1 és FR-d 7 csoportokban nem találtunk összefüggést. A Re-d 7 és a Re-d 28 csoportba tartozó hörcsögök szignifikánsan negatív összefüggést mutattak a szérum leptin és a GEI között (5B. Ábra).

A csoportok megegyeznek a 2. ábrával. Az adatokat ábrázoljuk.

A leptin-kiegészítő hatása a táplálékfelvételre és a viselkedésre FR és Re alatt

Testtömeg változás.

A testtömeg a kísérlet előtt nem különbözött a négy csoporttól (d 0, FR, F1,12 = 0,84, P> 0,05; leptin, F1,12 = 0,01, P> 0,05, 6A. Ábra). Az élelmiszer-korlátozás jelentősen befolyásolta a testtömeg változását az 1. és 10. napon, és a korlátozott hörcsögök kisebb testtömeggel rendelkeztek, mint az Ad állatok (d 1, F1,12 = 12,25, P 0,05, d 10, F1,12 = 0,01, P > 0,05), míg az etetés során jelentős hatással volt a testtömeg változására (d 12, F1,12 = 5,62, P 0,05, 6A. Ábra).

Ad-PBS, hörcsögök, amelyeket ad libitum-mal etettek és PBS-sel kezeltek; Ad-leptin, Ad-hörcsögök, amelyeket leptinnel kezeltek; FR-PBS, élelmiszer-korlátozott (FR) hörcsögök, amelyeket PBS-sel kezeltek; FR-leptin, FR-hörcsögök, amelyeket leptinnel kezeltek. PFR **, az FR szignifikáns hatása (P 0,05; leptin, F1,12 = 0,02, P> 0,05, 6B. Ábra). Az élelmiszer-korlátozás során az élelmezéskorlátozott hörcsögök 15% -kal kevesebb ételt fogyasztottak, mint az ad libitum állatok (d 1, F1,12 = 3,52, P = 0,09). A 8. és 10. napon a leptin-kiegészítő nem befolyásolta a táplálékfelvételt sem ad libitum, sem korlátozott táplálékkal rendelkező hörcsögökben (d 8, F1,12 = 0,18, P> 0,05; d10, F1,12 = 1,48, P> 0,05). Az etetési szakaszban az élelmiszer-bevitel magasabb volt az FR-PBS hörcsögöknél, mint az Ad-PBS hörcsögöknél (FR, d 11, F1,12 = 146,12, P 0,05). Nem tapasztaltunk különbséget az élelmiszer-bevitelben az Ad-PBS és az Ad-leptin csoportok között (post hoc, P> 0,05, 6B. Ábra).

A leptin beadásának hatása az aktivitásra.

A 0. napon nem volt különbség az aktivitásra fordított időben (FR, F1,12 = 0,11, P> 0,05; leptin, F1,12 = 0,08, P> 0,05, 6C. Ábra). A tevékenységre fordított időt jelentősen befolyásolta a táplálékkorlátozás a 4. és 10. napon, és a korlátozott állatok több időt töltöttek az aktivitással, mint az Ad állatok (d 4, F1,12 = 11,65, P = 0,01, post hoc, P 0,05) és nap 14 (F1,12 = 0,94, P> 0,05). A leptin-kiegészítés az aktivitás jelentős csökkenését eredményezte, és a hörcsögök 71% -kal és 91% -kal kevesebb időt töltöttek az aktivitással az FR-leptin csoportban a 10., illetve a 14. napon, mint az FR-PBS csoportban (d10, F1,12 = 24,50, P 0,05, d 14, post hoc, P> 0,05, 6C. Ábra).