Катедра по ендокринология, метаболизъм и хранене, Университет във Вашингтон, Сиатъл, Вашингтон

Адрес за заявки за препечатване и друга кореспонденция: J. Rosenbaum, Univ. на Вашингтон, 750 Републиканска ул., Box 358062, Сиатъл, WA 98195 (e-mail: [имейл защитен]).

Лаборатория по бъбречна патология, Университет във Вашингтон, Сиатъл, Вашингтон

Катедра по вътрешни болести, Университет във Вашингтон, Сиатъл, Вашингтон

Отдел по ендокринология, метаболизъм и хранене, Административна болница в Сиатъл, Сиатъл, Вашингтон

Катедра по вътрешни болести, Университет във Вашингтон, Сиатъл, Вашингтон

Резюме

Проучихме ефектите от многобройните цикли на отслабване и възстановяване върху защитеното телесно тегло при плъхове. Тридесет и шест мъжки плъхове Wistar бяха разделени на три групи, съответстващи на теглото: колоездачи с тегло (н = 18), контролирани от либитум (н = 9) и контрол на зрелостта (н = 9). Велосипедистите претърпяха четири кръга от 20% загуба на тегло от 50% калорични ограничения, всеки цикъл последван от възстановяване до стабилно тегло на платото при хранене ad libitum. Контролите се хранят ad libitum. Контролът на зрелостта се хранеше ad libitum и след това теглото циклира последните два кръга, за да се оцени ефектът от възрастта в по-късните цикли. Теглото на платото след диетата на велосипедистите става постепенно по-ниско от това на контролите. С всяка загуба на тегло грелинът се увеличава, докато инсулинът и лептинът намаляват; величината на тези промени не се различава в различните цикли. След четири кръга тегло на велосипедистите (504 ± 7 срещу 540 ± 22 g; P o 2.

Тест за орален глюкозен толеранс и събиране на тъкани.

След 4-месечния период на наблюдение ad libitum, всички плъхове са подложени на орален тест за глюкозен толеранс. Животните бяха на гладно през нощта и кръвните проби бяха получени на 0, 15, 30, 60, 90 и 120 минути след перорално приложение чрез сонда от 1 g/kg глюкозен разтвор D50. Изчислява се двучасова зона под кривата.

Животните се анестезират и след това се измерва телесното тегло и дължината на муцуната до ануса преди събирането на кръвта от ствола и на мастната тъкан. Ретроперитонеални, епидидимни и мезентериални мастни подложки бяха претеглени при изрязване. По време на 4-месечната фаза на проследяване един велосипедист, три контроли и два контрола за зрялост умряха. Окончателни измервания не бяха събрани на тези животни.

статистически анализи.

Описателната статистика е изчислена като средно ± SE. Времето до загуба на тегло и времето за възстановяване на теглото се определят като броя на дните от изходното ниво до 20% загуба на тегло и броят на дните от най-ниското тегло до възстановяване на стабилното телесно тегло на платото. Смесени тестове на модели, включително всички налични точки от данни, бяха извършени с помощта на STATA 13.1 (StataCorp, College Station, TX) за тестване на основните ефекти, както и на взаимодействията и груповите различия чрез официално post hoc тестване.

Телесното тегло, времето за отслабване и възстановяването на теглото.

Контролните животни непрекъснато наддават на тегло през периода на изследване. След всяка фаза на отслабване, колоездещите животни възвръщат теглото си така, че то надминава телесното им тегло преди отслабване (Фиг. 1A). Теглото на платото на всеки цикъл показва основен ефект от времето [χ 2 (5) = 2127, P 2 (2) = 3.94, P = 0,14]. Имаше обаче взаимодействие по време на група [χ 2 (10) = 42,1, P

ефекти

Фиг. 1.Промени в средното (± SE) телесно тегло във времето за групи за контрол на колоездене, контрол и зрялост. A: процентна промяна в телесното тегло по групи през 4 цикъла на отслабване/възстановяване на теглото и по време на последващо дългосрочно проследяване. Б.: тежести по време на фазите на платото по групи като телесно тегло в грамове. Основен ефект от времето и групата. ° С: тежести по време на фазите на платото като процент от първоначалното телесно тегло. Основен ефект от времето и групата. #P

За колоездещите животни средният брой дни до 20% загуба на тегло се увеличава с всеки от четирите епизода на отслабване (цикъл 1 = 17,3 ± 0,6 дни; цикъл 2 = 23,8 ± 1,3 дни; цикъл 3 = 25,3 ± 1,1 дни; цикъл 4 = 29,0 ± 1,4 дни; Фиг. 1A). Увеличената продължителност е значително различна между цикли 1 и 2 (P 2 (4) = 72,82, P 2 (2) = 12,77, P 2 (8) = 40,89, P

Фиг. 2.Приемът на храна като промяна спрямо изходното ниво. Среден прием на храна през последните 8 дни на плато за възстановяване на теглото спрямо средната стойност на последните 10 дни от изходния прием на храна. Приемът на храна по време на платата за възстановяване на теглото е бил значително по-малък при плъхове с колоездене в сравнение с контролни плъхове и зрели контролни плъхове цикли 1 и 2. След цикъл 3, приемът на храна се различава значително между контролните животни и както контролите за зрялост, така и групите с циклично тегло. В цикъл 4, приемът на храна се различава само между контролните плъхове и плъховете с колоездене. **P

Телесен състав и орален глюкозен толеранс.

Анализът на телесния състав беше извършен, след като всички колоездещи животни възвърнаха стабилно тегло след завършване на цикъл 4 (Фиг. 3). По това време групата за колоездене с тегло е имала значително по-ниско средно телесно тегло, отколкото контролите (Фиг. 3, горе вляво). По-високите телесни тегла при контролните животни се обясняват с по-голяма обща маса на телесните мазнини в сравнение с групите за контрол на зрелостта и зрелостта (Фиг. 3, горен среден). В сравнение с колоездачите с тегло, контролите също имат значително по-висок процент телесни мазнини (фиг. 3, горе в дясно), без забележими разлики в чистата маса (фиг. 3, долу вляво) или процент чиста маса (фиг. 3, долна средна). Налице е съответно подобрение в глюкозния толеранс сред колоездачите, както е показано от орални тестове за глюкозен толеранс (Фиг. 3, долу вдясно).

Фиг. 3.Разлики в телесния състав и инсулиновата резистентност при колоездене и контрол на плъхове след възстановяване на стабилно тегло след загуба на тегло цикъл 4. Телесното тегло и съставът се измерват във всички групи, след като всички индивидуални животни за контрол на зрелостта и зрелостта се върнат към стабилно телесно тегло след цикъл 4. Съставът на тялото се определя чрез количествен магнитен резонанс. AUC, площ под кривата; OGTT, орален тест за глюкозен толеранс. P стойностите бяха определени чрез смесен модел. *P

Разликите в затлъстяването се запазват до края на 4-месечния период на хранене ad libitum. В сравнение с контролите, хранени с либит, средната обща маса на мастната тъкан (фиг. 4A) беше по-малко в групата за колоездене (P

Фиг. 4.Различия в затлъстяването, дължината и скоростта на метаболизма на базата на предходно циклиране на теглото, измерено след последващо дългосрочно хранене ad libitum. A и Б.: състав на тялото (A) и дължина на тялото (Б.) измерване, направено при смърт. P стойност, определена от смесен модел. ° С: скорост на метаболизма, измерена чрез индиректна калориметрия при 4 цикъла и 4 контроли по време на дългосрочната фаза на наблюдение при хранене ad libitum. **P

Регулиращи апетита хормонални реакции на колоездене с тегло.

Няма ефект от времето или групата върху нивата на грелин; обаче е имало взаимодействие между групата и времето [χ 2 (4) = 12.01, P = 0,02]. Въпреки че плъховете с колоездене в голяма степен са имали значителни промени в нивата на грелин между фазите на изходно ниво, надир и плато, по време на фазите на платото не е имало разлика между нивата на грелин при плъховете с колоездене и комбинираните контролни групи плъхове (цикъл 1P = 0,47, цикъл 2 P = 0,11; Фиг. 5A). Налице е ефект на времето върху инсулина [х 2 (4) = 39,54, P 2 (4) = 12.01, P = 0,02], така че до платото след втория цикъл, нивата на инсулин са били значително по-ниски в групата с колоездене (P = 0,02; Фиг. 5Б.). Налице е ефект на времето [χ 2 (4) = 22.80, P 2 (1) = 4.66, P 2 (4) = 5.68, P = 0,22]. Нивата на лептин се различават значително между колоездещите плъхове и контролните плъхове във втората фаза на платото (P

Фиг. 5.Нивата на хормона чрез загуба на тегло цикли 1 и 2. A-° С: нива на хормони [грелин (A), инсулин (Б.) и лептин (° С)] през цялата загуба на тегло цикли 1 и 2. По време на тези цикли контролните зрели животни са включени в контролните животни. Маркировките между времевите точки показват промени в групата. Маркировките над единична времева точка обозначават разликите между групите. #P

Циклирането с тегло при мъжки плъхове води до няколко полезни метаболитни ефекта. Епизодичната загуба на тегло, последвана от възстановяване на теглото, предизвикана от ad libitum хранене на относително висококалорична диета, доведе до дългосрочно намаляване на телесното тегло, процента на телесните мазнини и телесната мастна маса в сравнение с контролните плъхове, които ядат същата висококалорична диета неограничен през целия експеримент. Ползата изглежда се натрупва с нарастващ брой епизоди на загуба на тегло и се получава полза, дори когато първата загуба на тегло започва в по-късни възрасти. Заедно с по-ниска мастна маса в дългосрочен план, плъхове, които преди това са били подложени на циклично тегло, показват подобрен орален толеранс към глюкозата. Няма доказателства за адаптация към загуба на тегло. Въпреки че всеки следващ цикъл на загуба на тегло отнема повече време, за да се постигне 20% намаление сред колоездещите животни, същото увеличение на продължителността се наблюдава и при контролни зрелост на контролни животни, които никога преди не са били подлагани на калорични ограничения, което предполага, че колкото по-дълго време е необходимо да се постигнат 20% загубата на тегло по време на по-късните цикли може да е била функция на стареенето или по-голямото тегло (по-възрастните плъхове са имали повече грамове тегло, за да постигнат 20% загуба на тегло), а не последица от предишни цикли на отслабване.

Хората са склонни към възстановяване на теглото след загуба на тегло. Последващите опити за отслабване отнемат повече време на хората от първоначалните опити за отслабване (21). Това е в съответствие с нашите констатации, че следващите цикли за отслабване са отнели повече време, за да се постигне 20% намаление от първоначалните цикли. Въпреки това, по-дългото време за цикъл за контролни плъхове, съответстващи на възрастта, показва, че това може да е по-скоро функция на стареене, отколкото при предишни опити за отслабване. Моделът на плъхове посочва, че нивата на хормоните, включително лептин и грелин, се връщат до нивата преди загуба на тегло, след като плъховете възвърнат теглото си, и това не се наблюдава последователно в проучвания при хора (16). Някои проучвания показват, че промените във важните нива на хормона, регулиращи апетита и затлъстяването, включително намаляване на лептина и повишаване на грелина, продължават дълго след загуба на тегло (39). Това обаче не беше видяно в нашето проучване. Освен това плъховете с колоездене с тегло са имали същия BMR като контролните плъхове в края на проучването, въпреки многократните епизоди на загуба на тегло. Това не е било демонстрирано последователно при проучвания при хора (16, 22, 37), като някои предполагат намаляване на BMR при хора с намалено тегло, които продължават след възстановяването на теглото, докато други показват подходящ BMR след загуба на тегло.

Въпреки че проучванията при хора показват дългосрочно намаляване на нивата на лептин след диета (16), нашият модел на плъхове показва, че нивата на хормоните се връщат до нивата на циклиране преди теглото с течение на времето. По същия начин нивата на грелин се връщат към стойностите преди загуба на тегло при колоездещите плъхове. Очакваше се увеличеният грелин при плъхове с намалено тегло и съответства на хомеостатичните реакции на отрицателния енергиен баланс, като по този начин насърчава връщането към по-високо защитеното телесно тегло. След като теглото беше възстановено, нямаше доказателства, че плъховете са имали устойчиво хомеостатично задвижване, тъй като са яли по-малко от контролните плъхове, като същевременно са поддържали по-ниска телесна маса. Това е първото проучване за оценка на нивата на хормоните след два цикъла на ограничаване на калориите за толкова голяма продължителност, показващи крайната стабилност на нивата на хормоните.

Като цяло резултатите от това проучване са много обнадеждаващи. Те също така повдигат въпроса дали загубата на тегло, дори когато е последвана от възстановяване на теглото, би могла да има положително дългосрочно въздействие върху дългосрочното телесно тегло и да намали защитеното ниво на затлъстяване. Настоящите открития при гризачи са в съответствие с няколко големи проучвания с човешка намеса, включително Програмата за профилактика на диабета и проучванията Look AHEAD, които показват, че след загуба на тегло хората са склонни да възвърнат повечето, но не всички загубени килограми. На 10 и 8 години проследяване след Програмата за профилактика на диабета и интервенциите Look AHEAD, съответно, и двамата показаха субекти, поддържащи

2 кг загуба на тегло в сравнение с контролните групи, които не са преминали през интензивната програма за начин на живот и изпитват загуба на тегло (22b, 24a). Тези данни повдигат критичния въпрос за това какъв може да бъде механизмът зад подобни констатации. Нито хормоналните нива, нито скоростта на метаболизма изглежда се променят след колоездене с тегло, за да обяснят защо колоездещите плъхове ядат по-малко и поддържат по-ниско телесно тегло, когато се хранят ad libitum с течение на времето. Известно е, че ограничаването на калориите има благоприятни ефекти върху свързаните с възрастта сърдечно-съдови и метаболитни промени и увеличава дълголетието (1, 48). Като алтернатива може да е възникнал централен механизъм, контролиращ теглото и енергийната хомеостаза, като предотвратяване на централен лептин или инсулинова резистентност. И накрая, известно е, че дъгообразното ядро ​​възпаление и глиоза се срещат при затлъстяване при гризачи (41, 43) и хора (41). Изкушаващо е да се спекулира, че структурните промени в хипоталамусната тъкан и дори загубата на критични неврони (41) биха могли да участват в нулирането на телесното тегло с течение на времето и следователно подобряването или избягването на хипоталамусно възпаление и глиоза чрез епизодично ограничаване на калориите предотвратява отклонението нагоре телесно затлъстяване, наблюдавано при контролни животни.

Това проучване беше подкрепено от Националния институт по диабет и храносмилателни и бъбречни болести DK-070826, DK-089036 и DK-098466 и Национален институт за сърце, бели дробове и кръв T32-HL-007028 (на EA Schur) и Университета на изследователския център за хранене във Вашингтон (P30-DK-035816).