Субекти

Резюме

Backgroud

Храненето в ранна възраст може да има роля в регулирането на метаболизма в зряла възраст. Настоящото проучване има за цел да оцени ефектите от прехранването след раждането и диетата с рибено масло след отбиване върху разхода на енергия.

Методи

На постнаталния ден 3, котилата за плъхове бяха коригирани до размер на котилото от три (малки котила, SL) или десет (нормални котила, NLs). След отбиването SL са хранени със стандартна диета или диета с рибено масло, обогатена с полиненаситени мастни киселини (SL-FO) в продължение на 10 седмици. Метаболитните параметри на плъховете бяха проследявани с помощта на TSE LabMaster в постнатална седмица 3 (W3) и в постнатална седмица 13 (W13).

Резултати

При W3 потреблението на O2 и производството на топлина в SL бяха по-ниски от тези в NL, докато коефициентът на дихателен обмен (RER) беше по-висок от NL. SL показаха затлъстяване, дислипидемия и нарушен глюкозен толеранс при W13. Диетата с рибено масло след отбиване не само увеличава консумацията на O2, производството на CO2, производството на топлина и намалява RER, но също така намалява наддаването на тегло, серумните триглицериди и подобрява глюкозния толеранс при W13.

Заключение

Прехранването след раждането може да намали нивото на разход на енергия в тялото и да предизвика затлъстяване, но диетата с рибено масло може да увеличи разхода на енергия и да предотврати развитието на метаболитна дисрегулация при възрастни.

Енергийната хомеостаза е от решаващо значение за поддържането на здравето. Когато енергийният баланс е нарушен, енергийният прием е по-голям от изхода и излишната енергия се съхранява като триацилглицероли в адипоцитите, което в крайна сметка предизвиква развитието на затлъстяване (1). Затлъстяването е основен рисков фактор за развитието на метаболитни заболявания като диабет тип 2 и сърдечно-съдови заболявания (2) и се превърна в основен здравословен проблем в световен мащаб (3). Нещо повече, 85% от затлъстелите деца остават със затлъстяване в зряла възраст и също имат метаболитна дисрегулация (4). Ето защо е изключително важно да се намери ефективен начин за предотвратяване или лечение на детското затлъстяване.

Хипотезата за развитието на здравето и болестите (DOHaD) описва процеса, чрез който стимулите на околната среда, включително промененото хранене, по време на критични периоди на развитие могат да програмират промени в органогенезата, развитието на тъканите и метаболизма, предразполагайки потомството към метаболитни заболявания по време на зряла възраст (5 ). Проучванията при хора и животни показват, че излагането на прекомерно хранене в ранен живот може да увеличи затлъстяването и инсулиновата резистентност в зряла възраст (6, 7, 8). Освен това, значителни доказателства сочат, че диетичните мастни киселини, физическата активност или диетите с по-ниско съдържание на калории могат да променят податливостта на метаболитни заболявания (9, 10, 11). Рибеното масло, обогатено с ω3 полиненаситени мастни киселини (ω3 PUFA), може да намали развитието на диабет тип 2, хиперлипидемия, хипертония и други метаболитни заболявания (12, 13, 14). В Съединените щати увеличаването на количеството на диетата ω3 PUFA може да има роля при лечението на детско затлъстяване, усложнено от хиперлипидемия от 2014 г. (15). Някои проучвания показват, че значително увеличение на енергийните разходи е придружено от загуба на тегло както при слаби, така и при затлъстели индивиди (16, 17). Ефектът от ω3 PUFA обаче върху енергийните разходи в ранното хранене е несигурен.

В това проучване се симулира прехранване в ранен живот чрез коригиране на размера на постелята на мъжкия плъх Sprague-Dawley и интервенция с диета ω3 PUFA в продължение на 10 седмици след отбиването. Целта на настоящото проучване беше да се изследват ефектите от постнаталното прехранване и ω3 PUFA върху разхода на енергия при плъхове.

Методи

Животни

Това проучване е проведено в съответствие с препоръките за грижа и използване на лабораторни животни от Катедрата за експериментални животни на Медицинския университет в Нанкин. Изследването е одобрено от Комитета по етика на опитите с животни от Медицинския университет в Нанкин (номер на разрешение: 20130102-01). Плъховете Sprague-Dawley (Нанкин, Дзянсу, Китай) се поддържат с 12-часов цикъл светлина/тъмнина (цикъл светлина, 06: 00–18: 00; цикъл тъмнина, 18: 00–06: 00) и температура (22 ± 2 ° C) условия със свободен достъп до чешмяна вода и стандартната лабораторна диета за гризачи. С изключение на интраперитонеалния тест за толерантност към глюкоза, плъховете не са претърпели инвазивни операции в този експеримент. В допълнение, TSE LabMaster (TSE Systems, Бад Хомбург, Германия) беше използван за имитиране на нормалната среда на живот на плъховете и плъховете не получиха аналгетици по време на това проучване. В края на експеримента плъховете се упояват чрез интраперитонеално инжектиране на хлоралхидрат след гладно през нощта (12 часа). Всички усилия бяха положени да минимизират страданието и да намалят броя на животните, използвани в това проучване. В този експеримент не е имало неволна смърт на плъхове.

Експериментален дизайн

Женските плъхове бяха свързани с време и мъжките кученца от плъхове на Sprague-Dawley бяха разпределени на случаен принцип между майките, за да се приспособят към размерите на постелята от три малки на котило или десет малки на котило, за да предизвикат ранно постнатално прехранване или нормално хранене на ден след раждането (P3 ) (18). След отбиването на малките NL бяха хранени със стандартната лабораторна диета за гризачи (NL група) (19), а SL плъховете получиха или стандартната лабораторна диета за гризачи (SL група), или ω3 PUFA диета (SL-FO група) за 10 седмици. Диетите и техните хранителни състави са показани в Таблица 1. Всички животни са настанени по три на клетка след отбиване. Телесното тегло и приема на храна се наблюдават през целия живот.

В W3 и W13 плъховете бяха наблюдавани в персонализирана клетка с индиректна система за мониторинг на калориметрията и двигателната активност (TSE LabMaster) (20). Калориметричната система на инструмента представлява система с отворен кръг, която определя консумацията на O2, производството на CO2 и съотношението на дихателния обмен (RER =Vco2 /Vo2). Базираща се на фотолъч система за мониторинг на активността открива и записва всяко амбулаторно движение на плъхове във всяка клетка. За да се приспособят към тестовите камери, плъховете се поставят в метаболитните клетки за 72 h и след това се наблюдават за допълнителни 24 h. Данните от последните 24 часа бяха използвани за изчисляване на всички параметри, за които бяха докладвани резултатите, и бяха изчислени кумулативните енергийни разходи и двигателната активност през 24 часа. Плъховете имаха свободен достъп до храна и чешмяна вода, докато бяха в обичайните клетки.

Телесна температура

При W3 и W13 телесната температура на плъховете се оценява чрез измерване на ректалната температура с помощта на ректална термозонда (прецизни термометри от серия MC-347, Omron Temperature, Dalian, Китай).

Събиране на серум и тъкани

Плъховете се упояват чрез интраперитонеално инжектиране на хлоралхидрат (300 mg/kg телесно тегло) след гладуване през нощта (12 часа). Кръв се получава от дясната камера и серумът се отделя чрез центрофугиране при 2000ж за 15 минути. Отделеният серум се съхранява при -70 ° C за последващо определяне на биохимичните параметри. Епидидималната и ретроперитонеалната бяла мастна тъкан се дисектира и претегля и всички тъкани се замразяват бързо в течен азот и се съхраняват при -70 ° C.

Тест за интраперитонеален глюкозен толеранс

Тестът за интраперитонеален глюкозен толеранс (IPGTT) се извършва, както е описано по-горе. Накратко, плъховете бяха на гладно през нощта при W13. След това се взема кръвна проба от опашната вена и се инжектират интраперитонеално 2,0 g D -глюкоза (50% разтвор във физиологичен разтвор) на килограм телесно тегло. Кръвта се събира от опашната вена на интервали от 30, 60 и 120 минути след инжектирането на глюкозата и нивата на глюкозата се измерват с глюкометър (Accu-Chek, Roche Diagnostics, Mannheim, Германия).

Биохимичен анализ

Общият холестерол в серума, триглицеридите и липопротеините с висока плътност бяха измерени с помощта на ензимни колориметрични тестове съгласно протоколите на търговските комплекти за клинична диагностика (TCHOD-PAP реактивен комплект 20090, GPO-PAP реактивен комплект 20080, BIOSINO BIO, Пекин, Китай) в анализатор на Olympus AU400 (Olympus Diagnostics, Холистън, САЩ).

Статистически методи

Стойностите бяха нанесени като средна стойност ± SD. Значителни разлики между NL и SL на плъхове при W3 и W13 бяха анализирани с помощта на несдвоени т-тестове. При W13 се извършват статистически анализи между групи плъхове, като се използва еднопосочен дисперсионен анализ (ANOVA), последван от post hoc Тест на Bonferroni. A P-стойност

Резултати

Телесно тегло, тегло на мастната тъкан и прием на храна

Телесното тегло на SL е значително увеличено в сравнение с това на NL при W3 (P Фигура 1

диетата

SL (9,60 ± 0,22 g) показват по-голям прием на храна в сравнение с NL (7,05 ± 0,20 g, P Фигура 2

Серумни липиди

При W13 общото ниво на триглицеридите в SL (0.77 ± 0.10 mmol/l) е по-високо от NLs (0.40 ± 0.05 mmol/l), P Фигура 3

Телесна температура

Базалната ректална температура беше анализирана, показвайки, че ректалната температура в NLs (36,82 ± 0,29 ° C) при W3 е по-висока от тази в SL (35,73 ± 0,34 ° C), P= 0,04) и продължи до W13 (35,35 ± 0,17 срещу 34,03 ± 0,13 ° C, съответно, P Таблица 2 Телесна температура при W3 и W13 (° C)

Разходи за енергия и амбулаторна дейност: Потребление на O2 и производство на CO2

Както е показано на фигура 4, консумацията на O2 на SL (3 621,07 ± 206,81 ml/h/kg) е по-ниска от NL (4 007,25 ± 286,90 ml/h/kg), P= 0,02, Фигура 4а) след отбиване и продължаване до зряла възраст (1397,49 ± 124,75 срещу 1,810,79 ± 78,80 ml/h/kg, съответно, P Фигура 4

Съотношение на дихателната обмяна

В сравнение с NLs (0.93 ± 0.01), отглеждането на SL предизвиква значително увеличение на RER (0.96 ± 0.02), P= 0,01, Фигура 5а) при W3. След отбиването не се наблюдава разлика в RER между NL и SL, като се има предвид стандартната диета за 10 седмици. RER на SL-FOs (0.90 ± 0.02) обаче е по-нисък от този на SL (0.92 ± 0.03, P= 0,04, фигура 5б) и не се различава статистически от NLs. Освен това RER в NL и SL-FO през деня е по-нисък от този през нощта в W13, но няма разлика в SL (данните не са показани).

Производство на топлина

Производството на топлина през деня е по-ниско от това през нощта при W13 при плъхове NL, SL и SL-FO (данните не са показани). Освен това общото производство на топлина в SL (18,11 ± 1,04 kcal/h/kg) е по-ниско от това в NLs (19,94 ± 1,44 kcal/h/kg), P= 0,03, фигура 6а) при W3 и се запазва до W13 (6,94 ± 0,66 срещу 8,97 ± 0,40 kcal/h/kg, съответно, P Фигура 6

Амбулаторна дейност

Подобно на производството на топлина, количеството активност през деня е по-ниско от това през нощта във всички групи при W13 (данните не са показани). Въпреки това, няма значителни разлики в амбулаторната активност между NL, SL и SL-FO при W3 или W13 (допълнителна фигура S1).

Дискусия

Хранителното състояние по време на критични прозорци, особено ранният постнатален период, играе важна роля за появата на основни заболявания в зряла възраст (21). В това проучване ние предизвикахме постнатално прехранване, като намалихме размера на постелята при плъхове, за да имитираме постнатално прехранване при хората, и установихме, че прехранването в ранен живот може да предизвика развитие на затлъстяване, да влоши толерантността към глюкозата и хиперлипидемията и да намали консумацията на O2 и производството на топлина от W3 до W13. Нещо повече, диетичната интервенция след отбиване с рибено масло повишава нивото на енергийни разходи и чувствителност към инсулин и подобрява хиперлипидемията в сравнение със стандартното хранене при SL. Следователно, прехранването след раждането може да предизвика програмно въздействие върху разхода на енергия, което може да допринесе за развитието на затлъстяване и други метаболитни промени при възрастни плъхове. В същото време диетата ω3 PUFA обърна програмните ефекти, предизвикани от ранното постнатално прехранване върху енергийните разходи, непоносимостта към глюкоза, нивата на липидите в кръвта и наддаването на тегло.

В допълнение към приема на храна и енергийните разходи, съставът на субстратния микс, използван за генериране на енергия, също влияе върху енергийния метаболизъм (27, 36). RER е изведен като корекция за оползотворяване на горивото и отразява източника на гориво при изследвани условия (37). Високият RER показва, че се използват предимно въглехидрати, докато ниският RER предполага окисляване на липидите (38, 39). В настоящото проучване открихме, че малките отпадъци увеличават RER и намаляват консумацията на O2 при отбиване и не се наблюдава разлика в RER между NL и SL, предвид стандартната диета след отбиването. Доказано е, че консумацията на мляко в SL е по-висока от тази в NL, особено на триглицеридите на млякото (24). След отбиването съставът и консумацията на храни в SL не показват разлики от тези на NL. Следователно можем да предположим, че различният режим на RER при отбиване и зряла възраст на плъхове SL може да е свързан с приема на хранителни вещества. Повишеното RER в модела SL предполага намаляване на мобилизацията на съхраняваните липиди и че енергийният източник е преминал към глюкоза, което намалява окисляването на липидите и увеличава затлъстяването. Освен това окисляването на глюкозата изисква по-малко консумация на O2.

Изследванията предполагат, че съставът на мастните киселини в диетата може да повлияе диференцирано на метаболизма, като по този начин играе роля в развитието или профилактиката на затлъстяването. Диетите с високо съдържание на мазнини могат да доведат до излишен прием на енергия и съхранение в мастната тъкан (40). За разлика от наситените мастни киселини, увеличаването на количеството PUFAs в диетата играе важна роля в хиполипидемичните и намаляващи теглото свойства (41). В допълнение, ω3 PUFA подобрява метаболитния профил чрез регулиране на термогенните маркери в кафява мастна тъкан (42), насърчавайки образуването на бежови адипоцити и митохондриалната функция (43). В това проучване интервенцията след отбиване с рибено масло, богато на ω3 PUFA, намалява наддаването на телесно тегло, подобрява чувствителността към инсулин и хиперлипидемията, увеличава производството на CO2, консумацията на O2 и производството на топлина и възстановява ректалната температура ефективно при плъхове SL-FO. В допълнение, диетата с рибено масло повишава окисляването на мазнините и променя използването на гориво, като намалява RER при плъховете SL-FO.

Известно е, че енергийният прием и физическата активност увеличават общите енергийни разходи. Освен това излагането на студ при бозайниците може да сведе до минимум разсейването на топлината и да увеличи производството на топлина (44). Установихме обаче, че постнаталното прехранване и ω3 PUFA диетичната намеса не засягат физическите дейности или нормалния циркаден ритъм на плъхове, а експерименталният модел или броят на пробите може да са отговорни за тази находка. В допълнение, системата TSE е оборудвана с отоплително и охлаждащо оборудване, за да поддържа камерата при постоянна равномерна температура. Следователно, ефектите от температурата, диетичната енергия и количеството активност върху енергийните разходи на плъховете бяха елиминирани.

В настоящото проучване демонстрирахме, че ранната постнатална среда може да има програмно влияние върху телесното тегло и енергийната хомеостаза в зряла възраст. Последните проучвания показват, че прекомерното хранене по време на непосредствения постнатален период при гризачи води до трайни ефекти върху централната нервна организация (45, 46), циркулиращи концентрации на хормони (47, 48), препрограмиране на кафявата мастна адаптивна термогенеза (49), и свързаната със затлъстяването генна експресия в мастната тъкан (50, 51, 52) и че това може да са ключовите механизми за появата на неблагоприятни метаболитни резултати в късния живот. Следователно, нашето проучване е оправдано, за да изясни механизмите на ранното програмиране и диетичната намеса за енергийните разходи в бъдеще.

В обобщение, прехранените плъхове след раждането имат намалени нива на енергийни разходи от постнаталното до зряла възраст и повишено телесно тегло и наддаване на тегло. За разлика от тях, диетата с рибено масло увеличава производството на CO2, консумацията на O2 и производството на топлина и предотвратява натрупването на излишни мастни киселини в прехранените плъхове в ранен живот. Някои проучвания повдигат възможността диетите с рибено масло да са потенциален терапевтичен вариант за предотвратяване и намаляване на развитието на затлъстяване и други метаболитни заболявания. Тези открития биха могли да ни помогнат да разберем по-добре механизма на диетата ω3 PUFA при предотвратяване и намаляване на неблагоприятните резултати от програмирането при възрастни.

Препратки

Assaad H, Yao K, CD Tekwe и др. Анализ на енергийните разходи при затлъстели плъхове, предизвикани от диета. Front Biosci (Landmark Ed) 2014;19.: 967–85.

Park J, Morley TS, Kim M и др. Затлъстяването и ракът - механизми, лежащи в основата на прогресията и рецидивите на тумора. Nat Rev Endocrinol 2014;10: 455–65.