Редактирано от Антъни Керами, Институтът Кенет С. Уорън, Кичаван, Ню Йорк, и одобрено на 25 март 2003 г. (получено за преглед на 18 октомври 2002 г.)

гладуване

Резюме

Доказано е, че диетичните ограничения имат няколко ползи за здравето, включително повишена чувствителност към инсулин, устойчивост на стрес, намалена заболеваемост и увеличена продължителност на живота. Механизмът остава неизвестен, но се предполага необходимостта от дългосрочно намаляване на приема на калории, за да се постигнат тези ползи. Ние съобщаваме, че когато мишките C57BL/6 се поддържат с режим на ограничено хранене с периодично гладуване (алтернативен ден), общият им прием на храна не се намалява и се поддържа телесното им тегло. Независимо от това, периодичното гладуване води до благоприятни ефекти, които отговарят или надвишават тези на калоричното ограничение, включително намалени нива на серумна глюкоза и инсулин и повишена устойчивост на невроните в мозъка към екситотоксичен стрес. Следователно периодичното гладуване има благоприятни ефекти върху регулирането на глюкозата и невронната устойчивост на нараняване при тези мишки, които са независими от приема на калории.

Ограничаването на калорийния прием кара ограничената популация да тежи пропорционално по-малко от групата, хранена с AL. Всъщност намаляването на теглото обикновено леко надвишава степента на ограничаване на храната, така че приемът на храна на грам телесно тегло постоянно се отчита като малко по-висок при LDF животни, отколкото при техните аналози, хранени с AL (11). Плъховете и мишките обикновено отслабват, когато се поддържат в режим на IF, въпреки че някои щамове като мишки C57BL/6 могат да отслабнат малко или никак (12). Съобщава се, че както парадигмите IF, така и LDF водят до драстично увеличаване на продължителността на живота в сравнение с животните, хранени с AL (13), но малко друго е известно относно приликите и разликите в техните ефекти.

Изглежда разумно да се предположи, че както LDF, така и IF парадигмите на DR удължават живота чрез общ механизъм. За да получим представа за същността на основния механизъм, сравнихме ефектите от диетите с LDF и IF върху няколко параметъра, за които се предполага, че играят роля в защитните ефекти на DR, включително телесно тегло, прием на храна и нива на гладно на серумен инсулин, глюкоза и инсулиноподобен растежен фактор 1 (IGF-1). В допълнение, скорошни проучвания показват, че плъховете и мишките, поддържани по IF режим, показват повишена устойчивост на невроните в мозъка им към обиди, свързани с патогенезата на няколко различни човешки неврологични нарушения, включително епилептични припадъци и инсулт (6, 8, 14). Поради това проведохме експеримент, за да определим дали диетите с LDF и IF имат подобно благотворно въздействие върху невроните в мозъка.

Материали и методи

Животни и измерване на телесното тегло и приема на храна.

Вземане на кръв и анализи.

На 29-седмична възраст всички мишки са гладували 14 часа преди отнемането на кръвта. Кръвта се отстранява чрез интраорбитално кървене под изофлуранова анестезия и се изолира серум. В предварителни проучвания установихме, че концентрациите на глюкоза в кръвни проби от гладни мишки, събрани непосредствено след мишките, които се поддават на инхалационната анестезия на изофлуран (в рамките на 1 минута след излагане на анестетика), са по същество идентични с концентрациите на глюкоза в кръвни проби от убити гладни мишки чрез обезглавяване в рамките на 10 секунди след изваждането им от клетката. Концентрациите на глюкоза и инсулин се определят чрез използване на метода на глюкозооксидазата (15) и RIA (16), съответно. Концентрациите на IGF-1 се определят с помощта на набор за анализ на ензимен имуносорбент (Diagnostic Systems Laboratories, Webster, TX), а концентрациите на β-хидроксибутират се определят чрез анализ, който измерва окислението на β-хидроксибутират до ацетоацетат, като се използва комплект, закупен от Сигма. Статистическите сравнения бяха направени с помощта на еднофакторна ANOVA; ако е значимо, са направени двойни сравнения чрез използване на двустранен t тест, приемащ неравна дисперсия.

Администриране на екзитотоксин и количествено определяне на невронните щети.

Резултати и дискусия

Ефекти на IF и LDF върху нивата на серумна глюкоза, инсулин, IGF-1 и β-хидроксибутират. Серумните концентрации на глюкоза (a), инсулин (b), IGF-1 (c) и β-хидроксибутират (d) са количествено определени при мишки, които се поддържат в продължение на 20 седмици при посочените режими на хранене. Стойностите са средната стойност и SEM на определянията, направени при осем мишки на група. Статистическите сравнения на групата, хранена с AL, са обозначени със * и на PF групата с †: * и †, P ≤ 0,05; ** и ††, P ≤ 0,01; *** и †††, P ≤ 0,001.

Известно е, че гладуването води до повишено производство на кетонни тела, които могат да се използват като енергиен източник (23, 24) и е известно, че осигуряват някои защитни ефекти, включително невропротекция и устойчивост на епилептични припадъци (25–27). Следователно измерихме серумни нива на β-хидроксибутират след еднодневно гладуване при мишки, които бяха поддържани на диети AL, LDF и IF. Мишките на IF диета показват двукратно увеличение на серумната концентрация на β-хидроксибутират на гладно в сравнение с мишки, хранени с AL (фиг. 2г). За разлика от тях, концентрацията на β-хидроксибутират на мишки при LDF диета е намалена в сравнение с мишки, хранени с AL.

IF превъзхожда ограничаването на калориите в защитата на хипокампалните неврони срещу екситотоксично увреждане. Мишки, които са били поддържани в продължение на 20 седмици на посочените диети, са били подложени на интрахипокампална инжекция на екситотоксин КА; PBS се инжектира в контралатералния хипокампус на всяка мишка. Мишките бяха убити 24 часа по-късно, короналните мозъчни секции бяха оцветени с крезил виолетово и броят на неповредените неврони в области CA3 и CA1 на хипокампуса беше количествено определен. Стойностите са средната стойност и SD на определянията, направени при осем мишки на група. (а) Представителни изображения, показващи оцветени с крезил виолет неврони в инжектирани с KA и PBS хипокампи на мишки от всяка диетична група. (b) Количествено определяне на щетите в хипокампи, инжектирани с PBS или KA. *, P * R.M.A. и Z.G. допринесе еднакво за тази работа.

↵ † Настоящ адрес: Изследователски институт на наветрените острови и Университет Свети Георги, Университетски център, Гренада, Западна Индия.

‡ Настоящ адрес: Merck and Company, Inc., Rahway, NJ 07065.

↵ § До кого трябва да се адресира кореспонденция на адрес: Национален институт за стареене, GRC 4F01, 5600 Nathan Shock Drive, Балтимор, MD 21224. E-mail: mattsonmgrc.nia.nih.gov .

Този документ беше изпратен директно (Track II) в офиса на PNAS.