Резюме

Затлъстяването се превръща в един от най-тежките глобални здравословни проблеми. Въпреки това, рискът от развитие на затлъстяване с нормално тегло, при което индивидът има висок процент телесни мазнини въпреки нормалния индекс на телесна маса, придобива внимание, тъй като такива индивиди също развиват системно възпаление и метаболитна дисрегулация.

В това проучване младежки (3-седмични) и възрастни (8-седмични) плъхове са били хранени с високомаслена диета (HFD) в продължение на 9 седмици и са ги сравнявали с нормално хранени плъхове с чау-чау (NCD). Групата за възрастни, хранена с HFD, показва увеличение на енергийния прием, телесно тегло (BW), обща мастна тъкан, висцерална мастна тъкан и подкожна мазнина в сравнение с възрастово съвпадаща група с НИЗ. В допълнение, процентът на мускулна маса спрямо BW в групата на възрастните с HFD е значително по-нисък в сравнение с групата с NCD. Когато храненето с HFD започна от младежкия етап, почти нямаше разлики в енергийния прием и BW между групите с HFD и NCD. Въпреки това, групата на младежите с HFD показва 1,7-кратно увеличение на общата мастна тъкан, висцералната мастна тъкан и подкожната мастна тъкан в сравнение с тяхната група, съответстваща на възрастта за НИЗ. Процентът на мускулна маса спрямо BW е значително по-нисък в групата на младежите с HFD в сравнение с групата с NCD. В допълнение, повишени плазмени нива на инсулин и намалена инсулинова чувствителност се наблюдават само при младежка група с HFD, но не и при възрастни HFD група. Тези резултати предполагат, че HFD храненето в периода на растеж предизвиква инсулинова резистентност и затлъстяване с нормално тегло.

Тук ще покажем метод за генериране на модел на затлъстяване с нормално тегло, както и повишаване на алармата за развитие на затлъстяване с нормално тегло, когато децата са изложени на храна с високо съдържание на мазнини.

Въведение

Разпространението на затлъстяването е един от най-тежките здравословни проблеми в световен мащаб [1]. „Затлъстяването“ се определя като индекс на телесна маса (ИТМ), по-голям или равен на 30 според класификацията на Световната здравна организация, с необичайно или прекомерно натрупване на мазнини, което може да влоши здравето. Поради своята простота, ИТМ е широко използван за валидиране на затлъстяването в множество епидемиологични проучвания. Последните проучвания обаче разкриват високото разпространение на лица с нормално затлъстяване с тегло [2,3,4], което се определя като индивиди с нормално тегло и нормален ИТМ, но с висок процент мазнини (> 20% при мъжете и> 30% при жени) [2]. Известно е, че хората със затлъстяване с нормално тегло имат нарушен метаболизъм и следователно са изложени на висок риск от развитие на метаболитен синдром и кардиометаболитна дисфункция; такива индивиди имат и по-висока смъртност [5, 6].

Съвременният начин на живот се характеризира с липса на физическа активност и прекомерен енергиен прием от висококалорична диета както при деца, така и при възрастни. В младежката фаза животните, включително хората, са в драматичен период на растеж и имат много различни енергийни метаболизми и правила за хранене в сравнение с възрастните животни [7]. В предишното си проучване показахме, че невроните в вентралната тегментална област, които регулират храненето и енергийния метаболизъм, показват неразвити свойства при отбитите плъхове [7]. По този начин може да се счита, че младите животни, които са в драстичен период на растеж, лесно се влияят от баланса на храненето.

Предишни доклади разкриха, че диетата с високо съдържание на мазнини (HFD) на етапа след отбиването засяга психичните и физиологичните функции на младите животни. Консумацията на HFD след отбиването повишава тревожното поведение чрез намаляване на серотонинергичната имунореактивност при макаци [8] или води до лезии на растежен хрущял с увеличаване на плазмените нива при маркери на хронично възпаление [9]. Острото излагане на HFD уврежда хипокампалната функция по начин, зависим от глюкокортикоидни рецептори при млади плъхове [10]. Тези доклади предполагат, че HFD храненето при непълнолетни животни води до дисфункция на мозъка и костите. Няма обаче съобщения, които да изследват ефектите, свързани с метаболитния синдром, когато непълнолетните животни са били изложени на HFD. Ние предположихме, че излагането на младежи на HFD може да насърчи по-тежко състояние на затлъстяване и метаболитен синдром в сравнение с излагане на възрастни на HFD.

В настоящото проучване имахме за цел да изследваме ефектите на HFD върху енергийния прием и метаболизма на мазнините и глюкозата в ранен етап от живота. Данните от настоящото проучване показват по-големия ефект на HFD върху енергийния метаболизъм в ранен етап и могат да предизвикат затлъстяване с нормално тегло. Това проучване предоставя метода за генериране на модел на затлъстяване с нормално тегло и предполага значението на оценката не само на ИТМ, но и на нивото на натрупване на мазнини при оценка на здравословното състояние на човека.

материали и методи

Животни

Мъжки плъхове Wistar на възраст 3 седмици (непълнолетни) и 8 седмици (възрастни) са закупени от Japan SLC (Shizuoka, Япония).

Животните бяха поддържани на 12-часов цикъл светлина/тъмнина (светлина от 7:00 AM до 19:00 PM) и им се даваше конвенционална храна (нормална чау диета [NCD]; CE7 или диета с високо съдържание на мазнини [HFD]; HFD32; Clea, Осака, Япония) и вода ad libitum. % Kcal от всяка съставка е както следва. NCD - протеин 20,5%, мазнини 10,1%; и HFD - протеини 20,1%, мазнини 56,7%.

Експерименталните процедури и грижите за животните се извършват съгласно Комитета по грижа и употреба на животните в Медицинския университет в Фукушима.

Измерване на енергийния прием и BW

Непълнолетните и възрастните плъхове бяха разделени на две групи; NCD група и HFD група. Групите бяха хранени със съответните си диети в продължение на 63 дни, а приемът на храна и BW бяха измервани веднъж на всеки 3 дни, в 17:00 часа. След 63 дни на групите бяха дадени диети до измерване на мастната маса, тест за глюкозен толеранс и инсулинов толеранс (до 72 дни).

Тест за толерантност към глюкоза (GTT) и тест за толерантност към инсулин (ITT)

Тест за толерантност към глюкоза и тест за толерантност към инсулин са проведени съответно на 69 и 72 ден след започване на NCD или HFD. За да се предотврати ефектът на GTT върху енергийния прием и BW, животните получават 3-дневен интервал между GTT и ITT. По този начин, ITT беше извършен на 72. ден. Към този момент плъховете бяха на 13 седмици (група за младежи) и на 18 седмици (група за възрастни). В тестовия ден животните бяха лишени от храна, започвайки от 9:00 ч. Сутринта. След това, в 14:00 ч. Плъховете бяха интраперитонеално инжектирани с 2 g/kg/10 ml глюкоза (Otsuka Pharmaceuticals, Токио, Япония) или 1 IU/kg инсулин (Humulin R, Eli Lilly Japan, Kobe, Япония). Кръвта се събира от отрязан връх на опашката и нивата на глюкозата се измерват с глюкометър (Glutest every, Arkray, Kyoto, Japan) на 0 минути (преди инжектиране), както и на 15 минути, 30 минути, 60 минути и 120 минути след инжекция с глюкоза или инсулин.

Измерване на нивата на инсулин

Изследвано е ниво на секреция на инсулин по време на GTT. В деня на експеримента, животните бяха лишени от храна в 9:00 ч. След това плъховете бяха интраперитонеално инжектирани с 2 g/kg/10 ml глюкоза (Otsuka Pharmaceuticals, Токио, Япония) в 14:00 PM. Кръвни проби (приблизително 50 μl) бяха събрани отрязани върха на опашката преди (0 минути) и 30 минути, 60 минути и 120 минути след инжектирането на глюкоза. Кръвните проби се центрофугират при 4 ° С при 4000 об/мин за 10 минути. След центрофугиране се събират плазмени проби и се съхраняват при - 80 ° C до деня на анализа на инсулина.

Плазменият инсулин се измерва с помощта на инсулинов комплект ELISA (Morinaga Ultra Sensitive Mouse/Rat инсулин ELISA Kit, Morinaga Institute of Biological Science, Йокохама, Япония). Прецизността в рамките на проби и между пробите беше, C.V. ≤ 10% съответно.

Измерване на мускулите, висцералните мазнини и подкожните мазнини

На 66 дни след стартиране на NCD или HFD се използва компютърна томография (CT) с помощта на системата La Theta LCT-200 (Hitachi Aloka Medical, Mitaka, Токио, Япония) за измерване на мускулна маса, както и на висцерална и подкожна мастна маса, както е описано по-рано [11]. Използвани са държачи с вътрешен диаметър 120 mm. Животните бяха сканирани под изофлуранова анестезия. Анестезията се индуцира в малка акрилна кутия, използвайки поток от 500 ml/min O2 с 5% изофлуран и се поддържа в скенера чрез конус на носа, осигуряващ 200 ml/min 2.0% изофлуран. Извършени са CT сканирания от 1-ва лумбална част на гръбначния стълб (L1) до 4-ти сакрален прешлен (S4). Към този момент плъховете бяха на 12 седмици (група за младежи) и на 17 седмици (група за възрастни).

Статистически анализ

Всички данни бяха представени като средно ± SEM. Анализът на разликата между времето и факторите на лечение в BW и енергийния прием в продължение на 63 дни, промяната на нивата на кръвната глюкоза в GTT и ITT експеримента между NCD и HD групите бяха извършени чрез двупосочен ANOVA, последван от тест с множество обхвати на Tukey. Т-тестът на Student беше използван за сравнения на две групи: сравнение на общата мазнина (%), подкожната мастна маса, висцералната мастна маса, мускулната маса и мускулите/BW (%) от CT сканирането и нивата на инсулин в плазмата във всяка точка от време. P

Резултати

Ефектът на HFD върху енергийния прием и BW при млади и възрастни плъхове

В групата за възрастни, храненето с HFD значително увеличава BW (фиг. 1а; F1, 294 = 122,14, P 0,05) между групите NCD и HFD по време на измерване.

излагане

Ефектът на HFD върху глюкозния и инсулиновия толеранс при млади и възрастни плъхове

При възрастни плъхове кръвната глюкоза в групата с HFD е била значително по-висока на 30 и 60 минути след инжектиране на глюкоза в сравнение с групата с NCD (Фиг. 1д, F1, 24 = 6.18, P 0,05).

Групата за младежи, групата с HFD, показва значително по-висока кръвна захар както в GTT, така и в ITT във всички времеви точки (F1, 24 = 27,13, P Фиг. 2

В групата на младежите няма значителни разлики в BW между групите с NCD и HFD, дори след 66 дни хранене с HFD (Фиг. 2k). Както е показано на фиг. 2l, външният вид на плъховете, хранени с HFD, е почти същият като този на плъховете, хранени с NCD. Въпреки това, по-голямо натрупване на мазнини се наблюдава при плъхове, хранени с HFD (фиг. 2m-p), като процентът на общата мазнина е 26,1 ± 1,6%, което е значително по-високо в сравнение с групата с NCD (16,3 ± 0,6%) (фиг. 2q ). Подкожната мастна тъкан и висцералната мазнина при плъхове, хранени с NCD, са съответно 12,3 ± 0,4 g и 11,6 ± 0,8 g. Въпреки това, подкожната мастна тъкан и висцералната мазнина при плъхове, хранени с HFD, са съответно 20,3 ± 1,8 g и 19,5 ± 1,3 g. Както подкожната, така и висцералната мастна тъкан са значително по-високи в групата с HFD (1,7 пъти) в сравнение с групата с NCD (фиг. 2r). Мускулната маса при плъхове, хранени с NCD и HFD, е съответно 121,0 ± 3,4 g и 112,5 ± 1,5 g. Мускулната маса беше леко, но не значително (P = 0,06), по-ниска в групата с HFD (фиг. 2s). Процентът на мускулната маса към BW обаче е значително по-нисък в групата с HFD (NCD: 39,4 ± 0,3%, HFD: 37,3 ± 0,6%) (фиг. 2т).

Тези данни предполагат, че натрупването на мазнини е настъпило в групата на младежите, хранени с HFD, без да се увеличава BW.

Дискусия

Анализът на ефектите от HFD върху групата за младежи и възрастни разкрива, че ранната възрастова намеса на HFD предизвиква затлъстяване с нормално тегло. Въпреки че HFD индуцира по-висок коефициент на BW в групата за възрастни, с по-висок енергиен прием, той не увеличава енергийния прием или BW повече в групата на младежите, отколкото при плъховете с HFD. Въпреки това, в групата на младежите, хранени с HFD, са наблюдавани по-високи увеличения на общите мазнини, висцералните мазнини, подкожната мастна тъкан, секрецията на инсулин, нивото на глюкозата на гладно без промяна в BW. Това състояние се счита за затлъстяване с нормално тегло. Петмесечната експозиция на HFD на 4-седмични млади мишки също не показва промяна в BW в сравнение с контролни диети, хранени с мишки [12]. По този начин това явление се счита за често срещано между плъхове и мишки. В това проучване се фокусирахме само върху мъжки плъхове. Съобщава се обаче, че заболеваемостта от затлъстяване с нормално тегло е значително по-висока при жените, отколкото при мъжете при хората [13, 14]. Необходимо е допълнително проучване на половите различия и ефекта от излагането на HFD на женски млади плъхове.

Що се отнася до енергийния прием, групата за възрастни с HFD показа по-висок енергиен прием от началото на храненето с HFD. Това съответства на предишните проучвания, показващи, че енергийният прием е значително по-висок при плъхове, хранени с HFD, в сравнение с плъхове, хранени с NCD през първите пет до 6 дни и след това намаляват [7, 15]. HFD е изключително вкусна храна и е известно, че стимулира зоната, свързана с възнаграждението, като вентрална тегментална зона (VTA) на мозъка. Невроните в VTA се състоят от допаминови неврони (

65%) и GABA неврони (

30%) [16,17,18,19]. VTA допаминовите неврони са известни като критични медиатори при хранене с възнаграждение [20], а проекцията от допаминови неврони към ядрото на акумула (NAc) насърчава търсенето и консумацията на награда [21, 22]. Тъй като GABA невроните в VTA директно потискат активността и възбудимостта на съседните допаминови неврони [16], GABA невроните също играят критична роля за регулиране на храненето, свързано с възнаграждението. Може да се счита, че HFD храненето стимулира допаминовите неврони и насърчава свързаното с възнаграждение хранене при започване на HFD хранене при възрастни плъхове в това проучване.

Този феномен обаче, който HFD насърчава по-висок енергиен прием, не се наблюдава в групата на младежите и почти няма разлики в енергийния прием при младежки плъхове, хранени с HFD и NCD. Това може би се дължи на незрялостта на GABAnergic невроните в VTA на млади плъхове. Нашето предишно проучване разкри, че хиперактивността на допаминовите неврони при VTA на младежки плъхове в сравнение с тази на възрастни се предизвиква от неразвитите свойства на GABA невроните, което води до по-малко инхибиторен принос към допаминовите неврони [7]. Това се счита за основен механизъм за непълнолетни плъхове да предизвикат максимален енергиен прием, независимо от HFD или NCD, за да се насърчи растежът [7].

Въпреки това, дори при същия калориен прием, HFD е известно, че предизвиква значително по-голямо увеличение на BW в сравнение с NCD при възрастни плъхове [23]. Нашето предишно проучване разкри, че HFD храненето увеличава двигателната активност чрез неразвити свойства на GABA невроните в VTA и намалява инхибиторния принос към допаминовите неврони, което води до хиперактивност на допаминовите неврони в VTA на млади плъхове [7]. По този начин фактът, че няма разлики в BW между HFD и NCD, хранени с непълнолетни плъхове в настоящото проучване, може да се обясни с увеличаване на енергийните разходи след повишена двигателна активност.

Освен това, натрупването на мазнини е еднаква в групата на HFD, хранени с възрастни (1,7–1,8 пъти в сравнение с възрастни, хранени с NCD) и HFD, хранени с младежи (1,7 пъти в сравнение с младежи, хранени с NCD). Въпреки това, повишаване на секрецията на инсулин, нивото на глюкозата на гладно и намаляване на инсулиновата чувствителност се наблюдава само в групата на HFD, хранена с младежи. Тези данни показват метаболитна уязвимост към HFD-индуцирано натрупване на мазнини при младите плъхове. HFD храненето предизвиква липотоксичност и метаболитно възпаление в различни органи, като мозъка, мускулите и панкреаса [25]. Счита се, че тези тъкани на младите животни са в етап на развитие и следователно са все още незрели [7, 26, 27]. Това може да обясни защо е установено по-голямо въздействие на метаболизма на глюкозата при развиване на млади плъхове от зрели възрастни плъхове.

Настоящите данни предполагат, че HFD храненето от ранен живот може да предизвика затлъстяване с нормално тегло след узряване. Това е в съответствие с предишно проучване, което също съобщава, че ранното хранене с HFD не води до значително увеличаване на теглото и увеличаване на епидидималната и ретроперитонеалната мастна тъкан [28]. Напоследък се съобщава, че в допълнение към затлъстяването с наднормено тегло, затлъстяването с нормално тегло също е свързано с метаболитни нарушения и повишен риск от метаболитен синдром и сърдечно-съдови заболявания [5, 29]. В допълнение, пациентите със затлъстяване с нормално тегло са имали значително по-високи нива на възпалителни цитокини и по-високи концентрации на IL-6 от тези при пациенти със затлъстяване и затлъстяване [30]. Освен това, пациентите със затлъстяване с нормално тегло са изложени на значително повишен риск от сърдечно-съдови събития и смъртност, отколкото пациентите със затлъстяване и затлъстяване [30].

Понастоящем затлъстяването се оценява само с ИТМ, поради неговата простота и валидиране в диагнозата. ИТМ обаче не е идеален индекс за оценка на затлъстяването, тъй като се изчислява, като се използват само височина и BW; по този начин е трудно да се разграничи мазнината от слабата маса. Предишно проучване предполага важността на използването на директно измерване на затлъстяването [30]. Настоящото проучване показа, че въпреки нормалното тегло, наблюдавани са повишени висцерални мазнини, глюкоза на гладно, секреция на инсулин и непоносимост към глюкоза, когато плъховете са били хранени с HFD, на възраст от 3 седмици. Настоящото проучване ясно показва важността на разглеждането на състава на мазнините и слабата маса за оценка на затлъстяването и за укрепване на здравето.

Като се има предвид здравният риск от затлъстяване с нормално тегло, са необходими допълнителни проучвания. Ние вярваме, че моделът на животни със затлъстяване с нормално тегло, показан в настоящото проучване, е лесен за генериране и е идеален за такива изследвания.

В заключение, нашето проучване подкрепя идеята, че храненията с високо съдържание на мазнини в критични периоди на растеж могат да предизвикат нормално затлъстяване при деца, което постепенно ще се превърне в затлъстяване с наднормено тегло в зряла възраст. Той подчертава значението на балансираното хранене, започващо в ранен живот.

Наличност на данни и материали

Наборите от данни, използвани и анализирани по време на настоящото проучване, се предоставят от съответния автор при разумна заявка.