Abstract

fundal Diferențele raportate în ceea ce privește efectele dietelor cu conținut scăzut și ridicat de carbohidrați asupra controlului greutății și sănătății metabolice sunt controversate. Am urmărit să examinăm dacă astfel de diete induc îmbunătățiri diferite ale compoziției corpului și ale toleranței la glucoză în condiții de restricție calorică (CR) la șoareci obezi.

sărace

Metode Șoarecii masculi C57BL/6J (n = 20) au fost hrăniți cu dietă obezogenă (45 și 17,5% kcal din grăsimi și zahăr) ad libitum timp de 18 săptămâni și apoi au fost supuși CR de 6 săptămâni care a crescut progresiv până la 40% folosind fie o dietă cu conținut scăzut de grăsimi (20, 60, 20% kcal din grăsimi, carbohidrați, proteine, n = 10) sau dietă cu conținut scăzut de carbohidrați (20, 60, 20% kcal din carbohidrați, grăsimi, proteine, n = 10). Șoarecii hrăniți cu dietă regulată chow ad libitum au servit drept controale (n = 10). Masa corporală, masa musculară a membrelor posterioare, masa grasă, consumul de energie și toleranța la glucoză au fost comparate între grupuri.

Rezultate Grupurile cu conținut scăzut de grăsimi și carbohidrați scăzuti au avut o masă corporală similară (p> 0,05) înainte de CR, care a fost cu 30% mai mare comparativ cu grupul martor (p 0,05). Pierderea în greutate s-a datorat în principal pierderii de grăsime în ambele grupuri. Cheltuielile de energie ale șoarecilor care se mișcă liber nu au diferit între grupuri (p> 0,05). Testul de toleranță la glucoză intraperitoneal îmbunătățit comparativ cu grupul martor (p 0,05).

Concluzii Conținutul de carbohidrați sau grăsimi dietetice atunci când proteina este echivalată nu joacă un rol semnificativ pentru compoziția corpului și beneficiile metabolice pentru sănătate ale restricției calorice la șoarecii obezi.

Introducere

Obezitatea este un factor de risc pentru multe boli cronice neinfecțioase, inclusiv boli cardiovasculare, accident vascular cerebral, diabet și cancer, care sunt principalele cauze de deces prematur în multe țări din întreaga lume (1-4). Prevalența obezității este în continuă creștere (5) și devine o amenințare la adresa prosperității economice și a securității naționale, deoarece identificarea soluțiilor pentru epidemia de obezitate se află pe agenda mondială (6, 7).

Se pare că modelul de șoarece consangvinizat este bine potrivit pentru a examina problema controversată despre importanța compoziției dietetice pentru rezultatele sănătății. Un avantaj cheie al acestor studii este că aportul de alimente poate fi controlat mult mai bine decât în ​​studiile la om și efectele imprevizibile ale factorilor genetici sunt reduse la minimum. Tulpina de șoarece C57BL/6J este predispusă la obezitate atunci când este hrănită ad libitum (20) și tolerează bine diferite diete cu diferențe mari în conținutul de carbohidrați și grăsimi (21, 22). Un studiu recent pe 29 de diete a demonstrat că conținutul de grăsimi din dietă a fost asociat cu un aport mai mare de energie și preponderență la obezitate la acești șoareci hrăniți ad libitum (23). Scopul nostru a fost să comparăm modificările compoziției corpului și adaptările metabolice ale tulpinii de șoarece C57BL/6J ca răspuns la două diete cu restricții energetice, cu diferențe mari în conținutul de carbohidrați și grăsimi (24). Ipotezăm că modificările compoziției corpului nu ar diferi între aceste două diete dacă se potrivesc pentru conținutul caloric total și caloriile derivate din proteine.

Materiale și metode

Animale și experimente

Studiul a fost realizat la Universitatea Sportivă Lituaniană cu aprobarea tuturor procedurilor de către Serviciul Alimentar și Veterinar de Stat Lituanian în 2018 (Ref. # G2 - 90). Perechile reproducătoare de tulpină de șoarece C57BL/6J au fost obținute din laboratorul Jackson (Bar Harbor, Maine, SUA) și șoareci masculi au fost utilizați în experiment. Șoarecii au fost adăpostiți la temperatura ambiantă de 20-21 ° C și 40-60% umiditate cu un ciclu alternativ de 12 ore de lumină/întuneric. După ce șoarecii înțărcați au fost găzduiți două până la cinci animale pe cușcă și au fost hrăniți ad libitum cu o dietă obișnuită pe bază de cereale de rozătoare (Kombi, Joniskio grudai, Lituania) și au avut acces nerestricționat la o apă de la robinet. La vârsta de 10 săptămâni, șoarecii (n = 30) au fost trecuți la dieta obezogenă bogată în grăsimi și zahăr (D12451, 45 și 17,5% kcal din grăsimi și zahăr, Research Diets, New Brunswick, NJ, SUA) timp de 18 săptămâni (25). Aceasta a fost urmată de restricție calorică de 6 săptămâni (CR), fie pe o dietă cu conținut scăzut de grăsimi (cu conținut scăzut de grăsimi, n = 10), fie cu o dietă săracă în carbohidrați (cu conținut scăzut de carbohidrați, n = 10). Zece șoareci cu greutate potrivită anterior CR au fost examinați ca martori obezi pre-dietă (Pre).

Intervenție dietetică

Faza de obezitate

După 10 săptămâni de expunere de 18 săptămâni la șoareci dietetici obezogeni au fost mutați în cuști separate și consumul de alimente a fost evaluat în fiecare săptămână pentru fiecare șoarece prin scăderea resturilor de alimente din alimentele furnizate inițial, cu corecții pentru efectul umidității asupra greutății peletelor. Aportul zilnic de energie (DEI) al șoarecilor a fost calculat după cum urmează:

Media de trei săptămâni a DEI din colonia noastră de șoareci a fost 0,42 ± 0,4 kcal · g -1 -1 zi -1 și doar șoarecii au câștigat cel puțin 20% din greutate comparativ cu grupul potrivit vârstei din dieta obișnuită (regulat, n = 10) au fost utilizate pentru studiul CR.

Faza de restricție calorică (CR)

Șoarecii obezi în vârstă de 28 de săptămâni au fost repartizați aleatoriu la unul dintre cele două grupuri CR și grupul Pre care a fost utilizat pentru evaluarea compoziției corpului și a metabolismului la momentul inițial. Pe parcursul a 6 săptămâni, CR a crescut treptat de la 20% (1 săptămână) la 30% (2-4 săptămâni) și 40% (5-6 săptămâni) din aportul de energie calculat în dieta obezogenă ad libitum. Aportul de energie în timpul fazei CR a fost estimat în mod individual pentru fiecare șoarece prin reducerea DEI cu gradul deficitului caloric și înmulțirea acestuia cu masa corporală inițială a animalului anterior CR. Cantitatea de alimente a fost corectată în funcție de densitatea calorică diferită a dietelor (4,1 și 5,2 kcal · g -1 pentru carbohidrați cu conținut scăzut de grăsimi și, respectiv, cu conținut scăzut de carbohidrați) pentru a obține un conținut total egal de energie și proteine ​​în diete, adică 20, 60 și 20% kcal din grăsimi, carbohidrați și proteine ​​pentru conținut scăzut de grăsimi (D17100401, Research Diets, New Brunswick, NJ, SUA) și 20, 60 și 20% kcal din carbohidrați, grăsimi și proteine ​​pentru conținut scăzut de carbohidrați (D12492, Cercetare Diets, New Brunswick, NJ, SUA), respectiv. Detalii despre compoziția macronutrienților și sursele dietelor sunt prezentate în tabelul suplimentar 1.

Compoziția detaliată a macronutrienților dietelor furnizate de un producător (Research Diets Inc.)

Toleranță la glucoză

Au fost efectuate teste de toleranță la glucoză intraperitoneală în 6 puncte (IPGTT) după un post peste noapte în ultima săptămână a 6-a CR. IPGTT a început la 8:00 - 9:00 a.m. Șoarecii au fost supuși unei injecții intraperitoneale de soluție de glucoză (2 g glucoză · kg corp greutate -1) și glucometru (Glucocard X-mini plus GT-1960, Arkray, Japonia) a fost utilizat pentru a măsura glucoza din probele de sânge integral din coadă vena la 0, 15, 30, 60, 90 și 120 de minute după injecție. Aria sub curbă (ASC) a răspunsului la glucoză în IPGTT a fost calculată utilizând software-ul Prism 6.0 (GraphPad Software Inc., CA, SUA).

Compozitia corpului

În timpul CR șoarecii au fost cântăriți săptămânal cu o precizie de 0,1 g (440-45N, Kern, Germania). La sfârșitul acestei faze, șoarecii care aveau vârsta de 34 de săptămâni au fost eutanasiați cu o inhalare de CO2. Imediat după această procedură, mușchii scheletici și grăsimea corporală au fost prelevate și cântărite cu o precizie de 0,1 mg (ABS 80-4, Kern, Germania). Masa musculară combinată a membrelor posterioare a fost calculată ca sumă a masei musculare gastrocnemius, plantaris, soleus, tibialis anterior și extensor digitorum longus. Mușchii au fost tăiați din toate tendoanele vizibile și uscate înainte de cântărire. Masa de grăsime corporală combinată a fost evaluată ca suma a membrului posterior adipos alb subcutanat (sWAT), gonadal (gWAT), mezenteric (mWAT), perirenal (pWAT) și țesut adipos maro intrascapular (iBAT) ca în studiile anterioare (26, 27).

Cheltuieli de energie și activitate fizică

analize statistice

Toate datele sunt prezentate ca mijloace ± SD sau mijloace cu puncte de date individuale trasate. Analiza statistică a fost efectuată folosind software-ul Prism 6.0 și IBM SPSS Statistics v20. Normalitatea distribuției datelor a fost verificată cu testul Shapiro-Wilk. Mijloacele au fost comparate cu analiza unică a varianței (ANOVA) utilizând testul post hoc al lui Bonferroni pentru a evalua diferențele dintre grupurile studiate de șoareci. Testul non-parametric Kruskal - Wallis cu analiza post hoc a lui Dunn a fost aplicat în cazurile în care mijloacele nu îndeplineau un criteriu de distribuție normală. Măsuri repetate bidirecționale ANOVA a fost utilizată pentru analiza schimbării masei corporale atunci când a fost evaluată în mod repetat pe aceleași animale. Analiza covarianței (ANCOVA) a fost aplicată utilizând modele liniare pentru a evalua efectele grupurilor de șoareci asupra cheltuielilor de energie, așa cum s-a recomandat anterior pentru acest tip de analiză (30). În acest caz, masa corporală și activitatea fizică au fost utilizate ca covariabile. Analiza de regresie liniară a fost, de asemenea, utilizată pe loturile de cheltuieli energetice pentru activitatea fizică. Coeficientul de corelație al lui Pearson a fost calculat pentru a evalua puterea asocierii dintre variabile. Nivelul de semnificație a fost stabilit la p -1 pentru carbohidrații cu conținut scăzut de grăsimi și, respectiv, cu conținut scăzut de carbohidrați; p> 0,05) (Fig. 1b). Șoarecii din grupul Dieta obișnuită au avut

Modelul de eliminare a glicemiei în timpul unei perioade de 120 minute (a) și a zonei de glucoză sub curbă (ASC) (b) în grupurile de dietă cu conținut scăzut de grăsimi și carbohidrați scăzuti după restricție calorică (CR) de 6 săptămâni, comparativ cu grupul obez anterior CR) ca precum și la grupul obișnuit, adaptat la vârstă, hrănit cu dieta chow standard ad libitum pentru aceeași perioadă. Datele sunt medii ± SD (a) sau medii cu puncte grafice individuale (b). Fiecare punct reprezintă un eșantion de date ale mouse-ului. Măsuri repetate bidirecționale ANOVA (a) cu analiza post-hoc a lui Bonferroni au fost efectuate pentru efectele grupului, timpului și respectiv subiectului (potrivire), respectiv. ANOVA unidirecțional (b) cu analiza post hoc a lui Bonferroni a fost efectuată pentru efectul de grup. ††† p −1). Pe de altă parte, coeficientul respirator nu a diferit între grupuri atunci când s-au efectuat măsurători la șoareci la post (Fig. 5d).

Se pare că grăsimea corporală a fost principala sursă de energie în timpul restricției calorice și pierderea acesteia nu a diferit între cele două diete din studiul nostru. Creșterea oxidării acizilor grași este o caracteristică comună a dietelor cu conținut scăzut de grăsimi cu conținut ridicat de carbohidrați, care sunt adesea percepute ca fiind mai lipolitice și mai puțin obezogene în comparație cu dietele cu conținut scăzut de grăsimi cu conținut ridicat de carbohidrați, deși studiile metabolice umane contestă această ipoteză (41). Nu am observat nicio diferență între dietele în coeficientul respirator, deoarece măsurătorile au fost efectuate în starea de repaus alimentar. Șoarecii se alimentează cu alimente și consumă toate alimentele în decurs de 2-4 ore după hrănire atunci când sunt supuși restricției calorice (42, 43). Astfel, atunci când sunt expuși la restricții calorice, șoarecii au petrecut perioade semnificative de timp în stare de post, care este asociată cu o rată ridicată de oxidare a acizilor grași (28).

Astfel, măsurătorile în starea de repaus alimentar ar putea fi mai reprezentative pentru metabolismul general comparativ cu măsurătorile în starea post-absorbantă în condiții de restricție calorică. Se pare că flexibilitatea metabolică care se manifestă prin comutarea între carbohidrați și oxidarea grăsimilor a permis menținerea unui echilibru net similar de grăsime corporală la șoareci, independent de compoziția macronutrienților din diete în timpul restricției calorice (44).

Analiza de regresie liniară a parcelelor pentru activitatea fizică peste cheltuielile de energie a permis excluderea efectelor activității fizice asupra cheltuielilor de energie și a arătat că rata metabolică de repaus prezisă a fost ușor mai mare în condițiile unei diete cu conținut scăzut de carbohidrați în comparație cu dieta cu conținut scăzut de grăsimi. Cu toate acestea, această diferență între diete nu a fost semnificativă și cu greu poate fi utilizată ca dovadă în sprijinul descoperirilor recente din studiile efectuate la om că dietele cu conținut scăzut de carbohidrați duc la cheltuieli energetice mai mari comparativ cu dietele cu conținut scăzut de grăsimi (16). Rezultatele noastre sunt în acord cu multe studii la om care nu au raportat diferențe practic semnificative în cheltuielile de energie între dietele izocalorice și izonitrogene cu conținut scăzut de grăsimi și cu conținut scăzut de carbohidrați (33, 35, 45).

Pe scurt, restricția energiei izocalorice cu proteine ​​dietetice echivalate, mai degrabă decât cu o distribuție de carbohidrați și grăsimi dietetice, a fost un factor major pentru modificările favorabile ale compoziției corpului la șoarecii obezi. Îmbunătățirea controlului glicemiei la șoarecii obezi a fost determinată de pierderea de grăsime corporală irelevantă pentru raportul carbohidrați și grăsimi din dietă. Se pare că energia totală și aportul de proteine ​​din dietă ar trebui să fie vizate atunci când scopul este de a îmbunătăți compoziția corpului și controlul glucozei, în timp ce conținutul de carbohidrați și grăsimi din dietă ar trebui lăsat la preferința personală în scopuri de aderență.

Conflict de interese

Autorii nu declară niciun conflict de interese, financiar sau de altă natură.

Contribuțiile autorului

P.M. cercetare concepută și proiectată; P.M., A.F., M.D. efectuat experimente; P.M. A.F. și A.R. date analizate; P.M., A.F. și A.R. interpretarea rezultatelor experimentelor; P.M. și A.F. figuri pregătite; P.M. și A.F. manuscris redactat; P.M., A.F. și A.R. manuscris editat și revizuit; P.M., A.F., M.D. și A.R. versiunea finală aprobată a manuscrisului.

Mulțumiri

Dorim să mulțumim doamnei Indrė Libnickienė pentru asistență tehnică excelentă în timpul proiectului.

Note de subsol

Secțiunea „Aprobări ale rezumatelor și autorilor” a fost îmbunătățită pentru un aspect general mai bun (părțile din titlu ale rezumatului, cum ar fi Fundalul, metodele, rezultatele și concluziile au fost îngroșate, iar unele cuvinte au fost scrise cu caractere italice (de exemplu, ad libitum). Au fost făcute unele îmbunătățiri și corecții minore în fișierul .pdf principal.