Abstract

fundal

Studiile anterioare au demonstrat că inducerea hemoxigenazei-1 duce la pierderea în greutate a mai multor modele de rozătoare de obezitate. Cu toate acestea, rolul specific al metabolitului hemogen oxigenază-1, monoxidul de carbon (CO), în acest răspuns nu a fost încă stabilit. Am raportat recent că tratamentul cronic cu molecule care eliberează CO are ca rezultat prevenirea creșterii în greutate la șoarecii hrăniți cu o dietă bogată în grăsimi. În prezentul studiu, am căutat să determinăm efectul inhalării cronice de CO asupra dezvoltării și inversării obezității induse de o dietă bogată în grăsimi.

Rezultate

Inhalarea de CO la ambele niveluri a dus inițial la prevenirea și inversarea greutății corporale și a masei grase în primele 10 săptămâni de tratament, cu toate acestea, acest efect nu a fost susținut. Inhalarea de CO în grupurile de prevenire a avut, de asemenea, un efect precoce pentru scăderea glicemiei la jeun, dar acest efect nu a fost susținut.

Concluzii

Rezultatele noastre demonstrează că inhalarea cu CO are un efect tranzitoriu pentru a preveni și reduce greutatea corporală, care nu este susținută în mod cronic la șoarecii hrăniți cu o dietă bogată în grăsimi. Aceste rezultate sugerează că terapia cronică prin inhalare a CO nu este un tratament eficient pentru a induce pierderea în greutate pe termen lung.

fundal

Metode

Animale

Procedurile și protocoalele experimentale ale acestui studiu sunt conforme cu Ghidul Institutelor Naționale de Sănătate pentru îngrijirea și utilizarea animalelor de laborator și au fost aprobate de Comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor din cadrul Centrului Medical al Universității din Mississippi.

Capacitatea inhalării de CO de a preveni sau inversa obezitatea a fost studiată folosind grupuri separate expuse la 2 concentrații diferite de CO. Inhalarea de CO a fost efectuată într-o cameră special concepută, care a permis șoarecilor să fie expuși la diferite niveluri de CO fără a părăsi cuștile de acasă. Două niveluri diferite de expuneri la CO prin inhalare au fost utilizate în prezentul studiu. Șoarecii au fost expuși la CO la 28 de părți pe milion (ppm) timp de 2 ore zilnic (CO-28) sau 200 ppm CO timp de 1 oră zilnic (CO-200). Toți șoarecii au fost adăpostiți în condiții standard, cu acces complet la o dietă bogată în grăsimi de 60% (dieta # D12492, Research Diets, Inc., New Brunswick, NJ) și apă. Șoarecii martori au fost hrăniți cu o dietă bogată în grăsimi, dar nu au primit expunere la CO. Pentru studiul de prevenire, o cohortă separată de șoareci a fost menținută pe o dietă normală cu grăsimi de 17% (Teklad 22/5 dieta cu rozătoare, # 8640, Harland Laboratories, Inc., Indianapolis, IN).

Inhalarea CO

Șoarecii au fost expuși la CO într-o cameră de plastic transparentă de 25 × 27 × 38 cm. Un amestec de CO și aer a fost spălat prin cameră la o viteză de 0,05-30 l/min. Gazul pur CO a fost amestecat cu cantități adecvate de aer pentru a dilua CO până la concentrația dorită în părți per milion (ppm), fie

28 sau 200 ppm CO. O linie de eșantionare a fost alimentată din cameră și a trecut printr-un analizor de gaz Gray Wolf Indoor Air IQ-410 CO (Shelton, CT) care a fost conectat la un computer laptop și a dat măsurători de gaz CO în timp real folosind pachetul software WolfSense (Versiunea 2011.28, Shelton, CT). Concentrația de CO a fost verificată folosind un contor portabil de CO plasat în camera de inhalare (C.E., China). Această configurație a permis șoarecilor să fie expuși diferitelor niveluri de CO cu acces gratuit la alimente și apă în cuștile de acasă pe parcursul perioadelor zilnice de tratament. Șoarecii au fost expuși la CO dimineața timp de 2 ore la șoarecii care au primit 28 ppm CO și timp de 1 oră la șoarecii care au primit 200 ppm.

Măsurarea carboxihemoglobinei (COHb)

Utilizarea unui grup separat de șoareci de cei utilizați în studiile de inhalare cronică de CO; COHb a fost măsurat înainte, imediat după și la 30, 60 și 90 de minute după fiecare protocol de expunere la CO prin inhalare. Sângele a fost colectat prin sinusul orbital sub anestezie ușoară cu izofluran. Imediat după recoltare, proba de sânge a fost analizată pentru nivelurile de COHb folosind Radiometer ABL80 Flex CO-OX analizor (Westlake, OH) care necesită 105 μl de sânge integral. Nivelurile de COHb sunt exprimate ca procent din hemoglobina totală.

Compoziția corpului (EchoMRI)

Compoziția corporală a tuturor șoarecilor a fost evaluată la intervale de 6 săptămâni pe tot parcursul studiului utilizând imagistica prin rezonanță magnetică (EchoMRI-900 ™, Echo Medical System, Houston, TX). Măsurătorile EchoMRI au fost efectuate la șoareci conștienți așezați într-un cilindru din plastic cu pereți subțiri, cu o inserție cilindrică din plastic adăugată pentru a limita mișcarea șoarecilor. Șoarecii au fost supuși pe scurt unui câmp electromagnetic de intensitate redusă permițând măsurarea atât a grăsimii, cât și a masei slabe.

Abtinere de glucoza

După un post peste noapte (

16 ore) s-a obținut o probă de sânge sub anestezie cu izofloran prin sinusul orbital. Glicemia a fost măsurată utilizând un glucometru Accu-Chek Advantage (Roche, Mannheim, Germania).

Consumul de oxigen, producția de dioxid de carbon și activitatea motorie. Douăzeci și opt de săptămâni după inițierea protocolului experimental, 4 șoareci din fiecare grup au fost așezați individual într-o cușcă acrilică (16 cm × 24 cm × 17 cm) echipată cu un sistem de monitorizare metabolică (sistemul AccuScan, aparatul Harvard, Holliston, Massachusetts) pentru măsurarea consumului de oxigen (VO2), a producției de dioxid de carbon (VCO2) și a coeficientului respirator (RQ) așa cum s-a descris anterior [15, 16]. VO2, VCO2 și RQ au fost determinate zilnic (timp de 2 minute la fiecare interval de 10 minute) și exprimate ca medie pe 24 de ore. RQ a fost calculat prin formula: VCO2/VO2. Activitatea motorului a fost determinată folosind fascicule de lumină în infraroșu montate în cuștile din X, y, și z topoare. Producția de căldură a fost derivată din următoarea formulă (4,33 + (0,67 * RQ) * VO2 * greutate (g) * 60). După ce șoarecii au fost aclimatizați la noul mediu timp de 1 zi, VO2, VCO2, RQ și activitatea animalelor au fost înregistrate timp de 2 zile consecutive.

Test de toleranță la glucoză

Pentru testele de toleranță la glucoză (GTT), șoarecii au fost supuși unei injecții peste noapte (± 16 ore) și intraperitoneală (IP) de D-glucoză (1 g/kg greutate corporală). Glicemia a fost monitorizată la 0, 15, 30, 60 și 90 de minute după injectarea glucozei cu ajutorul unui analizor portabil de glucoză (glucometru Accu-Chek Advantage, Roche, Mannheim, Germania).

Consum de mâncare

Consumul de alimente a fost măsurat în două momente, timpuriu (10 săptămâni) și târziu (28 săptămâni) în timpul celor 30 de săptămâni de tratament prin inhalare. Cantitatea totală de alimente a fost cântărită zilnic dimineața timp de 5 zile consecutive. Consumul zilnic pe parcursul perioadei de 5 zile a fost calculat în medie pentru fiecare șoarece pentru a obține un consum alimentar de 24 de ore.

Analiza Western blot

Statistici

Toate datele sunt prezentate ca medie ± s.e.m. Diferențele dintre grupurile de tratament au fost determinate folosind analiza unică a varianței cu a post hoc test (Dunnett’s). A P

Rezultate

Co inhalare și niveluri de carboxihemoglobină din sânge

Cursul de timp al inhalării CO pe nivelurile de carboxihemoglobină din sânge (COHb) ca răspuns la inhalarea a 28 sau 200 ppm CO a fost examinat în grupuri separate de șoareci. Inhalarea de CO de 28 ppm timp de 2 ore a dus la o dublare semnificativă a nivelurilor de COHb din sânge, care au revenit la nivelurile inițiale 60 de minute după ce au fost îndepărtate din camera de inhalare a CO (Figura 1). Inhalarea de CO de 200 ppm CO timp de 1 oră a dus la o creștere a nivelurilor de COHb din sânge de 8 ori, care au fost încă semnificativ crescute de la momentul inițial 60 de minute după inhalare, dar au revenit la nivelurile inițiale la 90 de minute după inhalare (Figura 1). Aceste profiluri de disociere sunt în acord cu un studiu anterior care a examinat efectele inhalării cu niveluri ridicate (500 ppm) de CO la șoareci [17].

carbon

Inhalarea cronică de CO reduce în mod tranzitoriu masa corporală și grăsimea

În grupurile de inversare a obezității, ambele grupuri de inhalare cu CO au prezentat o inversare semnificativă a creșterii în greutate în primele 5-10 săptămâni de tratament (Figura 2C). Cu toate acestea, acest efect s-a pierdut după săptămâna 10 și greutatea corpului lor a revenit la niveluri similare în comparație cu controlul grupului cu diete bogate în grăsimi (Figura 2C). Procentul de grăsime corporală a fost redus semnificativ în grupul cu CO-28 la săptămânile 6 și 12 de la tratament; întrucât grupul CO-200 a fost redus semnificativ doar în săptămâna 6 (Figura 2D). Nu a existat nicio diferență semnificativă în masa de grăsime corporală între grupuri pentru restul studiului de inversare a obezității (Figura 2D).

Inhalarea cronică de CO reduce temporar nivelul glicemiei

În grupurile de prevenire a obezității, atât grupurile de CO-28, cât și cele de CO-200 au redus semnificativ glucoza din sânge comparativ cu șoarecii de control cu ​​dietă bogată în grăsimi la 6 și 12 săptămâni după tratament, dar acest efect a fost pierdut la 18, 24 și 30 săptămâni (Figura 3A). Șoarecii cu control normal al dietei au redus semnificativ nivelurile de glucoză din sânge de la toate celelalte grupuri la fiecare moment măsurat (Figura 3A). Șoarecii cu obezitate inversă CO-28 au redus semnificativ nivelul glicemiei la 6 săptămâni, totuși; până în săptămâna 24 acești șoareci aveau niveluri de glucoză din sânge semnificativ crescute în comparație cu șoarecii martor (Figura 3B). Glicemia din jeun a șoarecilor CO-200 nu a fost diferită de șoarecii martori HFD în orice moment măsurat (Figura 3B).

Tratamentul cronic cu CO nu are niciun efect pe termen lung asupra consumului de oxigen, producției de dioxid de carbon, activității motorii, producției de căldură sau aportului alimentar

În grupurile de prevenire a obezității, nu au existat diferențe semnificative în VO2, VCO2 sau raportul de schimb respirator (RER) între oricare dintre grupuri (Tabelul 1). Producția de căldură a fost mai mare în toate grupurile HFD comparativ cu controalele normale ale dietei (p Tabelul 1 Consumul mediu de oxigen (VO 2 ), producția de dioxid de carbon (VCO 2 ), raportul de schimb respirator (RER), producția de căldură, activitatea motorie, consumul de alimente în săptămâna 10 de tratament și consumul de alimente în săptămâna 28 de tratament

Tratamentul cronic cu CO ameliorează creșterea indusă de dieta bogată în grăsimi a HO-1 în țesutul adipos epididimal

În grupurile de inversare a obezității, HO-1 în țesutul adipos epididimal a fost redus prin tratamentul cu CO: cu toate acestea, reducerea a fost semnificativă doar la șoarecii CO-200 (p Figura 4

Tratamentul cronic cu CO are efecte diferențiale asupra markerilor biogenezei mitocondriale în țesutul adipos epididimal

Dieta bogată în grăsimi a redus markerul biogenezei mitocondriale NRF-1 (p Figura 5

Discuţie

Concluzii

Rezultatele noastre demonstrează că inhalarea CO la 200 și 28 ppm are un efect tranzitoriu pentru prevenirea și inversarea obezității. Nu este probabil ca acest efect să fie cauzat de afecțiuni anorexice precum cele observate ca răspuns la hipoxia indusă de creștere ridicată, deoarece aportul de alimente nu a fost modificat prin inhalarea de CO. În timp ce mecanismul responsabil pentru pierderea inițială în greutate observat în prezentul studiu nu este cunoscut, rezultatele noastre indică faptul că inhalarea cronică de CO nu produce o pierdere în greutate susținută. Alte tratamente pentru creșterea cronică a nivelurilor de CO, cum ar fi CORM, par a fi agenți mai promițători în tratamentul pe termen lung al obezității.