A contribuit în mod egal la această lucrare cu: Timothy South, Nathan M. Holmes

stil

Departamentul de afiliere pentru farmacologie, Școala de științe medicale, Universitatea din New South Wales, Sydney, Australia

A contribuit în mod egal la această lucrare cu: Timothy South, Nathan M. Holmes

Departamentul de psihologie pentru afiliere, Universitatea din New South Wales, Sydney, Australia

Departamentul de psihologie pentru afiliere, Universitatea din New South Wales, Sydney, Australia

Departamentul de psihologie pentru afiliere, Universitatea din New South Wales, Sydney, Australia

Departamentul de afiliere pentru farmacologie, Școala de științe medicale, Universitatea din New South Wales, Sydney, Australia

  • Timothy South,
  • Nathan M. Holmes,
  • Sarah I. Martire,
  • R. Frederick Westbrook,
  • Margaret J. Morris

Cifre

Abstract

fundal

Obezitatea este asociată cu consumul excesiv de alimente gustoase, cu un consum ridicat de energie. Prezentul studiu a folosit un model animal pentru a examina tiparele de hrănire în timpul expunerii și retragerii din aceste alimente.

Metode

Șobolanii Sprague Dawley de sex masculin au fost expuși numai la chow de laborator standard (șobolani Chow) sau la o gamă largă de alimente în stil cafenea consumate de oameni (șobolani Caf). După 1, 4, 7 și 10 săptămâni de dietă în cușca lor de acasă, șobolanii au fost supuși unor sesiuni de testare de 24 de ore într-un sistem complet de monitorizare a animalelor de laborator (CLAMS). În primele două sesiuni de testare, șobolanii Chow au fost expuși la chow-ul de laborator standard, în timp ce șobolanii Caf au fost expuși la o dietă cu biscuiți și chow bogată în grăsimi. În ultimele două sesiuni de testare, jumătate din șobolanii din fiecare grup au fost trecuți la dieta opusă. În fiecare sesiune am înregistrat numărul de atacuri, energia consumată pe fiecare atac și intervale între atacuri pe parcursul întregii 24 de ore.

Rezultate

În comparație cu șobolanii Chow, șobolanii Caf au inițiat mai puține lupte, dar au consumat mai multă energie pe luptă; cu toate acestea, motivația lor de a se hrăni în CLAMS a scăzut de-a lungul timpului, ceea ce a fost atribuit reducerii varietății de alimente în raport cu dieta lor în casă. Această scădere a motivației a fost deosebit de pronunțată în rândul șobolanilor Caf trecuți de la dieta gustabilă CLAMS la chow de laborator standard: aportul redus de energie din acest grup s-a datorat unei scăderi modeste a frecvenței luptelor și a unei scăderi dramatice a dimensiunii.

Concluzii

Expunerea la o dietă de cafenea, bogată în varietate, modele de hrănire modificate, motivația șobolanilor redusă pentru a consuma alimente gustabile în absența varietății și diminuarea motivației pentru hrănire atunci când alimentele gustoase au fost retrase și înlocuite cu chow. Prin urmare, varietatea este un factor cheie în stimularea consumului excesiv de alimente dense în energie și, prin urmare, a creșterii excesive în greutate.

Citare: South T, Holmes NM, Martire SI, Westbrook RF, Morris MJ (2014) Șobolanii mănâncă o dietă în stil de cafenea pentru a exceda, dar mănâncă cantități mai mici și mai puțin frecvent atunci când sunt testați cu Chow. PLoS ONE 9 (4): e93506. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0093506

Editor: Silvana Gaetani, Universitatea Sapienza din Roma, Italia

Primit: 9 octombrie 2013; Admis: 6 martie 2014; Publicat: 21 aprilie 2014

Finanțarea: Această cercetare a fost susținută de un grant de proiect (568728) de la Consiliul Național de Sănătate și Cercetare Medicală din Australia. Finanțatorii nu au avut niciun rol în proiectarea studiului, colectarea și analiza datelor, decizia de publicare sau pregătirea manuscrisului.

Interese concurente: Fred Westbrook a servit ca editor academic pentru PLOS ONE. Rețineți că acest lucru nu modifică aderarea autorilor la toate politicile PLOS ONE privind schimbul de date și materiale, așa cum este detaliat online în ghidul pentru autori.

Introducere

Consumul de alimente dense cu energie gustativă a crescut dramatic în ultimii patruzeci de ani. Acest consum crescut a împins ratele obezității la proporții epidemice în rândul copiilor, adolescenților și adulților din întreaga lume [1]. Consumul excesiv de alimente dense cu energie gustativă duce la creșterea în greutate, dar nu este clar modul în care expunerile la aceste alimente influențează tiparele alimentare, în special în timpul dezvoltării obezității. Faptul că alimentele plăcute cu energie gustativă sunt atractive din punct de vedere hedonic, disponibile pe scară largă și relativ ieftine înseamnă că, în comparație cu 40 de ani în urmă, oamenii de astăzi pot mânca mai frecvent (de exemplu, gustări), consumă mai mult de fiecare dată când mănâncă (de exemplu, mărimea porției crescută), sau o combinație a acestor factori. Alternativ, modelele de alimentație s-au schimbat foarte puțin în ultimii patruzeci de ani: în schimb, oamenii ar fi devenit supraponderali și obezi în număr record, pur și simplu pentru că alimentele disponibile sunt mai dense în energie.

Materiale și metode

1. Proceduri la animale

Declarație de etică.

Toate procedurile au fost aprobate de Comitetul de îngrijire și etică a animalelor de la Universitatea din New South Wales și au fost în concordanță cu liniile directoare pentru cercetarea animalelor de către Consiliul Național Australian de Sănătate și Cercetare Medicală.

2. Hrănirea în sistemul de monitorizare completă a animalelor de laborator (CLAMS)

Toți șobolanii au fost scoși din cuștile lor de acasă și așezați în cuști de plexiglas individuale (60 cm lungime × 20 cm lățime × 20 cm înălțime) ale Sistemului de monitorizare a animalelor de laborator (CLAMS; Columbus Instruments, Columbus, OH). În timpul monitorizării CLAMS, hrănirea a fost evaluată folosind hrană măcinată plasată în 24 de hrănitoare din podea metalică, fiecare atașată la cuștile din plexiglas CLAMS (două hrănitoare/cușcă). Alimentatoarele se bazau pe balanțe legate direct la un computer pentru măsurarea consumului continuu de alimente (la fiecare treizeci de secunde). În timpul fiecărei sesiuni CLAMS, aportul cumulativ de alimente a fost înregistrat automat timp de 24 de ore. Un atac a fost definit ca o perioadă de alimentație continuă: durata minimă a luptei a fost rezoluția la care datele au fost colectate în CLAMS, 30 de secunde; două perioade consecutive de 30 de secunde în care a avut loc hrănirea a fost definită ca o singură perioadă de 60 de secunde; trei perioade consecutive de 30 de secunde în care a avut loc hrănirea au fost definite ca o singură perioadă de 90 de secunde; si asa mai departe.

Toți șobolanii au fost testați în aparatul CLAMS pe parcursul a patru sesiuni. Aceste sesiuni au avut loc la una, patru, șapte și 10 săptămâni după expunerea la dietă, fiecare durând 24 de ore și a început la ora 15:00. În primele două ședințe, șobolanii au fost expuși la alimente în concordanță cu istoricul lor în cușcă. Șobolanii menținuți în dieta cafenelei din cușca lor de acasă, denumiți șobolani „Caf”, au fost expuși la două alimente gustoase (PAL): pudră, chow îndulcit cu conținut ridicat de grăsimi (14% grăsimi, 40% carbohidrați, 8% proteine) și prăjituri de turtă scurtă (20% grăsimi, 71% carbohidrați, 6,5% proteine). Șobolanii menținuți pe chow de laborator standard în cușca lor de acasă, numiți șobolani „Chow”, au fost expuși la același chow de laborator standard în CLAMS, dar sub formă de pulbere (4% grăsimi, 50% carbohidrați, 14% proteine). În ultimele două sesiuni, jumătate din șobolanii Caf au fost expuși din nou la biscuiți și chow cu conținut ridicat de grăsimi (Grup Caf-PAL); și jumătate din șobolanii Chow au fost expuși din nou la chow-ul de laborator standard (Group Chow-CHOW). Șobolanii Caf rămași au fost expuși la chow de laborator standard în CLAMS pentru prima dată (Grup Caf-CHOW), iar șobolanii Chow rămași au fost expuși pentru prima dată la biscuiți gustativi și chow cu conținut ridicat de grăsimi (Group Chow-PAL; vezi Tabelul 1) . Apa era disponibilă în mod continuu în scoici.

3. Analiza statistică

3a. Cușcă acasă 24 de ore de energie (kJ) și greutatea corporală.

În fiecare dintre săptămânile în care șobolanii au fost supuși sesiunilor de testare CLAMS, a fost selectată o perioadă de 24 de ore pentru măsurarea aportului de energie în cușcă. Aceasta a constat în cântărirea alimentelor înainte de a fi plasate în cușca de acasă și, după o perioadă de 24 de ore, s-a cântărit orice mâncare rămasă. Diferența de greutate a fiecărui aliment a fost utilizată pentru a calcula aportul total de energie de 24 de ore pentru cei trei șobolani din fiecare cușcă de acasă. Aportul mediu pe cușcă a fost analizat de ANOVA cu un factor de grup între subiecți (Caf versus Chow) și un factor de timp în cadrul subiecților (în patru puncte de timp ale studiului). Greutățile corporale ale șobolanilor individuali au fost, de asemenea, înregistrate în aceleași perioade și analizate de ANOVA cu un factor de grup între subiecți (Caf versus Chow) și un factor de timp în interiorul subiecților (în patru puncte de timp ale studiului).

3b. Hrănirea la șobolani Caf și Chow.

Am efectuat trei analize. Analiza 1 a examinat tiparele de hrănire la șobolani Caf și Chow, concentrându-se pe hrănirea în Grupurile Caf-PAL și Chow-CHOW în cele patru sesiuni de test CLAMS și în cadrul fiecărei sesiuni de test CLAMS. Analiza 2 a examinat efectul unui comutator de dietă asupra hrănirii de către șobolanii Caf și Chow. Aici, ne-am concentrat asupra schimbărilor în modelele de hrănire în Group Chow-PAL în raport cu Group Caf-PAL și Group Caf-CHOW în raport cu Group Chow-CHOW. Analiza 3 a examinat efectele mai acute ale unui comutator de dietă. Am comparat în mod direct hrănirea în grupul Chow-PAL în timpul primei sale expuneri la biscuiți gustativi și chow cu conținut ridicat de grăsimi în săptămâna 7 cu hrănirea în grupul Caf-PAL în timpul primei sale expuneri la biscuiți gustativi și chow cu conținut ridicat de grăsimi în săptămâna 1. de asemenea, a comparat hrănirea în grupul Caf-CHOW în timpul primei sale expuneri la chow de laborator standard în CLAMS în săptămâna 7 cu hrănirea în Group Chow-CHOW în timpul primei sale expuneri la chow în CLAMS în săptămâna 1.

Analizele 1 și 2 au progresat în patru etape. În primul rând, nivelurile de consum de energie (kJ) au fost transmise la ANOVA cu un factor între grupuri de subiecți (Caf-PAL vs. Chow-CHOW) și factorii din cadrul subiecților de sesiune de testare (sesiunile 1-4) și timp (blocuri de patru ore în cadrul unei sesiuni). În al doilea rând, numărul de meciuri și aportul de energie pe meci a fost trimis la ANOVA cu grupul ca factor între subiecți (Caf-PAL vs. Chow-CHOW) și sesiunea de testare ca factor în cadrul subiecților (sesiunile 1-4). În al treilea rând, distribuțiile de intervale inter-luptă și dimensiunile luptei au fost generate prin combinarea acestor date între șobolani în cadrul grupurilor, iar testul Kolmogorov-Smirnov (prescurtat în K-S) a fost utilizat pentru a evalua diferențele în distribuțiile dintre grupuri. În cele din urmă, dimensiunea medie a luptei a fost reprezentată grafic comparativ cu intervalul mediu inter-luptă pentru șobolanii individuali din fiecare grup, iar corelațiile produs-moment Pearson au fost utilizate pentru a evalua gradul de liniaritate în relația dintre aceste variabile.

În analiza 3, ANOVA cu un singur factor au fost utilizate pentru a compara separat grupurile Caf-PAL și Chow-PAL și grupurile Caf-CHOW și Chow-CHOW pe fiecare dintre următoarele măsuri: aportul total de energie, numărul de atacuri și aportul de energie pe parcurs (mărimea luptei). Ulterior, dimensiunea medie a luptei a fost reprezentată grafic în raport cu intervalul mediu inter-luptă pentru șobolani individuali din fiecare grup. Gradul de liniaritate în relația dintre aceste variabile a fost evaluat utilizând corelații Pearson produs-moment.

În fiecare etapă a fiecărei analize, criteriul pentru respingerea ipotezei nule a fost stabilit la alfa = .05.

Rezultate

1. Consumul de energie (kJ) de 24 de ore și greutatea corporală

Figura 1 arată consumul mediu de energie (kJ, 1A) și greutatea corporală (1B) pentru toți șobolanii Caf și toți șobolanii Chow pe durata experimentului. Analiza datelor privind aportul de energie a confirmat că, în general, șobolanii Caf au consumat mai multă energie decât șobolanii Chow, F (1,6) = 228,59, p Figura 1. Aportul de energie în cușcă acasă.

Consumul mediu de energie în cușcă la domiciliu 24 de ore (kJ, A) și greutățile corporale individuale ale șobolanilor Caf și Chow (B) pe durata experimentului. Fiecare punct de date reprezintă media (+ SEM) pentru unitatea particulară de analiză.

2. Hrănirea la șobolani Caf și Chow

2a. Modificări ale aportului de energie (kJ) între și în cadrul sesiunilor de test CLAMS de 24 de ore.

Figura 2 prezintă aportul de energie (kJ) pe blocuri de patru ore pentru șobolanii Caf-PAL și Chow-CHOW în fiecare dintre sesiunile de test CLAMS. Este clar că șobolanii Caf au consumat mai mulți kJ decât șobolanii Chow când au fost introduși pentru prima dată în CLAMS în săptămâna 1 (2A), dar că aportul de energie din cele două grupuri a fost echivalent ulterior, întrucât aportul de energie a scăzut în cadrul și în cadrul sesiunilor de testare (2B- D). Analiza statistică a confirmat o scădere semnificativă a aportului de energie între-, F (1,22) = 37,26, p Figura 2. Aportul de energie CLAMS.

(ANUNȚ) Aport de energie (kJ) pentru șobolani Caf-PAL și Chow-CHOW în fiecare dintre sesiunile de testare CLAMS de 24 de ore. Fiecare punct de date este consumul mediu de energie (+ SEM) într-un bloc de patru ore.

Pentru a determina sursa interacțiunii cu trei căi, datele de la fiecare sesiune de test au fost transmise ANOVA cu factorii de grup și de timp. În săptămâna 1, șobolanii Caf au consumat mai multă energie decât șobolanii Chow, F (1,22) = 126,05, p Figura 3. Frecvența și dimensiunea bout.

Numărul total de atacuri (A) și mărimea medie a luptei (B) în fiecare dintre sesiunile de test CLAMS pentru șobolani Caf-PAL și Chow-CHOW. Fiecare punct de date reprezintă media (+ SEM) pentru întreaga sesiune.

Mărimea luptei Figura 3B arată mărimea medie a luptei în fiecare dintre sesiunile de test CLAMS pentru șobolanii Caf-PAL și Chow-CHOW. Mărimea luptei a crescut de-a lungul sesiunilor de testare, F (1,22) = 11,73, p Figura 4. Distribuții ale intervalelor inter-lupte și dimensiunile luptei.

(A & B) Distribuții ale intervalelor inter-luptă (A) și dimensiunile luptei (B) pentru șobolanii Caf-PAL și Chow-CHOW în timpul primei sesiuni de test CLAMS (săptămâna 1). (CD) Distribuții ale intervalelor inter-luptă (C) și dimensiunile luptei (D) pentru șobolanii Caf-PAL și Chow-CHOW în timpul ultimei sesiuni de test CLAMS (săptămâna 10). (E&F) Dimensiunea medie a luptei (kJ) comparativ cu intervalul mediu între lupte pentru șobolanii individuali Caf-PAL și Chow-CHOW în primele (săptămâna 1, E) și finale (săptămâna 10, F) ședințele de test CLAMS.

În ultima sesiune de testare, șobolanii Caf-PAL au arătat din nou o schimbare spre stânga în distribuția intervalelor inter-lupte (Figura 4C), testul K-S 0,05. Inspecția figurii arată că ultimul rezultat s-a datorat unei schimbări spre dreapta a distribuției pentru șobolanii Chow-CHOW de la săptămâna 1 până la săptămâna 10: adică o creștere a dimensiunii luptei la șobolanii Chow-CHOW, spre deosebire de o scădere a luptei dimensiunea printre șobolanii Caf-PAL.

În rezumat, expunerea la o dietă de cafenea în cușca de acasă a dus la o creștere persistentă a numărului de intervale scurte între lupte (10 kJ).

2d. Relația dintre aportul de energie și timpii de așteptare.

Figurile 4E și F arată dimensiunea medie a luptei reprezentată în raport cu intervalul mediu între lupte pentru șobolanii individuali Caf-PAL și Chow-CHOW în primele (4E) și finale (4F) sesiuni de testare. Ambele grupuri au prezentat o relație pozitivă între aceste variabile în fiecare sesiune de testare: această relație a abordat semnificația în prima sesiune de testare, r = .52 pentru șobolanii Caf-PAL și r = .56 pentru șobolanii Chow-CHOW, t mai mare (10) = 2.12, p = .06 și a fost foarte semnificativ în ultima sesiune de test, r = .74 pentru șobolanii Caf-PAL și r = .71 pentru șobolanii Chow-CHOW, t mai mic (10) = 3.21, p Figura 5. Post -Intrerupeti aportul de energie CLAMS.

(A) Aport de energie (kJ) pentru fiecare dintre cele patru grupuri în timpul sesiunilor de testare CLAMS de 24 de ore din săptămâna 7. (B) Aportul de energie (kJ) pentru fiecare dintre cele patru grupuri în timpul sesiunilor de test CLAMS de 24 de ore din săptămâna 10. Fiecare punct de date din A și B este aportul mediu de energie (+ SEM) într-un bloc de patru ore. (C) Numărul total de lupte pentru fiecare dintre cele patru grupuri în timpul sesiunilor de testare în săptămânile 7 și 10. (D) Dimensiunea medie a luptei pentru fiecare dintre cele patru grupuri în timpul sesiunilor de test în săptămânile 7 și 10. Fiecare punct de date din C și D reprezintă media (+ SEM) pentru o întreagă sesiune.

Interacțiunile de ordin superior care implică acești doi factori au confirmat că aportul ridicat de energie în grupul Chow-PAL și aportul redus de energie în grupul Caf-CHOW au fost cele mai pronunțate în primele etape ale fiecărei sesiuni de testare, evidențiată de Caf-vs. -Chow x switch x time interaction, F (1.44) = 79.92, p. 05.

Distribuții de intervale inter-luptă (stânga, A&C) și dimensiuni de luptă (dreapta, B&D) pentru grupurile testate fie cu alimente gustabile (sus, A&B), fie cu chow de laborator standard (jos, C&D). Datele afișate provin doar din ultima sesiune de testare (în săptămâna 10).

Astfel, comparativ cu șobolanii Caf cu antecedente de expunere la alimente plăcute, șobolanii Chow testați cu alimente plăcute au consumat crize de dimensiuni similare, dar au avut proporțional mai mulți timpi de așteptare de durată mai scurtă (de la o luptă la alta); și în comparație cu șobolanii Chow cu antecedente de expunere numai la chow, șobolanii Caf testați cu chow au arătat o distribuție similară a timpilor de așteptare față de următoarea luptă, dar au avut proporțional mai multe crize de dimensiuni mai mici.

3d. Consumul de biscuiți și chow bogat în grăsimi de către șobolani a oferit alimente plăcute.

Figura 7 prezintă dimensiunea medie (kJ, 7A) și timpul mediu de așteptare (7B) până la următoarea luptă pentru șobolanii Caf-PAL și Chow-PAL, separați pentru luptele constând fie numai din biscuiți, fie numai din chow cu conținut ridicat de grăsimi. Șobolanii Caf-PAL au avut tendința de a avea bătăi mai mari de biscuiți în comparație cu chow-ul bogat în grăsimi, în special în ultima sesiune de testare; întrucât episoadele de biscuiți și chow cu conținut ridicat de grăsimi pentru șobolanii Chow-PAL au fost similare în ceea ce privește dimensiunea lor medie. În schimb, la șobolanii Caf-PAL, timpul mediu de așteptare până la următorul meci a fost același în urma unui episod de biscuiți sau un episod de chow bogat în grăsimi; dar în rândul șobolanilor Chow-PAL, timpul mediu de așteptare până la următorul meci a fost mai lung după un meci format din biscuiți, comparativ cu un meci alcătuit din chow bogat în grăsimi. Aceste impresii au fost susținute statistic.

(A) Dimensiunea medie a luptei (kJ) pentru șobolani Caf-PAL și Chow-PAL, separată pentru lupte constând fie numai din biscuiți, fie numai din chow cu conținut ridicat de grăsimi. (B) Timpul mediu de așteptare până la următoarea luptă pentru șobolanii Caf-PAL și Chow-PAL, separați pentru luptele constând fie numai din biscuiți, fie numai din chow cu conținut ridicat de grăsimi. Fiecare punct de date din A și B reprezintă media (+ SEM) pentru o întreagă sesiune. (CD) Dimensiunea medie a luptei comparativ cu intervalul mediu inter-luptă pentru șobolanii individuali Caf-PAL (C) și Chow-PAL (D) în ultima sesiune de testare, din nou separați în funcție de identitatea luptei. (E&F) Dimensiunea medie a luptei comparativ cu intervalul mediu între lupte pentru șobolanii individuali Caf-CHOW (E) și Chow-CHOW (F) în ultima sesiune de testare.

Procentul aportului total de energie din biscuiți Procentul aportului total de energie obținut prin consumul de biscuiți a diferit între șobolanii Caf-PAL și Chow-PAL: Medii în ultimele două sesiuni de testare, aceste procente au fost de 72% și 49% pentru Caf-PAL și Șobolani Chow-pal, respectiv. O ANOVA bidirecțională a acestor date a relevat un efect principal al grupului, F (1,22) = 6,44, p Figura 8. Compararea între săptămâni a efectelor de comutare.

(A - C) Aportul total de energie (kJ, A), numărul de lupte (B) și mărimea luptei (kJ pe luptă, C) pentru șobolanii Caf-PAL în săptămâna 1 versus șobolanii Chow-PAL în săptămâna 7 (jumătatea stângă a fiecărei figuri), și șobolanii Chow-CHOW în săptămâna 1 versus șobolanii Caf-CHOW în săptămâna 7 (jumătatea dreaptă a fiecărei cifre). Fiecare coloană reprezintă media (+ SEM) pentru o întreagă sesiune de 24 de ore. (D&E) Numărul total de lupte comparativ cu mărimea medie a luptelor (kJ) pentru șobolani individuali din grupurile Caf-PAL (săptămâna 1) și Chow-PAL (săptămâna 7; 8D) și pentru șobolani individuali din grupurile Caf-CHOW (săptămâna 7) și Chow -CHOW (săptămâna 1, 8E).