مستساغا الغربية علي غرار النظام الغذائي كافتيريا كطريقه موثوق بها لنمذجة السمنة التي يسببها النظام الغذائي في القوارض
Summary
يصف هذا البروتوكول استخدام النظام الغذائي الذي يتسم بالقبول الشديد والنمط الغربي لتناول الاطعمه الدسمة والسمنة في القوارض. نقدم هنا عرضا مفصلا لاختيار الطعام واعداده وقياسه ، وشرح العوامل المنهجية التي تساعد في توليد النمط الظاهري القوي والقابل للتكرار.
Abstract
وتتزايد السمنة بسرعة في البلدان المتقدمة والنامية ، ومن المعروف انها تحفز العديد من الامراض أو تزيد من حدتها. العبء الصحي للسمنة وظروفها التركيبية تسلط الضوء علي الحاجة إلى فهم أفضل لتولد المرض ، ولكن القيود الاخلاقيه تحد من الدراسات في البشر. لهذه الغاية نماذج صالحه خارجيا من السمنة في المختبرات الحيوانية ضرورية لفهم زيادة الوزن والسمنة. في حين تم استخدام العديد من الأنواع لنمذجة مجموعه من التغييرات التي تصاحب السمنة في البشر ، والقوارض هي الأكثر استخداما. وقد وضعت لدينا مختبر النظام الغذائي كافتيريا علي النمط الغربي الذي يؤدي باستمرار إلى زيادة كبيره في الوزن وعلامات من الامراض الايضيه في القوارض. النظام الغذائي يعرض القوارض لمجموعه متنوعة من الاطعمه المستساغة للحث علي فرط التعرق ، ونمذجة البيئة الغذائية الغربية الحديثة. هذا النظام الغذائي يدفع بسرعة زيادة الوزن وتراكم الدهون في الجسم في الفئران مما يسمح لدراسة اثار الإفراط في تناول الطعام والسمنة. في حين ان النظام الغذائي كافتيريا قد لا توفر نفس السيطرة علي المغذي والمغذيات الدقيقة كما تنقيه عاليه الدسم أو عاليه الدسم ، والوجبات الغذائية عاليه السكر ، والحمية كافتيريا عاده ما يدفع النمط الظاهري أكثر شده من التي لوحظت مع تنقيه الوجبات الغذائية وأكثر تمشيا مع الاضطرابات الايضيه لوحظ في زيادة الوزن والسمنة السكان البشرية.
Introduction
السمنة والامراض المصاحبة المرتبطة بها تسهم إسهاما كبيرا في العبء الصحي العالمي1 وتمثل 7% من عبء المرض في أستراليا2. أحد عوامل الخطر الرئيسية للسمنة هو استهلاك الوجبات الغذائية غير الصحية التي هي عاليه في الدهون المشبعة والكربوهيدرات المكررة ، وانخفاض في ألياف والمغذيات الصغرى3. تحديد الأهداف للتدخل العلاجي للسمنة يتطلب نماذج التي يمكن تقييمها بشكل منهجي الآثار علي النظم الكيميائية الحيوية والفسيولوجية متعددة. وقد تم تطوير فهمنا لمسببات السمنة بشكل كبير من خلال العمل باستخدام نماذج القوارض ، حيث يمكن دراسة الآثار السلوكية والايضيه والجزيئية عبر الزمن تحت ظروف خاضعه للرقابة حيث يمكن ان تكون العوامل البيئية بسهوله التلاعب.
يتكون النظام الغذائي للكافتيريا (CAF) من السمنة الناجمة عن الحمية الغذائية المكملة لحمية القوارض القياسية مع مجموعه متنوعة من الاطعمه المستساغة التي تكون عاليه اما في الدهون المشبعة أو الكربوهيدرات المكررة أو كليهما. وتشمل الامثله علي هذه الاطعمه الكعك والبسكويت الحلو والوجبات الخفيفة اللذيذة عاليه الدسم (مثل اللحوم المصنعة والجبن والبطاطا). فانه يعزز بشكل موثوق فرط الوزن والزيادة السريعة للوزن في القوارض. والسمات الرئيسية للنموذج هي توفير مجموعه متنوعة من الاطعمه المستساغة للغاية ، والمصممة لمحاكاة البيئة الغذائية الحديثة. الوصول إلى مجموعه متنوعة يزيد من تناول الطعام في الفئران علي المدى القصير4 وفي البشر5 حتى عندما يتم مطابقه الاطعمه لل الحنميه وتختلف فقط في نكهة والعظة حاسة الشم4,6. ومع ذلك ، أظهرت أحدي الدراسات ان توفير الطاقة والنظم الغذائية المنقية المطابقة لمغذي التي تختلف في النكهة والملمس لم يكن لها اي تاثير علي زيادة وزن الجسم علي المدى الطويل في الفئران7، مما يوحي بان تكوين المغذيات والآثار المتميزة بعد الشفوي الاطعمه المختلفة قد تسهم أيضا في الإفراط في تناول الطعام. التعرض للعديد من الأذواق والقوام يتغلب علي الإشباع الحسي المحدد ، والذي يصف انخفاض الرغبة في تناول الطعام الذي يؤكل مؤخرا بالنسبة لبديل5. عبر العديد من الأفواج في مختبرنا ، المثل لاحظنا ان استخدام الاطعمه مستساغا للغاية يزيد من الإفراط في تناول الطعام.
وقد استخدم هذا النظام الغذائي CAF لأكثر من 40 سنوات ، منذ وذكرت ان الفئران الإناث المعرضة لمجموعه متنوعة من ‘ سوبر ماركت الاطعمه ‘ (الخطمي ، الشوكولاتة ، زبده الفول السوداني ، الكوكيز ، السلامي والجبن من بينها)أظهرت زيادة الوزن المتسارع بالنسبة للضوابط. وأشار هذا وغيرها من الدراسات المبكرة ان الحمية علي غرار CAF يبدو لتسريع زيادة الوزن بشكل أكثر فعاليه من الوجبات الغذائية النقية عاليه الدسم أو عاليه الكربوهيدرات 8,9. العمل في 1980s وصفت ملامح مغذي10 وأنماط وجبه11 من الفئران تغذيه الحمية الكاف ، وأظهرت تغييرات عميقة لكتله الدهون ومستويات الانسولين9و10 وتوليد الحرارة12. وقد استخدمت مجموعتنا النظام الغذائي CAF لنموذج السمنة لأكثر من عقدين13,14 وخلال هذا الوقت ونحن قد استخدمت العديد من المتغيرات من النظام الغذائي. وتقدم الفئران مع اثنين علي الأقل الحلو واثنين من المواد الغذائية لذيذا كل يوم ، بالاضافه إلى الطعام العادي والماء. في السنوات الاخيره بدانا في تكمله الاطعمه الصلبة CAF مع محلول السكروز 10 ٪. القدرة علي تكييف نظام غذائي CAF للتصاميم التجريبية المختلفة هو قوه النموذج.
الوجبات الغذائية CAF تعزيز فرط الفوري (اي ، في غضون 24 ساعة الاولي) والمكاسب المطردة في وزن الجسم وكتله الدهون. ومع ذلك ، ونتيجة لتعظيم التنوع هو ان المغذي والمغذيات الزهيدة المدخول لا يتم التحكم ، وهي نقطه بعض الراي كعيب لا يمكن التغلب عليها15. دراسات السمنة التي يسببها النظام الغذائي أكثر شيوعا استخدام تنقيه عاليه الدسم (HF) أو مجتمعه عاليه الدسم ، وارتفاع السكر (HFHS) الوجبات الغذائية ، والتي توفر سيطرة دقيقه علي المحتوي الغذائي واقل كثافة في العمالة من نموذج CAF ، والتي تتطلب الرصد اليومي التخطيط الدقيق وتنفيذ الجدول الزمني. ان الاهميه الانتقالية للانظمه الغذائية HF المنقية المتاحة تجاريا هي موضوع النقاش الدائر ، حيث ان ملفات الأحماض الدهنية ونسب الدهون والسكروز قد لا تتماشي مع المدخول الغذائي البشري16. في حين ان النظام الغذائي لCAF لا يوفر نفس درجه السيطرة علي تكوين المغذيات كالحمية المنقية ، فانه يهدف إلى نمذجة القدرة الحنقيه والمتنوعة التي تميز خيارات الطعام في معظم المجتمعات الحديثة.
Protocol
Representative Results
Discussion
من خلال تعريض الفئران لمجموعه متنوعة من الاطعمه المستساغة للغاية العالية في الدهون والسكر ، فان بروتوكول النظام الغذائي CAF الموصوف هنا يوفر نموذجا موثوقا وقويا لما يسمي ‘ النظام الغذائي الغربي ‘ الذي يؤكل من قبل الكثير من الناس. لوحظ ان فرط النشاط — الذي تم تقييمه كزيادة كبيره في استهلاك ا?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد دعم هذا العمل منح المشاريع التابعة لهذه الخطة (#568728 ، #150262 ، #1126929) إلى الحركة.
Materials
| 2-5 L plastic bottle | For preparing 10% sucrose solution, if applicable | ||
| Chopping board | Plastic is advised | ||
| Freezer | For storing CAF foods | ||
| Gordon's maintenance rodent chow | Gordon's Specialty Stockfeeds (Australia) | Maintenance diet used in our laboratory (14 kJ/g; 65% carb, 13% fat and 22% protein, as energy) | |
| Large plastic storage boxes | All items above can be stored in containers for easy access | ||
| Large spoon | For CAF diet preparation | ||
| Microwave | For CAF diet thawing (when required) | ||
| Non-serrated knife | For CAF diet preparation | ||
| Paper towel | Important for cleaning work surfaces and the knife during CAF prep | ||
| Plastic containers | These are for weighing CAF food items on measurement days | ||
| Plastic funnel | For preparing 10% sucrose solution, if applicable | ||
| Red light | As CAF diet should be refreshed near the onset of the dark phase each day, a red light will assist when working in the dark | ||
| Tuna tins | For presenting 'wetter' CAF food items. Plastic containers may also be suitable | ||
| Weigh container x 3 | Separate containers should be used to weigh rats, chow & bottles, and CAF foods | ||
| Weighing scale | Sensitivity to 0.1g is recommended | ||
| White sugar | For 10% sucrose solution, if applicable |
Riferimenti
- Swinburn, B. A., et al. The Global Syndemic of Obesity, Undernutrition, and Climate Change: The Lancet Commission report. Lancet. 393 (10173), 791-846 (2019).
- . . Australian Institute of Health and Welfare. Vol. Cat. no. PHE 215. , (2017).
- GBD Diet Collaborators. Health effects of dietary risks in 195 countries, 1990-2017: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2017. Lancet. , 30041-30048 (2019).
- Treit, D., Spetch, M. L., Deutsch, J. A. Variety in the flavor of food enhances eating in the rat: a controlled demonstration. Physiology & Behavior. 30 (2), 207-211 (1983).
- Rolls, B. J. Experimental analyses of the effects of variety in a meal on human feeding. American Journal of Clinical Nutrition. 42, 932-939 (1985).
- Louis-Sylvestre, J., Giachetti, I., Le Magnen, J. Sensory versus dietary factors in cafeteria-induced overweight. Physiology & Behavior. 32 (6), 901-905 (1984).
- Naim, M., Brand, J. G., Kare, M. R., Carpenter, R. G. Energy Intake, Weight Gain and Fat Deposition in Rats Fed Flavored, Nutritionally Controlled Diets in a Multichoice (“Cafeteria”) Design. The Journal of Nutrition. 115 (11), 1447-1458 (1985).
- Sclafani, A., Springer, D. Dietary obesity in adult rats: similarities to hypothalamic and human obesity syndromes. Physiology & Behavior. 17 (3), 461-471 (1976).
- Rolls, B. J., Rowe, E. A., Turner, R. C. Persistent obesity in rats following a period of consumption of a mixed, high energy diet. Journal of Physiology. 298, 415-427 (1980).
- Prats, E., Monfar, M., Castella, J., Iglesias, R., Alemany, M. Energy intake of rats fed a cafeteria diet. Physiology & Behavior. 45 (2), 263-272 (1989).
- Rogers, P. J., Blundell, J. E. Meal patterns and food selection during the development of obesity in rats fed a cafeteria diet. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 8 (4), 441-453 (1984).
- Rothwell, N. J., Stock, M. J. Thermogenesis induced by cafeteria feeding in young growing rats. Proceedings of the Nutrition Society. 39 (2), 45 (1980).
- Hansen, M. J., Ball, M. J., Morris, M. J. Enhanced inhibitory feeding response to alpha-melanocyte stimulating hormone in the diet-induced obese rat. Brain Research. 892 (1), 130-137 (2001).
- Hansen, M. J., Schioth, H. B., Morris, M. J. Feeding responses to a melanocortin agonist and antagonist in obesity induced by a palatable high-fat diet. Brain Research. 1039 (1-2), 137-145 (2005).
- Moore, B. J. The cafeteria diet–an inappropriate tool for studies of thermogenesis. The Journal of Nutrition. 117 (2), 227-231 (1987).
- Speakman, J. R. Use of high-fat diets to study rodent obesity as a model of human obesity. International Journal of Obesity (London). , 0363-0367 (2019).
- Hansen, M. J., et al. The lung inflammation and skeletal muscle wasting induced by subchronic cigarette smoke exposure are not altered by a high-fat diet in mice. PLoS One. 8 (11), 80471 (2013).
- Chen, H., Iglesias, M. A., Caruso, V., Morris, M. J. Maternal cigarette smoke exposure contributes to glucose intolerance and decreased brain insulin action in mice offspring independent of maternal diet. PLoS One. 6 (11), 27260 (2011).
- Cameron, K. M., Speakman, J. R. The extent and function of ‘food grinding’ in the laboratory mouse (Mus musculus). Laboratory Animals. 44 (4), 298-304 (2010).
- Beilharz, J. E., Kaakoush, N. O., Maniam, J., Morris, M. J. Cafeteria diet and probiotic therapy: cross talk among memory, neuroplasticity, serotonin receptors and gut microbiota in the rat. Molecular Psychiatry. 23 (2), 351-361 (2018).
- South, T., Holmes, N. M., Martire, S. I., Westbrook, R. F., Morris, M. J. Rats eat a cafeteria-style diet to excess but eat smaller amounts and less frequently when tested with chow. PLoS One. 9 (4), 93506 (2014).
- Martire, S. I., et al. Extended exposure to a palatable cafeteria diet alters gene expression in brain regions implicated in reward, and withdrawal from this diet alters gene expression in brain regions associated with stress. Behavioral Brain Research. 265, 132-141 (2014).
- Grech, A., Rangan, A., Allman-Farinelli, M. Macronutrient Composition of the Australian Population’s Diet; Trends from Three National Nutrition Surveys 1983, 1995 and 2012. Nutrients. 10 (8), (2018).
- Austin, G. L., Ogden, L. G., Hill, J. O. Trends in carbohydrate, fat, and protein intakes and association with energy intake in normal-weight, overweight, and obese individuals: 1971-2006. American Journal of Clinical Nutrition. 93 (4), 836-843 (2011).
- Sclafani, A., Gorman, A. N. Effects of age, sex, and prior body weight on the development of dietary obesity in adult rats. Physiology & Behavior. 18 (6), 1021-1026 (1977).
- Sampey, B. P., et al. Cafeteria diet is a robust model of human metabolic syndrome with liver and adipose inflammation: comparison to high-fat diet. Obesity (Silver Spring). 19 (6), 1109-1117 (2011).
- Buyukdere, Y., Gulec, A., Akyol, A. Cafeteria diet increased adiposity in comparison to high fat diet in young male rats. PeerJ. 7, 6656 (2019).
- Oliva, L., et al. In rats fed high-energy diets, taste, rather than fat content, is the key factor increasing food intake: a comparison of a cafeteria and a lipid-supplemented standard diet. PeerJ. 5, 3697 (2017).
- Higa, T. S., Spinola, A. V., Fonseca-Alaniz, M. H., Evangelista, F. S. Comparison between cafeteria and high-fat diets in the induction of metabolic dysfunction in mice. International Journal of Physiology, Pathophysiololgy and Pharmacology. 6 (1), 47-54 (2014).
- Zeeni, N., Dagher-Hamalian, C., Dimassi, H., Faour, W. H. Cafeteria diet-fed mice is a pertinent model of obesity-induced organ damage: a potential role of inflammation. Inflammation Research. 64 (7), 501-512 (2015).
- Bortolin, R. C., et al. A new animal diet based on human Western diet is a robust diet-induced obesity model: comparison to high-fat and cafeteria diets in term of metabolic and gut microbiota disruption. International Journal of Obesity (London). 42 (3), 525-534 (2018).
- Hansen, M. J., Jovanovska, V., Morris, M. J. Adaptive responses in hypothalamic neuropeptide Y in the face of prolonged high-fat feeding in the rat. Journal of Neurochemistry. 88 (4), 909-916 (2004).
- Martire, S. I., Westbrook, R. F., Morris, M. J. Effects of long-term cycling between palatable cafeteria diet and regular chow on intake, eating patterns, and response to saccharin and sucrose. Physiology & Behavior. 139, 80-88 (2015).
- Shiraev, T., Chen, H., Morris, M. J. Differential effects of restricted versus unlimited high-fat feeding in rats on fat mass, plasma hormones and brain appetite regulators. Journal of Neuroendocrinology. 21 (7), 602-609 (2009).
- Beilharz, J. E., Maniam, J., Morris, M. J. Short exposure to a diet rich in both fat and sugar or sugar alone impairs place, but not object recognition memory in rats. Brain, Behavior and Immunity. 37, 134-141 (2014).
- Bhagavata Srinivasan, S. P., Raipuria, M., Bahari, H., Kaakoush, N. O., Morris, M. J. Impacts of Diet and Exercise on Maternal Gut Microbiota Are Transferred to Offspring. Frontiers in Endocrinology. 9, 716-716 (2018).
- Kaakoush, N. O., et al. Alternating or continuous exposure to cafeteria diet leads to similar shifts in gut microbiota compared to chow diet. Molelcular Nutrition & Food Research. 61 (1), (2017).
- Raipuria, M., Bahari, H., Morris, M. J. Effects of maternal diet and exercise during pregnancy on glucose metabolism in skeletal muscle and fat of weanling rats. PLoS One. 10 (4), 0120980 (2015).
- Beilharz, J. E., Maniam, J., Morris, M. J. Short-term exposure to a diet high in fat and sugar, or liquid sugar, selectively impairs hippocampal-dependent memory, with differential impacts on inflammation. Behavioral Brain Research. 306, 1-7 (2016).
- Darling, J. N., Ross, A. P., Bartness, T. J., Parent, M. B. Predicting the effects of a high-energy diet on fatty liver and hippocampal-dependent memory in male rats. Obesity (Silver Spring). 21 (5), 910-917 (2013).
- Gomez-Smith, M., et al. Reduced Cerebrovascular Reactivity and Increased Resting Cerebral Perfusion in Rats Exposed to a Cafeteria Diet. Neuroscienze. 371, 166-177 (2018).
- Martire, S. I., Holmes, N., Westbrook, R. F., Morris, M. J. Altered feeding patterns in rats exposed to a palatable cafeteria diet: increased snacking and its implications for development of obesity. PLoS One. 8 (4), 60407 (2013).
- Del Bas, J. M., et al. Alterations in gut microbiota associated with a cafeteria diet and the physiological consequences in the host. International Journal of Obesity (London). 42 (4), 746-754 (2018).
- Ferreira, A., Castro, J. P., Andrade, J. P., Dulce Madeira, M., Cardoso, A. Cafeteria-diet effects on cognitive functions, anxiety, fear response and neurogenesis in the juvenile rat. Neurobiology of Learning and Memory. 155, 197-207 (2018).
- Ribeiro, A., Batista, T. H., Veronesi, V. B., Giusti-Paiva, A., Vilela, F. C. Cafeteria diet during the gestation period programs developmental and behavioral courses in the offspring. International Journal of Developmental Neuroscience. 68, 45-52 (2018).
- Leffa, D. D., et al. Effects of Acerola (Malpighia emarginata DC.) Juice Intake on Brain Energy Metabolism of Mice Fed a Cafeteria Diet. Molecular Neurobiology. 54 (2), 954-963 (2017).
- Mn, M., Smvk, P., Battula, K. K., Nv, G., Kalashikam, R. R. Differential response of rat strains to obesogenic diets underlines the importance of genetic makeup of an individual towards obesity. Scientific Reports. 7 (1), 9162 (2017).
- Schemmel, R., Mickelsen, O., Gill, J. L. Dietary obesity in rats: Body weight and body fat accretion in seven strains of rats. The Journal of Nutrition. 100 (9), 1041-1048 (1970).
- Montgomery, M. K., et al. Mouse strain-dependent variation in obesity and glucose homeostasis in response to high-fat feeding. Diabetologia. 56 (5), 1129-1139 (2013).
- Krzizek, E. C., et al. Prevalence of Micronutrient Deficiency in Patients with Morbid Obesity Before Bariatric Surgery. Obesity Surgery. 28 (3), 643-648 (2018).
