आइसोकालोरिक 2:1 चूहों में रुक-रुक कर उपवास के मेटाबोलिक प्रभावों का आकलन
Summary
वर्तमान लेख आइसोलोरिक 2:1 आंतरायिक उपवास के लिए एक विस्तृत प्रोटोकॉल का वर्णन करने की रक्षा और मोटापे और बिगड़ा ग्लूकोज चयापचय के खिलाफ जंगली प्रकार और ob/ob चूहों में इलाज ।
Abstract
आंतरायिक उपवास (आईएफ), आवधिक ऊर्जा प्रतिबंध से जुड़े एक आहार हस्तक्षेप, कई लाभ प्रदान करने और मेटाबोलिक असामान्यताओं का प्रतिकार करने के लिए माना गया है। अब तक, उपवास और भोजन अवधि की अलग-अलग अवधि के साथ विभिन्न प्रकार के यदि मॉडल ों का दस्तावेजीकरण किया गया है। हालांकि, परिणामों की व्याख्या चुनौतीपूर्ण है, क्योंकि इनमें से कई मॉडलों में समय और कैलोरी-प्रतिबंध रणनीतियों दोनों से बहुकारक योगदान शामिल हैं। उदाहरण के लिए, वैकल्पिक दिन उपवास मॉडल, जो अक्सर एक कृंतक यदि आहार के रूप में उपयोग किया जाता है, के परिणामस्वरूप अंडरफीडिंग हो सकता है, यह सुझाव देता है कि इस हस्तक्षेप से स्वास्थ्य लाभ की संभावना कैलोरी प्रतिबंध और उपवास-पुनर्भोजन चक्र दोनों के माध्यम से मध्यस्थता की जाती है। हाल ही में, यह सफलतापूर्वक प्रदर्शन किया गया है कि 2:1 IF, जिसमें 2 दिन का उपवास शामिल है, जिसके बाद 2 दिन का भोजन किया गया है, समग्र गरमी के सेवन में कमी के बिना आहार-प्रेरित मोटापा और मेटाबोलिक सुधारों के खिलाफ सुरक्षा प्रदान कर सकता है। यहां प्रस्तुत चूहों में हस्तक्षेप इस आइसोलोरिक 2:1 का एक प्रोटोकॉल है। इसके अलावा वर्णित एक जोड़ी खिला (पीएफ) प्रोटोकॉल ऐसे हाइपरफैगिया के रूप में बदल खाने व्यवहार के साथ एक माउस मॉडल की जांच करने के लिए आवश्यक है । 2:1 यदि आहार का उपयोग करना, यह प्रदर्शित किया जाता है कि आइसोलोरिक यदि शरीर के वजन को कम करता है, ग्लूकोज होमोस्टोसिस में सुधार होता है, और ऊर्जा व्यय को ऊंचा करता है। इस प्रकार, यह आहार विभिन्न रोग स्थितियों पर आईएफ के स्वास्थ्य प्रभावों की जांच करने के लिए उपयोगी हो सकता है।
Introduction
आधुनिक जीवन शैली लंबे समय तक दैनिक भोजन के सेवन के समय और कम उपवास अवधि1के साथ जुड़ा हुआ है । यह वर्तमान वैश्विक मोटापा महामारी के लिए योगदान देता है, मेटाबोलिक मनुष्यों में देखा नुकसान के साथ । पूरे मानव इतिहास में उपवास का अभ्यास किया गया है, और इसके विविध स्वास्थ्य लाभों में लंबे समय तक उम्र, ऑक्सीडेटिव क्षति को कम करना और अनुकूलित ऊर्जा होमोस्टोसिस2,3शामिल हैं। उपवास का अभ्यास करने के कई तरीकों में, आवधिक ऊर्जा अभाव, जिसे आंतरायिक उपवास (आईएफ) कहा जाता है, एक लोकप्रिय आहार विधि है जो अपने आसान और सरल आहार के कारण सामान्य आबादी द्वारा व्यापक रूप से अभ्यास की जाती है। प्रीक्लिनिकल और नैदानिक मॉडलों में हाल के अध्ययनों से पता चला है कि यदि लंबे समय तक उपवास और गरमी प्रतिबंध के बराबर स्वास्थ्य लाभ प्रदान कर सकते हैं, सुझाव है कि अगर मोटापा और चयापचय रोगोंकेलिए एक संभावित चिकित्सीय रणनीति हो सकती है2,3,4,5।
यदि उपवास अवधि और आवृत्ति के संदर्भ में रेजीडेंस भिन्न होते हैं। वैकल्पिक दिन उपवास (यानी, 1 दिन खिला/1 दिन उपवास; 1:1 IF) सबसे अधिक इस्तेमाल किया गया है अगर कृंतक में आहार मोटापा, हृदय रोगों, न्यूरोडीजेनेरेटिव रोगों, आदि पर अपने लाभकारी स्वास्थ्य प्रभावों का अध्ययन करने के लिए2,3। हालांकि, जैसा कि पिछले अध्ययनों में दिखाया गया है6,7,और आगे मशीनी हमारी ऊर्जा सेवन विश्लेषण8,1:1 यदि अंडरफीडिंग (~ 80%) ऊर्जा हानि की भरपाई के लिए पर्याप्त भोजन समय की कमी के कारण। यह स्पष्ट नहीं है कि 1:1 द्वारा प्रदत्त स्वास्थ्य लाभ कैलोरी प्रतिबंध या खाने के पैटर्न के संशोधन से मध्यस्थता कर रहे हैं । इसलिए, एक नया यदि आहार विकसित किया गया है और यहां दिखाया गया है, जिसमें 2 दिन का भोजन/1 दिन उपवास (2:1 IF) पैटर्न शामिल है, जो चूहों को भोजन के सेवन की भरपाई के लिए पर्याप्त समय प्रदान करता है (~ 99%) और शरीर का वजन। इसके बाद इन चूहों की तुलना विज्ञापन लिमिटम (अल) समूह से की जाती है । यह आहार जंगली प्रकार के चूहों में कैलोरी कमी के अभाव में आइसोक्लोरिक के प्रभावों की जांच में सक्षम बनाता है।
इसके विपरीत, एक माउस मॉडल में जो बदल खिला व्यवहार प्रदर्शित करता है, अल फीडिंग 2:1 आईएफ के प्रभावों की तुलना और जांच करने के लिए एक उचित नियंत्रण स्थिति नहीं हो सकती है। उदाहरण के लिए, के बाद से ob/ob चूहों (मोटापे के लिए एक आमतौर पर इस्तेमाल किया आनुवंशिक मॉडल) भूख और तृप्ति को विनियमित लेप्टिन की कमी के कारण हाइपरफैगिया प्रदर्शन, 2:1 अगर प्रदर्शन ~20% के साथ उन ओबी की तुलना में गरमी का सेवन कम/ इस प्रकार, ओबी/ओबी चूहों में यदि के प्रभावों की ठीक से जांच करने और तुलना करने के लिए, उपयुक्त नियंत्रण के रूप में एक जोड़ी-फीडिंग समूह को नियोजित करने की आवश्यकता है ।
कुल मिलाकर, एक जोड़ी-फीडिंग नियंत्रण का उपयोग सहित आइसोक्यूलोरिक 2:1 आईएफ करने के लिए एक व्यापक प्रोटोकॉल प्रदान किया जाता है। यह आगे प्रदर्शित किया जाता है कि आइसोलोरिक 2:1 यदि चूहों को उच्च वसा वाले आहार-प्रेरित मोटापा और/या दोनों जंगली प्रकार और ओबी/ओबी चूहों में मेटाबोलिक रोग से बचाता है । इस प्रोटोकॉल का उपयोग न्यूरोलॉजिकल विकारों, हृदय रोगों और कैंसर सहित विभिन्न रोग स्थितियों पर 2:1 आईएफ के लाभकारी स्वास्थ्य प्रभावों की जांच करने के लिए किया जा सकता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
यह अच्छी तरह से प्रलेखित किया गया है कि यदि मनुष्यों और पशुओं दोनों में विभिन्न रोगों पर लाभकारी स्वास्थ्य प्रभाव प्रदान करताहै तो 8, 15,16,17,18,<sup class="xre…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
के-एचके को हार्ट एंड स्ट्रोक फाउंडेशन ऑफ कनाडा ग्रांट-इन-एड (जी-18-0022213), जे पी बिकेल फाउंडेशन और यूनिवर्सिटी ऑफ ओटावा हार्ट इंस्टीट्यूट स्टार्ट-अप फंड द्वारा समर्थित किया गया था; एच-केएस को कनाडा के स्वास्थ्य अनुसंधान संस्थान (पीजेटी-162083), रूबेन और हेलेन डेनिस स्कॉलर और सन लाइफ फाइनेंशियल न्यू अन्वेषक पुरस्कार से मधुमेह अनुसंधान के लिए Banting & सर्वश्रेष्ठ मधुमेह केंद्र (BBDC) और प्राकृतिक विज्ञान से अनुदान द्वारा समर्थित किया गया था और कनाडा की इंजीनियरिंग रिसर्च काउंसिल (एनएसईआरसी) (आरजीपिन-2016-06610) । आरवाईके को यूनिवर्सिटी ऑफ ओटावा कार्डियोलॉजी रिसर्च एंडोमेंट फंड से फेलोशिप का समर्थन मिला था । जेएचएल को एनएसईआरसी डॉक्टोरल स्कॉलरशिप और ओंटारियो ग्रेजुएट स्कॉलरशिप ने सपोर्ट किया था । Y.O. को विज्ञान और प्रौद्योगिकी में UOHI संपन्न स्नातक पुरस्कार और महारानी एलिजाबेथ द्वितीय स्नातक छात्रवृत्ति द्वारा समर्थित किया गया था ।
Materials
| Comprehensive Lab Animal Monitoring System (CLAMS) | Columbus Instruments | Indirect calorimeter | |
| D-(+)-Glucose solution | Sigma-Aldrich | G8769 | For GTT |
| EchoMRI 3-in-1 | EchoMRI | EchoMRI 3-in-1 | Body composition analysis |
| Glucometer and strips | Bayer | Contour NEXT | These are for GTT and ITT experiments |
| High Fat Diet (45% Kcal% fat) | Research Diets Inc. | #D12451 | 3.3 Kcal/g |
| High Fat Diet (60% Kcal% fat) | Research Diets Inc. | #D12452 | 4.73 Kcal/g |
| Insulin | El Lilly | Humulin R | For ITT |
| Mouse Strain: B6.Cg-Lepob/J | The Jackson Laboratory | #000632 | Ob/Ob mouse |
| Mouse Strain: C57BL/6J | The Jackson Laboratory | #000664 | |
| Normal chow (17% Kcal% fat) | Harlan | #2918 | |
| Scale | Mettler Toledo | Body weight and food intake measurement |
References
- Gill, S., Panda, S. A Smartphone App Reveals Erratic Diurnal Eating Patterns in Humans that Can Be Modulated for Health Benefits. Cell Metabolism. 22 (5), 789-798 (2015).
- Longo, V. D., Panda, S. Fasting, Circadian Rhythms, and Time-Restricted Feeding in Healthy Lifespan. Cell Metabolism. 23 (6), 1048-1059 (2016).
- Longo, V. D., Mattson, M. P. Fasting: molecular mechanisms and clinical applications. Cell Metabolism. 19 (2), 181-192 (2014).
- Patterson, R. E., et al. Intermittent Fasting and Human Metabolic Health. Journal of the Academy of Nutrition and Dietetics. 115 (8), 1203-1212 (2015).
- Fontana, L., Partridge, L. Promoting health and longevity through diet: from model organisms to humans. Cell. 161 (1), 106-118 (2015).
- Boutant, M., et al. SIRT1 Gain of Function Does Not Mimic or Enhance the Adaptations to Intermittent Fasting. Cell Reports. 14 (9), 2068-2075 (2016).
- Gotthardt, J. D., et al. Intermittent Fasting Promotes Fat Loss With Lean Mass Retention, Increased Hypothalamic Norepinephrine Content, and Increased Neuropeptide Y Gene Expression in Diet-Induced Obese Male Mice. Endocrinology. 157 (2), 679-691 (2016).
- Kim, K. H., et al. Intermittent fasting promotes adipose thermogenesis and metabolic homeostasis via VEGF-mediated alternative activation of macrophage. Cell Research. 27 (11), 1309-1326 (2017).
- Lancaster, G. I., Henstridge, D. C. Body Composition and Metabolic Caging Analysis in High Fat Fed Mice. Journal of Visualized Experiments. (135), (2018).
- Ayala, J. E., et al. Standard operating procedures for describing and performing metabolic tests of glucose homeostasis in mice. Disease Models & Mechanisms. 3 (9-10), 525-534 (2010).
- Heijboer, A. C., et al. Sixteen h of fasting differentially affects hepatic and muscle insulin sensitivity in mice. Journal of Lipid Research. 46 (3), 582-588 (2005).
- McGuinness, O. P., Ayala, J. E., Laughlin, M. R., Wasserman, D. H. NIH experiment in centralized mouse phenotyping: the Vanderbilt experience and recommendations for evaluating glucose homeostasis in the mouse. American Journal of Physiology: Endocrinology and Metabolism. 297 (4), 849-855 (2009).
- Jorgensen, M. S., Tornqvist, K. S., Hvid, H. Calculation of Glucose Dose for Intraperitoneal Glucose Tolerance Tests in Lean and Obese Mice. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 56 (1), 95-97 (2017).
- Nagy, C., Einwallner, E. Study of In Vivo Glucose Metabolism in High-fat Diet-fed Mice Using Oral Glucose Tolerance Test (OGTT) and Insulin Tolerance Test (ITT). Journal of Visualized Experiments. (131), 56672 (2018).
- Kim, Y. H., et al. Thermogenesis-independent metabolic benefits conferred by isocaloric intermittent fasting in ob/ob mice. Scientific Reports. 9 (1), 2479 (2019).
- Li, G., et al. Intermittent Fasting Promotes White Adipose Browning and Decreases Obesity by Shaping the Gut Microbiota. Cell Metabolism. 26 (4), 672-685 (2017).
- Mitchell, S. J., et al. Daily Fasting Improves Health and Survival in Male Mice Independent of Diet Composition and Calories. Cell Metabolism. 29 (1), 221-228 (2019).
- Cignarella, F., et al. Intermittent Fasting Confers Protection in CNS Autoimmunity by Altering the Gut Microbiota. Cell Metabolism. 27 (6), 1222-1235 (2018).
- Martinez-Lopez, N., et al. System-wide Benefits of Intermeal Fasting by Autophagy. Cell Metabolism. 26 (6), 856-871 (2017).
- Lo Martire, V., et al. Changes in blood glucose as a function of body temperature in laboratory mice: implications for daily torpor. American Journal of Physiology: Endocrinology and Metabolism. 315 (4), 662-670 (2018).
- Chaix, A., Zarrinpar, A., Miu, P., Panda, S. Time-restricted feeding is a preventative and therapeutic intervention against diverse nutritional challenges. Cell Metabolism. 20 (6), 991-1005 (2014).
- Chaix, A., Lin, T., Le, H. D., Chang, M. W., Panda, S. Time-Restricted Feeding Prevents Obesity and Metabolic Syndrome in Mice Lacking a Circadian Clock. Cell Metabolism. 29 (2), 303-319 (2019).
- Wang, B., Chandrasekera, P. C., Pippin, J. J. Leptin- and leptin receptor-deficient rodent models: relevance for human type 2 diabetes. Current Diabetes Reviews. 10 (2), 131-145 (2014).
- Pan, W. W., Myers, M. G. Leptin and the maintenance of elevated body weight. Nature Reviews: Neuroscience. 19 (2), 95-105 (2018).
- Jackson, D. S., Ramachandrappa, S., Clark, A. J., Chan, L. F. Melanocortin receptor accessory proteins in adrenal disease and obesity. Frontiers in Neuroscience. 9, 213 (2015).
- Tolson, K. P., et al. Postnatal Sim1 deficiency causes hyperphagic obesity and reduced Mc4r and oxytocin expression. Journal of Neuroscience. 30 (10), 3803-3812 (2010).
- Shimada, M., Tritos, N. A., Lowell, B. B., Flier, J. S., Maratos-Flier, E. Mice lacking melanin-concentrating hormone are hypophagic and lean. Nature. 396 (6712), 670-674 (1998).
- Reitman, M. L. Of mice and men – environmental temperature, body temperature, and treatment of obesity. FEBS Letters. 592 (12), 2098-2107 (2018).
- Chvedoff, M., Clarke, M. R., Irisarri, E., Faccini, J. M., Monro, A. M. Effects of housing conditions on food intake, body weight and spontaneous lesions in mice. A review of the literature and results of an 18-month study. Food and Cosmetics Toxicology. 18 (5), 517-522 (1980).
- Toth, L. A., Trammell, R. A., Ilsley-Woods, M. Interactions Between Housing Density and Ambient Temperature in the Cage Environment: Effects on Mouse Physiology and Behavior. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 54 (6), 708-717 (2015).
