Summary

تقييم الآثار الايضيه من Isocaloric 2:1 الصيام المتقطع في الفئران

Published: November 27, 2019
doi:

Summary

توضح المقالة الحالية بروتوكولا مفصلا ل الكالوريات 2:1 الصيام المتقطعة لحماية وعلاج ضد السمنة وضعف استقلاب الجلوكوز في البرية من نوع والفئران ob/ob .

Abstract

الصيام المتقطع (IF) ، وهو التدخل الغذائي الذي ينطوي علي قيود الطاقة الدورية ، وقد اعتبر لتوفير العديد من الفوائد والتصدي لتشوات الأيض. حتى الآن ، تم توثيق أنواع مختلفه من نماذج IF مع فترات مختلفه من الصيام وفترات الرضاعة. ومع ذلك ، فان تفسير النتائج يشكل تحديا ، لان العديد من هذه النماذج ينطوي علي مساهمات متعددة العوامل من استراتيجيات تقييد الوقت والسعرات الحرارية. علي سبيل المثال ، يمكن ان يؤدي نموذج الصيام اليوم البديل ، وغالبا ما يستخدم كنظام IF القوارض ، في التغذية الناقصة ، مما يوحي بان الفوائد الصحية من هذا التدخل من المرجح ان توسط عن طريق تقييد السعرات الحرارية والصيام-دورات أعاده التغذية. في الاونه الاخيره ، وقد ثبت بنجاح ان 2:1 IF ، والتي تشمل 1 يوم من الصيام تليها يومين من التغذية ، يمكن ان توفر الحماية ضد السمنة الناجمة عن النظام الغذائي والتحسينات الايضيه دون انخفاض في المدخول الحراري الكلي. المقدمة هنا هو بروتوكول لهذا التدخل ال2:1 التلقائية IF في الفئران. كما هو موضح أيضا بروتوكول التغذية زوج (PF) المطلوبة لفحص نموذج الماوس مع السلوكيات الأكل المتغيرة ، مثل hyperphagia. باستخدام نظام if 2:1, ومن الواضح ان الكالوريات if يؤدي إلى انخفاض زيادة وزن الجسم, تحسين التوازن الجلوكوز, وارتفاع نفقات الطاقة. وهكذا ، قد يكون هذا النظام مفيدا للتحقيق في الآثار الصحية لل IF علي مختلف الامراض المرضية.

Introduction

ويرتبط نمط الحياة الحديثة مع وقت أطول يوميا تناول الطعام وأقصر فترات الصيام1. وهذا يسهم في وباء السمنة العالمية الحالية, مع عيوب الأيض ينظر في البشر. وقد مورس الصيام في جميع انحاء التاريخ البشري ، والفوائد الصحية المتنوعة تشمل العمر المديد ، والحد من الضرر التاكسدي ، والطاقة الأمثل التوازن2،3. من بين عده طرق لممارسه الصيام ، والحرمان الدوري الطاقة ، ويطلق عليه الصيام المتقطع (IF) ، هو أسلوب الغذائية الشعبية التي تمارس علي نطاق واسع من قبل السكان عموما بسبب نظامه سهله وبسيطه. وقد أثبتت الدراسات الاخيره في النماذج السريرية والسريرية انه إذا كان يمكن ان توفر الفوائد الصحية مماثله لفترات الصيام المطول وتقييد السعرات الحرارية ، مما يوحي بأنه إذا يمكن ان تكون استراتيجية علاجيه محتمله للسمنة والامراض الايضيه2،3،4،5.

إذا كانت الانظمه العلاجية تختلف من حيث مده الصيام والتردد. الصيام يوم بديل (اي ، يوم واحد التغذية/1 يوم الصيام ؛ 1:1 if) وكان الأكثر استخداما إذا نظام في القوارض لدراسة اثارها الصحية المفيدة علي السمنة ، وامراض القلب والاوعيه الدموية ، وامراض الأعصاب ، وما إلى ذلك2،3. ومع ذلك ، كما هو مبين في الدراسات السابقة6،7، وكذلك أكد ميكانيكيا في تحليل مدخولنا الطاقة8، 1:1 إذا كانت النتائج في التغذية الناقصة (~ 80 ٪) بسبب عدم كفاية وقت التغذية للتعويض عن فقدان الطاقة. وهذا يجعل من غير الواضح ما إذا كانت الفوائد الصحية التي تمنحها 1:1 IF يتم بوساطة تقييد السعرات الحرارية أو تعديل أنماط الأكل. ولذلك ، تم تطوير نظام IF جديده ويظهر هنا ، والتي تتالف من 2 يوم التغذية/1 يوم الصيام (2:1 IF) نمط ، الذي يوفر الفئران مع الوقت الكافي للتعويض عن تناول الطعام (~ 99 ٪) ووزن الجسم. وتقارن هذه الفئران بعد ذلك بمجموعه الإعلانات (AL). هذا النظام يتيح الفحص للآثار الكالوريات IF في غياب خفض السعرات الحرارية في الفئران من النوع البري.

وعلي النقيض من ذلك ، في نموذج الماوس الذي يسلك سلوك التغذية المتغيرة ، قد لا تكون التغذية الشرط المناسب السيطرة علي مقارنه ودراسة اثار 2:1 IF. علي سبيل المثال ، منذ ob/ob الفئران (نموذج وراثي شائع الاستخدام للسمنة) معرض فرط نظرا لعدم وجود ليبتين تنظيم الشهية والشبع ، تلك مع 2:1 IF المعرض ~ 20 ٪ انخفاض السعرات الحرارية مقارنه مع ob/ob الفئران مع التغذية. وهكذا ، لفحص بشكل صحيح ومقارنه اثار IF في الفئران ob/ob ، مجموعه التغذية زوج كعنصر تحكم مناسب يحتاج إلى استخدامها.

وبشكل عام ، يتم توفير بروتوكول شامل لأداء ال2:1 الحرارية المتوسطة ، بما في ذلك استخدام التحكم في تغذيه الزوج. ومن الواضح أيضا ان الكالوريات 2:1 IF يحمي الفئران من ارتفاع الدهون التي يسببها النظام الغذائي السمنة و/أو الخلل الأيضي في كل من نوع البرية والفئران ob/ob . ويمكن استخدام هذا البروتوكول لدراسة الآثار الصحية المفيدة من 2:1 IF في الحالات المرضية المختلفة بما في ذلك الاضطرابات العصبية, امراض القلب والاوعيه الدموية, والسرطان.

Protocol

وقد تمت الموافقة علي جميع الأساليب والبروتوكولات هنا من قبل لجان الرعاية الحيوانية في الرعاية الحيوانية والخدمات البيطرية (ACVS) من جامعه اوتاوا ومركز فينوجينوميكس (TCP) ومطابقه لمعايير المجلس الكندي للعناية بالماشية. وتجدر الاشاره إلى ان جميع الإجراءات الموصوفة هنا ينبغي القيام بها تحت ال?…

Representative Results

ويبين الشكل 1 تحليلات التغذية بعد الصيام 24 ساعة والمقارنة بين 1:1 و 2:1 الصيام المتقطع. وقد أدت فتره الصيام 24 ساعة إلى انخفاض في وزن الجسم بنسبه ~ 10% ، والذي تم استرداده بالبالكامل بعد يومين من أعاده التغذية (الشكل 1ا). فتره صيام 24 ساعة تسبب فرط التعرق خلا…

Discussion

وقد تم توثيقه جيدا انه إذا كان يوفر الآثار الصحية المفيدة علي مختلف الامراض في كل من البشر والحيوانية8,15,16,17,18,19. وقد تم مؤخرا توضيح ألياته الاساسيه ، مثل اليه التلقائية والأمعاء الم…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

وقد دعمت المؤسسة الكندية للقلب والسكتة الدماغية منحه المعونة المقدمة من كندا (G-18-0022213) ، ومؤسسه j. p. بيكسيل ، والصندوق الناشئ لمعهد القلب في جامعه اوتاوا ؛ K.S. تم دعمها من قبل المنح من المعاهد الكندية للبحوث الصحية (PJT-162083) ، روبن وهيلين دينيس الباحث والحياة المالية الجديدة جائزه الباحث عن مرض السكري من Banting & أفضل مركز للسكري (BBDC) والعلوم الطبيعية ومجلس البحوث الهندسية (NSERC) في كندا (RGPIN-2016-06610). وكانت R.Y.K. مدعومة بزمالة من صندوق الهبات الخاص بجامعه اوتاوا لبحوث القلب. وقد تم دعم J.H.L. من قبل منحه الدكتوراه NSERC ومنحه اونتاريو للدراسات العليا. وقد دعمت Y.O. من قبل جائزه الخريجين UOHI ومنحه الملكة اليزابيث الثانية الدراسات العليا في العلوم والتكنولوجيا.

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

  1. 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).
  2. Longo, V. D., Panda, S. Fasting, Circadian Rhythms, and Time-Restricted Feeding in Healthy Lifespan. Cell Metabolism. 23 (6), 1048-1059 (2016).
  3. Longo, V. D., Mattson, M. P. Fasting: molecular mechanisms and clinical applications. Cell Metabolism. 19 (2), 181-192 (2014).
  4. Patterson, R. E., et al. Intermittent Fasting and Human Metabolic Health. Journal of the Academy of Nutrition and Dietetics. 115 (8), 1203-1212 (2015).
  5. Fontana, L., Partridge, L. Promoting health and longevity through diet: from model organisms to humans. Cell. 161 (1), 106-118 (2015).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Lancaster, G. I., Henstridge, D. C. Body Composition and Metabolic Caging Analysis in High Fat Fed Mice. Journal of Visualized Experiments. (135), (2018).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Kim, Y. H., et al. Thermogenesis-independent metabolic benefits conferred by isocaloric intermittent fasting in ob/ob mice. Scientific Reports. 9 (1), 2479 (2019).
  16. 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).
  17. 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).
  18. Cignarella, F., et al. Intermittent Fasting Confers Protection in CNS Autoimmunity by Altering the Gut Microbiota. Cell Metabolism. 27 (6), 1222-1235 (2018).
  19. Martinez-Lopez, N., et al. System-wide Benefits of Intermeal Fasting by Autophagy. Cell Metabolism. 26 (6), 856-871 (2017).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. Pan, W. W., Myers, M. G. Leptin and the maintenance of elevated body weight. Nature Reviews: Neuroscience. 19 (2), 95-105 (2018).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. Reitman, M. L. Of mice and men – environmental temperature, body temperature, and treatment of obesity. FEBS Letters. 592 (12), 2098-2107 (2018).
  29. 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).
  30. 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).
check_url/60174?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Kim, R. Y., Lee, J. H., Oh, Y., Sung, H., Kim, K. Assessment of the Metabolic Effects of Isocaloric 2:1 Intermittent Fasting in Mice. J. Vis. Exp. (153), e60174, doi:10.3791/60174 (2019).

View Video