Вплив кокаїну та голодування на споживання окремих макроелементів у щурів

Ніа Мітчелл

1 Департамент біології, Коледж мистецтв і наук, Університет штату Джорджія, Атланта, Джорджія, США

Аарон Г. Рожеберрі

1 Департамент біології, Коледж мистецтв і наук, Університет штату Джорджія, Атланта, Джорджія, США

2 Інститут неврології, Коледж мистецтв і наук, Університет штату Джорджія, Атланта, Джорджія, США

Пов’язані дані

Неопрацьовані дані, що підтверджують висновки цього рукопису, будуть надані автором, без зайвих застережень, будь-якому кваліфікованому досліднику за запитом.

Анотація

Ожиріння є значною проблемою, і, як вважають, збільшення споживання їжі лежить в основі більшої частини збільшення рівня ожиріння. Нещодавно було багато дискусій та дискусій щодо ролі окремих макроелементів, вуглеводів, жирів та білків у підвищенні рівня ожиріння та пов'язаних із цим супутніх захворювань, але загалом мало досліджень того, як різні способи лікування та подразники впливають годування впливає на споживання окремих макроелементів. У цих дослідженнях ми перевірили, чи два способи лікування, що призводять до зміненого годування, гостра ін’єкція кокаїну та гостра швидка, диференційовано впливають на споживання окремих макроелементів, використовуючи парадигму вибору з трьох дієт. Кокаїн сильно стримував прийом кожної окремої дієти (вуглеводів, жирів та білків), але не було відмінностей між його впливом на споживання кожної окремої дієти. Натомість гострий піст мало впливав на прийом будь-якої з дієт і різним чином не впливав на прийом трьох пробних дієт. Таким чином, ці дослідження демонструють, що кокаїн може ефективно пригнічувати прийом їжі, незалежно від вмісту макроелементів, і суттєво вдосконалювати наше розуміння нервової регуляції індивідуального споживання макроелементів.

Вступ

Ожиріння стало значною проблемою в США і зростає у всьому світі. Приблизно 70% дорослого населення можна вважати надмірною вагою або ожирінням (Flegal et al., 2010, 2016), вартість яких перевищує 2 млрд. Доларів на рік (Finkelstein et al., 2009; Cawley and Meyerhoefer, 2012). Хоча зміни в активності, ймовірно, сприяли збільшенню рівня ожиріння, вважається, що це зростання пов'язане головним чином із збільшенням споживання їжі. В даний час існує мало ефективних методів лікування, щоб зменшити споживання їжі. Таким чином, нам потрібно краще зрозуміти механізми, що контролюють годування, щоб можна було визначити нові підходи до боротьби з ожирінням.

Незважаючи на докази того, що окремі макроелементи можуть суттєво впливати на годування і можуть сприяти розвитку ожиріння, мало досліджено, як різні методи лікування, що змінюють годування, впливають на споживання окремих макроелементів. У цих дослідженнях ми перевірили, чи два способи лікування, які різко змінюють годування, короткочасне голодування або гостра ін’єкція кокаїну, різним чином змінюють споживання окремих макроелементів, використовуючи короткочасний (24 год) триразовий тест на вибір дієти.

Матеріали і методи

Реагенти

Стерильний бактеріостатичний фізіологічний розчин був від Patterson Veterinary Supply, Inc., (Стерлінг, штат Массачусетс, США). Кокаїн HCl був від Sigma. Усі інші реагенти надходили із звичайних комерційних джерел.

Тварини

Для цих експериментів використовували молодих дорослих самців щурів Sprague Dawley (Harlan Laboratories, Madison, WI, США). Щури важили між 220–250 г на момент прибуття (віком ∼7–8 тижнів) та віком testing16–19 тижнів після тестування. Щурів окремо утримували у клітинах з системою догляду за тваринами з полікарбонату у приміщенні з контролем температури та вологості в зворотному циклі 12:12 світло/темно з їжею та водою ad libitum, крім днів аклімації та тестування, коли щури мали доступ до індивідуальні дієти на вибір макроелементів. Усі протоколи та процедури були затверджені Інституційним комітетом з догляду та використання тварин при Державному університеті штату Джорджія та приведені у відповідність до Національної дослідницької ради Національного академічного керівництва з догляду та використання лабораторних тварин.

Тестові дієти та вимірювання споживання їжі

Щури мали вільний доступ до води та стандартної лабораторної чау (дієта для гризунів Purina # 5001, PMI Nutrition International; 3,36 ккал/г) у своїй домашній клітці, за винятком усіх днів аклімації та тестування. Для перевірки споживання кожного окремого макроелемента (вуглеводів, жирів або білків) були підготовлені три різні дієти (надалі - тестові дієти), що містять лише один макроелемент у поєднанні з необхідними вітамінами та мінералами. Склад дієт був адаптований від Smith et al. (1996) і наведені в таблиці 1. До початку експерименту щурів привчали до випробувальних дієт протягом 24 годин у кількох випробуваннях з інтервалом не менше 3 днів, доки споживання кожної дієти не було стабільним. Стабільне споживання було визначено як таблиця 2. Попередньо зважені кількості кожної дієти давали щурам у чашках Петрі, магнітно прикріплених до дна їхньої домашньої клітки, щоб обмежити розлив, і посуд зважували через певні проміжки часу, щоб визначити кількість з’їденого. Якщо харчова страва була розлита, її замінювали новою встановленою кількістю їжі в наступний момент часу, а дані за попередній період часу виключали. 24-годинне споживання чау періодично контролювали протягом експерименту та протягом 24-годинного періоду після випробування, забезпечуючи задану кількість їжі в звичайному бункері для їжі, яку потім зважували через 24 години.

ТАБЛИЦЯ 1

Склад пробних дієт.

Інгредієнт	Вуглеводи	Жир	Білок
Кукурудзяний крохмаль	58.11	0	0
Цукрова пудра	29.06	0	0
Овочеве вкорочення	0	75.12	0
Казеїн	0	0	87,17
DL-метіонін	0,11	0,2	0,11
Вітамінна суміш AIN-76A	0,77	1,49	0,77
Мінеральна суміш AIN-76A	3.07	5.95	3.07
Хлорид холіну	0,18	0,34	0,18
Целюлоза (альфацел)	8,72	16.91	8,72
Загальна калорійність	3,53 ккал/г.	6,85 ккал/г.	3,53 ккал/г.

ТАБЛИЦЯ 2

Вживання дієти в дні аклімації.

Дієта (г)
День аклімації:	Вуглеводи	Жир	Білок
День 1	10,07 ± 0,11	10,13 ± 0,17	8,00 ± 0,50
2 день	11,45 ± 0,24	11,4 ± 0,40	8,23 ± 0,84
День 3	12,45 ± 0,44	12,47 ± 0,37	9,05 ± 0,66
День 4	13,33 ± 0,90	12,23 ± 0,58	8,47 ± 0,50
День 5	12,67 ± 1,22	12,5 ± 0,68	8,1 ± 0,67

Експериментальний дизайн

Всі тести були розпочаті з настанням темної фази. Для тестування щурам проводили експериментальну обробку з подальшим представленням трьох тестових дієт у їх домашній клітці з необмеженим доступом до води протягом експерименту. Потім тестовий прийом дієти вимірювали через 1, 2, 4 та 24 год після представлення дієт. Відразу після 24-годинного вимірювання часу щурів повертали на годування чау-лібітум, а споживання чау вимірювали через 24 години.

Спочатку тестували щурів на вплив гострого голодування, після чого через 2 тижні проводили тест на вплив кокаїну. Для голодування щурів тестували в урівноваженому порядку, причому половина щурів голодувала протягом 24 год., А інші мали нормальний доступ до стандартного чау протягом 24 год., Що передував першому випробувальному дню. Потім лікування було скасовано на другий день тесту через 7 днів. Для голодування вся їжа була вилучена з настанням темної фази за 24 год до початку тесту, а 3 дієти для тестування були надані в домашній клітці на початку тесту через 24 год.

Для лікування кокаїну щурів тестували в урівноваженому порядку, причому половина щурів отримувала ін’єкцію кокаїну, а інші отримували ін’єкцію сольового розчину в перший день тестування. Потім ін’єкції були скасовані на другий день тесту через 7 днів. Щурам вводили внутрішньоочеревинно (внутрішньовенно) 20 мг/кг кокаїну або фізіологічного розчину в обсязі 1,0 мл/1,0 кг маси тіла на початку темного циклу, а потім повертали у свою домашню клітку за допомогою трьох тестових дієт. Дослідник, який вимірював споживання їжі, був сліпим до лікування кокаїном/фізіологічним розчином до завершення експерименту.

Аналіз даних

Кокаїн у подібній мірі інгібував споживання всіх трьох дієт і не змінив споживання домашньої чау-чау. (A) % зменшення споживання кожної з дієт протягом кожного окремого періоду часу (не кумулятивний). (B) % зменшення кумулятивного споживання кожної з дієт через 1 та 24 год після ін’єкції. (C) Після тесту, прийому чау-чау у домашніх клітинах протягом 24 годин. n = 5–11 (A, B). n = 12 (C).

Голодування не суттєво збільшило споживання жодної з тестових дієт. Сукупне споживання вуглеводів (A), жиру (B), і білка (C) дієти на щурах, що харчувались натощак та згодом. Перевірте споживання дієти протягом кожного окремого періоду часу (не кумулятивний) вуглеводів (D), жиру (E), і білка (F) дієти на щурах, що харчувались натощак та згодом. Зверніть увагу на відмінності в масштабі осі Y для панелей A – C. n = 8–12.

Як і для ін’єкцій кокаїну, ми також перевірили відносне збільшення споживання кожної з дієт з часом (рис. 4А, Б). Незважаючи на очевидні відмінності у відносному збільшенні вуглеводної та білкової дієти проти жирової дієти протягом 1-ї години, не було значних основних ефектів та жодної значної взаємодії (дієта: F (2,4) = 3,22, p = 0,147; час: F (3,6) = 0,934, p = 0,480; дієта x час: F (6,12) = 0,896, p = 0,528). Цікаво, що на відміну від відсутності впливу на дієти для тестування, щури, що голодували, демонстрували значне збільшення споживання чау протягом 24 годин після завершення тесту на вибір дієти (Малюнок 4С).

Голодування збільшило споживання всіх трьох тестових дієт подібним чином і збільшило споживання домашньої чау-чау після тесту. (A) Відносне збільшення споживання у відповідь на голодування протягом кожного окремого періоду часу (Некумулятивний). (B) Відносне збільшення кумулятивного споживання у відповідь на голодування через 1 та 24 год після ін’єкції. (C) Після тесту, прийому чау-хау в домашніх умовах протягом 24 годин. n = 8–12 (A, B). n = 12 (C). * p = 0,007.

Обговорення

У цих дослідженнях ми перевірили, чи різке змінення гострого голодування або ін'єкції кокаїну споживає окремі макроелементи, використовуючи парадигму вибору з трьох дієт. Кокаїн, який є психостимулятором, який широко показав, що різко зменшує годування, зменшив споживання всіх трьох дієт (вуглеводів, жирів, білків) до подібного рівня. Було значне зменшення годування протягом 1-ї години після лікування кокаїном та майже повне повернення до контрольного рівня споживання через 24 години після лікування (рис. 1). Існувала тенденція до того, що кокаїн більшою мірою пригнічував споживання вуглеводів протягом 1-ї години після обробки (відносно стану контролю сольового розчину) порівняно із споживанням жиру та білків, але це не досягло статистичної значущості (рис. Таким чином, кокаїн, здається, зменшує споживання кожного окремого макроелемента до подібних рівнів загалом.

Хоча точного механізму, за допомогою якого кокаїн зменшує споживання їжі, не встановлено, цілком ймовірно, що він зменшує харчування завдяки дії на дофамін. Показано, що амфетамін, який є ще одним психостимулятором, що зменшує годування, зменшує харчування переважно завдяки своїм діям на ланцюги дофаміну (Cannon et al., 2004). Таким чином, здається ймовірним, що кокаїн також пригнічує харчування через дії на ланцюги дофаміну. У світлі такої можливості дещо дивно, що кокаїн стримував споживання всіх трьох дієт з макроелементами до подібних кількостей. Щури явно споживали більшу частину калорій за допомогою жирової дієти (див. Загальну калорійність споживання кожної дієти на рисунку 1), а дієти, що містять жир і цукор, дуже корисні та корисні. Отже, можна очікувати, що дієти на жирах та/або вуглеводах (з високим вмістом цукру) будуть впливати в більшій мірі, ніж білкова дієта, внаслідок підвищення рівня позаклітинного дофаміну в кокаїні. Однак це було не так. Таким чином, виявляється, що кожна з окремих тестових дієт, що використовуються тут, мають однакові корисні та підсилюючі якості, або анорексигенні ефекти кокаїну, опосередковані підвищеним дофаміном, не зумовлені зміною корисних або підсилюючих якостей дієт.

Підводячи підсумок, ми показали, що кокаїн сильно пригнічує споживання кожного макроелемента до подібної міри, тоді як гострий піст показав лише незначне збільшення споживання кожної дієти, без різниці між споживанням кожного окремого макроелементу. Таким чином, ці дослідження значно вдосконалили наше розуміння центральних механізмів, що контролюють годування.

Наявність даних

Заява про етику

Дослідження на тваринах було розглянуто та схвалено Інституційним комітетом з догляду та використання тварин Державного університету Джорджії.