Вплив стресу на харчові переваги та споживання залежить від доступу та чутливості до стресу

Анотація

Вступ

Сучасна епідемія ожиріння та пов'язані з цим проблеми зі здоров'ям зробили вивчення впливу на поведінку годування надзвичайно важливим. Хоча причини недавньої ескалації ожиріння є складними, зростаюча доступність дуже смачних та калорійних продуктів, багатих жирами та вуглеводами, зіграла ключову роль (1). Зростаючий стрес у повсякденному житті пов’язаний із посиленням мотивації до таких продуктів (2–4). Підвищена чутливість до стресу також пов'язана як із ожирінням, так і з порушенням харчування (5, 6). Нещодавно, за погодженням з цією клінічною літературою, було запропоновано модель, за якою споживання енергетично щільної їжі послаблює негативні ефекти, пов'язані з хронічним стресом (7). Поточне дослідження було розроблене для того, щоб визначити, як хронічний стрес впливає на переваги макроелементів, щоб зрозуміти внесок стресу та чутливий до стресу фенотип на смачне годування, запої та метаболічний синдром.

Показано також, що відмінності в чутливості до стресу впливають на поведінку людей у процесі годування. У лабораторних умовах жінки з більшою реакцією кортизолу споживали більше калорій після стресу, ніж жінки з нижчим рівнем кортизолу (2). Крім того, у цьому дослідженні споживання калорій позитивно корелювало з негативним настроєм після стресу. Стресова система, зокрема гіперактивність осі стресу гіпоталамус-гіпофіз-наднирники (ГПА), також була пов'язана з розладом переїдання у людей (5, 6). Цікаво, що люди, які зменшують загальне споживання калорій під час стресу, все ще виявляють підвищену перевагу до смачних страв (3). Хоча ці та інші дослідження зосереджувались на загальному споживанні калорій та загальних категоріях продуктів харчування (закусочні та їжа), перевагу певним макроелементам під час дії стресу менш чітко виражено.

Дослідження впливу стресу або гормонів стресу на перевагу макроелементів у дослідженнях на тваринах дало суперечливі результати. Введення екзогенних стресових факторів по-різному впливає на переваги: більші дози глюкокортикоїдів, як видається, сприяють споживанню жиру, а відносно менші дози впливають на споживання вуглеводів (8, 9), а перенапруження та вік також відіграють певну роль у взаємозв'язку між стресом та вибором дієти ( 10). Ряд досліджень, зосереджених саме на споживанні жиру, також показав, що підвищений вміст глюкокортикоїдів призводить до збільшення споживання жиру, якщо його пропонують як єдину бажану дієту (11–13). Відповідно, споживання жиру зменшує поведінку, схожу на тривогу, і полегшує відновлення стресу (13–16). Дослідження запоїв у щурів також показують, що попереднє навантаження на стрес може бути необхідним фактором стимулювання надмірного споживання смачної їжі (17, 18). Ці дослідження підтверджують важливий зв'язок між шляхами стресу та харчовими уподобаннями, що може бути важливим для схильних наслідків стресу до ожиріння та переїдання у осіб з підвищеною чутливістю.

Виходячи з цих зв’язків між реакцією на стрес та харчуванням, спричиненим стресом, ми використали модель миші, яка відображає неадаптивні реакції на стрес та підвищену чутливість для оцінки впливу хронічного стресу на вибір макроелементів. Ці миші, дефіцитні для кортикотропін-вивільняючого фактора-рецептора-2 (CRFR2), демонструють перебільшену реакцію HPA на стрес, затримку відновлення стресу та посилення неадаптивних реакцій на подолання у багатьох поведінкових парадигмах (19). Крім того, ми раніше повідомляли, що ці миші також виявляють зміни в маркерах використання та накопичення периферійної енергії, що дозволяє вивчити вплив чутливості всього організму до стресу на перевагу макроелементів під час хронічного стресу (20, 21). У цих дослідженнях ми висунули гіпотезу про те, що частка калорій, споживаних мишами з дієтою з високим вмістом жиру, збільшиться під впливом стресу, і що ці ефекти будуть перебільшені в нашій мишачій моделі чутливості до стресу. Крім того, ми висунули гіпотезу, що специфічне споживання дуже вподобаної дієти з високим вмістом жиру під час обмеженого доступу показало б ще більшу генотипічну реакцію на стрес.

Матеріали і методи

Необмежена можливість вибору макроелементів

Миші з дефіцитом CRFR2 (KO) та одноплідники дикого типу (WT) генерували на змішаному тлі C57Bl/6: 129J шляхом гетерозиготних схрещувань, як описано раніше (19). Самців мишей (WT n = 20; KO n = 19) розміщували індивідуально в циклі 12:12 світло/темно (світиться на 0700 год), при цьому їжа та вода були доступні за необхідністю. Мишей забезпечували попередньо зваженими гранулами з високим вмістом жиру, високим вмістом білка та високим вмістом вуглеводів (Research Diets, Inc., New Brunswick, NJ) протягом 16 днів. Дієта з високим вмістом жиру (4,73 ккал/г) містила 44,9% жиру, 35,1% вуглеводів і 20% білка на ккал. Дієта з високим вмістом білка (4,29 ккал/г) містила 29,5% жиру, 30,5% вуглеводів і 40% білка, а дієта з високим вмістом вуглеводів (3,85 ккал/г) містила 10% жиру, 70% вуглеводів і 20% білка. Детальний склад дієти див. У таблиці 1. Усі дієти містили однакову кількість вітамінів і мінералів, і кожен з них був розроблений таким чином, щоб бути повноцінними та максимально схожими за структурою та зовнішнім виглядом.

Таблиця 1

Склад дієт.

% ккалВисокий жирВисокий білокВисокий вуглевод

Казеїн	19.7	39.4	19.7
L-цистин	0,3	0,6	0,3
Кукурудзяна стрічка	7.2	7.5	31.1
Мальтодекстрин	9.9	4.9	3.5
Суркоза	17	17	34,5
Соєва олія	5.5	5.5	5.5
Сало	39.4	24	4.4
Вітамінна суміш	1	1	1

Вживання їжі та вага тіла вимірювались в інші дні (приблизно 1600 год) протягом усього дослідження. Миші отримали тиждень доступу до всіх дієт, щоб ознайомитися з ними до початку вимірювань. У цей момент попередньо зважені харчові гранули клали на підлогу клітки і зважували та міняли кожні два дні. Кількості даної їжі було достатньо для того, щоб миші не втратили жодної дієти. Після початкових досліджень експеримент повторювали у другому наборі, якщо тварини (n = 4–6), щоб зібрати окремі жирові прокладки та виміряти рівень лептину в плазмі. Всі дослідження проводились згідно з експериментальними протоколами, затвердженими Інституційним комітетом з догляду та використання тварин Університету Пенсільванії, і всі процедури проводились відповідно до інституційних рекомендацій.

Хронічний змінний стрес

Для вивчення впливу стресу на перевагу вибору макроелементів ми застосували хронічний змінний стрес (CVS), етологічно важливу модель стресу, розроблену для стійкості до звикання. Миші (WT n = 11; KO n = 12) відчували один стрес на день протягом 17 днів. Стресори були розроблені таким чином, щоб бути непередбачуваними, що виникають як під час світлового, так і темного циклу. Було використано сім індивідуальних стресових факторів, порядок дії яких змінювався щотижня (див. Таблицю 2). Стресорами були 24 год постійного освітлення, 5 хв анестезія ізофлураном, розміщення в забрудненій клітці іншого самця протягом 24 год, багаторазова зміна клітки (4–5 X) з різними інтервалами в одну добу, 15 хв фізичного обмеження, 24 год нового шуму за допомогою генератора білого шуму (Brookstone, Merrimack, NH) та нового предмета, поміщеного в клітку на ніч (скляна трубка або мармур). Мишей забивали через 24 години після останнього стресового фактору. Контрольна група (WT n = 9; KO n = 7) не відчувала CVS, але в іншому випадку отримувала однакове лікування та лікування протягом періоду дослідження.

Таблиця 2

Порядок стресових факторів.

СтресорДень навчання

24 години світло	0,13
5 хв анестезії ранку/вечора	1,7,14
Утримується в клітці іншого самця	2,10,15
Кілька змін клітки	3,11
15 хв обмеження ранку/вечора	0, 4, 8, 17 (кінцевий момент часу)
Новий об’єкт	6, 9, 16
Шум роману	5, 12, 16

Фізіологія

Для оцінки змін рівня глюкози в циркуляції внаслідок стресу та змін дієти брали кров хвоста для вимірювання глюкози в сироватці з використанням глюкометра OneTouch Ultra (Johnson & Johnson, Milpitas, CA) у другій половині дня напередодні жертви.

Кортикостерон у плазмі крові порівнювали протягом CVS для забезпечення постійної реакції на стрес. Кров на хвості брали безпосередньо перед та після 15-хвилинного обмеження, щоб визначити вплив CVS на базальний та індукований стресом рівень кортикостерону. Групам CVS було зроблено кров на 0-й, 8-й та 17-й день стресу. Обмеження проводили між 1000 і 1100. Контрольним мишам не стримували і не знекровляли, щоб усунути будь-які наслідки стресу на споживання дієти або масу тіла, як ми раніше повідомляли про генотипові реакції на гостре обмеження (19). Кров центрифугували протягом 10 хв при 5000 об/хв при 4 ° С, плазму збирали і зберігали при -80 ° С. Рівні кортикостерону визначали за допомогою комерційно доступного набору радіоімунних аналізів (MP Biomedicals, Orangeburg, NY). Для кожного зразка використовували два мікролітри плазми, і всі зразки проводили у двох примірниках. Чутливість аналізу становила 7,7 нг/мл, а коефіцієнти дисперсії внутрішньо- та міжаналітичного аналізу становили відповідно 7,3% та 6,9%.

Плазмовий лептин аналізували із стовбурової крові, взятої в день жертви, з відокремленою плазмою, як для аналізу кортикостерону. Рівні лептину визначали за допомогою радіоімунного аналізу (Linco Research, St. Charles, MO). Для зразка використовували п’ятдесят мікролітрів плазми, і всі зразки проводили у двох примірниках. Чутливість аналізу становила 0,2 нг/мл, а коефіцієнти дисперсії внутрішньо- та міжаналітичного аналізу становили 7,2% та 7,9% відповідно.

Щоб вивчити відносну кількість жиру в організмі після стресу та переваги вибору макроелементів, обезголовлені тушки заморожували на сухому льоду та транспортували до ядра фенотипування мишей Університету Пенсільванії для аналізу жиру в організмі. Тушки розморожували до кімнатної температури, зважували, сушили протягом ночі в печі з температурою 60 ° C і зважували знову. Потім тушки розчиняли у суміші EtOH: KOH у співвідношенні 2: 1 протягом ночі в печі з температурою 60 ° C, змішували з 50% EtOH та інкубували з 1М MgCl2 на льоду протягом 10 хв. Зразки центрифугували при 15000 об/хв протягом 30 хв і видаляли супернатант для визначення вмісту жиру. Окремі жирові прокладки (репродуктивний, нирковий, брижовий та коричневий жири) також розтинали з окремого набору однаково оброблених мишей (n = 4 - 6 на групу) та зважували для вивчення відмінностей у розподілі жиру.

Біохімічний аналіз

Коричневу жирову тканину (BAT) гомогенізували і білок екстрагували та відокремили SDS-PAGE з подальшим вестерн-блоттингом, як описано раніше (21). Для вивчення можливих змін у не тремтячому термогенезі мембрани досліджували на рівні незв’язуючого білка (UCP1; Calbiochem, La Jolla, CA) та нормалізували до -актину (Sigma, St. Louis, MO). Аналіз проводили, як описано раніше (22).

Обмежений доступ до дієти

Оскільки кількість дієти з високим вмістом жиру, спожитої під час доступу за свободою, становило приблизно 95% від загальної кількості калорій для обох генотипів, ми розробили модель з обмеженим доступом, коли мишам пропонували бажану дієту з високим вмістом жиру лише одну годину на день, щоб краще оцінити можливі генотипові відмінності в споживанні стресу, коли дієта з високим вмістом жирів не була основним джерелом калорій. Самців мишей (n = 4–6 на групу) індивідуально утримували з харчовими гранулами, покладеними на підлогу. Попередньо зважена кількість стандартного чау (дієта лабораторії Purina, Сент-Луїс, Міссурі) була доступна в усі часи. Домашня чау містить 4,00 ккал/г, що складається з 28% білка, 12,1% жиру та 59,8% вуглеводів. Протягом однієї години щодня (1430–1530 годин) кожній миші в домашній клітці забезпечували по одній гранулі попередньо зваженої ВЧ дієти. Вимірювали споживання дієти та споживання чау-їжі протягом 24 годин. Мишам було надано три дні для ознайомлення з режимом харчування та годуванням до початку дослідження. CVS було розпочато за день до першого вимірювання споживання, як описано вище, і тривало протягом 13 днів.

Аналіз даних та статистика

Результати

Вплив стресу на споживання калорій та вибір макроелементів

Для того, щоб визначити, як стрес впливає на перевагу макроелементів, мишам пропонували 16 днів вибору дієти в базальних умовах або під час ССЗ. Загальне споживання калорій, нормалізоване до середньої маси тіла, не відрізнялося між генотипами, але впливало на лікування стресом (F = 32,1, P, рис. 1A). Аналіз загального споживання калорій протягом дослідження показав, що споживання калорій зменшувалось з часом (F = 29,3, P Рис. 1B) і збільшувалось на CVS (F = 32,0, P Рис. 1A). Також спостерігались значні наслідки стресу (F = 27,3, P, рис. 1C). Аналіз високого споживання білка також виявив значний ефект стресу (F = 13,0, P = 0,001), коли контрольні миші споживали більше дієти з високим вмістом білка, ніж миші під напругою (рис. 1А). Також спостерігався основний вплив стресу на відносне споживання білка (F = 12,9, P = 0,001; рис. 1D). Аналіз споживання вуглеводів виявив значний вплив стресу на загальне споживання вуглеводів із високим вмістом вуглеводів (рис. 1А), при цьому миші, які перенесли ССЗ, споживали менше їжі з високим вмістом вуглеводів (F = 12,1, P, рис. 1E).