Збільшення ваги у відповідь на годування з високим вмістом жиру у мишей-самців CD-1

Інформація про статтю

Лабораторія інтегрованої фізіології, Департамент охорони здоров’я та людської діяльності, Х'юстонський університет, 3855 Holman Street, 104U Garrison Gym, Houston TX 77004–6016, США. Електронна адреса: [електронна пошта захищена]

Анотація

Метою цього дослідження було порівняння приросту ваги та споживання їжі під час годування з високим вмістом жиру у безпородних мишей-самців CD-1, розглядаючи кілька різних експериментальних конструкцій. Це дослідження було завершено з використанням даних трьох окремих експериментів і було розроблено для вирішення різних питань експериментального проектування. В експерименті 1 порівнювали мишей, розміщених у групах або поодинці. Експеримент 2 порівнював мишей підліткового та молодого віку. Експеримент 3 досліджував мишей, які раніше тренувались до фізичних вправ до набору ваги, спричиненого дієтою. Дані кожного експерименту аналізували за допомогою повторних вимірювань дисперсійного аналізу та лінійної регресії. Хоча житло та вік суттєво не впливали на збільшення ваги, миші, які раніше навчались фізичним вправам, споживали значно більше кілокалорій, ніж сидячі миші, зберігаючи при цьому порівнянну масу тіла. Ми створили модель лінійного прогнозування, використовуючи дані експериментів 1 та 2, які дозволять дослідникам підрахувати тижні годування з високим вмістом жиру, необхідні для досягнення цільової маси тіла. Наші ключові висновки характеризують проблеми, пов'язані з дизайном експерименту та впливають на нього при використанні моделі приросту ваги, що викликається дієтою безпородних мишей, і слугуватимуть орієнтиром для майбутніх дослідників.

Метою цього дослідження було порівняння приросту ваги та споживання їжі під час годування з високим вмістом жиру у безпородних мишей-самців CD-1, розглядаючи кілька різних експериментальних конструкцій (тобто тип житла, вік, фізичні вправи). Ми використали дані, зібрані під час завершення трьох окремих експериментів. Ці експерименти були розроблені для порівняння та протиставлення ефектів житла (тобто окремих та малих груп), попередніх аеробних тренувань та впливу зміни дієти гризуна у дорослому віці на збільшення ваги, спричинене дієтою. Основною метою цього підходу є ретельне виявлення та опис факторів, які можуть впливати на збільшення маси тіла у мишей CD-1. Вторинною метою було створення лінійної моделі, яка передбачає кількість тижнів годування з високим вмістом жиру, необхідне для досягнення цільової маси тіла у мишей CD-1.

Така інформація може слугувати основою для майбутніх досліджень у цій галузі.

Тварини, матеріали та методи

Тварини

Дієти

Основна дієта, забезпечена протягом періоду акліматизації, була придбана у компанії Purina (Lab Diet 5001 Diet Diet, Purina, Richmond, IN, USA). Дієта для лікування з високим вмістом жиру (№ D12492) була придбана у Research Diets Inc (Нью-Брансвік, Нью-Джерсі, США). Ці дві дієти відрізнялись вмістом макроелементів (табл. 1) і базувалися на рецептурі AIN-76A. Оскільки ця дієта відрізняється за рівнем мікроелементів від рецептури AIN-93, можливо, це могло вплинути на наші результати. Їжа була представлена як щотижнева болюсна доза в стійці для їжі в кришці дротяної клітки домашньої клітки. Пляшки з водою також трималися в кришці дротяної планки. Мишей забезпечували ad libitum доступ до їжі та води протягом усіх експериментів.

Таблиця 1 Розподіл макроелементів на складі та дієти з високим вмістом жиру

Вага тіла та споживання їжі

Вага тіла та споживання їжі вимірювали щотижня за допомогою цифрової шкали. Маса тіла повідомлялася як процентна зміна відносно вихідного рівня та як абсолютна зміна. Споживання їжі повідомлялося як загальне споживання калорій. Під час щотижневого вимірювання споживання їжі будь-яку їжу, виявлену на дні клітини, збирали та зважували разом з їжею, що залишилася в стійці для їжі.

Експеримент 1: Ефект індивідуального та групового житла

Мишей утримували або окремо (HF-I, n = 20 мишей) або групами по чотири миші на клітку (HF-G, n = 12 мишей). За обома групами спостерігали протягом 12 тижнів і споживали ad libitum дієта з високим вмістом жиру на час експерименту (рис. 1). Усім мишам було 6–8 тижнів на початку годування та 18–20 тижнів на 12 тижні.

Рисунок 1 Графіки випробувань для (а) експерименту 1, (б) експерименту 2 та (в) експерименту 3

Експеримент 2: ефект годування з високим вмістом жиру в молодому дорослому віці порівняно з дорослим

Після 10-тижневого періоду акліматизації мишей віком 19–22 тижнів переводили зі стаціонарної дієти на дієту з високим вмістом жиру і спостерігали щотижня протягом додаткових 12 тижнів (HF-A, n = 12 мишей). Дієти на основі зерна (запас) та очищених інгредієнтів мають інші відмінності, окрім простого рівня макроелементів, і ці відмінності можуть бути проблематичними; однак, оскільки дієти з використанням запасів використовувались лише для старіння мишей, ми не передбачаємо, що це є основним фактором, що сприяє цьому. Усі миші були віком 31–34 тижні на 12 тижні. Цю групу порівнювали з групою, яка розпочала 12 тижнів годування з високим вмістом жиру у віці 8–10 тижнів (HF-YA, n = 12 мишей), роблячи їх віком 20–22 тижнів на 12 тижні (рис. 1).

Експеримент 3: ефект від фізичного навантаження від децентралізації

Мишей випадковим чином розподіляли до однієї з наступних двох груп (n = 12 мишей): сидячі (HF-S) з високим вмістом жиру або вправи з високим вмістом жиру (HF-EX). HF-EX завершив п'ять сеансів примусової бігової доріжки, що працювали на тиждень, тоді як HF-S залишався сидячим. Кожне заняття включало до однієї години бігу на біговій доріжці (Columbus Instruments, Columbus, OH, USA)

21–22 м/хв та ступінь 1%. Мишей виконували в однаковому порядку кожен день, щоб мінімізувати добові ефекти. Коли миші не бажали підтримувати встановлений темп бігу, їх обережно штовхали рукою. Якщо миші виявилися втомленими або не в змозі продовжити, їх видаляли з бігової доріжки і реєстрували час сеансу. Заняття вправами завершували в тій самій кімнаті, де розміщували тварин, так що всі тварини зазнавали шуму, пов’язаного з вправою на біговій доріжці. Усі сеанси вправ закінчувались протягом 3 год після початку темного циклу тварин (11: 00–14: 00). Середній тижневий час роботи HF-EX становив 3,5 год., А група пробігла середню відстань 35,2 км протягом усього шеститижневого втручання. Обидві групи були забезпечені ad libitum доступ до дієти з високим вмістом жиру. Втручання вправи тривало шість тижнів. Протягом 7-25 тижнів обидві групи залишалися сидячими і продовжувались ad libitum споживання дієти з високим вмістом жиру (рис. 1). Усім мишам було 8-10 тижнів на початку годування та 34–36 тижнів на 25 тижні.

Статистичний аналіз

До офіційного статистичного аналізу дані оцінювали за нормальністю та дисперсією, використовуючи функцію дослідження в SPSS (v.17.0, Чикаго, Іллінойс, США). Ненормальні дані були перетворені в журнал до статистичного тестування. Для експерименту 1 дані аналізували за допомогою дисперсійного аналізу 2 (група: HF-I або HF-G) x 4 (час: 0, 4, 8, 12) з повторними вимірами щодо другого фактора. Для експерименту 2 дані аналізували, використовуючи ANOVA 2 (група: HF-YA або HF-A) x 4 (час: 0, 4, 8, 12) з повторними вимірами щодо другого фактора. Для експерименту 3 дані аналізували, використовуючи 2 (група: HF-S або HF-EX) x 19 (час: щотижневі вимірювання протягом 7–25 тижнів) з повторними вимірами другого фактора. Значимість була встановлена P 2 зміни. Значення для лінійної регресії Р. Було встановлено 2 зміни P Малюнок 2). Існував ефект взаємодії при споживанні калорій, із суттєвими відмінностями між групами на вихідному, 8-му та 12-му тижня (F = 349,09, P > 0,001). Зокрема, споживання калорій HF-I на 84% перевищувало HF-G на початковому рівні, 76% вище на 12 тижні та 45% нижче на 8 тижні (Таблиця 2).

Таблиця 2 Щотижневе споживання енергії (кДж): Експерименти 1 та 2

Рисунок 2 Вага тіла представлений як абсолютний приріст (зверху), так і відсоток приросту від базового рівня (знизу) для (а) експерименту 1: тип корпусу, (б) експерименту 2: вік та (в) експерименту 3: попереднього тренування. Значення представлені як середнє значення ± стандартна помилка. * Істотна різниця між групами. ** Значна різниця від базового рівня

Вплив годування з високим вмістом жиру у молодому дорослому віці порівняно з дорослим

Протягом 12 тижнів збільшення ваги обидві групи відчували головний ефект протягом часу: HF-YA набирав 82%, а HF-A - 63% маси тіла (F = 386,36, P Малюнок 2). Значний ефект взаємодії при споживанні калорій існував лише на початковому рівні, при цьому HF-A споживав приблизно 418,4 кДж або на 100 ккал більше, ніж HF-YA (F = 359,74, P > 0,001). В будь-який інший момент часу між групами не було значних відмінностей у щотижневому споживанні калорій (табл. 2). Враховуючи, що обидві дорослі групи споживали дієту на складі протягом 10 тижнів до годування з високим або низьким вмістом жиру, це, можливо, змінило наші результати в цьому експерименті.

Вплив від фізичного навантаження

Після припинення шеститижневого лікування на біговій доріжці (період витренування; 7–26 тижнів) як HF-S, так і HF-EX зазнали значного збільшення маси тіла (F = 12,95, P > 0,001). HF-S з 7 тижня збільшився на 45%, а HF-EX - на 47%. Жодної суттєвої різниці в абсолютній масі тіла або відсотках приросту ваги від вихідного рівня між групами не існувало в будь-який момент часу протягом дослідження (рис. 2); однак середньотижневе споживання калорій HF-EX було на 10% більше, ніж HF-S протягом усього періоду детрину (P = 0,021, F = 4,07). Миші групи HF-EX постійно споживали в середньому на 46 кДж або 11 ккал більше на тиждень, ніж миші групи HF-S (таблиця 3).

Таблиця 3 Щотижневе споживання енергії протягом періоду децентралізації: Експеримент 3

Лінійна модель для прогнозування набору ваги

Метою нашого лінійного модельного підходу було створення моделі для прогнозування тижнів годування, необхідних для досягнення цільової маси тіла на основі поетапного включення конкретних змінних. Всього було проаналізовано чотири моделі для перевірки впливу кожної незалежної змінної (табл. 4). Включення кожної з чотирьох незалежних змінних призвело до значних змін у Р. 2. Для розрахунку тижнів необхідного годування дослідник може ввести цільову масу тіла, початкову масу тіла, тип житла (0 = одинак, 1 = група) та вік у тижнях у таке рівняння регресії:

Тижні почуттів = 14. 842+ (0. 171 × цільова вага тіла) - (0. 650 × початкова вага тіла) + (0. 548 × Вік у тижнях) - (3. 691 × тип житла) .

Таблиця 4 Моделі лінійної регресії

Обговорення

Метою цього дослідження було вивчення експериментальних конструкторських факторів, які можуть впливати на збільшення маси тіла під час годування з високим вмістом жиру у мишей CD-1. Ключовим висновком цього дослідження є те, що попередні тренувальні вправи суттєво і негативно впливали на ефективність використання їжі у відповідь на годування з високим вмістом жиру у мишей-самців CD-1. Зокрема, миші, які виконали шеститижневий протокол роботи на біговій доріжці, споживали більше, ніж сидячі миші, зберігаючи однакову вагу тіла. І навпаки, тип житла та біологічні фактори не впливали на збільшення ваги. Ми також розробили модель, яка може бути використана для прогнозування кількості тижнів годування з високим вмістом жиру, необхідних для досягнення цільової маси тіла, враховуючи різні експериментальні міркування щодо проектування.

Розроблена нами модель лінійного прогнозування дозволить дослідникам підрахувати тижні годування з високим вмістом жиру, необхідних для досягнення цільової маси тіла. Для того, щоб розробити найбільш повну та повну модель, ми включили тип житла, базову масу тіла та вік тижнів як фактори моделей; кожен із цих факторів суттєво збільшив прогнозуючу здатність моделі. За допомогою Р. значення 0,93, наша остаточна модель, яка включає кожен із цих експериментальних факторів проектування, є сильною моделлю прогнозування, яка буде корисним інструментом для нових дослідників. Модель, яку ми розробили, не враховувала попереднє тренування, незважаючи на її значення для ефективності харчування. Основною причиною того, що ми вирішили не включати попередні тренування вправи, є те, що в цьому розслідуванні використовувалося дуже конкретне втручання, і як така модель буде застосовна лише в тому випадку, якщо буде використаний точно такий же протокол тренувань вправ. Подальші дослідження необхідні для порівняння та протиставлення всіх варіацій використовуваних протоколів фізичних вправ.

Підводячи підсумок, це дослідження було покликане дослідити, як умови утримання, попередні тренувальні вправи та вік впливали на збільшення маси тіла протягом періоду годування з високим вмістом жиру у мишей-самців CD-1. Ми визначили, що в нашому закладі попередня історія фізичних навантажень, але не вік чи стан житла, впливає на збільшення ваги, спричинене годуванням з високим вмістом жиру, таким чином, що раніше навчені миші споживали більше калорій, зберігаючи вагу тіла, порівнянну з сидячими аналогами. Розроблена нами модель прогнозування дозволить дослідникам, які працюють з мишами-самцями CD-1, швидко прогнозувати кількість часу, необхідного для досягнення цільової маси тіла, полегшуючи використання моделей збільшення ваги мишей у дослідженнях ожиріння. Ми визнаємо, що різні статі, штами та дієтичні методи лікування можуть дати різні результати, і майбутні дослідження вивчать більш широкий спектр моделей мишей для подальшого розширення нашої моделі прогнозування. Дослідження, подібні до цього дослідження, покликані забезпечити керівництво, яке дозволить дослідникам більш ефективно використовувати моделі миші.

Подяки

Це дослідження фінансувалося премією TACSM для розвитку студентів Лізою Еспозіто, нагородами аспірантів Університету Х'юстона та Клілі Строхакер та Лізою Еспозіто, а також грантом доктора Брайану К. Макфарлін.