Alexandre Pastoris Muller

1 Departamentul de Biochimie, ICBS, Universitatea Federală din Rio Grande do Sul, Ramiro Barcelos, 2600 - Anexa I, Porto Alegre, RS, 90035-000, Brazilia

2 Programul Școlii Universitare de Biochimie, ICBS, Universitatea Federală din Rio Grande do Sul, Ramiro Barcelos, 2600 - Anexa I, Porto Alegre, RS, 90035-000, Brazilia

Marcelo de Oliveira Dietrich

1 Departamentul de Biochimie, ICBS, Universitatea Federală din Rio Grande do Sul, Ramiro Barcelos, 2600 - Anexa I, Porto Alegre, RS, 90035-000, Brazilia

2 Programul Școlii Universitare de Biochimie, ICBS, Universitatea Federală din Rio Grande do Sul, Ramiro Barcelos, 2600 - Anexa I, Porto Alegre, RS, 90035-000, Brazilia

3 Program în semnalizare celulară integrativă și neurobiologie a metabolismului, secțiunea de medicină comparată, Școala de medicină a Universității Yale, New Haven, CT, 06520, SUA

Adriano Martimbianco de Assis

1 Departamentul de Biochimie, ICBS, Universitatea Federală din Rio Grande do Sul, Ramiro Barcelos, 2600 - Anexa I, Porto Alegre, RS, 90035-000, Brazilia

2 Programul Școlii Universitare de Biochimie, ICBS, Universitatea Federală din Rio Grande do Sul, Ramiro Barcelos, 2600 - Anexa I, Porto Alegre, RS, 90035-000, Brazilia

Diogo Onofre Souza

1 Departamentul de Biochimie, ICBS, Universitatea Federală din Rio Grande do Sul, Ramiro Barcelos, 2600 - Anexa I, Porto Alegre, RS, 90035-000, Brazilia

2 Programul Școlii Universitare de Biochimie, ICBS, Universitatea Federală din Rio Grande do Sul, Ramiro Barcelos, 2600 - Anexa I, Porto Alegre, RS, 90035-000, Brazilia

Luis Valmor Portela

1 Departamentul de Biochimie, ICBS, Universitatea Federală din Rio Grande do Sul, Ramiro Barcelos, 2600 - Anexa I, Porto Alegre, RS, 90035-000, Brazilia

2 Programul Școlii Universitare de Biochimie, ICBS, Universitatea Federală din Rio Grande do Sul, Ramiro Barcelos, 2600 - Anexa I, Porto Alegre, RS, 90035-000, Brazilia

Abstract

fundal

Obezitatea este o problemă de sănătate care atinge proporții epidemice la nivel mondial. Am investigat efectele unei diete bogate în grăsimi saturate pe tot parcursul vieții și cu un conținut scăzut de carbohidrați (HF) asupra masei corporale, toleranței la glucoză, performanței cognitive și durata de viață a șoarecilor.

Constatări

Șoarecii C57BL/6J au fost hrăniți cu o dietă HF (60% kcal/grăsime) sau diete de control (15% kcal/grăsime) timp de 27 de luni. Jumătate din șoarecii din dieta HF au dezvoltat obezitate (șoareci obezi induceți de dietă (DIO)), în timp ce șoarecii rămași au fost rezistenți la dietă (DR). La vârsta de 8 luni, ambele grupuri DIO și DR au avut un răspuns hiperglicemic crescut în timpul unui test de toleranță la glucoză, care a fost normalizat la șoareci de 16 luni. În acest ultim moment, toate grupurile au prezentat performanțe similare în testele cognitive (labirintul de apă Morris și evitarea inhibitoare). Curbele de supraviețuire ale grupurilor HF și dietă de control au început să divergă la vârsta de 15 luni și, după 27 de luni, rata de supraviețuire a șoarecilor din grupurile DIO și DR a fost de 40%, în timp ce în grupul dieta control a fost de 75%.

Concluzii

AHFdiet a scăzut supraviețuirea șoarecilor independent de greutatea corporală.

Constatări

Dieta bogată în grăsimi scade supraviețuirea

Obezitatea și supraponderabilitatea sunt asociate cu numeroase comorbidități, inclusiv diabetul de tip 2 și tulburările neuropsihiatrice [1-3]. Un stil de viață sedentar și un consum excesiv de diete îmbogățite în grăsimi saturate și/sau glucoză ridicată contribuie la apariția și progresia acestor comorbidități [4,5] ducând la scăderea speranței de viață [6,7]. Efectele ingestiei crescute de grăsimi și carbohidrați din dietă sunt bine stabilizate în modelele de rozătoare, ducând la obezitate și tulburări ale metabolismului glucozei, similar cu cele observate la om [8-10].

Ingerarea unor diete bogate în grăsimi, bogate în grăsimi saturate, duce la modificări metabolice și neurochimice, care contribuie la performanța afectată a rozătoarelor într-o varietate de sarcini comportamentale [8,11]. Atât perturbările periferice, cât și cele centrale, inclusiv hiperglicemia, modificarea expresiei proteinelor sinaptice și a proteinelor de semnalizare, se numără printre modificările implicate în deteriorarea funcției cognitive [6].

O tulpină de rozătoare care este deosebit de susceptibilă la efectele grăsimilor alimentare este șoarecele C57BL/6 [12]. Șoarecii C57BL/6 dezvoltă obezitate severă, hiperglicemie și hiperinsulinemie atunci când sunt hrăniți cu o dietă bogată în grăsimi. Cu toate acestea, atunci când conținutul de grăsime se încadrează în intervalul normal, animalele rămân slabe și euglicemice [13]. Interesant este că aproximativ 50% dintre șoarecii C57BL/6 nu devin obezi atunci când sunt hrăniți cu diete bogate în calorii [12,13] indicând diferențe individuale în ceea ce privește creșterea în greutate corporală în astfel de condiții dietetice, în ciuda unui mediu similar și a unui fundal genetic congenic [14,15].

În studiul de față, ne-am propus să identificăm modificările asociate consumului de diete cu conținut ridicat de grăsimi saturate și cu conținut scăzut de carbohidrați (HF) pe durata toleranței la glucoză, performanței memoriei și speranței de viață la șoarecii C57BL/6, comparând acei șoareci care au dezvoltat obezitate (dieta -obezitate indusă, DIO) la cei care erau rezistenți la obezitate (rezistent la dietă; DR).

Disponibilitatea datelor suport

Animale și dietă

Douăzeci și cinci de șoareci masculi C57Bl6, în vârstă de 21 de zile, au fost plasați aleatoriu pe una din cele două diete diferite timp de 27 de luni: o dietă de control (CD, n = 12) sau o dietă HF (n = 13). Dieta HF conținea 60% energie din grăsimi saturate și nesaturate (45% untură de porc și 15% ulei de soia), 15% energie din amidon (porumb) și 25% din proteine ​​(proteine ​​din soia). CD conținea 15% energie din grăsimi saturate și grăsimi nesaturate (ulei de soia), 60% energie din amidon (porumb) și 25% din proteine ​​(proteine ​​din soia). Ambele diete au fost formulate în laboratorul nostru și conțineau vitamine și minerale standard amestecate cu toți nutrienții esențiali. Dietele sub formă de pelete și apă au fost furnizate ad libitum [7]. Animalele au fost cântărite în fiecare săptămână în timpul tratamentului. Șoarecii au fost adăpostiți în cuști standard (20 × 15 cm), patru animale pe cușcă, într-o cameră cu o temperatură controlată (22 ° C) în cadrul unui ciclu de întuneric de 12 ore de lumină/12 ore. Toate experimentele au fost de acord cu Comitetul pentru îngrijirea și utilizarea resurselor animale experimentale, Universitatea Federală din Rio Grande do Sul, Brazilia.

Test de toleranță la glucoză

La vârsta de 8 și 16 luni, șoarecii au postit timp de 12 ore și apoi au primit o injecție intraperitoneală (i.p.) de glucoză (2 mg/g greutate corporală). Sângele a fost extras din coadă, iar nivelurile de glucoză au fost măsurate cu un glucozimetru la momentul 0 (post) și la 30, 60 și 120 minute după injectarea glucozei (AccuChek Active, Roche Diagnostics®, SUA).

Sarcina labirintului de apă Morris

La vârsta de 15 luni, șoarecii au fost supuși unei sarcini de memorie spațială așa cum s-a descris anterior [16]. Aparatul de labirint cu apă a fost un bazin circular negru (110 cm diametru) cu temperatura apei menținută la 21 ± 1 ° C. Șoarecii au fost instruiți cu două probe pe zi timp de 5 zile consecutive, fiecare test a durat până la 60 de secunde, cu 20 de secunde de odihnă pe o platformă neagră ascunsă. În timpul antrenamentului, șoarecii au învățat să scape din apă găsind o platformă rigidă neagră ascunsă scufundată la aproximativ 1 cm sub suprafața apei într-o locație fixă ​​și, dacă nu a reușit să găsească platforma în 60 de secunde, a fost așezată ușor pe platformă și lăsat să se odihnească 20 de secunde. Labirintul a fost amplasat într-o cameră albă bine luminată, cu mai mulți stimuli vizuali atârnați pe pereți pentru a oferi indicii spațiale. Scăderea latenței timpului de evadare în timpul fiecărui proces a fost măsurată ca un indicator al învățării. În a șasea zi, s-a efectuat un sondaj fără platformă și timpul petrecut în cadranul țintă a fost folosit ca măsură a memoriei de reținere.

Sarcină de evitare inhibitoare

La vârsta de 15 luni, șoarecii au fost, de asemenea, supuși unei sarcini de memorie aversivă. Aparatul era o cutie acrilică de 50 × 25 × 25 cm, cu o podea din bare de oțel inoxidabil de calibru paralel (1 mm diametru) distanțate la 1 cm (Insight Equipamentos, SP, Brazilia). Șoarecii au fost așezați pe platforma situată în centrul aparatului și latențele lor pentru a coborî pe podea cu toate cele patru labe au fost măsurate cu un dispozitiv automat. În timpul sesiunilor de antrenament, când animalele au coborât pe grilă, au primit un șoc de picior de 1 secundă, 0,4 mA și au fost imediat returnate în cuștile lor de acasă. Sesiunile de testare au fost efectuate fără șoc la picioare la 2 și 24 de ore după antrenament pentru a evalua memoria pe termen scurt și, respectiv, pe termen lung. Șoarecii au fost returnați pe platformă și latența de retragere (maxim 180 de secunde) a fost utilizată ca măsură de reținere [17]. Un șoc de picior a fost permis în timpul sesiunilor de testare. Datele din sarcina de evitare inhibitorie sunt prezentate ca mediane (intervale intercuartile) ale latențelor pentru a păși pe grilă atât în ​​test, cât și în sesiunile de antrenament.

analize statistice

Rezultatele sunt exprimate ca mijloace ± S.E.M. cu excepția datelor din sarcina de evitare inhibitorie, care este reprezentată de intervalul median și intercuartil. Datele din sarcina de achiziție a labirintului de apă, testul de toleranță la glucoză (GTT) și greutatea corporală au fost analizate folosind o analiză a varianței cu măsuri repetate (ANOVA), urmată de postarea lui Duncan-acest test. Datele din sarcina de evitare inhibitorie au fost analizate printr-un test U Mann-Whitney. Diferențele dintre grupuri au fost considerate semnificative statistic la P 1 A). Pe baza acestui set de date, am stratificat animalele hrănite cu o dietă HF în grupuri DR sau DIO. Șoarecii din grupurile CD și DR au crescut greutatea corporală până la 9 luni, care a fost menținută până la vârsta de 21 de luni. Șoarecii DIO au crescut în continuare greutatea corporală până la vârsta de până la 15 luni și apoi aceasta a refuzat să ajungă la greutatea grupurilor CD și DR la 18 luni. Greutatea corporală a șoarecilor DIO a fost statistic diferită de alte grupuri de la 6 la 15 luni (P 1 A).

dieta

Curbele greutății corporale și testul de toleranță la glucoză. (A) Curbele greutății corporale (înseamnă ± S.E.M.) pe durata studiului (* P DR și CD). A fost efectuat testul de toleranță la glucoză (GTT)B) la 8 luni (* P CD; #P DR și CD) șiC) 15 luni după introducerea dietei (* P DR și CD; CD, n = 12; grăsimi saturate bogate și carbohidrați scăzuti: DIO, n = 7; DR, n = 6). Nivelurile de glucoză din sânge (medii ± S.E.M.) au fost evaluate la post (0 minute), 30, 60 și 120 de minute după o injecție intraperitoneală de glucoză. Inserați: zona de sub curba (ASC) a GTT.CD, dieta de control; DIO, obezitatea indusă de dietă; DR, rezistent la dietă.

Test de toleranță la glucoză

Apoi, am evaluat toleranța la glucoză după 8 și 16 luni de tratament dietetic. După 8 luni de HF, atât șoarecii DIO cât și DR au avut niveluri crescute de glucoză în sânge (DR și DIO> CD, P CD, P CD și DR, P 1 B). DR și DIO au crescut suprafața sub curba GTT (DIO> DR> CD, insert P 1 B). După 16 luni de dietă, profilul glucozei în timpul GTT a fost atenuat: șoarecii DIO au prezentat un răspuns GTT afectat doar la 60 de minute după i.p. administrarea de glucoză (P 1 C), iar aria de sub curbă nu a fost statistic diferită între grupuri (Figura 1 C, inserare).

Sarcini de cunoaștere

Performanță în sarcinile de memorie după 16 luni de tratament. (A) Latența de a găsi platforma în timpul fazei de achiziție a testului de apă Morris (înseamnă ± S.E.M.) și (B) timpul petrecut în cadranul țintă în timpul sarcinii sondei (înseamnă ± S.E.M.). (C) Latența sarcinii de evitare a inhibiției pentru a coborî pe platformă (mediane/intervale intercuartile) în timpul antrenamentului și la testele de memorie pe termen scurt și lung. Dieta de control (n = 12) și grupuri de dietă bogată în grăsimi (obezitatea indusă de dietă (DIO), n = 7; rezistentă la dietă (DR), n = 6). * Secțiunea de formare P.

Supravieţuire

La vârsta de 15 luni, curbele de supraviețuire ale grupurilor HF și ale grupului CD au început să divergă și au rămas separate până la sfârșitul tratamentului (Figura 3 A). La vârsta de 27 de luni, tratamentul a fost oprit. Rata de supraviețuire a șoarecilor HF (DIO și DR) a fost de 40%, iar cea a șoarecilor din dieta de control a fost de 75%. Nu a existat nicio diferență statistică în rata de supraviețuire între șoarecii DIO și DR (Figura 3 B).

Kaplan - Meier curbe de supraviețuire peste 27 de luni. (A) Supraviețuirea bazată pe tratament. Dieta de control (inițială n = 12; finală n = 9) și dietă bogată în grăsimi (inițială n = 13; finală n = 5). (B) Supraviețuirea pe baza fenotipului (obezitatea inițială indusă de dietă (DIO), n = 7; n finală = 2; rezistentă la dieta inițială (DR), n = 6; n finală = 3).

Prezentul studiu demonstrează că șoarecii hrăniți cu o dietă HF dezvoltă fenotipuri diferite în ceea ce privește greutatea corporală (DIO și DR) și toleranța la glucoză (afectată la 8 luni și aproape normală la 16 luni), dar au prezentat performanțe similare în sarcinile de memorie (spațiale și aversive) ) și rata mortalității. Mai mult, rata crescută a mortalității a fost dependentă de compoziția grăsimilor saturate din dietă, dar independent de creșterea în greutate corporală.

Așa cum s-a arătat anterior de alții [14,15], am observat că șoarecii C57BL/6 hrăniți cu o dietă HF erau fie DR, fie DIO legate de creșterea în greutate. Creșterea în greutate corporală observată la șoarecii DIO a crescut până când șoarecii au împlinit 15 luni, în mod similar cu Baur și colab. [18]. Cu toate acestea, scăderea normală a greutății corporale asociate vârstei a fost mai mare în studiul nostru și a precedat-o pe cele raportate de Baur și colab. [18].

Obezitatea este un factor cheie implicat în patologia diabetului și un factor de risc pentru bolile cardiovasculare și cerebrovasculare. Șoarecii hrăniți cu diete HF de până la 8 luni au fost mai rezistenți la o încărcătură de glucoză comparativ cu șoarecii tratați cu CD. Nivelurile de glucoză din sânge au fost crescute la șoarecii DIO pe parcursul întregului curs al GTT, în timp ce șoarecii DR au crescut nivelurile de glucoză la post, 30 și 60 de minute în timpul GTT comparativ cu șoarecii CD, în ciuda fenotipului lor slab. La vârsta de 16 luni, animalele par să-și recupereze capacitatea de a regla nivelul glucozei periferice; cu toate acestea, în acest moment nu putem exclude un efect al vârstei asupra metabolismului glucozei [19]. Mai mult, modificări subtile pot avea loc în stadiile incipiente ale aportului ridicat de grăsimi saturate și pot progresa pe parcursul anilor, modificând nivelurile de insulină și metabolismul glucidic sau răspunsul receptorilor de insulină, afectând astfel țesuturile periferice și metabolismul creierului.

O varietate de studii au presupus că un consum excesiv de IC determină obezitate și contribuie la tulburări

în mașinile sinaptice, cu consecințe dăunătoare pentru semnalizarea neuronală, conectivitatea neuron-glie și funcțiile cognitive [11,20]. În ciuda creșterii greutății corporale în timpul sarcinilor comportamentale, împreună cu alterarea metabolismului glucozei în fazele anterioare ale IC, șoarecii DIO și DR nu au surprins în mod surprinzător declinul cognitiv în spațiu sau aversiv.

sarcini de memorie comparativ cu șoarecii CD. Diferențele de timp ale regimului, compoziția dietei, tulpina animalelor și protocoalele comportamentale pot explica potențial aceste disparități. Mai mult, având în vedere că o hiperglicemie indusă de dietă HF în primele etape ale tratamentului poate provoca modificări sinaptice, nu putem exclude deficite de memorie după vârsta de 15 luni

În concluzie, șoarecii C57BL/6 hrăniți cu o dietă HF pot dezvolta un fenotip obez sau nu în comparație cu șoarecii hrăniți cu CD. O dietă HF a scăzut rata de supraviețuire independent de creșterea în greutate corporală.

Abrevieri

ANOVA: Analiza varianței; CD: Dieta de control; PARTEA: Umerase induse de dietă; DR: rezistent la dietă; GTT: Test de toleranță la glucoză; HF: Grăsimi saturate ridicate și carbohidrați săraci; i.p.: Intraperitoneal; MWM: labirint de apă Morris

Interese concurente

Autorii declară că nu au interese concurente.

Contribuțiile autorilor

APM: A efectuat experimente, a analizat datele și a scris manuscrisul. MOD: Am analizat datele și am scris manuscrisul. AMA: efectuat experimente și date analizate. DOS: a analizat datele și a scris manuscrisul; LVP: a analizat datele și a scris manuscrisul. Toți autorii au citit și au aprobat manuscrisul final.

Mulțumiri

Această lucrare a fost susținută de Programul Brasil-Elvețian 550011/2010-3 și INCTen –Excitoxicitate și Neuroprotecție, CNPq 573577/2008-5.