Departamentul de entomologie, Universitatea din California Davis, Davis, California, Statele Unite ale Americii, Centrul pentru Economie și Demografie a Îmbătrânirii, Universitatea din California, Berkeley, California, Statele Unite ale Americii

formează

Afiliere El Colegio de la Frontera Sur (ECOSUR), Tapachula, Chiapas, Mexic

Departamentul de afiliere pentru radiologie, Facultatea de Medicină, Universitatea Stanford, Stanford, California, Statele Unite ale Americii

Departamentul de Statistică pentru Afiliere, Universitatea din California Davis, Davis, California, Statele Unite ale Americii

Departamentul de Statistică pentru Afiliere, Universitatea din California Davis, Davis, California, Statele Unite ale Americii

Afiliere Fred Hutchinson Cancer Research Center, Universitatea din Washington, Seattle, Washington, Statele Unite ale Americii

Afiliere Institutul Max Planck pentru Cercetări Demografice, Konrad-Zuse-Strasse 1, Rostock, Germania

  • James R Carey,
  • Pablo Liedo,
  • Cong Xu,
  • Jane-Ling Wang,
  • Hans-Georg Müller,
  • Yu-Ru Su,
  • James W Vaupel

Cifre

Abstract

Citare: Carey JR, Liedo P, Xu C, Wang J-L, Müller H-G, Su Y-R și colab. (2016) Diet Shapes Mortality Response to Trauma in Old Tephritid Fruit Flies. PLoS ONE 11 (7): e0158468. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0158468

Editor: Christoph Englert, Institutul Leibniz pentru îmbătrânire - Institutul Fritz Lipmann (FLI), GERMANIA

Primit: 6 mai 2015; Admis: 16 iunie 2016; Publicat: 6 iulie 2016

Disponibilitatea datelor: Toate datele relevante se află în hârtie și în fișierul său de informații de suport.

Finanțarea: Această lucrare a primit sprijin pentru cercetare de la Institutul Max Planck pentru Cercetări Demografice și subvenția NIA/NIH P01 AG 022500-01.

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

Introducere

Materiale și metode

Proiectare de bază

O medie de 900 de persoane din fiecare au fost transferate în fiecare dintre cele patru tratamente. Cererile logistice au împiedicat utilizarea cohortelor de control pre-transfer. Cu o supraviețuire cuprinsă între 10 și 20% până la vârsta de 55 de ani, pentru a se asigura un bazin de peste 10.000 de muște vii de 55 de zile ar fi fost necesare 50.000 până la 100.000 de muște proaspăt închise în colivie individual și supraviețuirea lor monitorizată și nevoile lor de creștere (adică mâncare; apă) întâlnite zilnic pe parcursul perioadei de pre-transfer. Deși resursele noastre de cercetare (adică ajutor tehnic; spațiu; timp) au fost adecvate pentru a genera un set mare de date care măsoară mortalitatea post-transfer, acestea au fost insuficiente pentru adăpostirea suplimentară și pentru a monitoriza acest număr mare de muște înainte de transfer.

Surse de traume

Trauma la care au fost supuse toate muștele mai în vârstă (în vârstă de 55 de zile) a inclus suma totală traumatică rezultată din trei componente ale procesului de transfer de la grup la cuști individuale: (1) Impact de extracție (adică impact în tubul de aspirație atunci când este îndepărtat); (2) Impactul de transfer (adică impactul când este suflat ușor în noua cușcă); și (3) Stresul din creșterea gospodăriei (adică plasarea într-un mediu nou).

Metode statistice pentru traume - efecte pe termen scurt și lung

Modelele au fost echipate cu pachetul R. Pentru a cuantifica efectele pe termen scurt ale traumei pentru muștele masculin și feminin în cadrul diferitelor combinații de diete, am aplicat analize de regresie logistică pentru a compara probabilitatea decesului în decurs de 1-6 zile după transfer (adică, probabilitatea ca o muște să trăiască mai puțin de 6 zile după transfer) și cea a decesului după 6 zile (adică probabilitatea ca o muscă să trăiască mai mult de 6 zile după transfer). Răspunsul în acest model este indicatorul dacă decesul a avut loc în decurs de 1-6 zile sau în mai mult de 6 zile după transfer (1: deces în 1-6 zile, 0: deces după 6 zile) și cei trei predictori sunt de gen (0: feminin, 1: masculin); dietă1 (dietă înainte de transfer, numai zahăr: 1, completă: 0; dietă2 (dietă după transfer, aceeași codificare ca și pentru dieta1). Definind ca probabilitatea morții unei muște în primele șase zile după transfer, am montat modele cu predictori și interacțiunile lor și omiterea termenilor nesemnificativi au condus la modelul cu doi termeni de interacțiune (unde am inclus toate efectele principale care contribuie la un termen de interacțiune dacă a fost inclus termenul de interacțiune) (1)

Pentru a studia efectele pe termen lung ale traumei asupra mortalității la bărbați și la femei în cadrul diferitelor combinații de tratament, indicând T = durata de viață rămasă după transfer, adică vârsta la moarte pentru fiecare mușcă minus vârsta la transfer, am instalat o regresie liniară a logului (T) pe predictori, care au fost aceiași cu cele descrise mai sus. Răspunsul este durata totală de viață după transfer, T și, din nou, există trei covariabile binare ca și în regresia logistică: „sex” (1: masculin, 0: feminin), „dietă1” „dietă înainte de transfer, 1: dietă cu zahăr numai, 0: dietă cu proteine) și „dietă2” (dietă după transfer, aceeași codificare ca și dietă1). Aplicarea transformării jurnalului la răspuns și la modelul final, inclusiv covariabile semnificative, este: (2) unde. Observăm că toate viețile au fost respectate pe deplin și nu a avut loc nicio cenzură. Cu toate acestea, o alternativă la Modelul (2) este un model de regresie a riscurilor proporționale cu Cox. Am implementat un model de regresie Cox și am obținut aceleași rezultate calitative descrise aici.

Rezultate

Acest studiu a implicat un total de 7200 de muște individuale supuse aceluiași set de traume la aceeași vârstă. Diferențele dintre cei 900 de indivizi din fiecare dintre grupurile de tratament s-au datorat fie sexului unei muște, fie combinațiilor dietetice 1-din-4 de dietă timpurie (0 până la 55 de zile) sau târzie (> 55 de zile) numai cu zahăr sau alimentație completă. Numărul mare de indivizi utilizați în fiecare tratament a fost necesar pentru a se asigura că, în ciuda mortalității inițiale ridicate în unele tratamente (de exemplu, numai pentru zahărul masculin), numărul persoanelor care rămân în viață după transfer ar permite analize semnificative statistic ale efectelor pe termen lung asupra supravieţuire. Această nevoie de un număr mare inițial de muște de ambele sexe în patru tratamente la vârstă avansată (55 de zile) a împiedicat logistic includerea cohortelor de control în care muștele individuale sunt menținute în izolare pe tot parcursul vieții (adică nu sunt supuse unui traumatism de transfer).

Funcția de supraviețuire post-transfer (Fig 1) și rata riscului (Fig 2) tipare pentru toate tratamentele și atât muștele masculin, cât și femelele merită mai multe comentarii. În primul rând, ratele de supraviețuire atât pentru muștele masculin, cât și pentru cele feminine în toate tratamentele au scăzut rapid (și ratele de risc au crescut) în primele câteva zile după transfer, indicând faptul că toate muștele au prezentat traume semnificative pe termen scurt (acute). În al doilea rând, magnitudinea creșterii mortalității (Fig. 2 și Tabelul 1) atunci când a fost cuantificată ca probabilitate de deces în primele 6 zile de la transfer a fost constant mai mare la bărbați, pentru cohortele care au fost menținute în dietele de pre-transfer numai cu zahăr și pentru muștele care au fost trecute de la zahăr la dieta completă. De exemplu, în funcție de tratament, probabilitatea de a muri în primele 6 zile după transfer a variat de la 0,38 la 0,70 la femele și de la 0,54 la 0,85 la bărbați.

Insetele prezintă estimări suplimentare ale funcției de supraviețuire rămasă pentru supraviețuirea rămasă la 6 zile după transfer pentru a evalua perspectivele de supraviețuire pe termen mai lung pentru acele muște care supraviețuiesc primelor 6 zile de stres post-transfer.

Rata hazardului (sau forța mortalității) cuantifică riscul instantaneu de deces la un anumit moment, dat fiind că un subiect este încă în viață și este în pericol. Sunt prezentate ratele de risc pentru femele (sus) și pentru bărbați (jos) pentru patru grupuri de diete diferite, caracterizate prin patru combinații dietetice pre și post-transfer.

Coloana „Odds Ratio” raportată în tabel se referă la raporturile de cote ale fiecărui tip de dietă specific descris în prima coloană vs. dieta completă în fiecare strat de gen. Cotele enumerate în tabel oferă o măsură a severității traumei imediate, dar nu și a mortalității pe termen lung (IC sunt intervale de încredere de 95%).

În al treilea rând, în timp ce muștele din tratamentul complet cu zahăr au prezentat cea mai mare probabilitate de deces în primele 6 zile, supraviețuitorii din acest tratament au experimentat cea mai mare supraviețuire rămasă pe termen lung după vârsta de 65 de ani. Această schimbare este evidentă în figurile 1 arătând că supraviețuirea generală la muștele care suferă de zahăr până la dietele complete este cea mai scăzută în raport cu toate celelalte tratamente atunci când se ia în considerare din prima zi după transfer. Cu toate acestea, atunci când unul vizează în loc să rămână supraviețuirea pentru muște în toate tratamentele în ziua 6 (Fig. 1 inserții) supraviețuirea este cea mai mare în tratamentul de zahăr până la plin atât pentru bărbați, cât și pentru femei. Încrucișarea mortalității care determină tiparele globale de supraviețuire se reflectă în Fig 2, unde, atât pentru bărbați, cât și pentru femele, muștele din dieta zahăr-completă au prezentat o mortalitate ridicată imediat după transfer, dar mortalitate scăzută după 5 până la 7 zile după transfer.

Am constatat că toți parametrii din Modelul 1 sunt pozitivi și foarte semnificativi (Tabelul 2), cu excepția dietei 2 după transfer, indicând prezența efectelor traumatice pe termen scurt asupra mortalității ulterioare. Mai exact, avem următoarele constatări: (i) deoarece, efectul traumei pe termen scurt este mai grav pentru bărbați comparativ cu femele; (ii) pe măsură ce, muștele care încep dieta cu zahăr au un efect mai traumatic; (iii) ca dietă cu zahăr după traume este în plus dăunătoare pentru bărbați, indiferent de dieta pre-traumă, în timp ce acest efect nu este prezent pentru femei. Deci, dieta completă după traume protejează masculii, dar nu protejează femelele; și (iv) ca, muștele care au fost crescute pe zahăr și continuă pe zahăr după traume au mai mult efect traumatic decât cele care au avut proteine ​​înainte și/sau după traume. Acest lucru este independent de sex.

Aici α0 este interceptarea, α1 parametrul pentru sex (0 = feminin, 1 = masculin), α2 parametrul pentru dieta pre-transfer (0 = complet, 1 = numai zahăr), α3 parametrul pentru dieta post-transfer, α4 parametrul pentru interacțiunea sexului și dieta post-transfer și α5 parametrul pentru interacțiunea dietei pre și post-transfer (unde dieta post-transfer este codificată în același mod ca dieta pre-transfer). Modelul este dat în ecuația (1).

Deci, în ceea ce privește tratamentul optim după traume (adică supraviețuirea cea mai mare), apare următoarea imagine complexă: Pentru bărbați este întotdeauna mai bine să aibă acces la proteine ​​după traume, indiferent de la ce au avut acces înainte. Pentru femele, dacă au fost crescute cu proteine, dieta de după nu contează prea mult. Dar dacă au fost crescute pe zahăr, proteinele sunt mai bune. Privind coeficienții de regresie ai efectelor, proteina înainte de transfer este cea mai bună protecție împotriva efectului traumei, a fi femeie este al doilea cel mai bun, apoi pentru bărbații care au proteine ​​după traume este următorul și cel mai mic, dar totuși semnificativ efect, este de a avea proteine ​​fie înainte, fie după și acest din urmă efect se aplică atât bărbaților, cât și femelelor (din moment ce). Astfel, rezistența la traume este crescută de proteine ​​și de a fi femeie. Efectul traumei este atenuat prin administrarea de proteine ​​femeilor care au avut acces la dietă numai cu zahăr înainte de traume și la bărbați, indiferent de la ce au avut acces în perioada pre-traumatică anterioară.

Rezultatele pentru analizele speranței de viață generale de la modelul 2 (vezi tabelele 3 și 4) demonstrează că muștele sub dieta FF (dieta completă pre și post-transfer) au cea mai lungă durată de viață totală așteptată după transfer, urmată de dieta FS la zahăr ), SF (zahăr până la plin) și SS (zahăr până la zahăr) într-o ordine descrescătoare. Muștele femele s-au așteptat pe parcursul vieții totale după transfer decât muștele masculi în aceeași secvență dietetică. Aceste concluzii sunt în concordanță cu observațiile noastre din Fig. 1 și, de asemenea, cu analiza de regresie logistică asupra efectelor traumei pe termen scurt. Comparând cele trei efecte cu coeficienții de regresie negativi: Cel mai grav efect traumatic asupra longevității este asociat cu zahărul înainte de transfer, al doilea cel mai rău cu a fi bărbat și al treilea cel mai rău cu dieta cu zahăr după transfer (de atunci). Aceasta înseamnă că proteinele după transfer nu pot suplini efectul dăunător al unei diete cu zahăr înainte de transfer sau pentru a fi bărbat.

Predictorii sunt indicatori care codifică genul, dieta pre-transfer și post-transfer, unde codarea acestor indicatori este ca în legenda din Tabelul 2, iar σ0 este abaterea standard a erorii.

Discuţie

Deși există o literatură largă cu privire la efectele asupra mortalității la muștele fructelor a diferitelor tipuri de factori de stres, cum ar fi desicarea și foametea [4,8] și a deficiențelor mecanice [9], al nostru este doar al doilea studiu controlat despre care suntem conștienți că documentează consecințele imediate ale traumei acute [7] în orice organism și singurul studiu care a făcut acest lucru pentru efectele traumei asupra speranței de viață rămase. Abordarea noastră experimentală ne-a permis să analizăm: (i) manifestările actuariale ale fragilității bătrâneții, independent de efectele selecției comportamentale (adică fragilitatea ca tendință de bază pentru un accident versus sursa de vulnerabilitate la un accident); (ii) diferențele de mortalitate în traume atunci când intensitatea și tipurile de traume sunt standardizate în toate tratamentele; și (iii) efecte atât asupra speranței de viață acute, cât și asupra rămase a condițiilor pre-traumatice de mediu (nutriționale).

Din motive logistice (a se vedea metodele), cohortele de muște pentru toate tratamentele care nu au fost supuse transferului nu au putut fi incluse și, astfel, dimensiunea absolută a efectului traumatic al transferului asupra supraviețuirii în comparație cu muștele netulburate nu a putut fi cuantificată. Cu toate acestea, comparațiile noastre cu privire la efectele dietelor înainte și după transfer arată că efectele traumei sunt modulate de dietă, iar severitatea lor în termeni de supraviețuire scurtată depinde de combinația dietelor pre și post-transfer.

Studiul nostru are câteva puncte forte importante. Primul implică utilizarea unor criterii statistice formale pentru a defini și a determina existența traumei acute. Ne potrivim unui model de regresie logistică pentru a determina șansele ca moartea să apară în primele 6 zile după traumă, mai degrabă decât mai târziu. O a doua forță a fost utilizarea unui număr inițial foarte mare de muște mai vechi (adică 55 de zile). Aceste numere mari măresc puterea statistică atunci când se testează efectele dietei asupra rezultatului actuarial atât al traumei (adică al mortalității pe termen scurt), cât și al așteptărilor de viață la vârste mai înaintate, având în vedere dietele anterioare și actuale. Un al treilea punct forte a fost concentrarea studiului nostru asupra efectelor traumei la ambele sexe și la vârste mai în vârstă. Rezultatele noastre subliniază complexitatea evaluării mortalității în general și (pentru cazul actual) în special la vârstele mai în vârstă. Deși efectul asupra mortalității cu muște de fructe a dietelor schimbătoare este bine documentat [10,11], studiile comparative care implică atât bărbați, cât și femei sau efectele traumei sunt absente din literatura actuală.

Studiul nostru prezintă, de asemenea, o slăbiciune - lipsa muștelor netraumatizate ca controale pentru determinarea efectelor absolute ale traumei atât pe termen scurt, cât și pe termen lung. După cum sa menționat mai devreme, cererile logistice au împiedicat această posibilitate, deoarece, în funcție de dieta inițială, doar de la 10 la 20% din muștele inițiale erau încă în viață în momentul transferului (adică transferul la 55 de zile) din cuștile grupului către cele individuale . Astfel, includerea cohortelor de control de bază ale indivizilor netraumatizați ar fi cerut ca numărul inițial de muște care să fie monitorizat în cuști individuale timp de aproape două luni ar fi fost de 50.000 până la 100.000 de muște pre-transfer - numere care ne-au depășit capacitățile logistice. Am optat astfel pentru un design care să ofere informații despre efectele relative, mai degrabă decât absolute, ale traumei de mortalitate a dietei timpurii.

informatii justificative

S1 Tabel. Date originale pentru bărbații Mexfly.

Rezultatele studiilor de traumă pentru masculii de sex masculin supuși la fiecare dintre cele patru tratamente.