Abstract

fundal

Potențialul cerealelor cu capacitate antioxidantă ridicată pentru reducerea stresului oxidativ și a inflamației la obezitate este necunoscut. Acest studiu a investigat impactul tărâțelor de grâu, orzului sau unei diete de control (α-celuloză) asupra dezvoltării stresului oxidativ și a inflamației la șobolanii Zucker slabi și obezi.

Metode

Șapte șobolani Zucker masculi vechi, slabi și obezi (n = 8/grup) au fost hrăniți cu diete care conțineau tărâțe de grâu, orz sau α-celuloză (martor). După 3 luni după aceste diete, s-a măsurat tensiunea arterială sistolică și s-a analizat plasma pentru glucoză, insulină, lipide, capacitatea de absorbție a radicalilor de oxigen (ORAC), malondialdehidă, glutation peroxidază și concentrația adipokinei (leptină, adiponectină, interleukină (IL) -1β IL-6, TNFα, inhibitor al activatorului de plasminogen (PAI) -1, proteină chimiotactică monocitară (MCP) -1). S-au determinat, de asemenea, ratele de secreție de adipokine din explantele de țesut adipos visceral și subcutanat.

Rezultate

Șobolanii obezi au avut greutate corporală mai mare, tensiune arterială sistolică și lipide din sânge, glucoză, insulină, leptină și IL-1β în comparație cu șobolanii slabi, iar aceste măsuri nu au fost reduse prin consumul de tărâțe de grâu sau diete pe bază de orz. ORAC seric a avut tendința de a fi mai mare la șobolanii obezi hrăniți cu tărâțe de grâu și orz în comparație cu martorul (p = 0,06). Șobolanii obezi au avut malondialdehidă plasmatică mai mare (p

fundal

Dietele bogate în fibre, inclusiv fibrele de cereale, sunt asociate cu o reducere a markerilor inflamatori [9, 10]. Există o varietate de mecanisme posibile pentru această asociere. Întrucât studiile de intervenție pentru scăderea în greutate la subiecții obezi îmbunătățesc inflamația de nivel scăzut a depozitelor de țesut adipos subcutanat și visceral [11-13], studiile de intervenție dietetică care reduc greutatea pot reduce indirect inflamația [14]. O intervenție cu fibre de psyllium la șobolanii Zucker obezi, a redus creșterea în greutate corporală și, ulterior, a redus nivelul factorului circulant de necroză tumorală (TNF) -α [15]. Fibrele dietetice reduc, de asemenea, markerii inflamației, independent de pierderea în greutate. În timpul răspunsului postprandial la o masă, fibrele de cereale determină o creștere mai mică a interleukinei plasmatice (IL) -6 în comparație cu o masă de cartofi [16]. Acest răspuns inflamator mai mic a fost atribuit impactului glicemic scăzut al fibrelor de cereale, care, dacă este consumat pe termen lung, ar putea contribui la un nivel inflamator mai scăzut. În plus, cerealele bogate în compuși fenolici pot reduce direct acumularea de lipide în adipocite și pre-adipocite [17] și s-a demonstrat că reduc inflamația într-o varietate de modele animale [18-20].

Șobolanii obezi Zucker sunt cel mai utilizat model animal de obezitate, deoarece dezvoltă dislipidemie, intoleranță ușoară la glucoză, hiperinsulinemie, hipertensiune și inflamație de grad scăzut, manifestări similare cu cele care definesc sindromul metabolic uman [21, 22]. În plus, șobolanii obezi Zucker dezvoltă stres oxidativ. Lipidele oxidate sunt crescute în ser, urină și ficat până la vârsta de 14 săptămâni [23-25], iar mecanismele de apărare a antioxidanților plasmatici, cum ar fi glutation peroxidaza, sunt compromise [24, 26]. În consecință, șobolanul Zucker este un model adecvat pentru studierea efectului componentelor dietetice asupra stresului oxidativ asociat cu tulburări metabolice la oamenii supraponderali și obezi.

Acest studiu a urmărit să compare efectul dietelor care conțin tărâțe de grâu (o fracție de fibre consumate în mod obișnuit în Australia) și un orz integral cu in vitro capacitate antioxidantă asupra markerilor de stres oxidativ și inflamație la șobolanii Zucker slabi și obezi. S-a emis ipoteza că dietele din cereale ar crește capacitatea antioxidantă și ar reduce stresul oxidativ la șobolanii obezi, precum și ar reduce inflamația sistemului vascular și a țesutului adipos în comparație cu o dietă cu conținut redus de antioxidanți.

Metode

Proceduri de hrănire și animale

Șobolani Zucker masculi de șase săptămâni, obezi fa/fa (n = 24) și Fa slab /? (n = 24) au fost obținute de la casa de animale de la Universitatea Flinders, Bedford Park, Australia de Sud. Șobolanii erau adăpostiți în cuști cu fund de sârmă într-o cameră cu încălzire și iluminare controlate (23 ° C cu un ciclu de lumină/întuneric de 12 ore) și aveau acces gratuit la alimente și apă. După sosire, șobolanii au fost adaptați la o dietă comercială nepurificată timp de o săptămână. Au fost alocați aleatoriu la trei grupuri (n = 8 pe grup) și au fost hrăniți cu una din cele trei diete (Tabelul 1) timp de douăsprezece săptămâni.

La încheierea studiului, șobolanii au fost postiti peste noapte (15 ore) și apoi anesteziați cu pentobarbital de sodiu și artera femurală canulată pentru a permite măsurarea tensiunii arteriale și a ritmului cardiac (sistemul de achiziție de date Biopac, Santa Barbara, CA). Sângele a fost colectat din aorta abdominală, prelucrat pentru a obține ser și plasmă EDTA și stocat la -80 ° C până la analizare. Au fost îndepărtate și cântărite organele majore și țesutul adipos, inclusiv mezenterice, epididimale, retroperitoneale și inghinale. Toate procedurile care implică animale au fost aprobate de Comitetul de etică animală al Organizației de cercetare științifică și industrială a Commonwealth-ului.

Analize de sânge

Concentrațiile trigliceridelor plasmatice și ale colesterolului total au fost măsurate într-o singură etapă pe un analizor automat BM/Hitachi 902 cu utilizarea truselor enzimatice standard Roche (Roche Diagnostics Co, Indianapolis, IN). Glucoza plasmatică a fost măsurată de YSI 2700 Select Bioanalyser (Yellow Springs, OH), utilizând standardul de calibrare duală 2747. Concentrațiile de insulină, leptină, adiponectină, IL-1β, IL-6, proteină chimiotactică monocitară (MCP-1), inhibitor activator plasminogen (PAI) -1 și TNF-α în plasmă au fost determinate folosind un kit multiplex de șobolan Adipokine ( Millipore, St. Charles, MO, SUA) conform instrucțiunilor producătorului. Analizele au fost efectuate într-o singură perioadă, iar coeficientul mediu de variație intra-test (CV) a variat de la 3-8%. Profilarea multianalit a fost efectuată pe stația de lucru LiquiChip 200 (Qiagen, Melbourne, Australia) și datele de fluorescență au fost analizate utilizând software-ul LiquiChip Analyzer (versiunea 1.0.5, Qiagen, Melbourne, Victoria, Australia).

bază

Cromatograme tipice ale (A) unei probe de plasmă și (B) 1 μM standard de malondialdehidă (MDA).

Experimente de explant de țesut

Explanatele de țesut adipos din țesutul adipos inghinal (subcutanat) și peri-renal (visceral) au fost pregătite pentru analiza culturii țesutului, urmând metoda descrisă anterior [36]. Explanele au fost cultivate în mediu esențial α-minim timp de 24 de ore, reîmprospătate, apoi colectate după alte 24 de ore de incubare. Mediul colectat a fost apoi filtrat-sterilizat și depozitat la -80 ° C până la utilizare. Concentrațiile de adiponectină, IL-1β, IL-6, TNF-α, MCP-1 și PAI-1 (total) în mediul condiționat de țesut adipos au fost determinate folosind un adipocit de șobolan Lincoplex Kit (Millipore, St. Charles, MO, SUA) conform instrucțiunilor producătorului. Profilarea multianalit a fost efectuată pe stația de lucru LiquiChip 200 (Qiagen, Melbourne, Australia) și datele de fluorescență au fost analizate utilizând software-ul LiquiChip Analyzer (versiunea 1.0.5, Qiagen, Melbourne, Victoria, Australia).

Analize statistice

Datele sunt prezentate ca medie aritmetică ± SEM pentru fiecare grup de tratament. Efectul tipului de dietă și al fenotipului șobolanului asupra ratei de creștere a fost determinat de o analiză a varianței repetate în două direcții (ANOVA); pentru toate variabilele a fost efectuat ANOVA bidirecțional. Diferențele dintre tratamente au fost analizate printr-un test post-hoc al lui Tukey. Aceste analize au fost efectuate folosind SPSS versiunea 17.0 (SPSS Inc., Chicago Il SUA). O valoare de p

Rezultate

Aportul de alimente și creșterea în greutate corporală

Șobolanii obezi au consumat cu 30% mai multă mâncare decât șobolanii slabi (obezi; 33 ± 5, slabi; 21 ± 3 g/zi, p. Tabelul 3 Efectul controlului, dietele pe bază de tărâțe de grâu și orz asupra creșterii în greutate, greutăților organelor și țesuturilor slabe și șobolani obezi Zucker 1

Măsuri cardiovasculare

Șobolanii obezi au avut o frecvență cardiacă mai lentă (obezi; 419 ± 9, slab; 462 ± 8 bpm, p Figura 2

Lipide antioxidante și oxidate

Șobolanii obezi au avut ORACac semnificativ mai mare decât șobolanii slabi (obezi; 2,2 ± 0,2, slab: 1,0 ± 0,2 μmol Trolox eq/ml, p concentrația 1

Șobolanii obezi au avut niveluri semnificativ mai scăzute de glutation peroxidază plasmatică în comparație cu șobolanii slabi (slabi; 1108 ± 30, obezi; 953 ± 27 μmol/min/ml, p Figura 3

Secreția de leptină și MCP-1 din subcutanat (leptină; r = 0,453, p = 0,018, MCP-1; r = 0,447, p = 0,020), dar nu grăsime viscerală corelată cu nivelurile circulante ale acestora în plasmă. Plasma PAI-1 nu s-a corelat cu nivelurile de PAI-1 din grăsime subcutanată sau viscerală. Secreția de grăsime subcutanată a MCP-1 a fost corelată cu nivelurile plasmatice de insulină (r = 0,456, p = 0,017), leptină (r = 0,524, p = 0,005) și PAI-1 (r = 0,480, p = 0,011).

Discuţie

În obezitate există o creștere a nivelurilor de citokine pro-inflamatorii în țesutul adipos și în circulație, ceea ce contribuie la stresul oxidativ. Am stabilit dacă dietele pe bază de cereale modulează atât inflamația, cât și stresul oxidativ. Dieta cu tărâțe de grâu a redus concentrația de PAI-1 în plasmă, dar nu a afectat alte niveluri de adipokine; leptina, IL-1β sau IL-6. Această modificare a PAI-1 nu a putut fi explicată prin ratele de secreție ale PAI-1 din țesutul adipos subcutanat sau visceral. Este probabil ca un site alternativ al sintezei PAI-1, ficatul, să fie responsabil pentru reglarea nivelurilor circulante de PAI-1. Studiile anterioare arată că acizii grași cu lanț scurt, produși din fermentarea fibrelor alimentare din intestinul gros, inhibă sinteza hepatică a factorilor de coagulare prin inhibarea eliberării de acizi grași [38]. În plus, studiile de asociere și cohorte arată, de asemenea, o asociere inversă între dietele bogate în fibre și nivelurile de PAI-1 [39-41]. Astfel, diferențele în fermentarea tărâțelor de grâu în comparație cu orz și α-celuloză ar fi putut contribui la scăderea nivelului PAI-1.

Dieta cu orz nu a avut niciun efect asupra creșterii în greutate sau adipozității la șobolanii Zucker slabi sau obezi în comparație cu dieta de control, chiar dacă ambele diete conțin niveluri substanțiale de polizaharide non-amidon (4,5%). Acest lucru este în concordanță cu un studiu care a hrănit șobolanii obezi Zucker cu o dietă pe bază de concentrat de tărâțe de ovăz care conținea niveluri mai ridicate de β-glucan (10%) [42] decât studiul actual (2%). Cu toate acestea, într-un model animal diferit de obezitate (șoareci obezi induși în dietă), un nivel similar de β-glucan din dietă ca cel prevăzut în studiul actual (2% β-glucan din boabe de orz), a arătat o reducere a creșterii în greutate, dar nu greutatea țesutului adipos [43]. Mai mult, nu s-au observat reduceri suplimentare ale creșterii în greutate corporală sau adipozității cu o dietă de 4% β-glucan. În general, acest lucru sugerează că orzul și ovăzul (bogat în β-glucan) au efecte limitate asupra reducerii creșterii în greutate asociată cu un model genetic de obezitate. Cu toate acestea, boabele de orz pot preveni dezvoltarea obezității induse de dietă prin îmbunătățirea sensibilității la insulină prin modificarea metabolismului glucozei și lipidelor [43]. În plus, alte soiuri de orz care conțin niveluri ridicate de alte tipuri de fibre dietetice, cum ar fi fructanul și amiloza, pot oferi beneficii suplimentare sănătății metabolice, dar acest lucru merită o investigație suplimentară.

În studiul actual, tărâțele de grâu nu au afectat creșterea în greutate corporală sau adipozitatea la șobolanii Zucker slabi sau obezi. În mod similar, Neyrinck și colab. [44] au arătat că o dietă cu tărâțe de grâu de 10% nu reduce creșterea în greutate sau adipozitatea în comparație cu o dietă de 10% celuloză la șoarecii obezi induși în dietă. Componenta principală polizaharidică fără amidon din tărâțele de grâu este arabinoxilanul, care este o fibră solubilă care se fermentează rapid în colon. Abarbinoxylanul îmbunătățește metabolismul lipidelor și glucozei la oameni și șobolani [45-49], dar nu a redus greutatea corporală sau adipozitatea atunci când pacienții cu diabet zaharat de tip 2 au consumat fracția de fibre timp de cinci săptămâni [50]. Prin urmare, potențialul tărâțelor de grâu în sine în îmbunătățirea sănătății metabolice pare limitată.

Deoarece dietele cu tărâțe de grâu și orz nu au redus creșterea în greutate a țesutului adipos, este probabil ca nivelurile de fenolici din aceste cereale să nu fie suficiente pentru a inhiba acumularea de lipide. In vitro studiile susțin efectul direct al fenolilor asupra inhibării acumulării de lipide în adipocite și pre-adipocite [17]. În particular, rutina fenolică și acidul o-cumaric s-au dovedit a avea cel mai mare efect asupra inhibării adipogenezei în adipocitele 3T3-L1 [51] și aceste fenolice atunci când sunt hrănite la șobolani, au redus greutățile țesutului peritoneal și epididimal [52]. Cu toate acestea, aceste șobolani au fost administrați cu niveluri de fenolici de peste 2,5 ori mai mari decât cele furnizate de dietele de tărâțe de grâu sau orz din studiul actual.

Chiar dacă șobolanii obezi Zucker au avut o frecvență cardiacă și o greutate mai mici și o presiune sistolică și puls mai mare decât șobolanii slabi, aceste măsuri nu au fost afectate de tipul de dietă. Son și colab. [53] au raportat că șobolanii care consumă o dietă bogată în grăsimi pe bază de orz au lumen aortic mai mare și grosimea peretelui mai subțire decât șobolanii care consumă o dietă pe bază de orez, ceea ce sugerează o reducere a acumulării de lipide și/sau placă în sistemul cardiovascular al acestor animale. Au arătat, de asemenea, că trigliceridele plasmatice, colesterolul total și LDL au fost reduse prin dieta orzului. Deoarece dietele conțin un nivel ridicat de grăsimi și colesterol (20 g/100 g grăsimi furnizate de ulei de soia, seu de vită, untură de porc și unt, precum și 1 g/100 g colesterol) în comparație cu studiul prezent, acest lucru poate explica de ce în studiul actual nu a fost observat niciun efect al orzului sau tărâțelor de grâu asupra trigliceridelor sau colesterolului total.

Concluzii

Modificările induse de obezitate ale markerilor legate de sindromul metabolic la șobolanii Zucker au fost similare la animalele hrănite cu control, dietele pe bază de tărâțe de grâu sau orz. Tărâțele de grâu și orz au prezentat modificări modeste în măsurile de stres oxidativ la șobolanii obezi Zucker, dar nu se știe dacă soiurile de cereale cu niveluri fenolice mai ridicate ar oferi o reducere mai mare a stresului oxidativ la aceste animale. În plus, dieta cu tărâțe de grâu a redus nivelurile plasmatice de PAI-1 la șobolanii obezi la nivelurile observate la șobolanii slabi. Această reducere a PAI-1 a fost independentă de modificările ratelor de secreție din țesutul adipos, prin urmare ar trebui investigat în continuare efectul unei diete antioxidante moderate asupra reglării PAI-1 în alte locuri, cum ar fi ficatul.