Efectele cocainei și ale postului asupra consumului de macronutrienți individuali la șobolani

Nia Mitchell

1 Departamentul de biologie, Colegiul de Arte și Științe, Georgia State University, Atlanta, GA, Statele Unite

Aaron G. Roseberry

1 Departamentul de biologie, Colegiul de Arte și Științe, Georgia State University, Atlanta, GA, Statele Unite

2 Institutul de Neuroștiințe, Colegiul de Arte și Științe, Georgia State University, Atlanta, GA, Statele Unite

Date asociate

Datele brute care susțin concluziile acestui manuscris vor fi puse la dispoziția autorului, fără rezerve nejustificate, oricărui cercetător calificat, la cerere.

Abstract

Obezitatea este o problemă semnificativă și se consideră că creșterea consumului de alimente stă la baza unei creșteri a nivelului de obezitate. Recent, au existat multe discuții și dezbateri cu privire la rolul macronutrienților individuali, carbohidraților, grăsimilor și proteinelor, în creșterea nivelurilor obezității și a comorbidităților asociate acesteia, dar, în general, a existat un studiu redus asupra modului în care diferite tratamente și stimuli care afectează hrănirea influențează aportul de macronutrienți individuali. În aceste studii, am testat dacă două tratamente care duc la modificarea hrănirii, injecția acută de cocaină și postul rapid acut, afectează diferențiat aportul de macronutrienți individuali utilizând o paradigmă cu trei alegeri dietetice. Cocaina a inhibat puternic aportul fiecărei diete individuale de testare (carbohidrați, grăsimi și proteine), dar nu au existat diferențe între efectele sale asupra aportului fiecărei diete individuale. În schimb, un post acut a avut un efect redus asupra aportului oricăreia dintre diete și nu a afectat în mod diferențiat aportul celor trei diete testate. Astfel, aceste studii demonstrează că cocaina poate inhiba în mod eficient consumul de hrană independent de conținutul său de macronutrienți și avansează semnificativ înțelegerea noastră asupra reglării neuronale a aportului individual de macronutrienți.

Introducere

Obezitatea a devenit o problemă semnificativă în Statele Unite și crește în întreaga lume. Aproximativ 70% din populația adultă poate fi considerată supraponderală sau obeză (Flegal și colab., 2010, 2016) cu un cost estimativ de peste 2 miliarde de dolari anual (Finkelstein și colab., 2009; Cawley și Meyerhoefer, 2012). Deși schimbările de activitate au contribuit probabil la creșterea nivelului de obezitate, se consideră că această creștere se datorează în primul rând creșterilor consumului de alimente. Cu toate acestea, există în prezent puține tratamente eficiente disponibile pentru a reduce aportul de alimente. Astfel, avem nevoie de o mai bună înțelegere a mecanismelor care controlează hrănirea, astfel încât să poată fi identificate noi abordări pentru combaterea obezității.

În ciuda dovezilor care arată că macronutrienții individuali pot afecta în mod semnificativ hrănirea și pot contribui la dezvoltarea obezității, au existat puține studii asupra modului în care diferitele tratamente care modifică hrana afectează aportul de macronutrienți individuali. În aceste studii am testat dacă două tratamente care modifică acut hrănirea, postul pe termen scurt sau o injecție acută de cocaină, modifică diferențiat aportul de macronutrienți individuali utilizând un test de alegere pe termen scurt (24 ore) cu trei diete.

Materiale și metode

Reactivi

Soluția salină bacteriostatică sterilă provine de la Patterson Veterinary Supply, Inc., (Sterling, MA, Statele Unite). Cocaina HCl provine de la Sigma. Toți ceilalți reactivi provin din surse comerciale comune.

Animale

Șobolani Sprague Dawley masculi tineri (Laboratoarele Harlan, Madison, WI, Statele Unite) au fost folosiți pentru aceste experimente. Șobolanii cântăreau între 220-250 g la sosire (∼7-8 săptămâni) și aveau ∼16-19 săptămâni la testare. Șobolanii au fost adăpostiți individual în cuști din sistem de îngrijire a animalelor din policarbonat ventilat într-o cameră controlată de temperatură și umiditate pe un ciclu de lumină/întuneric invers 12:12 cu hrană și apă ad libitum, cu excepția zilelor de aclimatizare și testare, când șobolanii au avut acces la dietele individuale de alegere a macronutrienților. Toate protocoalele și procedurile au fost aprobate de Comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor de la Universitatea de Stat din Georgia și au fost conforme cu Consiliul Național de Cercetare al Ghidului Academiilor Naționale pentru Îngrijirea și Utilizarea Animalelor de Laborator.

Testarea dietelor și măsurarea aportului alimentar

Șobolanii au avut acces ad libitum la apă și chow de laborator standard (dieta rozătoarelor Purina # 5001, PMI Nutrition International; 3,36 kcal/g) în cușca lor de acasă, cu excepția tuturor zilelor de aclimatizare și de testare. Pentru a testa aportul fiecărui macronutrienți individual (carbohidrați, grăsimi sau proteine), au fost pregătite trei diete diferite (denumite în continuare „diete de testare”) care conțineau doar un singur macronutrienți combinat cu vitamine și minerale esențiale. Compoziția dietelor a fost adaptată de la Smith și colab. (1996) și sunt prezentate în Tabelul 1. Înainte de începerea experimentului, șobolanii au fost adaptați la dietele de testare timp de 24 de ore pe mai multe studii distanțate la cel puțin 3 zile distanță până când aportul fiecărei diete a fost stabil. Aportul stabil a fost definit ca Tabelul 2. Cantitățile pre-cântărite din fiecare dietă au fost date șobolanilor din cutii Petri aderate magnetic la fundul cuștii lor de acasă pentru a limita scurgerea, iar vasele au fost cântărite la intervale specifice pentru a determina cantitatea consumată. Dacă un vas alimentar a fost vărsat, acesta a fost înlocuit cu o nouă cantitate stabilită de alimente la momentul următor, iar datele pentru perioada anterioară au fost excluse. Consumul de 24 de ore de chow a fost monitorizat periodic pe tot parcursul experimentului și în timpul perioadei de 24 de ore post-test prin furnizarea unei cantități setate de alimente în buncărul alimentar normal, care a fost apoi cântărit 24 de ore mai târziu.

TABELUL 1

Compoziția dietelor de testat.

MASA 2

Aportul de dietă în zilele de aclimatizare.

Proiectare experimentală

Toate testele au fost începute la începutul fazei întunecate. Pentru testare, șobolanilor li s-a administrat tratamentul experimental, urmat de prezentarea celor trei diete de testare în cușca de acasă, cu acces ad libitum la apă pe tot parcursul experimentului. Aporturile de dietă testate au fost apoi măsurate la 1, 2, 4 și 24 de ore după prezentarea dietelor. Imediat după măsurarea punctului de timp de 24 de ore, șobolanii au fost readuși la hrănirea ad libitum chow, iar aportul de chow a fost măsurat 24 h mai târziu.

Șobolanii au fost inițial testați pentru efectele postului acut, urmat de un test pentru efectele cocainei 2 săptămâni mai târziu. Pentru post, șobolanii au fost testați într-o ordine contrabalansată, jumătate dintre șobolani au postit 24 de ore și ceilalți au acces normal ad libitum la chow-ul standard în 24 de ore premergătoare primei zile de testare. Tratamentele au fost apoi anulate în a doua zi de test, 7 zile mai târziu. Pentru post, toate alimentele au fost îndepărtate la debutul fazei întunecate cu 24 de ore înainte de începerea testului, iar cele 3 diete de testare au fost furnizate în cușca de la începutul testului 24 de ore mai târziu.

Pentru tratamentul cu cocaină, șobolanii au fost testați într-o ordine contrabalansată, jumătate dintre șobolani primind injecție de cocaină și ceilalți primind injecție salină în prima zi de testare. Injecțiile au fost apoi inversate în a doua zi de test, 7 zile mai târziu. Șobolanii au fost injectați intraperitoneal (i.p.) cu 20 mg/kg cocaină sau ser fiziologic într-un volum de 1,0 ml/1,0 kg greutate corporală la debutul ciclului întunecat și apoi s-au întors în cușca lor de acasă cu cele trei diete de testare. Cercetătorul care măsoară consumul de alimente a fost orb de tratamentele cu cocaină/soluție salină până la încheierea experimentului.

Analiza datelor

Cocaina a inhibat aportul tuturor celor trei diete de testare într-o măsură similară și nu a modificat consumul de chow în cușcă la domiciliu post-test. (A) % scădere a aportului fiecărei diete în timpul fiecărei perioade de timp individuale (necumulativ). (B) Scăderea% a aportului cumulativ al fiecăreia dintre diete la 1 și 24 de ore după injectare. (C) Post-test, 24 ore de consum de chow în cușcă. n = 5-11 (A, B). n = 12 (C).

Postul nu a crescut semnificativ aportul oricăreia dintre dietele testate. Aportul cumulativ de carbohidrați (A), gras (B), și proteine (C) diete la șobolani de post și hrăniți ad libitum. Testați aportul de dietă în timpul fiecărei perioade de timp individuale (non-cumulative) a carbohidraților (D), gras (E), și proteine (F) diete la șobolani de post și hrăniți ad libitum. Observați diferențele în scara axei Y pentru panouri A - C. n = 8-12.

Ca și în cazul injecțiilor cu cocaină, am testat și creșterea relativă a aportului pentru fiecare dintre diete în timp (figurile 4A, B). În ciuda diferențelor de potențial aparent în creșterea relativă a dietelor de carbohidrați și proteine ​​vs. dieta cu grăsimi în prima oră, nu au existat efecte principale semnificative și nicio interacțiune semnificativă (dietă: F (2,4) = 3,22, p = 0,147; timp: F (3,6) = 0,934, p = 0,480; dietă x timp: F (6,12) = 0,896, p = 0,528). Interesant este că, spre deosebire de lipsa de efect asupra dietelor de testat, șobolanii de post au prezentat o creștere semnificativă a aportului de chow pe parcursul celor 24 de ore după încheierea testului de alegere a dietei (Figura 4C).

Postul a crescut aportul tuturor celor trei diete de testare într-o măsură similară și a crescut aportul de chow în cușcă acasă post-test. (A) Creșterea relativă a aportului ca răspuns la post în fiecare perioadă de timp individuală (necumulativă). (B) Creșterea relativă a aportului cumulativ ca răspuns la post la 1 și 24 de ore după injectare. (C) Post-test, 24 ore de consum de chow în cușcă. n = 8-12 (A, B). n = 12 (C). * p = 0,007.

Discuţie

În aceste studii, am testat dacă postul acut sau injecția de cocaină modifică diferențiat aportul de macronutrienți individuali utilizând o paradigmă cu trei diete. Cocaina, care este un psihostimulant care s-a dovedit pe scară largă că scade acut hrănirea, a scăzut aportul tuturor celor trei diete (carbohidrați, grăsimi, proteine) la un nivel similar. Au existat scăderi puternice ale hrănirii în prima oră după tratamentul cu cocaină și o revenire aproape completă la nivelurile de control ale consumului la 24 de ore după tratament (Figura 1). A existat o tendință pentru cocaină de a inhiba aportul de carbohidrați într-un grad mai mare în prima oră post-tratament (în raport cu starea de control a soluției saline) comparativ cu aportul de grăsimi și proteine, dar acest lucru nu a atins semnificația statistică (Figura 2). Astfel, cocaina pare să scadă aportul fiecărui macronutrient individual la niveluri similare în general.

Deși mecanismul exact prin care cocaina reduce consumul de alimente nu a fost identificat, este probabil că reduce hrana prin acțiunile sale asupra dopaminei. Amfetamina, care este un alt psihostimulant care reduce hrănirea, s-a dovedit că scade hrănirea în primul rând prin acțiunile sale asupra circuitelor de dopamină (Cannon și colab., 2004). Astfel, se pare că cocaina inhibă și hrănirea prin acțiuni asupra circuitelor dopaminei. În lumina acestei posibilități, este oarecum surprinzător faptul că cocaina a inhibat aportul tuturor celor trei diete de macronutrienți în cantități similare. Șobolanii și-au consumat în mod clar majoritatea caloriilor din dieta cu grăsimi (a se vedea aportul caloric total al fiecărei diete în Figura 1), iar dietele care conțin grăsimi și zahăr sunt extrem de satisfăcătoare și consolidante. Prin urmare, s-ar putea aștepta ca dietele cu grăsimi și/sau carbohidrați (cu un conținut ridicat de zahăr) să fie afectate într-un grad mai mare decât dieta proteică datorită creșterii dopaminei extracelulare de cocaină. Cu toate acestea, nu a fost cazul. Astfel, se pare că fiecare dintre dietele de testare individuale utilizate aici au calități egale satisfăcătoare și întăritoare, ori efectele anorexigenice ale cocainei mediată de dopamina crescută nu se datorează modificărilor calităților recompensatoare sau întăritoare ale dietelor.

În rezumat, am arătat că cocaina a inhibat puternic aportul fiecărui macronutrient într-un grad similar, în timp ce postul acut a prezentat doar creșteri marginale ale aportului fiecărei diete, fără diferențe între aporturile fiecărui macronutrient individual. Astfel, aceste studii ne-au avansat semnificativ înțelegerea mecanismelor centrale care controlează hrănirea.

Disponibilitatea datelor

Datele brute care susțin concluziile acestui manuscris vor fi puse la dispoziția autorului, fără rezerve nejustificate, oricărui cercetător calificat, la cerere.

Declarație de etică

Studiul pe animale a fost revizuit și aprobat de Comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor din Georgia State University.

• Circuite divergente care stau la baza recompensei alimentare și a efectelor de aport ale grelinei dopaminergice VTA-accumbens
• Efectele postului de zi alternativă, al postului restricționat în timp și al restricției de energie intermitentă
• Efectele formei alimentare și momentul ingerării asupra apetitului și aportului de energie la adulții tineri slabi și
• Efectele aportului excesiv de fosfor dietetic asupra sănătății oaselor
• Efectele sodiului Divalproex asupra consumului de alimente, a cheltuielilor energetice și a alocării posturii - Text integral