مستساغا الغربية علي غرار النظام الغذائي كافتيريا كطريقه موثوق بها لنمذجة السمنة التي يسببها النظام الغذائي في القوارض

Summary

يصف هذا البروتوكول استخدام النظام الغذائي الذي يتسم بالقبول الشديد والنمط الغربي لتناول الاطعمه الدسمة والسمنة في القوارض. نقدم هنا عرضا مفصلا لاختيار الطعام واعداده وقياسه ، وشرح العوامل المنهجية التي تساعد في توليد النمط الظاهري القوي والقابل للتكرار.

Abstract

وتتزايد السمنة بسرعة في البلدان المتقدمة والنامية ، ومن المعروف انها تحفز العديد من الامراض أو تزيد من حدتها. العبء الصحي للسمنة وظروفها التركيبية تسلط الضوء علي الحاجة إلى فهم أفضل لتولد المرض ، ولكن القيود الاخلاقيه تحد من الدراسات في البشر. لهذه الغاية نماذج صالحه خارجيا من السمنة في المختبرات الحيوانية ضرورية لفهم زيادة الوزن والسمنة. في حين تم استخدام العديد من الأنواع لنمذجة مجموعه من التغييرات التي تصاحب السمنة في البشر ، والقوارض هي الأكثر استخداما. وقد وضعت لدينا مختبر النظام الغذائي كافتيريا علي النمط الغربي الذي يؤدي باستمرار إلى زيادة كبيره في الوزن وعلامات من الامراض الايضيه في القوارض. النظام الغذائي يعرض القوارض لمجموعه متنوعة من الاطعمه المستساغة للحث علي فرط التعرق ، ونمذجة البيئة الغذائية الغربية الحديثة. هذا النظام الغذائي يدفع بسرعة زيادة الوزن وتراكم الدهون في الجسم في الفئران مما يسمح لدراسة اثار الإفراط في تناول الطعام والسمنة. في حين ان النظام الغذائي كافتيريا قد لا توفر نفس السيطرة علي المغذي والمغذيات الدقيقة كما تنقيه عاليه الدسم أو عاليه الدسم ، والوجبات الغذائية عاليه السكر ، والحمية كافتيريا عاده ما يدفع النمط الظاهري أكثر شده من التي لوحظت مع تنقيه الوجبات الغذائية وأكثر تمشيا مع الاضطرابات الايضيه لوحظ في زيادة الوزن والسمنة السكان البشرية.

Introduction

السمنة والامراض المصاحبة المرتبطة بها تسهم إسهاما كبيرا في العبء الصحي العالمي¹ وتمثل 7% من عبء المرض في أستراليا². أحد عوامل الخطر الرئيسية للسمنة هو استهلاك الوجبات الغذائية غير الصحية التي هي عاليه في الدهون المشبعة والكربوهيدرات المكررة ، وانخفاض في ألياف والمغذيات الصغرى³. تحديد الأهداف للتدخل العلاجي للسمنة يتطلب نماذج التي يمكن تقييمها بشكل منهجي الآثار علي النظم الكيميائية الحيوية والفسيولوجية متعددة. وقد تم تطوير فهمنا لمسببات السمنة بشكل كبير من خلال العمل باستخدام نماذج القوارض ، حيث يمكن دراسة الآثار السلوكية والايضيه والجزيئية عبر الزمن تحت ظروف خاضعه للرقابة حيث يمكن ان تكون العوامل البيئية بسهوله التلاعب.

يتكون النظام الغذائي للكافتيريا (CAF) من السمنة الناجمة عن الحمية الغذائية المكملة لحمية القوارض القياسية مع مجموعه متنوعة من الاطعمه المستساغة التي تكون عاليه اما في الدهون المشبعة أو الكربوهيدرات المكررة أو كليهما. وتشمل الامثله علي هذه الاطعمه الكعك والبسكويت الحلو والوجبات الخفيفة اللذيذة عاليه الدسم (مثل اللحوم المصنعة والجبن والبطاطا). فانه يعزز بشكل موثوق فرط الوزن والزيادة السريعة للوزن في القوارض. والسمات الرئيسية للنموذج هي توفير مجموعه متنوعة من الاطعمه المستساغة للغاية ، والمصممة لمحاكاة البيئة الغذائية الحديثة. الوصول إلى مجموعه متنوعة يزيد من تناول الطعام في الفئران علي المدى القصير⁴ وفي البشر⁵ حتى عندما يتم مطابقه الاطعمه لل الحنميه وتختلف فقط في نكهة والعظة حاسة الشم^4,6. ومع ذلك ، أظهرت أحدي الدراسات ان توفير الطاقة والنظم الغذائية المنقية المطابقة لمغذي التي تختلف في النكهة والملمس لم يكن لها اي تاثير علي زيادة وزن الجسم علي المدى الطويل في الفئران⁷، مما يوحي بان تكوين المغذيات والآثار المتميزة بعد الشفوي الاطعمه المختلفة قد تسهم أيضا في الإفراط في تناول الطعام. التعرض للعديد من الأذواق والقوام يتغلب علي الإشباع الحسي المحدد ، والذي يصف انخفاض الرغبة في تناول الطعام الذي يؤكل مؤخرا بالنسبة لبديل⁵. عبر العديد من الأفواج في مختبرنا ، المثل لاحظنا ان استخدام الاطعمه مستساغا للغاية يزيد من الإفراط في تناول الطعام.

وقد استخدم هذا النظام الغذائي CAF لأكثر من 40 سنوات ، منذ وذكرت ان الفئران الإناث المعرضة لمجموعه متنوعة من ' سوبر ماركت الاطعمه ' (الخطمي ، الشوكولاتة ، زبده الفول السوداني ، الكوكيز ، السلامي والجبن من بينها)^{أظهرت زيادة} الوزن المتسارع بالنسبة للضوابط. وأشار هذا وغيرها من الدراسات المبكرة ان الحمية علي غرار CAF يبدو لتسريع زيادة الوزن بشكل أكثر فعاليه من الوجبات الغذائية النقية عاليه الدسم أو عاليه الكربوهيدرات ^8,9. العمل في 1980s وصفت ملامح مغذي¹⁰ وأنماط وجبه¹¹ من الفئران تغذيه الحمية الكاف ، وأظهرت تغييرات عميقة لكتله الدهون ومستويات الانسولين^9و10 وتوليد الحرارة¹². وقد استخدمت مجموعتنا النظام الغذائي CAF لنموذج السمنة لأكثر من عقدين^13,14 وخلال هذا الوقت ونحن قد استخدمت العديد من المتغيرات من النظام الغذائي. وتقدم الفئران مع اثنين علي الأقل الحلو واثنين من المواد الغذائية لذيذا كل يوم ، بالاضافه إلى الطعام العادي والماء. في السنوات الاخيره بدانا في تكمله الاطعمه الصلبة CAF مع محلول السكروز 10 ٪. القدرة علي تكييف نظام غذائي CAF للتصاميم التجريبية المختلفة هو قوه النموذج.

الوجبات الغذائية CAF تعزيز فرط الفوري (اي ، في غضون 24 ساعة الاولي) والمكاسب المطردة في وزن الجسم وكتله الدهون. ومع ذلك ، ونتيجة لتعظيم التنوع هو ان المغذي والمغذيات الزهيدة المدخول لا يتم التحكم ، وهي نقطه بعض الراي كعيب لا يمكن التغلب عليها¹⁵. دراسات السمنة التي يسببها النظام الغذائي أكثر شيوعا استخدام تنقيه عاليه الدسم (HF) أو مجتمعه عاليه الدسم ، وارتفاع السكر (HFHS) الوجبات الغذائية ، والتي توفر سيطرة دقيقه علي المحتوي الغذائي واقل كثافة في العمالة من نموذج CAF ، والتي تتطلب الرصد اليومي التخطيط الدقيق وتنفيذ الجدول الزمني. ان الاهميه الانتقالية للانظمه الغذائية HF المنقية المتاحة تجاريا هي موضوع النقاش الدائر ، حيث ان ملفات الأحماض الدهنية ونسب الدهون والسكروز قد لا تتماشي مع المدخول الغذائي البشري¹⁶. في حين ان النظام الغذائي لCAF لا يوفر نفس درجه السيطرة علي تكوين المغذيات كالحمية المنقية ، فانه يهدف إلى نمذجة القدرة الحنقيه والمتنوعة التي تميز خيارات الطعام في معظم المجتمعات الحديثة.

Protocol

تم تحسين البروتوكول الموصوف هنا لاستخدامه في الفئران. في حين اننا قد استخدمت النظام الغذائي CAF بنجاح في الفئران^17,18, لينه الغذاء طحن قد يعرض مزيدا من الخطا الحد من موثوقيه التدابير المدخول الغذائي¹⁹. تمت الموافقة علي هذا البروتوكول من قبل لجنه الرعاية الحيوانية والأخلاق في جامعه نيو ساوث ويلز ويتوافق مع المبادئ التوجيهية الاستراليه لاستخدام ورعاية الماشية للأغراض العلمية (الطبعة الثامنة) المقدمة من الصحة الوطنية الاستراليه مجلس البحوث الطبية.

ملاحظه: وقد لوحظت اثار ضاره قليله جدا في دراساتنا قصيرة الأجل (اي < 10 أسابيع الوصول الإعلان الكاف); لا يوجد دليل علي التغييرات علي الرفاه العام ، والنشاط ، والاجتماعية أو القلق مثل السلوك في الفئران علي النظام الغذائي CAF²⁰. بعد فترات أطول (> 16 أسابيع) وقد لوحظت حوادث القلب والاوعيه الدموية عرضيه جدا في الفئران الفيدرالية CAF.

1. التاقلم الحيواني والإسكان

1. تاقلم الفئران مع المنشاة لمده 5 – 7 أيام بعد الوصول مع امكانيه الدخول المجاني إلى نظام التحكم الغذائي والمياه. التعامل مع الفئران يوميا ابتداء من 24 ساعة بعد الوصول ؛ حمية CAF ينطوي علي التفاعل اليومي مع القفص حتى التعامل المنتظم هو المهم.
2. ضمان توفير الإثراء البيئي لجميع الأقفاص. يحتوي القفص القياسي علي مربع ميثاكريلات احمر بوليميثيل ، والمواد التعشيش وعصا مضغ خشبيه ، وهو أمر مهم لان الاطعمه اللينة المقدمة داخل النظام الغذائي CAF قد تؤدي إلى الفئران تطوير الانسداد دون الوصول إلى عناصر أصعب لمضغ.
3. قبل بدء النظام الغذائي CAF ، تعيين أقفاص لcaf أو مجموعات الطعام والتاكد من ان هذه هي مطابقه لبدء وزن الجسم عن طريق مقارنه متوسط ونطاق أوزان الجسم بين المجموعات وأعاده تخصيص حسب الضرورة. كما الاضاءه التعرض يمكن ان تؤثر علي إيقاعات الايقاعيه ، وتناول الطعام والنشاط ، وضمان يتم توزيع الكاف وأقفاص تشاو بالتساوي في غرفه مستعمره.
   ملاحظه: تشكل القوارض التسلسلات الهرمية الاجتماعية عند إيواء المجموعات (خاصه الذكور). يتم التحكم جزئيا في اثار الإجهاد الاجتماعي عن طريق ضمان إيواء الفئران مع الآخرين من وزن الجسم مماثله (للحد من البلطجة داخل قفص). بالاضافه إلى ذلك ، يجب ان يتم توزيع النظام الغذائي كافتيريا بالتساوي حول القفص حتى يتسنى لجميع الفئران الوصول إلى النظام الغذائي.

2. اختيار النظام الغذائي والاعداد

1. جدوله
   1. ضمان الطعام العادي والماء دائما متوفرة وتستكمل مع ما لا يقل عن اثنين من الحلو واثنين من العناصر المالحة كل يوم (ويرد مثال علي جدول أسبوعي في الجدول 1؛ خيارات الغذاء لمده 3 أيام المبينة في الشكل 1). إضافات اختياريه هي عاليه الدسم ، وارتفاع السكر تشاو ومحلول السكروز 10 ٪.
   2. اختيار الاطعمه داخل كل فئة متشابهة في نسب مغذي: جميع العناصر الحلوة هي اعلي نسبيا في الكربوهيدرات من الدهون وجميع العناصر المالحة هي اعلي في الدهون من الكربوهيدرات. تهدف إلى توفير نسب مماثله من الدهون والكربوهيدرات والسكر والبروتين في كل مجموعه يوميا من الاطعمه CAF.
   3. مراقبه الاستهلاك بانتظام طوال التجربة بحيث يمكن تصميم القائمة ، إذا لزم الأمر ، للحفاظ علي فرط التعرق. ويقدم الجدول 2 المعلومات المتعلقة بكثافة الطاقة والمغذي الغذائية لعده أمثله علي الاطعمه ، ويقترح البدء بمبالغ ل200 غراما من الفئران الذكور.
   4. تجنب تغذيه اي طعام واحد في أيام متتالية أو في كثير من الأحيان في غضون أسبوع ، لان هذا قد يقلل من تناول هذا الطعام. إذا حدث هذا ، حذف الطعام من الجدول الزمني لبضعة أيام قبل أعاده دمج.
      ملاحظه: قد تعرض الفئران رهاب الخوف ومعظم الاطعمه الجديدة تتطلب التعرض المتكرر لتحديد ما إذا كان سيتم استهلاكها. الفئران لا تفضل عاده الاطعمه التي تحتوي علي الخميرة (الخبز والبيتزا ، وما إلى ذلك) أو تلك مع نكات الحمضيات أو القهوة.
2. الاطعمه الرطبة
   1. النظر في تقديم الاطعمه اعلي في محتوي الرطوبة في حاويه مثل قصدير التونة ، لتجنب تلطيخ الفراش. وينبغي أيضا توفير حاويات فارغه للسيطرة علي أقفاص إذا تم ذلك.
3. مصادر النظام الغذائي
   1. التاكد من ان الاغذيه CAF المستخدمة هي المواد الغذائية أو الحصول علي ما يكفي للتجربة بأكملها بحيث البنود الغذاء تبقي متسقة ولا تحتاج إلى استبدال.
4. تخزين النظام الغذائي
   1. يخزن الطعام كما هو مبين علي العبوه أو عند-20 درجه مئوية ويذوب في الليل قبل الاستخدام. يخزن المنتجات الجافة (البسكويت) في وعاء محكم الغلق.
5. محلول السكروز (اختياري)
   1. اعداد محلول السكروز ، عاده 10 ٪ (w/v) في السائبة (2-5 L) وتخزين في 4 درجه مئوية عندما لا تكون في الاستخدام.
   2. استبدال زجاجات السكروز أسبوعيا (كحد ادني) لمنع النمو البكتيري أو الفطري. افحص الزجاجات يوميا واستبدلها إذا لوحظت علامات النمو.
      ملاحظه: يتم توفير السكروز بالاضافه إلى المياه ، والتي تتوفر دائما.

3. الكافتيريا اعداد النظام الغذائي

1. تذويب
   1. تاخذ الكميات المناسبة من الاطعمه CAF لأذابه الجليد ~ 24 ساعة قبل الاستخدام. يمكن تذويب الطعام باستخدام الميكروويف ولكن لا ينبغي تقديمه اثناء التسخين.
2. التجديد اليومي لحمية CAF
   1. ويضمن تغيير الاطعمه الغذائية CAF اليومية ان يتم تكبير التنوع ، وتقليل التزييت في القفص. كما ياكل الفئران معظم المدخول اليومي في الجزء الأول من الدورة المظلمة ، والجدول الزمني لتجديد الاغذيه CAF علي مقربه من بداية الجدول الزمني المظلم بحيث يكون الطعام الطازج في هذا الوقت. تجديد النظام الغذائي لCAF في اليوم الذي لا يتم فيه قياس كميه الطعام.
   2. إطعام مجموعات تشاو بطريقه تضمن ان هذه المجموعة لديها تجربه يوميه مماثله ، علي النحو التالي.
      1. تحويل زجاجات المياه حولها (ينبثق) ، وضع القفص علي مساحة العمل وأزاله الغطاء.
      2. يزعج بخفه الفراش لحوالي 20 ثانيه ، لمحاكاة عمليه جمع المواد الغذائية من الفراش من أقفاص CAF.
      3. وضع حفنه صغيره من الكريات تشاو من الغذاء هوبر في الفراش ، لمساواه التعرض للغذاء علي الفراش قفص.
      4. أعاده غطاء القفص والعودة إلى الرف ، واستبدال زجاجات المياه فقط عندما يتم تسويه القفص من أجل الحد من الانسكاب.
   3. إطعام مجموعات الكافتيريا
      1. اعداد العناصر الغذائية CAF في حاويه المسمي لكل قفص.
      2. تحويل زجاجات المياه حولها (ينبثق) ، وضع القفص علي مساحة العمل وأزاله الغطاء.
      3. أزاله الكثير من النظام الغذائي الكافيتريا القديمة من الفراش ممكن.
      4. وضع نظام غذائي الكافتيريا الطازجة في القفص.
      5. إغلاق القفص والعودة إلى الرف.
      6. استبدال المياه وزجاجات السكروز.
         ملاحظه: لتجنب تعريض الفئران تشاو لحمية الكاف ، والنظر في إطعام أقفاص الطعام قبل أقفاص CAF ، أو العكس. يجب تغيير القفازات بين التعامل مع الفئران من مجموعات النظام الغذائي المختلفة.
3. الأعلى حتى تشاو ، والمياه وزجاجات السكروز حسب الضرورة. القيام بذلك بعد إجراءات أخرى أكثر كفاءه كما صناديق أثقل بعد تتصدر الطعام والماء.
   ملاحظه: صناديق CAF التربة بسرعة أكبر وتحتاج إلى تغيير أكثر في كثير من الأحيان لتجنب الإجهاد الناجم عن التعرض للاسره الرطب ، فضلا عن الروائح القوية. فحص الفراش يوميا وتغيير حسب الاقتضاء.

4. تناول الطعام أكثر من 24 ساعة

ملاحظه: يتم اجراء قياسات المدخول الغذائي علي فتره منفصلة 24 ح عده مرات في الأسبوع.

1. عند بدء النظام الغذائي CAF ، قياس وزن الجسم و 24 ساعة تناول الطعام علي الأقل مرتين في الأسبوع لرصد فعاليه النظام الغذائي. بدء قياسات تناول الطعام بالقرب من بداية المرحلة المظلمة. تهدف إلى تقديم نفس المجموعة من الاطعمه CAF علي أيام قياس تناول الطعام ، والمساواة لنكهة وكثافة الطاقة سوف تسمح برصد دقيق للتغيرات علي مر الزمن.
   ملاحظه: قد لا يكون هذا ممكنا للدراسات التي تتطلب > 2 قياسات تناول الطعام في الأسبوع ، حيث ان التعرض المفرط لنفس الاطعمه قد يقلل من فرط التعرق مع مرور الوقت.
2. CAF وتدابير التحكم في تناول الحمية
   1. اعداد النظام الغذائي CAF ووضعها في حاويه المسمي لكل قفص ، وزنها وتسجيل كل مكون. يظهر الشكل 1 مجموعه مكتملة من أغذيه CAF. ويتالف الجدول 3 من نموذج لرصد الكميات الغذائية.
   2. أعاده ملء المياه ، السكروز ومستويات الطعام كما هو مطلوب.
3. لأقفاص الطعام (التحكم)
   1. بدوره زجاجات المياه حول (ينبثق) ، ووضع القفص علي مساحة العمل وأزاله الغطاء.
   2. تزن الفئران ومن ثم نقلها إلى قفص مع الفراش الطازجة ، مع إثراء البيئية.
   3. سجل الوزن من زجاجات المياه والطعام.
   4. استبدال غطاء القفص ، وأعاده القفص إلى رف ، ومن ثم تحويل زجاجات المياه حولها. ويمكن أضافه علامات صغيره تشير إلى "تناول الطعام" إلى القفص لاخطار الحاضرين والباحثين بعدم لمس الزجاجات والأكل.
4. لأقفاص CAF:
   1. تنفيذ نفس الخطوات كما في الخطوة 4.3. بالاضافه إلى ذلك مبعثر الحاوية قبل وزنها من الاطعمه CAF حول القفص مع الفراش الطازجة قبل نقل الفئران.
   2. ترك الفئران لمده 24 ساعة مع الحد الأدنى من الإزعاج. تسجيل اي اضطرابات غير متوقعه (علي سبيل المثال ، وصول الفئران الجديدة إلى غرفه المستعمرة ، أو التغيرات في الضوضاء المحيطة).
5. الانتهاء من قياس كميه الطعام
   1. سجل الوزن من زجاجات المياه والطعام لأقفاص تشاو ، والبحث بعناية في الفراش لقطع من الطعام. أزاله علامة "تناول الطعام" من أقفاص مره واحده كامله.
   2. اعداد حمية جديده CAF لأقفاص CAF.
   3. لكل قفص CAF
      1. سجل الوزن من الماء ، والطعام والسكروز.
      2. أزاله غطاء القفص والإثراء البيئي.
      3. أزاله شظايا CAF بعناية من الفراش ووضعها في حاويات منفصلة. أزاله أكبر القطع أولا ثم ينخل بانتظام جميع الفراش قفص من نهاية واحده إلى أخرى باستخدام حركات كاسحه لطيف.
         ملاحظه: تطبيق نفس الدرجة من الرعاية لكل قفص عند جمع الطعام. سجل حيث كان قفص فوضوي بشكل خاص-في بعض الحالات الفئران طحن أسفل الكعكة و/أو البسكويت في مسحوق غرامه التي من الصعب جمع. وهذا يمكن ان يضخم بشكل مصطنع تدابير تناول الطعام.
      4. توزيع النظام الغذائي الجديد CAF حول القفص ، وأعاده الإثراء البيئي ، وإغلاق غطاء القفص وأعادته إلى الرف ، وأزاله "تناول الطعام" علامة.
      5. الوزن القياسي لكل الغذاء CAF إلى أقرب 0.1 غ. طرح الطعام المتبقي من الوزن الغذائي الاولي للحصول علي إجمالي الاغذيه المستهلكة لكل قفص ، ومن ثم تقسيم عدد الفئران في كل مربع (التالي افتراض المدخول المتساوي).
      6. ضرب كميه المستهلكة (ز/الفئران) من كثافة الطاقة (kJ/g) من كل المواد الغذائية المقدمة من قبل الشركة المصنعة.
         ملاحظه: لحساب مغذي المدخول التي نستخدمها تفترض كثافة الطاقة من 16.7 kJ/g للكربوهيدرات والبروتين ، و 37 kJ/g للدهون.

النتائج

وكما هو مبين في الشكل 2ا، فان التغذية الغذائية CAF تنتج زيادة 2.5 في استهلاك الطاقة بالنسبة إلى الضوابط تشاو ، استنادا إلى البيانات من ثلاثه أفواج من الفئران الذكور التواء dawley ، وهذا يتسق أكثر من 6 أسابيع. وقد أكدت دراسات أخرى ان هذا المدى من فرط البصر يتم الحفاظ علي أك...

Discussion

من خلال تعريض الفئران لمجموعه متنوعة من الاطعمه المستساغة للغاية العالية في الدهون والسكر ، فان بروتوكول النظام الغذائي CAF الموصوف هنا يوفر نموذجا موثوقا وقويا لما يسمي ' النظام الغذائي الغربي ' الذي يؤكل من قبل الكثير من الناس. لوحظ ان فرط النشاط — الذي تم تقييمه كزيادة كبيره في استهلاك ا?...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
2-5 L plastic bottle			For preparing 10% sucrose solution, if applicable
Chopping board			Plastic is advised
Freezer			For storing CAF foods
Gordon's maintenance rodent chow	Gordon's Specialty Stockfeeds (Australia)		Maintenance diet used in our laboratory (14 kJ/g; 65% carb, 13% fat and 22% protein, as energy)
Large plastic storage boxes			All items above can be stored in containers for easy access
Large spoon			For CAF diet preparation
Microwave			For CAF diet thawing (when required)
Non-serrated knife			For CAF diet preparation
Paper towel			Important for cleaning work surfaces and the knife during CAF prep
Plastic containers			These are for weighing CAF food items on measurement days
Plastic funnel			For preparing 10% sucrose solution, if applicable
Red light			As CAF diet should be refreshed near the onset of the dark phase each day, a red light will assist when working in the dark
Tuna tins			For presenting 'wetter' CAF food items. Plastic containers may also be suitable
Weigh container x 3			Separate containers should be used to weigh rats, chow & bottles, and CAF foods
Weighing scale			Sensitivity to 0.1g is recommended
White sugar			For 10% sucrose solution, if applicable