PLoS One. 2013; 8 (4): e60407.
Publicerad online 2013 Apr 2. doi: 10.1371 / journal.pone.0060407
PMCID: PMC3614998
Sarah I. Martire,1 Nathan Holmes,1 R. Fred Westbrook,1 och Margaret J. Morris2,*
Mihai Covasa, redaktör
Abstrakt
Bakgrund
Råttor föredrar energirik mat framför chow och äter dem till överflödigt. Mönstret för att äta framkallat av denna diet är okänt. Vi använde den beteendemässiga mättnadssekvensen för att klassificera en matruta som en måltid eller ett mellanmål och jämförde ätningsmönstren hos råttor som matade en energirik cafeteridiet eller chow.
Metoder
Åtta veckor gamla Sprague Dawley-råttor av hankön utsattes för lab chow eller en energirik cafeteria-diet (plus chow) under 16 veckor. Efter 5-, 10- och 15-veckor registrerades hemburen över utfodring över natten. Ätning följt av grooming sedan vila eller sova klassificerades som en måltid; medan äta som inte följts av hela sekvensen klassificerades som ett mellanmål. Antal måltider och snacks, deras varaktighet och väntetider mellan utfodringarna jämfördes mellan de två förhållandena.
Resultat
Kafeteria-matade råttor åt mer protein, fett och kolhydrater och konsistenterade konsekvent dubbelt så mycket energi från råttor som matats med chow och var betydligt tyngre efter vecka 4. Kafeteria-matade råttor tenderade att ta flera mellanmål mellan måltiderna och åt färre måltider än råttor som matats med chow. De åt också fler mellanmål vid 5 veckor, var mindre effektiva på att kompensera för snacks genom att minska måltiderna, och antalet snacks i majoriteten av de cafeteria-matade råttorna var positivt relaterade till terminal kroppsvikt.
Slutsatser
Exponering för en smakrik diet hade långvariga effekter på matningsmönstret. Råttor blev överviktiga eftersom de ursprungligen åt oftare och i slutändan åt mer av livsmedel med högre energitäthet. Den tidigt ökade snacking hos unga cafeteria-matade råttor kan representera etablering av matvanor som främjar viktökning.
Beskrivning
Vad folk äter styrs av ett antal faktorer. Ibland bestäms val av livsmedel av vad som är tillgängligt eller prisvärt, och ibland av dietiska eller etiska överväganden, religiösa eller kulturella praxis. Men den viktigaste bestämningen för val av livsmedel är hedonics: människor väljer för intag vad de vill och avvisar vad de inte gillar [1], [2]. En av de faktorer som bestämmer matens hedoniska värde är dess näringsinnehåll. Människor gillar livsmedel som är rika på fett, socker och protein, välj dem företrädesvis framför mat som är låg i dessa näringsämnen och äter mer av dem [3], [4], [5]. En andra faktor är variationen. Människor gillar variation i sin diet, väljer livsmedel som skiljer sig i smak eller konsistens från de som nyligen har konsumerats och äter mer av dem [6]. Den moderna dieten i utvecklade länder har utformats för att utnyttja dessa källor för smak. Denna diet är fylld med livsmedel som är rika på fett, socker och protein, och består av ett brett spektrum av livsmedel som skiljer sig i deras smaker och strukturer. Dessutom är dessa livsmedel lätt tillgängliga, anskaffas med liten eller ingen energiförbrukning och är tillräckligt billiga för att de är överkomliga för de flesta i utvecklade länder. Den moderna dieten, dess natur, tillgänglighet och billighet, tillsammans med den moderna livsstilen, som är relativt stillasittande när det gäller fritidsaktiviteter, transport och arbete (när det finns), har troligtvis bidragit till den ökade förekomsten av människor som är överviktiga , även överviktiga, i utvecklade länder [7], [8].
En djurmodell av dessa förhållanden består i att ge laboratorieråttor kontinuerlig tillgång till en varierad kost som består av samma energirika livsmedel som äts av människor. Råttor väljer dessa livsmedel i stället för laboratorie chow, äter alltför stora mängder i förhållande till deras minimala energiförbrukning och blir, som människor i utvecklade länder, överviktiga. Sådana råttor fördubblar sitt kaloriintag och utvecklar en markant ökning i fettmassa, plasmaleptin och insulinkoncentrationer [9], [10]. Det är emellertid lite känt om egenskaperna hos ätningen som framkallas av denna diet och om sådana egenskaper är relaterade till den ökade kroppsvikten. Till exempel kan råttor flyttas från standard chow till en varierad diet av energirika livsmedel kan fortsätta att äta en liknande mängd som tidigare, helt enkelt öka sin kroppsvikt som en följd av de högre kalorierna i dessa livsmedel jämfört med chow. Alternativt kan sådana råttor äta större måltider samtidigt som de upprätthåller måltidsantalet (se Rogers & Blundell, [11]) eller äta måltider av samma storlek men oftare. Slutligen skiftade råttor från chow till den moderna dieten, som människor, snacks på de energirika livsmedel som tillhandahålls, förutom att äta dem som en del av en måltid.
Råttor uppvisar vanligtvis en stereotyp sekvens av beteenden, efter en ätstart. Detta mönster, benämnd post-prandial mättnad eller beteende mättnadssekvens, består i upphörandet av att äta följt av grooming, vila eller sova [12], [13]. Denna övergång från att äta genom att ställa till vila eller sova är förknippad med naturlig mättnad, till exempel framkallas den av en kalorisk belastning på tarmen och de preabsorberande mättnadsfaktorer som utlöses av den belastningen [såsom kolecystokinin (CCK)] [14]. Vi resonerade att närvaron eller frånvaron av denna sekvens kan användas för att skilja mellan utfodring som producerar mättnad (en måltid) kontra de som inte gör det (ett mellanmål). Vi undersökte om råttor som matades med den moderna västerländska dieten skilde sig från de som matades med standardchow när det gäller deras fördelning av utfodringsrörelser, och i synnerhet när det gäller partier som följdes eller inte följdes av fullständig mättnadssekvens, dvs. respektive. Råttor i dietgruppen försågs med kommersiellt tillgängliga livsmedel (köttpajer, kex och så vidare) utöver standard chow, och foderbeteendet hos båda grupperna bedömdes under en natt efter 5, 10 och 15 veckor på deras respektive dieter.
Metoder
Etik uttalande
Experimentprotokollet godkändes av Animal Care and Ethics Committee vid University of New South Wales och var i överensstämmelse med riktlinjerna från Australian National Health and Medical Research Council.
Ämnen
Ämnen var 24 experimentellt naiva manliga Sprague Dawley-råttor erhållna från Animal Resource Center (Perth, Australien), åldrade 7 – 8 veckor och vägde mellan 240 och 280 g vid ankomst. De var inrymda i plastlådor (22 cm höjd x 65 cm längd × 40 cm bredd) med två råttor i varje låda. Råttor hölls två per låda snarare än i enskilda lådor på grund av etiska krav. Lådorna var belägna i ett klimatstyrt rum (22 ° C) på en 12-timmars (7.00 am – 7.00 pm) ljus / mörk cykel.
Diet
Under den första veckan tillhandahölls standard lab chow och råttor hanterades dagligen. Vatten var tillgängligt under hela experimentet. Efter denna acklimatisering allokerades råttor slumpmässigt till antingen standard lab chow (Group Chow) eller en hög fetthalt cafeteria diet (Group Cafeteria) tillstånd (n = 12 per grupp). Standard chow gav 11 kJ / g, 12% energi som fett, 20% protein och 65% kolhydrat (Gordons Special Stockfeeds, NSW, Australien). Matvarorna i cafeterian kosttillstånd valdes för att spegla den enorma variationen, smakligheten och energitätheten hos den moderna västerländska kosten. [9]. De inkluderade köttpajer, Dim Sims (kött inslaget i rispapper), pasta, potatischips, havre, hundmatrulle, diverse kakor (inklusive en svampkaka täckt med choklad och kokosnötter, kallad lamington) och kex (t.ex. kakor) , chow blandat med smult och kondenserad mjölk, samt standard chow. Chow blandat med smult och kondenserad mjölk samt standard chow var alltid tillgängligt. Dessa kompletterades av fyra av de andra livsmedel, varav två togs från de med högt protein och / eller kolhydrater (köttkakor, Dim Sims, havre, hundmatrulle), och två togs från de med mycket fett / socker ( urval från ett urval av kakor och kex). Denna diet gav i genomsnitt 15.3 kJ / g, 32% energi som fett, 14% protein och 60% kolhydrat, utöver det som tillhandahölls av standardlaboratoriet. Kafeteridieten presenterades dagligen, klockan 5 pm, och råttor i båda grupperna fick sin mat i trummor som finns i sina hemburar. Energiintag och kroppsvikt mättes en gång per vecka. Samma fem livsmedel presenterades den dag då energiintaget mättes varje vecka. Den konsumerade mängden var skillnaden mellan vikten på maten som tilldelades en bur och den återstående 24 timmen senare. Energiintaget från den konsumerade maten beräknades med användning av det kända energiinnehållet i varje mat (kJ / g).
Matning
Matningsbeteende registrerades från 7 pm – 7 am vid tre tillfällen, under veckor 5, 10 och 15, med användning av högupplösta små kupolkameror med infraröda lysdioder upphängda ovanför varje bur. En råtta i varje bur hade ett ryggidentifierande märke som gjorde det möjligt att spåra beteendet hos enskilda råttor. Varje ätningsutbud karakteriserades som antingen en måltid eller ett mellanmål. En måltid definierades som en utfodringsepisod som följdes av grooming och sedan vila eller sova [15]. Ett mellanmål definierades som en utfodringsepisod följt av grooming, men utan omedelbart efter vilande eller sömnbeteende. Beteenden fick poäng i 30 andra intervall. Till exempel, om en råtta åt och sedan preparerade, men inte vilade inom 30 sekunder efter upphörande av grooming-beteende, klassificerades detta som ett mellanmål. Däremot, om råttan i själva verket vilade / sova inom 30 sekunder efter att ha ätit och groomat, klassificerades detta som en måltid. Så om råttan åt, preparerade, sov inte; och efter 30 sekunder eller mer åt, preparerade och i själva verket vila / sova, klassificerades detta som ett mellanmål följt av en måltid. Detta 30 andra intervall valdes eftersom det var det kortaste praktiska intervallet med tanke på de utökade 12 timmars inspelningssessionerna manuellt vid varje tidpunkt. Äta bedömdes som intag eller gnagning av mat; grooming bedömdes som slickning av kroppen eller rengöring av ansiktet med förpotor samt repor av kroppen och huvudet med bakbenen; vila / sova bedömdes som att ligga utan rörelse, vanligtvis med huvudet krulat till kroppen [16]. En andra observatör använde samma kriterier för att få flera timmar (minst fyra råttor från varje grupp) från varje tidpunkt. Poäng av experimenteraren och den andra observatören var starkt korrelerade (r2 = 0.94, r2 = 0.93, r2 = 0.95 för veckor 5, 10 respektive 15).
Statistiska analyser
Data uttrycks som medelvärde ± standardfel för medelvärde (SEM). En 4-vägs ANOVA [med faktorer av grupp, nuvarande anfall (måltid eller mellanmål), tidigare anfall (måltid eller mellanmål) och tid (5, 10 och 15 veckor)] användes för att analysera medelväntetider inom utfodringssekvenser. Relativ frekvens för matningssekvenser analyserades med användning av chi-squared goodness of fit (GOF) test. Förhållandena mellan snacksantal och procentuell snacking (mellanmålantal över totalt antal gånger × 100), samt procentuell snacking och terminal kroppsvikt, analyserades med användning av korrelationsanalyser. Varje skillnad i styrkan i ett förhållande mellan de två grupperna bedömdes med användning av Fisher r-to-Z-transformation. Alla återstående data analyserades med användning av upprepade mått ANOVA, vilket kontrollerade typ 1-felhastighet (a) vid 0.05. Uppgifter om energiintag och utfodring använde buren (som var och en innehöll två råttor) som analysenhet, F kritisk (1, 10) = 4.9, med alla andra analyser som använder varje råtta som enheten, F kritisk (1, 22) = 4.3. Betydande interaktioner följdes upp med enkla effektanalyser efter hoc. Felfrekvensen för flera jämförelser kontrollerades med hjälp av Tukeys HSD-metod.
Resultat
Energiintag och kroppsvikt
Figur 1 visar medelintag i gram (vänster) och energi (mitten) och medelvikt på kroppen (höger) uppmätt en gång per vecka under 16 veckor i råttor som hålls på antingen lab chow eller cafeteria diet. Det är tydligt att råttor som matade cafeteridieten åt mer, konsumerade mer energi och visade en större ökning av kroppsvikt än de som matades. Den statistiska analysen av mängder som äts avslöjade en signifikant huvudeffekt av grupp (F (1, 10) = 366.2), men ingen signifikant effekt av tiden (F<2) eller tid × gruppinteraktion (F (1, 10) = 4.2). Detta visar att råttor matade med cafeteria åt mer än sina chow-matade motsvarigheter varje vecka, och att storleken på skillnaden bibehölls i hela studien. På liknande sätt bekräftade analysen av energiintag att det fanns betydande skillnader mellan grupperna, F (1, 10) = 375.1, ingen tidseffekt, F (1, 10) = 2.99, och ingen signifikant interaktion mellan tid och grupper, F<1, vilket indikerar att skillnaderna i energiintag mellan grupperna var lika stora i början som i slutet av experimentet. Analysen bekräftade också att kroppsvikt var signifikant högre i gruppkafeteria än Chow, F (1, 22) = 42.36, ökade i båda grupper över tiden, F (1, 22) = 906.38, och ökade snabbare i cafeteria än Chow, F (1, 22) = 85.09.
Figur 2A visar protein-, kolhydrat- och fettförbrukning (vänster-, mitten- och högerpaneler) uppmätt en gång per vecka under 16 veckor. Det är uppenbart att Group Cafeteria konsumerade mer av dessa makronäringsämnen än chow-råttor och att skillnaderna mellan deras intag av protein minskade över tiden men fortsatte i fråga om kolhydrat och fett. Den statistiska analysen bekräftade att proteinintaget var större i gruppcafeteria än Group Chow, F (1, 10) = 18.32. Det fanns ingen effekt av tid på intaget, F <1, men det fanns en signifikant tid × gruppinteraktion, F (1, 10) = 19.14, vilket indikerar att storleken på skillnaden i proteinintag mellan grupperna minskade över tiden. Analysen av kolhydratintag avslöjade en betydande effekt av gruppen, F (1, 10) = 57.72, en blygsam linjär trend, F (1, 10) = 5.46, och ingen grupp × tidsinteraktion, F<1, vilket bekräftar att Group Cafeteria ihållande intagit mer kolhydrat än Group Chow. Bevisen för linjär trend berodde delvis på den oväntade nedgången i kolhydratintag under vecka 9. Analysen av fettintaget avslöjade liknande resultat som för kolhydrater. Group Cafeteria konsumerade betydligt mer än Group Chow, F (1, 10) = 777.95, och det fanns inga statistiskt signifikanta effekter av tid eller tid × gruppinteraktioner, Fs <1, vilket visar att det större fettintaget i gruppkafeteria kvarstod över tiden.
Figur 2B visar protein-, kolhydrat- och fettintag justerat för kroppsvikt (vänster-, mitten- och högerpaneler). Inspektion av figuren antyder att protein- och kolhydratintaget var större i gruppcafeteria än Chow under de första veckorna men att denna skillnad minskade under efterföljande veckor samtidigt med ett minskat intag i båda grupperna. Fettintaget var markant större i gruppcafeteria än Chow. Storleken på denna skillnad minskade över tiden, vilket återspeglade en minskning i Group Cafeteria och ett relativt lågt men stabilt fettintag i Group Chow. Den statistiska analysen stödde dessa intryck. Det fanns inga signifikanta skillnader mellan proteinintag totalt sett, F<1.0, men det var en effekt av tiden, F (1, 10) = 80.90, vilket bekräftar att intaget minskade när kroppsvikt ökade och en betydande interaktion med grupp × F (1, 10) = 473.96, vilket återspeglar det större initiala intaget i Group Cafeteria och minskningen av detta intag över tiden till nivån i Group Chow. Analys avslöjade signifikant större kolhydratintag i gruppcafeteria än Group Chow, F (1, 10) = 16.91, och en betydande tidseffekt, F (1, 10) = 176.46, vilket bekräftar att intaget minskade i båda grupperna när kroppsvikt ökade. Det var också en betydande tid × gruppinteraktion, F (1, 10) = 26.59, vilket bekräftar att storleken på skillnaden mellan kolhydratintag minskade när kroppsvikt ökade. Analysen av fettintag visade att Group Cafeteria konsumerade mer än Group Chow, F (1, 10) = 946.59. Fettintaget minskade över tiden, F (1, 10) = 528.81, och det fanns en betydande tid × gruppinteraktion, F (1, 10) = 349.01, vilket återspeglar det minskade intaget över tid i gruppcafeteria och det relativt stabila intaget i Group Chow.
Skillnaderna i justerat protein- och kolhydratintag som var tydliga under de första veckorna minskade när kroppsvikt ökade i båda grupperna, men skillnaden i justerat fettintag kvarstod under 16 veckors exponering för kosten. Minskningarna i justerat protein och kolhydrater återspeglar förändringar i de livsmedel som valts ut genom exponering för cafeteridieten. Figur 3 visar andelen som bidrog av var och en av matvarorna i kilojoules till det totala intaget på var och en av de dagar då energiintaget bedömdes. Siffran tyder på att råttor ursprungligen valde köttpajer, som innehåller mycket protein och kolhydrater, i stället för andra livsmedel. Detta val minskade samtidigt med ett ökat urval av Dim Sims och Lamingtons från vecka 3. Pie, dim sims och lamington intag förblev relativt stabila under de återstående veckorna, vilket bidrog med cirka 85% av det totala intaget. Sammantaget innehöll dessa livsmedel såväl som den höga fettkondenserade mjölkchowen 32% energi som fett, i motsats till den vanliga chowdieten vars fettinnehåll var 12%. Den statistiska analysen av de livsmedel som konsumeras av råttor i cafeteriet, bekräftade att det fanns betydande skillnader, (F (1, 5) = 30.7), inga effekter av tiden (F<1), men en betydande interaktion mellan mat och tid (F (30, 150) = 5.4), vilket, som noterats ovan, verkar bero på förändringar i köttpaj, dim sims och lamingtonförbrukning över tid. För att verifiera källan till denna interaktion visade separata upprepade mätningar (linjär trend) på mängderna av varje mat som konsumeras över tid en signifikant linjär minskning av pajförbrukningen F (1, 5) = 20.5, som från inspektion av figuren berodde på en kraftig minskning av pajförbrukningen från vecka 2 till 3, och förblev stabil därefter. Däremot visade lamingtonintaget en betydande linjär ökning från veckor 1 till 3, F (1, 5) = 8.2, Det var ingen signifikant förändring i konsumtionen av andra livsmedel över tid, inklusive dim sims, F (1, 5) = 4.7 (F kritisk = 6.6).
Sammantaget visar dessa resultat att Group Cafeteria åt mer i gram, hade större energiintag och fick vikt snabbare än Group Chow. Dessutom konsumerade Group Cafeteria mer nettoprotein, kolhydrat och fett än Group Chow. Vid justering för kroppsvikt bestod skillnaden mellan grupperna i fettförbrukning. Analys av de livsmedel som valts ut av Group Cafeteria visade att den ihållande skillnaden i justerad fettförbrukning berodde på att denna diet helt enkelt hade hög fetthalt. Inom denna diet med fetthalt tenderade Group Cafeteria att föredra de livsmedel som var de rikaste proteinkällorna (paj och dim sims), vilket tyder på att de kan ha valt mat baserat på deras proteininnehåll. Det måste emellertid noteras att Group Cafeteria hade kontinuerlig tillgång till chow vars proteininnehåll är högt men ändå inte valdes. I själva verket var chow det minst föredragna av de livsmedel som var tillgängliga för gruppcafeteria (vilket utgör 5% av det totala intaget), vilket tyder på att proteinsökande ensam inte kan förklara deras ökade intag. Slutligen, det faktum att det fanns en liten förändring i de livsmedel som valdes av Group Cafeteria över tid (med undantag av en minskning av köttpaj och en ökning av lamingtonförbrukningen mellan veckor 1 och 3) innebär att andelen totala intag som bidrog av varje makronäringsämne förblev konstant över tiden.
Mikrostruktur av utfodring
Måltider
Figur 4A visar medelantalet måltider (vänster), medelvaraktighet för varje måltid (mitten) och medelintervall mellan måltider (höger) för Groups Cafeteria och Chow under en natt i veckor 5, 10 och 15. Den statistiska analysen av antalet måltider bekräftade att Group Cafeteria åt färre måltider än Group Chow, F (1, 10) = 14.85. Båda grupperna åt fler måltider över tiden, (F (1, 10) = 23.85) men interaktionen med tids × grupp var inte signifikant, F<1, visar att Group Cafeteria ihållande åt färre måltider än Group Chow. Skillnaden i antal måltider berodde inte på att Group Cafeteria tillbringade mer tid på att äta under varje måltid än Group Chow (mittpanelen). Det fanns ingen signifikant skillnad mellan grupperna i måltidsvaraktighet, F <1. Det var en signifikant effekt av tiden på måltidens längd (F (1, 10) = 18.90), vilket bekräftar att varaktigheterna ökade över tiden, men det fanns ingen statistiskt signifikant grupp × tidsinteraktion (F <1). Den högra panelen visar att råttor i Group Cafeteria väntade längre mellan måltiderna än de i Group Chow, F (1, 10) = 17.16 (höger). Intervallet mellan måltiderna ökade över tiden. Denna ökning närmade sig men nådde inte en konventionell nivå av betydelse (F (1, 10) = 4.54, och det fanns ingen grupp × tidsinteraktion, F<1, vilket visar att skillnaderna i mellanmål mellan grupperna kvarstod över de tre tidpunkterna.
Snacks
Figur 4B visar medelantalet mellanmål (vänster), medelvaraktighet för mellanmål (mitten) och medelintervall (höger) mellan mellanmål vid veckor 5, 10 och 15. Granskningen av siffrorna tyder på att vid 5-veckotidpunkten tappade Group Cafeteria mer än Group Chow, men denna skillnad mellan grupperna var frånvarande vid 10 och 15 veckor. Skillnaden mellan antalet snacks ätit av de två grupperna närmade sig men nådde inte en konventionell nivå av betydelse, F (1, 10) = 4.84, och det var ingen effekt av tiden, F<1. Det fanns dock en betydande tid × gruppinteraktion, F (1, 10) = 8.53, vilket, som noterats ovan, beror på att råttor i gruppcafeteria åt fler mellanmål än de i Group Chow vid vecka 5, F (1, 10) = 21.30, men inte vid veckor 10 och 15, Fs <1. Det var ingen skillnad mellan grupperna i snacksens längd (F<2), och det fanns ingen effekt av tid eller tid × gruppinteraktion (Fs <2). Gruppkafeteria verkade ha kortare intervall mellan snacks än Group Chow efter 5 veckor men inte vid de senare tidpunkterna. Statistisk analys misslyckades dock med att avslöja en signifikant skillnad mellan grupperna, en tidseffekt eller en grupp × tidsinteraktion, (Fs <2.5; rätt).
Total ätetid
Figur 5 visar den totala tiden för att äta vid var och en av de tre tidspunkterna för Groups Cafeteria och Chow. Denna tid var relativt stabil över veckorna 5, 10 och 15 i Group Cafeteria men ökade över dessa bedömningar i Group Chow. Den statistiska analysen kunde inte avslöja en övergripande skillnad mellan grupperna, F<1. Det fanns dock en betydande effekt av tiden, F (1, 10) = 8.89 och en betydande interaktion med tids × × F (1, 10) = 6.42. Post-hoc-analyser av enkla effekter kunde inte upptäcka signifikanta skillnader mellan grupperna vid någon tidpunkt (största) F (1, 10) = 5.93). Detta antyder att varians i både grupp och tid bidrog till interaktionen mellan dessa faktorer.
Sammantaget visar dessa resultat att Group Cafeteria konsekvent åt färre måltider än Group Chow men åt mer snacks, åtminstone initialt. Dessa skillnader i antalet måltider och snacks som äts berodde inte på skillnader i mängden tid som ätits. Snarare väntade Group Cafeteria längre mellan måltiderna. Vid 5 veckor kan den längre väntetiden mellan måltiderna delvis förklaras av det faktum att Group Cafeteria snacks mer. Group Cafeteria fortsatte dock att vänta längre mellan måltiderna vid 10 och 15 tidpunkter trots liknande snacking beteende som Group Chow. Det faktum att Group Cafeteria fortsatte att vänta längre mellan måltiderna än Group Chow vid de senare tidspunkterna måste bero på andra faktorer.
Relativ frekvens för specifika sekvenser av måltider och snacks
För att bestämma hur väntetiderna mellan utfodringarna var relaterade till den föregående utfodringsepisoden (dvs om det var en måltid eller ett mellanmål) klassificerades måltids- och mellanmålsdata för Groups Chow och Cafeteria vid veckotidpunkten 5, 10 och 15 till sekvenser som bestod i ett mellanmål följt av ett mellanmål (SS), mellanmål följt av en måltid (SM), en måltid följt av ett mellanmål (MS) och en måltid följt av en måltid (MM). Figur 6A visar den relativa frekvensen för varje sekvens vid 5 (vänster), 10 (mitten) och 15 (höger) veckor i Groups Chow och Cafeteria. Figuren antyder att vid 5 veckans tidpunkt (vänster panel) hade Group Cafeteria en större andel SS-sekvenser än Group Chow. Däremot verkade Group Chow ha en större andel MM-sekvenser än Group Cafeteria. Dessa skillnader minskade vid senare tidpunkter. Chi-kvadratiska GOF-testet bekräftade statistiskt signifikanta skillnader i den relativa frekvensen för SS-sekvenser (χ2 (1) = 52.2, p<0.0001) och MM-sekvenser (χ2 (1) = 36.9, p<0.0001) mellan Group Chow och Group Cafeteria vid tidpunkten för 5 veckor. Det fanns inga statistiskt signifikanta skillnader mellan grupperna i SM- och MS-sekvenser. Dessa trender i relativ frekvens av matningssekvenser var också närvarande vid tidpunkterna 10 och 15 veckor, men det fanns inga statistiskt signifikanta skillnader mellan de två grupperna vid någon tidpunkt (största χ2 (1) = 0.6, p> 0.05).
Genomsnittliga väntetider inom en sekvens
Vi undersökte om den genomsnittliga väntetiden för ett mellanmål eller en måltid var relaterad till identiteten hos den föregående utfodringsutfallet, och om detta bidrog till de tidigare beskrivna gruppskillnaderna i väntetider mellan måltiderna. Genomsnittliga väntetider inom varje sekvens vid 5, 10 och 15 veckotidpunkter visas i Figur 6B. Kontrollen av figuren antyder att vid vardera tidpunkten var de genomsnittliga väntetiderna till en utfodring (oavsett om det var en måltid eller ett mellanmål) var längre om föregående anfall var en måltid än om det var ett mellanmål, vilket stödde användning av beteendemässighetssekvensen för att identifiera en matningsanläggning som en måltid, det vill säga en utfodringsutfall som producerade mättnad. Vid 5-veckans tidpunkt, efter att ha haft ett mellanmål, tenderade Group Cafeteria att ha kortare väntetider till nästa mellanmål än Group Chow; emellertid, efter att ha ätit en måltid, tenderade Group Cafeteria att vänta längre till nästa måltid än Group Chow. Dessa skillnader i väntetider mellan elementen i en matningssekvens tycktes ha minskat vid 10 och 15 veckotidpunkter. En 4-vägs ANOVA [med faktorer av grupp, nuvarande anfall (måltid eller mellanmål), tidigare anfall (måltid eller mellanmål) och tid (5, 10 och 15 veckor)] avslöjade betydande huvudeffekter av tidigare anfall (F (1, 22) = 14.0) och tid (F (2, 44) = 6.9), vilket bekräftar att väntetiderna var längre efter en måltid jämfört med ett mellanmål, och att genomsnittliga väntetider mellan element i en sekvens minskade under de tre tidspunkterna. Det fanns signifikanta interaktioner mellan grupp × nuvarande anfall × tidigare anfall × tid (F (2, 44) = 7.1), aktuell anslutning × tid × grupp (F (2, 44) = 6.7), föregående anfall × tid × grupp (F (2, 44) = 8.0), nuvarande anfall × tidigare anfall × tid (F (2, 44) = 12.0), tid × aktuell anslutning (F (2, 44) = 3.6) och tid × föregående anfall (F (2, 44) = 11.6; ps <0.05).
För att bestämma källan till dessa interaktioner genomförde vi separata upprepade mätanalyser över tid för var och en av matningssekvenserna. Analys av genomsnittliga väntetider på en måltid med ett mellanmål (SM) och till ett mellanmål som ges en måltid (MS) visade att huvudeffekterna av grupp och tid såväl som deras interaktion inte var signifikanta (Fs <4). Analys av genomsnittliga väntetider till ett mellanmål (SS) visade att huvudeffekterna av grupp och tid inte var signifikanta (Fs <1). Gruppen × tidsinteraktion närmade sig dock betydelse (F (1, 22) = 4.2), vilket antyder att grupperna skilde sig åt vid 5 veckans tidpunkt men inte därefter. Däremot avslöjade analys av genomsnittliga väntetider på en måltid som fick en måltid (MM) tydliga effekter av grupp (F (1, 22) = 13.8) och tid (F (1, 22) = 15.9), såväl som en interaktion mellan dessa faktorer (F (1, 22) = 14.3). Återigen beror denna interaktion på en tydlig skillnad mellan grupperna vid 5 veckor som minskade vid de senare tidpunkterna. (F kritisk = 4.3).
Dessa resultat visar att sekvenserna för utfodringsutfall vid 5-veckotidpunkten skilde sig åt mellan de två råttgrupperna. Group Cafeteria var mycket mer benägna att ha ett mellanmål följt av ett annat mellanmål än var Group Chow, medan Group Chow var mer benägna att ha en måltid följt av en annan måltid. Vid 5-veckotidpunkten skilde sig grupperna också i väntetiderna mellan mellanmål och måltider som inträffade i följd, med gruppkafeteria som tenderade att ha kortare väntetider mellan på varandra följande mellanmål men längre väntetider mellan på varandra följande måltider. Skillnaderna mellan Groups Cafeteria och Chow i matningssekvenser och väntetider mellan sekvenselement minskade signifikant vid de senare tidspunkterna.
Det är viktigt att användningen av beteendemässighetssekvensen för att klassificera utfodring som antingen måltider eller snacks validerades genom undersökning av väntetider mellan elementen i en sekvens. Specifikt hade både cafeteria- och chowmatade råttor en längre genomsnittlig väntetid på en anfall (måltid eller mellanmål) när det anfallet föregicks av en måltid i motsats till ett mellanmål. Detta överensstämmer med uppfattningen att, till skillnad från mellanmål, var matningssatser som kännetecknades av en fullständig beteendemättnadssekvens de som leder till mättnad (dvs. måltider). Vi använde ett intervall som var lika med eller större än 30 sekunder för att identifiera två distinkta ätanläggningar medan ett intervall på mindre än 30 sekunder mellan två ätanläggningar klassificerades som en enda anfall. Om intervallet mellan ett mellanmål och nästa utfodring (oavsett om det var ett mellanmål eller måltid) bara var något större än 30 sekunder, kan det således hävdas att partier inte skulle klassificeras som på varandra följande snacks (SS) eller en mellanmål följt av en måltid (SM), men snarare som ett enda mellanmål eller måltid. I motsats till detta argument föreslog dock inspektion av de genomsnittliga väntetiderna mellan ett mellanmål och nästa utfodringsanläggning att mellanmål tenderade att ske i relativ isolering för båda grupperna. Över alla tidpunkter var det minsta genomsnittliga intervallet mellan ett mellanmål och nästa utfodringsarbete 17.0 minuter för Group Chow (SM-intervall i vecka 10) och 17.6 minuter för Group Cafeteria (SM-intervall i vecka 10). Det faktum att dessa intervall är på en skala av minuter (i motsats till sekunder) innebär dessutom att användning av kriteriet 30 sekunder för att identifiera en utfodring från nästa är osannolikt att ha påverkat differentiellt Groups Chow och Cafeteria - dvs. skillnader i mellanmål och måltider mellan de två grupperna är inte en artefakt av 30 sekunder-kriteriet som användes vid klassificeringen av separata utfodringsprocesser.
Förhållandet mellan snacking och viktökning
Skillnader i mellanmål mellan de två grupperna under de tidiga stadierna av exponering för kost kan ha bidragit till skillnaderna i deras viktökning. En möjlighet är att snacking är direkt relaterat till viktökning så att råttor i endera gruppen som snacks mer ökade vikt snabbare. Alternativt kan råttor som snacks mer ha kompenserat genom att minska antalet och / eller varaktigheten på de konsumerade måltiderna och därmed gå upp långsammare. Innan vi undersökte hur snacking påverkade viktökningen undersökte vi först om råttor i endera gruppen i själva verket kunde kompensera för energi som erhållits genom snacking. Vi frågade specifikt om råttor som åt ett stort antal snacks kompenserade genom att minska antalet måltider som de åt. Om råttor faktiskt kompenserade genom att minska antalet måltider, skulle detta återspeglas i förhållandet mellan antalet snacks som de konsumerade och andelen partier som klassificerats som ett mellanmål (dvs. en minskning av måltidsantalet måste innebära en ökning i procent snacking).
Figur 7A visar förhållandet mellan antal snacks och procentuella snacks i Groups Chow och Cafeteria efter 5 (vänster), 10 (mitten) och 15 veckor (höger) på respektive diet. Som noterats ovan snackade Group Cafeteria mer (både i antal och i procent) än Group Chow vid 5 veckor, men inte därefter. Förhållandet mellan mellanmålstalet och mellanmålsprocenten skilde sig dessutom mellan de två grupperna vid 5 veckor, men inte därefter. Detta bekräftades i den statistiska analysen. Efter 5 veckor korrelerades mellanmålssiffran signifikant med procentuell snacking i båda grupperna (r2 = 0.93 och 0.36 för Group Chow respektive Cafeteria, ps <0.05), vilket indikerar att båda grupperna visade en viss kompensation för deras snackande beteende. Betydelsen av skillnaden mellan korrelationskoefficienter för cafeteria- och chowmatade råttor bedömdes med Fisher r-to-z-transformation. Kritiskt avslöjade detta att förhållandet mellan mellanmål och procent mellanmål var betydligt starkare i Group Chow (z = 2.78, p<0.01), vilket tyder på att dessa råttor mer effektivt kompenserade för deras mellanmål än de i gruppkafeteria. Efter 10 och 15 veckor förblev antalet mellanmål signifikant korrelerat med procent mellanmål i båda grupperna, med undantag för Group Chow vid 10 veckor som närmade sig betydelse (10 veckor,2 = 0.31 p<0.06 och 0.68 p<0.01 för Group Chow respektive Cafeteria; 15 veckor, r2 = 0.73 och 0.54 för Group Chow respektive Cafeteria; ps <0.01 :). Kritiskt var den tidigare skillnaden i styrkan i detta förhållande mellan de två grupperna inte längre tydlig (större z = 1.15, p> 0.05).
Hur relaterar terminal kroppsvikt till snacking vid 5, 10 och 15 veckor?
Därefter undersökte vi hur variationer i kompensation relaterade till total viktökning. Figur 7B visar förhållandet mellan terminal kroppsvikt och procentuell snacking vid 5 (vänster), 10 (mitten) och 15 (höger) veckor. I Group Chow verkar det inte finnas något samband mellan procentuell snacking vid någon av tidpunkterna och terminal kroppsvikt. Däremot antyder inspektion av figuren i gruppcafeteria att det faktiskt fanns ett samband mellan procentuell snacking vid 5 veckor och terminal kroppsvikt, men inte därefter. Det som dock framgår av figuren är klustret med tre datapunkter som representerar de lättaste råttorna i den gruppen. När dessa tre råttor utesluts från analysen (på grund av att de inte tog upp vikt på samma sätt som de andra råttorna i gruppen), finns det ett tydligt linjärt samband mellan procentuell snacking och terminal kroppsvikt i denna grupp. Den statistiska analysen visade att terminal kroppsvikt inte korrelerade med procentuell snacking vid någon tidpunkt i Group Chow (största r2 = 0.17, p> 0.05). I gruppkafeteria visade dock terminal kroppsvikt en positiv linjär korrelation med procentuell mellanmål efter 5 veckor (r2 = 0.82, p<0.01); men korrelerade inte med procent mellanmål vid någon annan tidpunkt (större r2 = 0.35, p> 0.05).
Alla råttor snacks. Alla råttor visade en viss kompensation för detta snacking genom att minska måltiderantalet. Efter 5 veckor var Group Chow mer effektiv på att kompensera för snacks än Group Cafeteria. De två grupperna uppvisade liknande kompensation för ökad snacking efter 10 och 15 veckor. Kritiskt sett fanns det ett tydligt samband mellan terminala kroppsvikt och procentuella snacks efter 5 veckor i gruppcafeteria: De råttor som snacks mest (i procenttal) var bland de tyngsta i denna grupp, och snacking i denna grupp var därför associerad med betydande viktökning.
Diskussion
Detta experiment har bekräftat att laboratorieråttor väljer de energirika livsmedel som äts av människor i stället för standardchow, äter dessa livsmedel för mycket och blir överviktiga. Råttor som exponerats för denna cafeteria-diet ökade sin kroppsvikt mer än de som matades chow efter fyra veckor på sina respektive dieter, fortsatte att öka sina kroppsvikt snabbare än chow-matade råttor och hade ökat sin kroppsvikt med ungefär 270% efter 16 veckor på diet relativt till vinsten av 170% av råttor som matats med chow. Råttor på cafeteriedieten erhöll dubbelt så mycket energi som råttor på chowdieten, ursprungligen erhöll mer protein och kolhydrat och konsumerade ihållande mer fett, både netto och per gram kroppsvikt. Det initiala höga intaget av fett återspeglar förmodligen dess smaklighet. Emellertid kan intag av högt fettinnehåll - även när energibehovet överskrids - bero på andra faktorer. Till exempel försvårar fett i kosten både näringsmässig avkänning i munnen och tarmen [17], [18], [19], vilket skulle minska upptäckten av överdrivet fettintag, vilket leder till insulinkänslighet [20]. Följaktligen kan råttor ha fortsatt att äta alltför stora mängder mat med hög fetthalt oavsett snabb viktökning, och trots den kontinuerliga tillgängligheten av chow, fullständigt i kraven på makronäringsämnen, men ändå minst troligt att väljas (5% av det totala intaget) Det fanns en del bevis på att råttor matade med cafeteria valde livsmedel rikast på protein, åtminstone initialt. När den rikaste proteinkällan (köttpajer) togs bort från energiintagsdata, försvinner de tidiga (4 veckorna) skillnaderna i kroppsviktsjusterat proteinintag mellan grupperna (data visas inte). Livsmedel rika på protein kan ha valts ut eftersom detta näringsämne är mer effektivt för att producera postprandial mättnad än kolhydrat och fett [21], [22]. Som tidigare nämnts förklarar detta dock inte varför råttor inte valde chow, rikt på protein i förhållande till mat i matställen.
Kafeteridieten kan leda till överdriven viktökning helt enkelt för att de livsmedel som innehåller kosten är mer energitäta. Alternativt kan den dieten uppmuntra till hyppigare äta, äta större delar eller någon kombination av dessa faktorer. Resultaten var tydliga. Cafeteria-matade råttor åt mer än chow-matade råttor, maten som de åt var mer energität och därför fick de överdriven vikt. Dessa stora skillnader i mängder ätit och energiintag åtföljdes av markanta skillnader i ätningsmönster. Vi använde den beteendemässiga mättnadssekvensen för att identifiera en mattur som en måltid och frånvaron av hela sekvensen som mellanmål. Med hjälp av denna klassificering fann vi att cafeteria-matade råttor snackade oftare än med chow-matade råttor under de tidiga (veckan 5) men inte senare (veckor 10 och 15) stadier av kosten. Tidig snacking hos cafeteria-matade råttor kännetecknades av det faktum att efter att ha snacks var dessa råttor mycket mer benägna att snacks igen, och att göra det efter att relativt liten tid hade gått. Däremot åt cafeteria matade råttor färre måltider än chow-matade råttor över alla tidpunkter i studien.
Dessa ättrender antyder att under de tidiga veckorna kan alltför stort energiintag hos cafeteria-matade råttor delvis bero på det faktum att cafeteridieten uppmuntrade till ofta snacking. Emellertid fortsatte överätande och överdrivet energiintag i senare stadier av kosten när, som noterat, om något, cafeteria-matade råttor ägde mindre tid åt att äta än chow-matade råttor. Därför berodde överätande och överdrivet energiintag hos dessa råttor senare vid exponering för diet inte av att de åt ofta. Dessutom var skillnaderna mellan de två grupperna i mängder ätit och energiintag kvarstår även när de justerades för kroppsvikt, vilket tyder på att överätande och överdrivet energiintag hos cafeteria-matade råttor inte bara berodde på att de var tyngre (data inte visad). Istället innebär dessa resultat att råttor matade med cafeteria åt större delar av de livsmedel som de hade vant sig vid att äta tidigt i kosten; därför förblev deras energiintag överdrivet och de tog överdriven vikt. Det är emellertid värt att notera att det under några veckor inte gjordes några förändringar i hur lång tid som råttor matade med cafeteria ätit, eller i mängden mat som de konsumerade (i både gram och kilojoules). Därför berodde inte det faktum att cafeteria- och chow-matade råttor hade olika portionsstorlekar en ökning av portionsstorleken i den tidigare gruppen. Snarare tillbringade chow-matade råttor mer tid på att äta samma mängd mat (i gram och kilojoules) under veckor av kosten, vilket antydde att delstorleken minskade specifikt i denna grupp. Detta resultat antyder att naturen hos cafeteridieten var sådan att råttor inte på lämpligt sätt minskade portionsstorlekarna när de tog upp vikt.
Den övergripande bilden som framgår av dessa fynd är att tidig snacking kan vara en avgörande faktor för viktökning hos cafeteria-matade råttor. Tidig viktökning hos dessa råttor kan ha varit överdriven eftersom de inte lyckades minska måltiderna i kompensation för energi som erhållits genom snacking. Vi resonerade att råttor som inte kompenserade för energi som erhållits genom snacking skulle ha fler måltider i förhållande till deras antal snacks, och därför skulle snacking utgöra en mindre andel av deras totala ätbeteende. I detta avseende visade råttor i båda grupperna viss kompensation. Vid tidpunkten för tidpunkten var emellertid förhållandet mellan antal mellanmål och procentuellt snacking svagare hos råttor som matades med cafeteria jämfört med råttor med chow. Denna minskade förmåga att kompensera vid tidpunkten var relaterad till terminal kroppsvikt. De råttor för vilka snacking utgjorde en stor andel av ätbeteenden var bland de tyngsta av de cafeterianmatade råttorna. Kritiskt fanns det inga signifikanta förhållanden mellan procentuell snacking och terminal kroppsvikt vid någon av de senare tidspunkterna, vilket tyder på att det var specifikt tidigt snackingbeteende som satte råttor på en bana som ledde terminalt hög kroppsvikt.
Det är uppenbart att en cafeteridiet initialt uppmuntrar snacks på energirika livsmedel som äts till överflödigt. Varför uppmuntrar cafeteria dieter till snacking? En förklaring till detta kan vara att de livsmedel som valts ut som snacks av cafeteria-gruppen vid 5 veckor var mindre benägna att leda till mättnad än chow. I synnerhet det höga fettinnehållet i cafeterimat hade bidragit till denna brist på mättnad. Till exempel leder dieter med högt fettinnehåll ofta till lägre postprandial undertryckning av ghrelin, som fungerar som en kraftig hungersignal, relativt kolhydrater och protein [23], [24]. Variation i kafeteriet måste också beaktas. Utbudet av tillgängliga livsmedel skulle ha minskat effekten av sensorisk specifik mättnad och därmed ökat intaget [25], [26]. Speciellt kan råttor som erbjuds cafeteridieten växla mellan livsmedel, bibehålla smakbarhet och öka sannolikheten för påföljande anfall utan vila / sömn, det vill säga påföljande mellanmål. Däremot kan råttor som matas chow ha avslutat ätandet och vilat / sovit när sensorisk specifik mättnad inträffade. Någon sådan effekt av variation förklarar emellertid inte varför ökningen av på varandra följande snacks sett hos cafeteria-matade råttor vid 5 veckor inte längre var synlig vid 10 och 15 veckor. Kanske sågs effekten inte längre eftersom de presenterade livsmedlen hade blivit bekanta och / eller mindre hedoniskt attraktiva.
I en tidigare studie, Rogers och Blundell [11] undersökte utfodringsmönster hos råttor utsatta för en cafeteridiet. De fann att dessa råttor ursprungligen åt fler måltider än med chow-matade råttor (där en måltid definierades retrospektivt som minst 1 minuters ätning följt av ett intervall på minst 15 minuter utan att äta), men att denna skillnad minskade under loppet av studien. Däremot åt råttor på cafeteria-dieten större måltider än råttor som matades med chow under hela studiens längd. Dessa fynd står till synes i kontrast till de som erhölls i den här studien där gruppcafeteria åtlöpte färre måltider än Group Chow. Det finns emellertid två viktiga skillnader mellan den aktuella studien och den av Rogers och Blundell [11]. Först bestod cafeteridieten i den tidigare studien av chow, vita brödsmulor och chokladflingor, medan dieten som användes här innehöll ett bredare spektrum av livsmedel; ett sortiment som är avsett att modellera den sort som dieten tillhandahåller i utvecklade länder. För det andra hänför sig skillnaderna mellan måltidsmönstren i de två studierna sannolikt till skillnaderna i hur en måltid definieras [ätkörning på minst en minut följt av frånvaron av att äta i minst 15 minuter jämfört med en matruta följt av grooming och vilar / sovrum].
Flera aspekter av de nuvarande fynden speglas hos människor där fetma har förknippats med både ökad snacking [27], [28] och ökade portionsstorlekar [29], [30]. Båda dessa faktorer åtföljde utvecklingen av fetma i den aktuella studien på ett sätt som berodde på erfarenhet av kosten: ofta snacking resulterade i mer totala anfall var tydligt tidigt i kosten, och genom slutsatser konsumerades större portioner senare i diet. Tidig och ofta snacking kan vara särskilt kritisk för utvecklingen av fetma. Överskott av energi, och därför kan viktökning återspegla ett misslyckande med att kompensera för kalorierna som erhålls genom snacking över den första exponeringen för en energirik diet och konsumtion av större delar över senare exponering för den dieten. Det finns bevis för att båda dessa faktorer bidrar till viktökning och fetma hos människor [31], [32], [33], [34], [35].
Den tidiga ökningen av snacks och den kontinuerliga minskningen av måltider som observerats här är karakteristisk för ätmönstren hos ungdomar (före fetma). Ungdomar tenderar att mellanmål hela dagen, hoppa över måltider [36]och snacks på energirika livsmedel inklusive snabbmat [37]. Snacking hos unga vuxna har ökat samtidigt med ökningen av fetma [38], som stöder kopplingen mellan den moderna dieten och förändringar i ätmönstret. Således tidigt vuxen ålder kan representera en känslig period där ätningsmönster som främjar viktökning upprättas.
Det aktuella experimentet är det första som spelar in ätningsmönstren hos råttor som är fria att konsumera de energirika livsmedel som äts av människor, och att använda beteendemässiga mättnadssekvensen som ett sätt att klassificera en matrisk som en måltid eller ett mellanmål. Resultaten är betydande i två avseenden. Först har de viktiga konsekvenser för bantningen. Aktuella viktminskningsbehandlingar är endast marginellt effektiva på lång sikt. Kännedom om ätmönster som är förknippade med överdrivet intag kan hjälpa till i behandlingsprogram för viktminskning, liksom att upptäcka individer med risk för fetma. För det andra var ökad snacking tidigt i dietperioden relaterad till större terminalvikter hos dem som konsumerade cafeteridieten. Detta antyder att tidig och ofta konsumtion av smakliga livsmedel kan störa mättnadssignaler och därmed inducera ätningsmönster som främjar överförbrukning under vuxen ålder.
Finansieringsdeklaration
Denna studie finansierades av ett projektbidrag #568728 från National Health and Medical Research Council of Australia till MJM och RFW. Finansierarna hade ingen roll i studiedesign, insamling och analys av data, beslut om att publicera eller förbereda manuskriptet.
Referensprojekt
;
