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Bioelektrische Impedanzanalyse und Anthropometrie zur Bestimmung der Körperzusammensetzung bei Ratten: Auswirkungen von Diäten mit hohem Fett- und Saccharosegehalt
Elektrische Bioimpedanz und Anthropometrie bei der Bestimmung der Körperzusammensetzung von Ratten: Auswirkungen von Diäten mit hohem Gehalt an Lipide und Saccharose
Larissa Rodrigues Neto AngélocoI; Rafael DeminiceI, II; Izabel de Arruda LemeI; Renata Cristina LataroI; Alceu Afonso JordãoI
Universität von São Paulo, Medizinische Fakultät von Ribeirão Preto, Labor für Ernährung und Stoffwechsel. Av. Bandeirantes, 3900, 14049-900, Ribeirão Preto, SP, Brasilien. Korrespondenz mit / Korrespondenz mit: AA JORDÃO. E-Mail: < [email protected] >
IIUniversity of Londrina, Fakultät für Leibeserziehung und Sport, Abteilung des Sportunterrichts. Londrina, PR, Brasilien
ZUSAMMENFASSUNG
ZIEL: Ziel der vorliegenden Studie war es, die Impedanz von Wistar-Ratten zu bestimmen, die mit fett- und saccharosereicher Ernährung behandelt wurden, und ihre biochemischen Eigenschaften zu korrelieren und anthropometrische Parameter mit chemischer Analyse des Schlachtkörpers.
METHODEN: Vierundzwanzig männlichen Wistar-Ratten wurde 4 Wochen lang eine Standarddiät (AIN-93) mit hohem Fettgehalt (50% Fett) oder einer Diät mit hohem Saccharosegehalt (59% Saccharose) verabreicht. Der Bauch- und Brustumfang sowie die Körperlänge wurden gemessen. Die bioelektrische Impedanzanalyse wurde verwendet, um den Widerstand und die Reaktanz zu bestimmen. Die endgültige Körperzusammensetzung wurde durch chemische Analyse bestimmt.
ERGEBNISSE: Eine höhere Fettaufnahme führte zu einem hohen Anteil an Leberfett und Cholesterin sowie zu einem niedrigen Gesamtkörperwasser in der Gruppe mit hohem Fettgehalt. Diese Änderungen des biochemischen Profils spiegelten sich jedoch nicht in den anthropometrischen Messungen oder den Variablen der bioelektrischen Impedanzanalyse wider. Änderungen der anthropometrischen und bioelektrischen Impedanzanalyse wurden in der High-Sucrose-Gruppe nicht beobachtet. Es wurde jedoch eine positive Assoziation zwischen Körperfett und drei anthropometrischen Variablen gefunden: Body Mass Index, Lee Index und Bauchumfang.
SCHLUSSFOLGERUNG: Die Analyse der bioelektrischen Impedanz erwies sich als nicht empfindlich für die Erkennung von Änderungen der Körperzusammensetzung, aber der Body-Mass-Index, der Lee-Index und der Bauchumfang können zur Abschätzung der Körperzusammensetzung von Ratten verwendet werden.
Indexierung Begriffe: Anthropometrie. Bioelektrische Impedanzanalyse. Diät. Ratten.
ZUSAMMENFASSUNG
ZIEL: Bestimmung der Impedanz von Ratten, die mit fett- und saccharosereichen Diäten behandelt wurden, mittels der elektrischen Bioimpedanzmethode und Korrelation mit der direkten Analyse der Schlachtkörper, biochemische Parameter und anthropometrisch.
METHODEN: 24 männliche Ratten (Wistar) wurden verwendet, denen eine Standarddiät verabreicht wurde, die 4 Wochen lang reich an Lipiden oder reich an Saccharose war. Die Kontrollgruppe erhielt die Standarddiät AIN-93; die hyperlipidische Diät, die 50% Lipide enthielt, von denen 70% gesättigtes Fett waren; und der saccharosereichen Gruppe wurde ein höherer Anteil an einfachen Kohlenhydraten ohne Änderung der Gesamtmenge zugeführt.
ERGEBNISSE: Die höhere Aufnahme von Lipiden führte zu einem Anstieg des Prozentsatzes an Leberfett und Cholesterin und verringerte die Menge des gesamten Körperwassers in der hyperlipidischen Gruppe. Diese Änderungen des biochemischen Profils spiegelten sich jedoch nicht in anthropometrischen Änderungen oder Änderungen wider in Parametern der elektrischen Bioimpedanz. Änderungen der Anthropometrie und der elektrischen Bioimpedanz wurden in der saccharosereichen Gruppe nicht beobachtet. Es wurde jedoch eine positive Assoziation zwischen Schlachtkörperfett und drei anthropometrischen Parametern beobachtet, dh Body-Mass-Index, Lee-Index und Bauchumfang. SCHLUSSFOLGERUNG: Die bioelektrische Impedanz war bei der Erkennung von Änderungen der Zusammensetzung nicht empfindlich. Es wurde jedoch beobachtet, dass anthropometrisch Parameter – Body Mass Index, Lee Index und Bauchumfang – können verwendet werden, um die Körperzusammensetzung bei Ratten abzuschätzen.
Indexbegriffe: Anthropometrie. Elektrische Bioimpedanz. Diät. Mäuse.
EINLEITUNG
Die Körperzusammensetzung wird normalerweise zur Bestimmung von Mängeln oder Überschüssen von Körperkomponenten wie Magermasse und Fettmasse bewertet, die ein Verständnis des Ernährungszustands ermöglichen1. Die große Bedeutung dieser Bewertung besteht darin, dass das Körpergewicht allein nicht widerspiegelt, ob zu viel oder zu wenig dieser Körperkomponenten vorhanden sind, was gefährlich sein kann2. Darüber hinaus können Änderungen der Körperzusammensetzung Auswirkungen auf den Stoffwechsel haben, da Fettgewebe die Lipid- und Glukosehomöostase moduliert3.
Genaue Methoden zur Bestimmung der Körperzusammensetzung von Tieren sind äußerst wichtig, um zu verstehen, wie der Körper auf die Nährstoffaufnahme reagiert, sowie für ernährungsphysiologische und physiologische Studien4,5, bei denen anhand von Tiermodellen die Auswirkungen von Fettleibigkeit und Nährstoffmangel untersucht werden6 , 7.
Die direkte chemische Analyse des Schlachtkörpers ist die Referenzmethode zur Bestimmung der Zusammensetzung des Rattenkörpers8. Obwohl die direkte chemische Analyse genauere Informationen liefert, ist sie invasiv, zeitaufwändig, teuer und erfordert technisches Wissen. Es kann auch nicht bei lebenden Tieren verwendet werden1, so dass seine Verwendung begrenzt ist.
Um die Nachteile der direkten chemischen Analyse des Schlachtkörpers zu überwinden, wurden indirekte Techniken zur Bestimmung der Körperzusammensetzung von Tieren verwendet8. Das Interesse an der bioelektrischen Impedanz (BIA) hat in letzter Zeit zugenommen, da es sich um eine nichtinvasive, kostengünstige, schnelle und reproduzierbare Methode9 handelt, die eine gute Schätzung der Körperzusammensetzung liefert10. Darüber hinaus kann es wiederholt bei demselben Tier angewendet werden, was zu minimalen Störungen führt1,11. Die Schätzgenauigkeit hängt jedoch von der verwendeten Gleichung und der Standardisierung der Testbedingungen ab12.
Da die bioelektrische Impedanz auf dem Prinzip basiert, dass Gewebe unterschiedliche Impedanzen haben, dh dem Fluss eines elektrischen Stroms entgegengesetzt sind, Dies ist wiederum abhängig vom Wasser- und Elektrolytgehalt 13 und unter der Annahme, dass die fettfreie Masse einen konstanten Wassergehalt und spezifischen Widerstand aufweist, können das Gesamtkörperwasser (TBW) und die fettfreie Masse (FFM) durch Messen der elektrischen Impedanz geschätzt werden des Körpers14.
Studien, die diese Informationen für die Verwendung von BIA bei Tieren berücksichtigen, haben gezeigt, dass BIA zur Vorhersage des gesamten Körperwassers von Tieren verwendet werden kann, aber es gibt keine spezifischen Formeln, die Magermasse von Fettmasse unterscheiden1 11,15. Darüber hinaus haben nur wenige Studien diese Methode bei Ratten angewendet, und keine Studie hat untersucht, ob die Ernährung die Körperzusammensetzung beeinflusst und ob BIA in der Lage wäre, subtile Veränderungen festzustellen.
Weitere Studien mit BIA an lebenden Tieren sind erforderlich, um festzustellen, ob Diese Technik kann die Körperzusammensetzung von Ratten genau bestimmen und ob die Ernährung die Körperzusammensetzung von Versuchstieren beeinflusst.
Das Ziel dieser Studie war es, die Impedanz von Wistar-Ratten zu bestimmen, die mit fettreicher und saccharosereicher Ernährung gefüttert wurden durch BIA und um zu überprüfen, ob die Ergebnisse mit denen korrelieren, die durch direkte chemische Analyse des Schlachtkörpers und biochemische und anthropometrische Messungen erhalten wurden.
METHODEN
Tiere und Behandlung
Die Studie umfasste 24 männliche Wistar-Ratten mit einem anfänglichen Durchschnittsgewicht von 65 g, die von der Zentralen Tierfazilität der Medizinischen Fakultät Ribeirão Preto der Universidade de São Paulo (FMRP / USP) erhalten wurden. Das Projekt wurde von der Ethikkommission FMRP / USP am genehmigt Tierforschung, protoc alte Nummer 147/2008. Die Tiere wurden in einzelnen Käfigen unter einem abwechselnden 12-stündigen Hell / Dunkel-Zyklus, einer mittleren Temperatur von 22 ° C und freiem Zugang zu Futter und Wasser gehalten.
Die Kontrollgruppe erhielt die Standard-AIN-93-Diät16, und die fettreiche Gruppe erhielt eine HF-Diät mit 15% Fett, angepasst von Reeves et al.16, wie in Tabelle 117 beschrieben. Fette in der Kontrolldiät stammte ausschließlich aus Sojaöl und in der HF-Diät aus Schmalz (70,00%) und Sojaöl (30,00%). Die HS-Diät hatte eine andere Kohlenhydratzusammensetzung, dh einfachere Kohlenhydrate: Während die Kontrolldiät hauptsächlich Maisstärke enthielt, enthielt die HS-Diät 3,50% Maisstärke und 59,85% Saccharose18 (Tabelle 1).
Die Tiere waren einmal pro Woche von einer elektronischen Filizola®-Waage mit einer Kapazität von 1.500 Gramm und einer Genauigkeit von 1 Gramm gewogen. Die Nahrungsaufnahme wurde überwacht, indem die Futtermittel während des Untersuchungszeitraums dreimal pro Woche gewogen wurden. Am Ende des 4-wöchigen Eingriffs wurde die Körperimpedanz der Tiere durch BIA gemessen und die Tiere wurden durch Enthauptung getötet Die Leber und das Blut wurden gesammelt, das Serum abgetrennt und alle Gegenstände wurden sofort bis zur Verwendung eingefroren. Der Rest der Tiere wurde auch bis zur direkten chemischen Analyse des Schlachtkörpers eingefroren. Anthropometrische Messungen
p> Die Körperlänge wurde vom Nasenloch bis zur Schwanzbasis (Becken-Schwanz-Übergang), der Bauchumfang an der Stelle unmittelbar vor dem Vorfuß und der Brustumfang an der Stelle unmittelbar hinter dem Vorderbein gemessen19. Die Ratten wurden mit 2 anästhesiert % Tribromethanol für die Messungen.
Für alle Messungen wurde ein nicht elastisches Maßband verwendet.
Der BMI wurde durch Teilen des Tiergewichts (g) durch das Quadrat seines Tieres bestimmt Länge (cm). Der Lee-Index wurde bestimmt, indem die Kubikwurzel des Körpergewichts (g) durch die Länge von Nase zu Anus (cm) 20 geteilt wurde.
Bioelektrische Impedanz
Ganzkörperwiderstand ( WBR) und Reaktanz (WBXc) wurden mit einem phasensensitiven tetrapolaren bioelektrischen Impedanzanalysator (Byodinamics BIA 310E) gemessen. Standard-Injektionsnadeln wurden als Elektroden verwendet.Die Ratten wurden anästhesiert und auf einer nicht leitenden Oberfläche auf den Magen gelegt, um Störungen durch elektrische Induktion zu beseitigen. Die Rückenflächen von Kopf und Körper wurden zur Platzierung der Nadelelektroden rasiert. Die Quellelektrode 1 wurde auf der Mittellinie am vorderen Rand der Umlaufbahn platziert und die Quellelektrode 2 wurde 4 cm von der Basis des Schwanzes entfernt platziert. Die Detektorelektrode 1 wurde an der vorderen Öffnung des Ohrs platziert und die Detektorelektrode 2 wurde im Medianbereich des Beckens1 platziert. Alle Impedanzmessungen wurden an gut gefütterten und hydratisierten Tieren durchgeführt.
Labormethoden
Biochemische Analysen
Leberfett wurde wie von Bligh & Dyer21 vorgeschlagen bestimmt. Das gesamte Serumcholesterin und -protein sowie der Blutzucker wurden durch kolorimetrische Reaktionen unter Verwendung des LABTEST®-Enzymkits bestimmt.
Direkte chemische Analyse des Schlachtkörpers
Am Ende der vier Wochen Intervention wurden die Tiere durch Enthauptung getötet und bis zur chemischen Analyse des Schlachtkörpers eingefroren. Haut, Eingeweide, Kopf und Füße wurden verworfen, wobei nur Knochen und Muskeln für die quantitative Wasser-, Fett- und Proteinanalyse verwendet wurden22. Der Wassergehalt wurde bestimmt, indem die leeren Schlachtkörper einzeln in Aluminiumbleche in einem Ofen bei 105ºC für 24 Stunden gelegt wurden. Die in der Karkasse vorhandene Wassermenge wurde berechnet, indem das Trockenkadavergewicht vom Basiskadavergewicht abgezogen wurde. Die trockenen Kadaver wurden dann mazeriert und das Fett durch intermittierende Extraktion unter Verwendung von Petrolether und einem Soxhlet-Extraktor extrahiert. Das Schlachtkörperfett wurde anhand der Gewichtsdifferenz berechnet. Der Proteingehalt wurde nach der Mikro-Kjeldahl-Methode23, einer indirekten Stickstoffbestimmungsmethode, unter Verwendung des Faktors 6,25 zur Umwandlung in Protein berechnet. Alle Analysen wurden dreimal im FMRP / USP-Labor für Ernährung und Stoffwechsel wiederholt.
Statistische Analyse
Die Daten werden als Mittelwerte (M) und Standardabweichung (SD) ausgedrückt. Die Varianzanalyse (ANOVA), gefolgt vom Tukey-Post-hoc-Test, wurde zur Untersuchung möglicher Unterschiede in den Studienparametern und die lineare Regression zur Untersuchung möglicher Korrelationen zwischen den Studienvariablen verwendet. Das Signifikanzniveau wurde für alle Analysen auf 5% (p < 0,05) festgelegt.
ERGEBNISSE
Tabelle 2 zeigt das Gewicht und die Nahrung Aufnahme der Gruppen. Die HF-Gruppe konsumierte signifikant weniger Nahrung (g / Woche) als die Gruppen C und HS, aber die Gruppen unterschieden sich nicht in Bezug auf die Energieaufnahme (kcal / Woche). Alle Tiere hatten ähnliche Grund- und Endgewichte und Gewichtszunahme während des Eingriffs.
Die HF-Gruppe hatte einen signifikant höheren Leberfettgehalt und Serumcholesterinspiegel als Gruppe C. In der Zwischenzeit hatte die HS-Gruppe einen signifikant höheren Blutzuckerspiegel als die HF-Gruppe. Die Gruppe HF hatte signifikant weniger Gesamtprotein als die Gruppen C und HS. Tabelle 3 zeigt den Umfang, den BMI und den Lee-Index der Tiere. Diese Variablen unterschieden sich weder signifikant zwischen den Gruppen noch die Resistenz oder Reaktanz. Tabelle 4. Tabelle 5 zeigt die Zusammensetzung der Schlachtkörper, die durch direkte chemische Analyse bestimmt wurde. Nur TBW und Protein unterschieden sich signifikant zwischen den Gruppen (p < 0,05): Sie waren in der HF-Gruppe niedriger als in den C- und HS-Gruppen.
Abbildung 1 zeigt die positiven Korrelationen zwischen Schlachtkörperfett und BMI, Lee-Index und Bauchumfang. Eine negative Korrelation (p < 0,05) wurde zwischen Schlachtkörperfett und Reaktanz gefunden (r = -0,51). Es wurde jedoch keine Korrelation zwischen Schlachtkörperfett und Resistenz gefunden, die durch BIA bestimmt wurde.
DISKUSSION
Die Auswirkungen verschiedener Makronährstoffaufnahmen wurden bei Labortieren eingehend untersucht. Es sind jedoch nur wenige Informationen über die Auswirkung verschiedener Makronährstoffaufnahmen auf die Körperzusammensetzung und die anthropometrischen Variablen von Nagetieren im Allgemeinen verfügbar. Über die Gültigkeit dieser Methoden für die anthropometrische Beurteilung dieser Tiere ist ebenfalls wenig bekannt.
Es gibt mehrere experimentelle Studien, in denen die Auswirkungen von Diäten mit hohem Fett- und Saccharosegehalt auf Ratten untersucht werden, da diese Diäten den Stoffwechsel fördern Änderungen, aber sie bewerten in der Regel nur ihre Auswirkungen auf das Körpergewicht24-26. BIA kann Magermasse und Fettmasse genau messen. Diese Unterscheidung ist wichtig, da überschüssiges Körperfett die Gesundheit beeinträchtigt und die Entwicklung von Glukoseintoleranz und Dyslipidämie fördern kann. Wichtig ist, dass BIA wiederholt zur Bestimmung der Körperzusammensetzung lebender Tiere verwendet werden kann, während die direkte chemische Analyse Opfer erfordert.
Im vorliegenden Experiment korrelierten Bauchumfang, Lee-Index und BMI (1) signifikant mit dem Körper Komposition. Die positive Korrelation zwischen Schlachtkörperfett und BMI stimmt mit Novelli et al.19, der vorschlug, dass der BMI das Körperfett bei Ratten zuverlässig abschätzen kann, obwohl es nicht empfindlich genug ist, um Körperveränderungen zu erkennen, die auf Diäten mit unterschiedlichen Makronährstoffzusammensetzungen zurückzuführen sind. Im Gegensatz zum vorliegenden Experiment zeigte die zitierte Studie keine Daten bezüglich der Korrelation zwischen Schlachtkörperfett und dem Lee-Index und dem Bauchumfang. Zukünftige Studien sollten daher untersuchen, wie genau diese Variablen Änderungen der Körperzusammensetzung widerspiegeln können.
Die bioelektrische Impedanz wird beim Menschen als schnelle, nichtinvasive und reproduzierbare Methode zur Bestimmung der Körperzusammensetzung und des Wassergehalts verwendet27,28. Da jedoch nur wenige Studien diese Technik bei Labortieren angewendet haben11,29,30, muss diese Methode weiter untersucht werden.
Überraschenderweise zeigten die vorliegenden Ergebnisse, dass Resistenzdaten nicht mit chemisch bestimmtem Schlachtkörperfett korrelieren. Dies deutet darauf hin, dass BIA nicht empfindlich genug ist, um die Körperzusammensetzung von Ratten zu messen oder Unterschiede in Gruppen festzustellen, die unterschiedliche Diäten erhalten. Eine weitere Meinungsverschiedenheit betraf die Reaktanz, die im Gegensatz zu Hall et al.1 negativ mit Schlachtkörperfett korrelierte, wobei die Reaktanz im Vergleich zur Resistenz nicht als starker Prädiktor für eine Körperkomponente angesehen wurde. Diese Studie fand auch große Unterschiede innerhalb der Gruppe, was die Heterogenität dieser Tiere und ihre unterschiedlichen Reaktionen auf dieselbe Diät zeigt. Im Gegensatz zu den vorliegenden Ergebnissen haben andere Studien gezeigt, dass BIA ausreichend empfindlich ist, um den Rattenkörper zu bestimmen Komposition. In einer wegweisenden Studie entwickelten Hall et al.1 eine geeignete Methode zur Verwendung von BIA bei Ratten und fanden eine starke negative Korrelation zwischen der bei 50 kHz gemessenen Ganzkörperresistenz (WBR) und dem gesamten Körperwasser und Protein. Yoki et al.31 verwendeten die von Hall et al.1 vorgeschlagene empirische Formel, um das Gesamtkörperwasser von Ratten zu schätzen, denen eine Kontrolldiät und eine mit Methionin oder Homocystein ergänzte Diät verabreicht wurden, und zeigten, dass diese Formel Unterschiede zwischen den Gruppen nachweisen konnte . Im Gegensatz zur vorliegenden Studie gab es keine Korrelationen zwischen dieser Formel und Variablen der Körperzusammensetzung. Es gab auch keine Unterschiede zwischen Gruppen, die unterschiedliche Diäten erhielten. Rutter et al.11 stellten fest, dass BIA verwendet werden könnte, um das Gesamtkörperwasser von Kontrollratten abzuschätzen, obwohl das Verfahren weniger genau war, wenn das Verfahren bei Ratten angewendet wurde, denen eine fettreiche Diät verabreicht wurde.
Die vorliegende Die Ergebnisse zeigen, dass die Fettaufnahme der HF-Gruppe und die Saccharoseaufnahme der HS-Gruppe trotz geringerer Nahrungsaufnahme und gleicher Energie während des Interventionszeitraums erheblich höher waren (HF: 389% und HS: 512%) als die der Kontrollgruppe Aufnahme. Die Tendenz der Ratte, weniger fettreiches Futter zu sich zu nehmen, wird durch andere Studien bestätigt32,33. Diese Änderung der Nahrungsaufnahme kann auf einen Mechanismus bei Ratten zurückzuführen sein, der die Nahrungsaufnahme reguliert und die Nahrungsaufnahme verringert, wenn die Ernährung energiedicht ist34.
Eine höhere Fettaufnahme erhöht jedoch das Leberfett und den Cholesterinspiegel und senkt den gesamten Körper Wasser, was zeigt, dass fettreiche Diäten das Lipidprofil der Tiere verändern. Diese Veränderungen in der Blutbiochemie spiegelten sich jedoch nicht in anthropometrischen oder BIA-Variablen wider, was mit den meisten Literaturberichten nicht übereinstimmt11,29. Daher ist es möglich, dass die Dauer der Studienintervention nicht ausreichte, um die Körperzusammensetzung zu ändern, sondern ausreichte, um das biochemische Profil zu ändern, da es sich leichter ändert, oder dass eine Diät mit unterschiedlichen Fettanteilen erforderlich wäre. Einige Studien haben auch gezeigt, dass eine hohe Fettansammlung bei Ratten nicht vom Alter oder Geschlecht der Tiere abhängt, obwohl die Genetik die Fettretention beeinflussen kann35. Die BIA-Standardisierung bei Ratten mit der Entwicklung kleinerer Geräte und spezifischer Gleichungen könnte genauere Ergebnisse liefern.
SCHLUSSFOLGERUNG
Zusammenfassend war BIA nicht in der Lage, Änderungen der Körperzusammensetzung bei Ratten zu erkennen, die mit hohem Futter gefüttert wurden -fette und saccharosereiche Diäten. Schlachtkörperfett war jedoch signifikant mit dem BMI, dem Lee-Index und dem Bauchumfang assoziiert, was darauf hindeutet, dass diese Parameter zur Abschätzung der Körperzusammensetzung von Ratten verwendet werden können. Mit BIA sind weitere Untersuchungen erforderlich, um das Körperfett von Tieren zu bestimmen, denen unterschiedliche Diäten verabreicht wurden. Die Zusammenhänge zwischen Ernährung und Körperzusammensetzung und wie sich die Körperzusammensetzung im Laufe der Zeit ändert, könnten untersucht werden, ohne dass die Tiere getötet werden müssen.
ANERKENNUNG
Diese Studie wurde von der Fundação de Amparo a gesponsert Pesquisa do Estado de São Paulo (Bewilligungsnummer 2008 / 11704-0).
BEITRÄGE
LRN ANGÉLOCO und R DEMINICE planten und führten das Experiment durch, analysierten Daten und verfassten das Manuskript. IA LEME half bei der Durchführung des Experiments, standardisierte die BIA bei Ratten, analysierte Daten und verfasste das Manuskript. RC LATARO half bei der Durchführung des Experiments, sammelte Labordaten und analysierte die Daten. AA JORDÃO half bei der Planung des Experiments, analysierte Daten und verfasste das Manuskript.
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