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Bioelectrical impedance analysis and anthropometry for the determination of body composition in rats: effects of high-fat and high-sucrose diets

Bioimpedância elétrica e antropometria na determinação da composição corporal de ratos: efeitos das dietas ricas em lipídeos e sacarose

Larissa Rodrigues Neto AngélocoI; Rafael DeminiceI,II; Izabel de Arruda LemeI; Renata Cristina LataroI; Alceu Afonso JordãoI

IUniversidade de São Paulo, Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, Laboratório de Nutrição e Metabolismo. Av. Bandeirantes, 3900, 14049-900, Ribeirão Preto, SP, Brasil. Correspondence to/Correspondência para: AA JORDÃO. E-mail: <[email protected]>
IIUniversidade de Londrina, Faculdade de Educação Física e Esporte, Departamento de Educação Física. Londrina, PR, Brasil

ABSTRACT

OBJECTIVE: The aim of the present study was to determine the impedance of Wistar rats treated with high-fat and high-sucrose diets and correlate their biochemical and anthropometric parameters with chemical analysis of the carcass.
METHODS: Twenty-four male Wistar rats were fed a standard (AIN-93), high-fat (50% fat) or high-sucrose (59% of sucrose) diet for 4 weeks. Abdominal and thoracic circumference and body length were measured. Bioelectrical impedance analysis was used to determine resistance and reactance. Final body composition was determined by chemical analysis.
RESULTS: Higher fat intake led to a high percentage of liver fat and cholesterol and low total body water in the High-Fat group, but these changes in the biochemical profile were not reflected by the anthropometric measurements or bioelectrical impedance analysis variables. Anthropometric and bioelectrical impedance analysis changes were not observed in the High-Sucrose group. However, a positive association was found between body fat and three anthropometric variables: body mass index, Lee index and abdominal circumference.
CONCLUSION: Bioelectrical impedance analysis did not prove to be sensitive for detecting changes in body composition, but body mass index, Lee index and abdominal circumference can be used for estimating the body composition of rats.

Indexing terms: Anthropometry. Bioelectrical impedance analysis. Diet. Rats.

RESUMO

OBJETIVO: Determinar a impedância de ratos tratados com dietas ricas em lipídeos e sacarose por meio do método da bioimpedância elétrica e correlacionar com a análise direta da carcaça, os parâmetros bioquímicos e antropométricos.
MÉTODOS: Foram utilizados 24 ratos machos (Wistar), os quais foram alimentados com dieta padrão, rica em lipídeos ou rica em sacarose por 4 semanas. O grupo-controle recebeu dieta padrão AIN-93; o hiperlipídico, dieta contendo 50% de lipídeos, dos quais 70% eram gordura saturada; e o grupo com rico em sacarose foi alimentado com maior proporção de carboidratos simples, sem alteração na quantidade total.
RESULTADOS: A maior ingestão de lipídeos levou a um aumento da porcentagem de gordura hepática e de colesterol e reduziu a quantidade de água corporal total no grupo hiperlipídico, contudo essas alterações no perfil bioquímico não se refletiram em mudanças antropométricas ou alterações nos parâmetros da bioimpedância elétrica. Mudanças na antropometria e bioimpedância elétrica não foram observadas no grupo com rico em sacarose. No entanto, uma associação positiva foi observada entre a gordura da carcaça e três parâmetros antropométricos, ou seja, índice de massa corporal, índice de Lee e circunferência abdominal.
CONCLUSÃO: A impedância bioelétrica não se mostrou sensível em detectar mudanças na composição corporal, entretanto observou-se que parâmetros antropométricos – índice de massa corporal, índice de Lee e circunferência do abdômen – podem ser utilizados para estimar a composição corporal em ratos.

Termos de indexação: Antropometria. Bioimpedância elétrica. Dieta. Ratos.

INTRODUCTION

Body composition is usually assessed for determining body component deficiencies or excesses, such as lean mass and fat mass, which allow an understanding of nutritional status1. The great importance of this assessment is that body weight alone does not reflect if there is too much or too little of these body components, which may hazardous2. In addition, changes in body composition may have an impact on metabolism, since adipose tissue modulates lipid and glucose homeostasis3.

Métodos precisos para determinar a composição corporal dos animais são extremamente importantes para entender como o corpo responde à ingestão de nutrientes e para estudos nutricionais e fisiológicos4,5 que usam modelos animais para investigar os efeitos da obesidade e deficiências de nutrientes6 , 7.

A análise química direta da carcaça é o método de referência para determinar a composição corporal do rato8. No entanto, embora a análise química direta forneça informações mais precisas, é invasiva, demorada, cara e requer conhecimento técnico. Além disso, não pode ser usado em animais1 vivos, por isso seu uso é limitado.

Na tentativa de contornar as desvantagens da análise química direta da carcaça, técnicas indiretas têm sido utilizadas para determinar a composição corporal dos animais8. O interesse pela Impedância Bioelétrica (BIA) aumentou recentemente por ser um método não invasivo, barato, rápido e reprodutível9 que fornece uma boa estimativa da composição corporal10. Além disso, pode ser usado repetidamente no mesmo animal causando distúrbio mínimo1,11. Porém, a precisão da estimativa dependerá da equação utilizada e da padronização das condições de teste12.

Uma vez que a impedância bioelétrica é baseada no princípio de que os tecidos possuem impedâncias diferentes, ou seja, oposição ao fluxo de uma corrente elétrica, que, por sua vez, depende do conteúdo de água e eletrólitos, 13 e assumindo que a massa livre de gordura tem um conteúdo de água e resistividade constantes, Água Corporal Total (TBW) e Massa Livre de Gordura (FFM) podem ser estimadas medindo a impedância elétrica do corpo14.

Estudos que consideraram essas informações para o uso de BIA em animais mostraram que a BIA pode ser usada para prever a água corporal total de animais, mas não existem fórmulas específicas que distinguem a massa magra da gordura1 , 11,15. Além disso, poucos estudos usaram esse método em ratos e nenhum estudo investigou se a dieta afeta a composição corporal e se a BIA seria capaz de detectar mudanças sutis.

Mais estudos usando BIA em animais vivos são necessários para determinar se esta técnica pode determinar a “composição corporal de ratos com precisão e se a dieta afeta a composição corporal de animais experimentais.

O objetivo do presente estudo foi determinar a impedância de ratos Wistar alimentados com dietas com alto teor de gordura e sacarose pela BIA e para verificar se os resultados se correlacionam com os obtidos por análise química direta da carcaça e medidas bioquímicas e antropométricas.

MÉTODOS

Animais e tratamento

Participaram do estudo 24 ratos Wistar machos, com peso médio inicial de 65g, obtidos no Biotério Central da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto da Universidade de São Paulo (FMRP / USP), projeto aprovado pelo Comitê de Ética da FMRP / USP em Animal Research, protoc ol número 147/2008. Os animais foram alojados em gaiolas individuais sob ciclo claro / escuro alternado de 12 horas, temperatura média de 22ºC e livre acesso a comida e água.

O grupo de controle recebeu a dieta padrão AIN-9316, e o grupo de alto teor de gordura recebeu dieta de HF contendo 15% de gordura, adaptada de Reeves et al.16, conforme descrito na Tabela 117. Gorduras na dieta controle originada exclusivamente de óleo de soja e na dieta HF, de banha fundida (70,00%) e óleo de soja (30,00%). A dieta HS tinha uma composição de carboidratos diferente, ou seja, carboidratos mais simples: enquanto a dieta controle continha principalmente amido de milho, a dieta HS continha 3,50% de amido de milho e 59,85% de sacarose18 (Tabela 1).

Os animais eram pesadas uma vez por semana em balança eletrônica Filizola® com capacidade para 1.500 gramas e precisão de 1 grama. A ingestão de alimentos foi monitorada pesando os comedouros três vezes por semana durante o período de estudo.

No final da intervenção de 4 semanas, a impedância corporal dos animais foi medida por BIA e os animais foram sacrificados por decapitação .O fígado e sangue foram coletados, o soro separado e todos os itens imediatamente congelados até o uso.O restante dos animais também foi congelado até a análise química direta da carcaça.

Medidas antropométricas

O comprimento do corpo foi medido da narina até a base da cauda (junção pélvico-caudal); circunferência abdominal no ponto imediatamente anterior ao antepé; e circunferência torácica no local imediatamente atrás da pata anterior19. Os ratos foram anestesiados com 2 % de tribromoetanol para as medições.

Uma fita métrica não elástica foi usada para todas as medições.

O IMC foi determinado dividindo o peso do animal (g) pelo quadrado de seu comprimento (cm). O índice de Lee foi determinado dividindo a raiz cúbica do peso corporal (g) pelo comprimento nariz-ânus (cm) 20.

Impedância bioelétrica

Resistência do corpo inteiro ( WBR) e a reatância (WBXc) foram medidas por um analisador de impedância bioelétrica tetrapolar sensível à fase (Byodinamics BIA 310E). Agulhas hipodérmicas padrão foram usadas como eletrodos.Os ratos foram anestesiados e colocados de barriga para baixo em uma superfície não condutiva para eliminar a interferência da indução elétrica. As superfícies dorsais da cabeça e do corpo foram raspadas para colocação dos eletrodos de agulha. O eletrodo fonte 1 foi colocado na linha média na margem anterior da órbita e o eletrodo fonte 2 foi colocado a 4cm da base da cauda. O eletrodo detector 1 foi colocado na abertura anterior da orelha e o eletrodo detector 2 foi colocado na região mediana da pelve1. Todas as medidas de impedância foram feitas em animais bem alimentados e hidratados.

Métodos de laboratório

Análises bioquímicas

A gordura hepática foi determinada conforme sugerido por Bligh & Dyer21. O colesterol e a proteína séricos totais e a glicose sanguínea foram determinados por reações colorimétricas, usando o kit de enzimas LABTEST®.

Análise química direta da carcaça

Ao final das quatro semanas intervenção, os animais foram sacrificados por decapitação e congelados até a análise química da carcaça. Pele, vísceras, cabeça e pés foram descartados, utilizando-se apenas ossos e músculos para análise quantitativa de água, gordura e proteína22. O teor de água foi determinado colocando-se as carcaças vazias individualmente em folhas de alumínio em estufa a 105ºC por 24 horas. A quantidade de água presente na carcaça foi calculada subtraindo o peso da carcaça seca do peso da carcaça da linha de base. As carcaças secas foram então maceradas e a gordura extraída por extração intermitente com éter de petróleo e extrator Soxhlet. A gordura da carcaça foi calculada pela diferença de peso. O teor de proteína foi calculado pelo método micro-Kjeldahl23, um método de determinação indireta de nitrogênio, utilizando o fator 6,25 para conversão em proteína. Todas as análises foram repetidas três vezes no Laboratório de Nutrição e Metabolismo da FMRP / USP.

Análise estatística

Os dados são expressos em Médias (M) e Desvio Padrão (DP). Utilizou-se a Análise de Variância (ANOVA) seguida do teste post-hoc de Tukey para investigação de possíveis diferenças nos parâmetros do estudo e regressão linear para investigação de possíveis correlações entre as variáveis de estudo. O nível de significância foi estabelecido em 5% (p < 0,05) para todas as análises.

RESULTADOS

A Tabela 2 mostra o peso e a alimentação ingestão dos grupos. O grupo HF consumiu significativamente menos alimentos (g / semana) do que os grupos C e HS, mas os grupos não diferiram em relação à ingestão energética (kcal / semana). Todos os animais tiveram peso inicial e final semelhantes e ganho de peso durante a intervenção.

O grupo com IC tinha conteúdo de gordura hepática e nível de colesterol sérico significativamente mais altos do que o grupo C. Enquanto isso, o grupo HS tinha nível de glicose no sangue significativamente mais alto do que o grupo com IC. O grupo HF teve significativamente menos proteína total do que os grupos C e HS.

A Tabela 3 mostra as circunferências, o IMC e o índice de Lee dos animais. Essas variáveis não diferiram significativamente entre os grupos, nem resistência ou reatância Tabela 4.

A Tabela 5 mostra a composição das carcaças determinada por análise química direta. Apenas TBW e proteína diferiram significativamente entre os grupos (p < 0,05): foram menores no grupo HF do que nos grupos C e HS.

A Figura 1 mostra as correlações positivas encontradas entre a gordura da carcaça e o IMC, índice de Lee e circunferência abdominal. Uma correlação negativa (p < 0,05) foi encontrada entre a gordura da carcaça e a reatância (r = -0,51). No entanto, não foi encontrada correlação entre a gordura da carcaça e a resistência determinada pela BIA.

DISCUSSÃO

Os efeitos da ingestão de diferentes macronutrientes foram amplamente estudados em animais de laboratório. No entanto, poucas informações estão disponíveis sobre o efeito da ingestão de diferentes macronutrientes na composição corporal e nas variáveis antropométricas de roedores em geral. Além disso, pouco se sabe sobre a validade desses métodos para a avaliação antropométrica desses animais.

Existem vários estudos experimentais investigando os efeitos de dietas com alto teor de gordura e sacarose em ratos, uma vez que essas dietas promovem o metabolismo mudanças, mas geralmente avaliam apenas seu efeito sobre o peso corporal24-26. A BIA pode medir com precisão a massa magra e gorda e essa distinção é importante porque o excesso de gordura corporal compromete a saúde e pode promover o desenvolvimento de intolerância à glicose e dislipidemia. É importante ressaltar que a BIA pode ser usada repetidamente para determinar a composição corporal de animais vivos, enquanto a análise química direta requer o sacrifício.

No presente experimento, a circunferência abdominal, o índice de Lee e o IMC (Figura 1) se correlacionaram significativamente com o corpo composição. A correlação positiva encontrada entre a gordura da carcaça e o IMC está de acordo com Novelli et al.19, que sugeriu que o IMC pode estimar de forma confiável a gordura corporal em ratos, embora não seja sensível o suficiente para detectar alterações corporais decorrentes de dietas com diferentes composições de macronutrientes. Ao contrário do presente experimento, o estudo citado não apresentou os dados referentes à correlação entre a gordura da carcaça e o índice de Lee e circunferência abdominal. Assim, estudos futuros devem investigar a precisão com que essas variáveis podem refletir mudanças na composição corporal.

A impedância bioelétrica é usada em humanos como um método rápido, não invasivo e reproduzível para determinar a composição corporal e o conteúdo de água27,28. No entanto, poucos estudos utilizaram essa técnica em animais de laboratório11,29,30, portanto, esse método precisa ser mais investigado.

Surpreendentemente, os presentes resultados demonstraram que os dados de resistência não se correlacionam com a gordura da carcaça determinada quimicamente, sugerindo que a BIA não é suficientemente sensível para medir a composição corporal de ratos ou detectar as diferenças nos grupos que recebem dietas diferentes. Outra discordância diz respeito à reactância, que se correlacionou negativamente com a gordura da carcaça, ao contrário de Hall et al.1, em que a reactância, quando comparada com a resistência, não foi considerada forte preditor de nenhum componente corporal. Este estudo também encontrou ampla variação intragrupo, mostrando a heterogeneidade desses animais e suas diferentes respostas à mesma dieta.

Em contraste com os presentes resultados, outros estudos mostraram que a BIA é suficientemente sensível para determinar o corpo do rato. composição. Em um estudo pioneiro, Hall et al.1 desenvolveram um método apropriado para o uso de BIA em ratos e encontraram uma forte correlação negativa entre a Resistência de Corpo Inteiro (WBR) medida a 50kHz e a água e proteína corporal total. Yoki et al.31 usaram a fórmula empírica proposta por Hall et al.1 para estimar a água corporal total de ratos alimentados com dieta controle e dieta suplementada com metionina ou homocisteína, e demonstraram que essa fórmula foi capaz de detectar diferenças entre os grupos . Ao contrário do presente estudo, não houve correlação entre essa fórmula e as variáveis de composição corporal. Além disso, não houve diferenças entre os grupos alimentados com dietas diferentes. Rutter et al.11 observaram que a BIA poderia ser usada para estimar a água corporal total de ratos controle, embora o método fosse menos preciso quando o procedimento foi usado em ratos alimentados com uma dieta rica em gordura.

O presente os resultados mostram que a ingestão de gordura do grupo HF e a ingestão de sacarose do grupo HS foram consideravelmente maiores (HF: 389% e HS: 512%) do que aquelas do grupo controle durante o período de intervenção, apesar de menor ingestão de alimentos e mesma energia ingestão. A tendência dos ratos a consumir menos alimentos ricos em gordura é confirmada por outros estudos32,33. Essa mudança na ingestão de alimentos pode ser devido a um mecanismo em ratos que regula a ingestão de alimentos, reduzindo a ingestão de alimentos quando a dieta é densa em energia34.

No entanto, a maior ingestão de gordura aumenta a gordura hepática e o colesterol e reduz o corpo total água, demonstrando que as dietas ricas em gorduras alteram o perfil lipídico dos animais. No entanto, essas mudanças na bioquímica do sangue não foram refletidas por variáveis antropométricas ou de BIA, o que está em desacordo com a maioria dos relatos da literatura11,29. Assim, é possível que o tempo de intervenção do estudo não tenha sido suficiente para alterar a composição corporal, mas sim para alterar o perfil bioquímico, uma vez que ele muda mais rapidamente, ou que seja necessária uma dieta com diferentes proporções de gordura. Além disso, alguns estudos mostraram que o alto acúmulo de gordura em ratos não depende da idade ou sexo dos animais, embora a genética possa influenciar a retenção de gordura35. A padronização da BIA em ratos com o desenvolvimento de dispositivos menores e equações específicas pode fornecer resultados mais precisos.

CONCLUSÃO

Em conclusão, a BIA não foi capaz de detectar alterações na composição corporal em ratos alimentados com alta – dietas gordurosas e ricas em sacarose. No entanto, a gordura da carcaça foi significativamente associada ao IMC, índice de Lee e circunferência abdominal, sugerindo que esses parâmetros podem ser usados para estimar a composição corporal de ratos. Mais pesquisas são necessárias usando BIA para avaliar a gordura corporal de animais alimentados com dietas diferentes. As associações entre dieta e composição corporal, e como a composição corporal muda ao longo do tempo, poderiam ser investigadas sem ter que matar os animais.

AGRADECIMENTOS

Este estudo foi patrocinado pela Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo (processo nº 2008 / 11704-0).

CONTRIBUIÇÕES

LRN ANGÉLOCO e R DEMINICE planejaram e executaram o experimento, analisaram os dados e redigiram o manuscrito. IA LEME ajudou a realizar o experimento, padronizou a BIA em ratos, analisou os dados e escreveu o manuscrito. RC LATARO ajudou a realizar o experimento, coletou dados laboratoriais e analisou os dados. AA JORDÃO ajudou no planejamento do experimento, analisou os dados e redigiu o manuscrito.

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