Estudi calorimètric del balanç energètic en l'obesitat genètica i nutricional de la rata

Abstract

Aquest treball té com a objectiu principal l'estudi dels mecanismes de control del pes corporal, objectiu que es concreta en l'estudi de les causes bioquímiques i fisiològiques de l'obesitat. Per tal de dur a terme aquest treball es van utilitzar animals de la soca Wistar i de la soca Zucker; aquesta última soca es caracteritza per presentar obesitat genètica i es van utilitzar grups d'animals prims i obesos (rata Zucker fa/fn). Igualment, per tal d'estudiar un model d'obesitat induida per la dieta es va utilitzar una dieta de "cafeteria" i per estudiar la ingesta es va mantenir un grup d'animals en gàbies metàl.liques dels trenta als seixanta dies d'edat. Per altra banda un dels termes que més ens va interessar de quantificar són les pèrdues d'energia en forma de calor, que van ser mesurades gràcies al desenvolupament d'un aparell de calorimetria directe, així com un de calorimetria indirecte d'anàlisi de gasos; aquestes mesures de calorimetria es realitzaven al final del període estudiat (59-60 dies d'edat).<br/><br/>Es van realitzar mesures de les pèrdues de calor mitjancant calorimetria directa en condicions basals, després de l'administració intragàstrica de sacarosa i havent administrat sacarosa, però després de dotze hores de privació d'aliments. Es va poder comprovar que les rates obeses presenten unes pèrdues de calor (expressades en W+pes(4)) més baixes que les rates primes (Zucker o Wistar) i que l'administració de sacarosa promou un augment de la despesa, si més no en les rates Wistar. Pel que fa a la privació d'aliments, va mostrar un efecte molt marcat de disminució de les pèrdues de calor en els dos grups de rates primes, mentre que aquest efecte era pràcticament nul per les rates obeses, indicant que la producció de calor en les rates obeses ja es troba a uns nivells prou baixos, de manera que ni la manca d'aliments pot fer que disminuexi més. Aquest va ser un estudi de l'efecte de l'administració aguda de sacarosa. Per veure si l'administració crònica tenia altres efectes es van tractar els animals amb dosis diàries de sacarosa durant deu dies, observant-se que no es donava un efecte significatiu al llarg del temps i confirmant-se una menor producció de calor en les rates genèticament obeses. Amb aquest mateix plantejament es va estudiar l'augment de pes i de deposició de lípids en aquests animals, comparant-lo amb animals control i animals sotmesos a dieta de cafeteria: es va observar que en cap cas l'administració de sacarosa promovia increments de pes més alts que els dels altres tractaments i l'efecte sobre la deposició de nutrients era variable segons la soca. El mateix podem dir pel que fa a la seva potencialitat termogènica, perquè en aquest cas no ha provocat una despesa energetica més gran. En canvi, l'administració de la dicta de cafeteria, contrariament a l'obesitat genètica, sí va donar una producció de calor més gran. L'energia ingerida i emmagatzemada pels animals mantinguts en gabies metabòliques va ser més alta en els animals alimentats amb dieta de cafeteria i en els animals obesos, mostrant-se un augment de l'eficiència de deposició en ambdós tipus d'obesitat.<br/><br/>Per altra banda, l'anàlisi dels ritmes de producció de calor en rates Wister va posar de manifest l'existència de ritmes circadians, de ritmes de vuit, dues i mitja hora. L'estudi paral.lel dels ritmes de variació de la temperatura nuclear, mesurada mitjançant la implantació crònica de termoparells a l'aorta, va indicar que aquests ritmes eren comparables als anteriors, però que també es donaven ritmes de quatre i cinc hores, indetectables en les mesures de pèrdues de calor i que aquests paràmetres estaven correlacionats, però no eren totalment coincidents, existint un desplaçament d'una mitja hora.<br/><br/>Pel que fa a la utilització de les tècniques de calorimetria indirecta, l'anàlisi de gasos ens va permetre mesurar l'aigua evapotranspirada, i a partir de les dades, també de calorimetria indirecta, dels substrats oxidats, l'aigua metabòlica produïda. Això ens va permetre completar l'estudi del balanç d'aigua en les tres soques estudiades. Les rates de la soca Wistar van ingerir més aigua, com a tal, i van presentar unes pèrdues per orina més grans que les rates de la soca Zucker, de manera que en les primeres donava lloc a una orina molt més diluida. En canvi, les perdues d'aigua amb les femtes van ser més grans en les rates Zucker obeses, de manera que la relació de grams de sòlids en femta a grams de sòlids ingerids era més alta en aquests animals, suggerint una pèrdua d'eficiència digestiva relacionada amb aquest tipus d'obesitat.<br/><br/>El fet d'utilitzar la calorimetria indirecta per l'estudi de l'obesitat ens va fer plantejar si les equacions que s'utilitzen habitualment eren directament aplicables als nostres estudis. Per tal d'esbrinar això, a partir de les dades de composició en àcids grassos dels lípids, vam poder deduïr l'estructura del triacilglicerol mig corresponents als lípids ingerits, acumulats, oxidats i els que es troben en el cos dels animals, i de la mateixa manera pels aminoàcids constituents de les proteines. A partir d'aquests dos grups de dades vam deduïr les equacions que s'apliquen a les mesures de calorimetria indirecta, les quals presenten la mateixa estructura bàsica que les descrites per altres autors (Ferrannini i Brouwer), amb la salvedat que en les que nosaltres proposem no s'utilitza el nitrogen urinari com a mesura de la proteina oxidada perquè, segons dades del nostre propi grup de recerca, existeix una part significativa del nitrogen provinent de l'oxidació proteica que no es troba com a pèrdues de nitrogen en l'orina. Aquestes equacions van ser validades comparant els seus resultats amb els obtinguts amb les equacions d'altres autors i amb l'estudi del balanç de substrats. La seva aplicació a les dades de consum d'oxígen i producció de diòxid de carboni al llarg del temps ens va permetre conèixer el patró d'utilització de substrats al llarg del dia. Vam obserusr que mentre que les rates Wister presenten un màxim d'oxidació de glúcids amb síntesi de lípids dins el període fosc, les rates de la soca Zucker utilitzen glúcids per a sintetitzar lípids la major part del dia, consumint part d'aquests durant la nit. Això ens suggereix uns hàbits més diürns per les rates Zucker en comparació als nocturns, tipics de la rata Wister. <br/><br/>També es va estudiar el balanç d'àcids grassos en els diferents grups, que va indicar que la composició en àcids grassos dels lípids corporals de la rata segueix un patró molt uniforme, independent de la soca, l'estat d'obesitat i fins i tot del tipus de dieta, amb una predominancia clara de 1'àcid palmític i l'oleic, per tant els efectes d'ambdós models d'obesitat són més de tipus quantitatiu que qualitatiu. E1 patró d'ingesta en àcids grassos era molt semblant per ambdues dietes, però les rates primes mantingudes en dieta control sintetitzaven una part dels àcids grassos, mentre que les mantingudes en dieta de cafeteria n'oxidaven. En canvi les rates obeses seguien sintetitzant alguns àcids grassos malgrat una ingesta ja elevada de greixos.<br/><br/>Això també es va observar mitjançant la utilització de la calorimetria indirecta en animals sotmesos a diferents temperatures, de manera que les rates obeses i les rates Wistar mantingudes a 10 ºC mostren síntesi de lípids, un procés que té una eficiència del 75%, perdent-se la resta en forma de calor, de manera que mentre que les rates primes mobilitzen les seves reserves per fer front al fred a temperatures extremes, les rates obeses i les Wistar en fred moderat utilitzaven la síntesi de lípids com a mecanisme de generar calor. Però aquest procés funcionaria a totes les temperatures en els animals obesos, de manera que mantenen una ingesta elevada a canvi de tenir cert control sobre la seva producció de calor, fet que podria explicar perquè són hiperfàgics i perquè esdevenen obesos.

<i>This work deals with the biochemical and physiological causes of obesity within a line of research studying body weight regulation. A series of methods have been developed to measure heat production and output, by means of direct and indirect (gas analysis) calorimetry. These techniques have been applied to the study of animal models of genetic obesity (Zucker fa/fa rat), and diet-induced obesity (use of a cafeteria diet), as well as their additive interaction. We have found that energy deposition efficiency was higher in both obesity models compared with controls; their combined effect was not completely additive, since the cafeteria diet had a less marked effect on obese rats than in lean controls. Sucrose administration had different effects on heat production depending on the rat strain, with undetectable effects as to body weight change. Wistar rats showed distinct heat production rhythms, which were partially correlated (but displaced in time) with core temperature rhythms. Fatty acid composition patterns of rat lipids were very uniform desipite of diet and genetic obesity situations. In the rat maintained at different ambient temperatures, thermic homeostasis took preeminence over energy homeostasis. Genetically obese rats actively synthesize lipids from carbohydrate in order to produce residual heat and maintain their thermic equilibrium. Non-obese rats also showed this trend when exposed to 10 ºC, but their normal operation of thermogenesis from lipids precluded their accumulation of fat; the fa/fa rats deficient thermogenesis could not eliminate this fat and they store it becoming obese. </i>