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Caso di applicazione del sistema di monitoraggio del metabolismo animale

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L'assunzione eccessiva di aminoacidi a catena ramificata (BCAA) a lungo termine può portare ad un aumento di peso e ad una riduzione della durata della vita!

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Astratto

Elevati livelli di aminoacidi a catena ramificata (BCAA) sono associati all'obesità e all'insulino-resistenza. Tuttavia, gli effetti a lungo termine di una dieta ricca di BCAA sulla salute e sulla durata della vita rimangono poco chiari. Questo studio rivela che, in una dieta a calorie fisse e a parità di macronutrienti, l'assunzione a lungo termine di una dieta ad alto contenuto di BCAA porta a sovralimentazione, obesità e riduzione della durata della vita. Questi effetti non sono causati direttamente da livelli elevati di BCAA o dall'attivazione del target epatico della rapamicina (mTOR), ma da cambiamenti nel rapporto relativo tra BCAA e altri aminoacidi (soprattutto triptofano e treonina) nella dieta. Un rapporto maggiore di BCAA rispetto a questi aminoacidi favorisce la sovralimentazione ed è legato alla diminuzione dei livelli centrali di serotonina. Prevenire la sovralimentazione limitando l'apporto calorico o l'alimentazione a coppie può attenuare i rischi per la salute associati a una dieta ad alto contenuto di BCAA. I nostri dati sottolineano l'importanza dell'equilibrio aminoacidico nella regolazione dell'energia e suggeriscono che i problemi di salute causati da un elevato apporto di BCAA non derivano da una tossicità intrinseca, ma da uno squilibrio aminoacidico che porta alla sovralimentazione.

Obiettivo

Questo studio mira a scoprire i meccanismi alla base degli effetti sulla salute e sulla durata della vita di una dieta ad alto contenuto di BCAA nei topi.

Materiale e metodi

Quattro diete isocaloriche (18% di proteine totali, 64% di carboidrati, 18% di grassi e 14,3 kcal/g di energia) sono state utilizzate per nutrire 312 topi C57BL/6J maschi e femmine. Il contenuto proteico e i livelli di BCAA variavano: BCAA200 (200%), BCAA100 (contenuto standard di BCAA), BCAA50 (50%) e BCAA20 (20%). Il rapporto tra BCAA e altri aminoacidi è variato, ma il contenuto proteico totale è rimasto costante. Il sistema di metabolismo energetico animale è stato utilizzato per monitorare i topi, misurando il consumo di ossigeno (VO2), la produzione di anidride carbonica (VCO2) e l'assunzione di cibo. Il tasso di scambio respiratorio e il dispendio energetico (EE) sono stati calcolati utilizzando un software standard.

Analisi dei risultati 1

Lo studio ha dimostrato che i topi BCAA200 mostravano una sovralimentazione, consumando circa il 20% di energia in più rispetto agli altri gruppi (Fig. 1a). Quando si è calcolato l'apporto di energia non-BCAA, tutti i gruppi, tranne il gruppo BCAA200, hanno avuto un apporto consistente di energia non-BCAA, il che indica che i topi hanno consumato cibo in eccesso per raggiungere il loro obiettivo di apporto di energia non-BCAA a causa dello squilibrio alimentare (Fig. 1b). Questa assunzione compensativa ha portato a un significativo aumento di peso (Fig. 1c-d). La durata di vita mediana dei topi BCAA200 è stata di circa il 10% inferiore rispetto a quella degli altri gruppi, probabilmente a causa della sovralimentazione e dell'obesità (Fig. n). I risultati suggeriscono che lo squilibrio aminoacidico porta alla sovralimentazione e a una durata della vita più breve.

Analisi dei risultati 2

Non sono state riscontrate differenze significative nel dispendio energetico tra i gruppi. Il tasso di scambio respiratorio (RER) del gruppo BCAA20 è aumentato, indicando che i topi utilizzavano principalmente i carboidrati come fonte di energia. Studi precedenti hanno dimostrato che i topi alimentati con il 200% di BCAA presentano abbuffate, obesità, infiammazione epatica e una durata di vita ridotta, suggerendo che un'assunzione adeguata di BCAA ha un impatto positivo sulla salute e sulla longevità.

Conclusioni

Studi clinici hanno notato che elevati livelli circolanti di BCAA possono essere marcatori di obesità, infiammazione epatica, insulino-resistenza e diabete di tipo 2. Questo studio ha rilevato che un'elevata assunzione di BCAA può essere un fattore di rischio per la salute e la longevità. Questo studio ha rilevato che una dieta ad alto contenuto di BCAA porta alla sovralimentazione, all'obesità e a una riduzione della durata della vita. Questi risultati non sono direttamente causati dai BCAA stessi, ma sono principalmente dovuti alla sovralimentazione. Livelli elevati di BCAA in circolo sono stati osservati sia nei topi metabolicamente sani che in quelli non sani, indicando che un livello elevato di BCAA da solo non può predire una disfunzione metabolica.

Impostazione sperimentale

Per determinare il tasso metabolico, l'utilizzo dei substrati e l'attività, 12-16 topi C57BL/6J maschi e femmine sono stati alloggiati individualmente in base alla loro dieta e valutati a 15 mesi di età utilizzando un sistema di monitoraggio del metabolismo energetico per piccoli animali. Dopo un periodo di adattamento di 8 ore, è stata utilizzata la calorimetria indiretta per misurare il VO2 e il VCO2 nell'arco di 48 ore, in un ciclo di luce-buio di 12:12 a ~22°C. Il dispendio energetico è stato espresso in kcal/h.

Sistema di monitoraggio del metabolismo animale Tow-Int Tech

Il sistema di controllo del metabolismo energetico è composto da un armadio ambientale, gabbie sperimentali per gli animali, controller per la raccolta dei dati, fonte di gas e componenti di filtraggio, un computer e un software. È dotato di un armadio ambientale a pavimento con un'integrazione massima di 64 canali, che consente il monitoraggio continuo del metabolismo respiratorio di piccoli animali. Traccia anche il consumo di cibo e acqua, l'attività spontanea e il movimento, registrando i relativi dati per l'analisi. Il sistema è ampiamente utilizzato nella ricerca sulle malattie cardiovascolari, sulla resistenza all'insulina, sulla sindrome metabolica e sulla relazione tra invecchiamento e diabete; sulle malattie metaboliche; sulle alterazioni delle funzioni cerebrali dovute a danni neurologici, fattori epigenetici, uso di antibiotici ed esposizione a tossine; sulla valutazione della domanda metabolica; sugli effetti termogenici di diversi alimenti, bevande, attività e farmaci; sull'analisi del fenotipo metabolico; sugli studi comportamentali; sulla ricerca sulla nutrizione; sugli studi sul bestiame e sulla ricerca sul microbioma.

Riferimenti

Stephen J. Simpson, et al. Gli aminoacidi a catena ramificata hanno un impatto indiretto sulla salute e sulla durata della vita attraverso l'equilibrio aminoacidico e il controllo dell'appetito. Nature Metabolism, 2019, 1532-545.