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Anwendungsfall eines Systems zur Überwachung des Tierstoffwechsels

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Die langfristige übermäßige Einnahme von verzweigtkettigen Aminosäuren (BCAAs) kann zu einer Gewichtszunahme führen und die Lebenserwartung verkürzen!

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Abstrakt

Ein erhöhter Gehalt an verzweigtkettigen Aminosäuren (BCAAs) wird mit Fettleibigkeit und Insulinresistenz in Verbindung gebracht. Die langfristigen Auswirkungen einer BCAA-reichen Ernährung auf die Gesundheit und die Lebenserwartung im höheren Lebensalter bleiben jedoch unklar. Diese Studie zeigt, dass die langfristige Aufnahme einer BCAA-reichen Ernährung bei einer Ernährung mit festem Kaloriengehalt und gleichen Makronährstoffen zu Übergewicht, Fettleibigkeit und einer verkürzten Lebenserwartung führt. Diese Effekte werden nicht direkt durch erhöhte BCAA-Spiegel oder die Aktivierung des hepatischen Mammalian Target of Rapamycin (mTOR) verursacht, sondern durch Veränderungen im relativen Verhältnis von BCAAs zu anderen Aminosäuren (insbesondere Tryptophan und Threonin) in der Nahrung. Ein erhöhtes Verhältnis von BCAAs zu diesen Aminosäuren begünstigt übermäßiges Essen und wird mit einem verringerten zentralen Serotoninspiegel in Verbindung gebracht. Die Vermeidung von übermäßigem Essen durch Einschränkung der Kalorienzufuhr oder Paarfütterung kann die mit einer Ernährung mit hohem BCAA-Anteil verbundenen Gesundheitsrisiken abmildern. Unsere Daten unterstreichen die Bedeutung des Aminosäuregleichgewichts für die Energieregulierung und legen nahe, dass die durch eine hohe BCAA-Zufuhr verursachten Gesundheitsprobleme nicht auf eine inhärente Toxizität zurückzuführen sind, sondern auf ein Ungleichgewicht der Aminosäuren, das zu übermäßigem Essen führt.

Zielsetzung

Ziel dieser Studie ist es, die Mechanismen aufzudecken, die hinter den Auswirkungen einer BCAA-reichen Ernährung auf die Gesundheit und Lebensdauer von Mäusen stehen.

Material und Methoden

312 männliche und weibliche C57BL/6J-Mäuse wurden mit vier isokalorischen Diäten (18 % Gesamtprotein, 64 % Kohlenhydrate, 18 % Fette und 14,3 kcal/g Energiegehalt) gefüttert. Der Proteingehalt und die BCAA-Gehalte variierten: BCAA200 (200%), BCAA100 (Standard BCAA-Gehalt), BCAA50 (50%) und BCAA20 (20%). Das Verhältnis von BCAAs zu anderen Aminosäuren variierte, der Gesamtproteingehalt blieb jedoch konstant. Zur Überwachung der Mäuse wurde das Tier-Energiestoffwechsel-System eingesetzt, das den Sauerstoffverbrauch (VO2), die Kohlendioxidproduktion (VCO2) und die Nahrungsaufnahme misst. Die Atmungswechselrate und der Energieverbrauch (EE) wurden mit Hilfe von Standardsoftware berechnet.

Ergebnis Analyse 1

Die Studie zeigte, dass BCAA200-Mäuse eine übermäßige Nahrungsaufnahme zeigten und etwa 20 % mehr Energie verbrauchten als andere Gruppen (Abb. 1a). Bei der Berechnung der Nicht-BCAA-Energieaufnahme wiesen alle Gruppen mit Ausnahme der BCAA200-Gruppe eine gleichbleibende Nicht-BCAA-Aufnahme auf, was darauf hindeutet, dass die Mäuse aufgrund des Ungleichgewichts in der Ernährung zu viel Nahrung zu sich nahmen, um ihr Ziel für die Nicht-BCAA-Aufnahme zu erreichen (Abb. 1b). Diese kompensatorische Aufnahme führte zu einer erheblichen Gewichtszunahme (Abb. 1c-d). Die mittlere Lebenserwartung der BCAA200-Mäuse war etwa 10 % kürzer als die der anderen Gruppen, was wahrscheinlich auf die übermäßige Nahrungsaufnahme und die Fettleibigkeit zurückzuführen ist (Abb. n). Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein Ungleichgewicht der Aminosäuren zu Überernährung und einer kürzeren Lebensdauer führt.

Ergebnis Analyse 2

Es gab keine signifikanten Unterschiede im Energieverbrauch zwischen den Gruppen. Die Atmungswechselrate (RER) der BCAA20-Gruppe stieg an, was darauf hindeutet, dass die Mäuse hauptsächlich Kohlenhydrate als Energiequelle nutzten. Frühere Studien haben gezeigt, dass bei Mäusen, die mit 200 % BCAA gefüttert wurden, Fressanfälle, Fettleibigkeit, Leberentzündungen und eine verkürzte Lebenserwartung auftreten, was darauf hindeutet, dass eine angemessene BCAA-Zufuhr einen positiven Einfluss auf die Gesundheit und die Langlebigkeit hat.

Schlussfolgerung

In klinischen Studien wurde festgestellt, dass erhöhte zirkulierende BCAA-Spiegel Marker für Fettleibigkeit, Leberentzündungen, Insulinresistenz und Typ-2-Diabetes sein können. Diese Studie ergab, dass eine Ernährung mit hohen BCAA-Werten zu Übergewicht, Fettleibigkeit und einer verkürzten Lebenserwartung führt. Diese Ergebnisse werden nicht direkt durch BCAAs selbst verursacht, sondern sind in erster Linie auf Überernährung zurückzuführen. Erhöhte zirkulierende BCAA-Spiegel wurden sowohl bei stoffwechselgesunden als auch bei ungesunden Mäusen beobachtet, was darauf hindeutet, dass erhöhte BCAA-Spiegel allein keine Vorhersage über eine Stoffwechselstörung treffen.

Versuchsaufbau

Zur Bestimmung von Stoffwechselrate, Substratverwertung und Aktivität wurden 12-16 männliche und weibliche C57BL/6J-Mäuse entsprechend ihrer Ernährung einzeln untergebracht und im Alter von 15 Monaten mit einem System zur Überwachung des Energiestoffwechsels bei Kleintieren untersucht. Die indirekte Kalorimetrie wurde nach einer 8-stündigen Anpassungsphase zur Messung von VO2 und VCO2 über 48 Stunden bei einem 12:12-Licht-Dunkel-Zyklus und ~22°C eingesetzt. Der Energieaufwand wurde in kcal/h angegeben.

Tow-Int Tech Stoffwechselüberwachungssystem für Tiere

Das Kontrollsystem für den Energiestoffwechsel besteht aus einem Umweltschrank, Tierversuchskäfigen, Datenerfassungssteuerungen, Gasquellen- und Filtrationskomponenten, einem Computer und einer Software. Es verfügt über einen bodenstehenden Umweltschrank mit einer maximalen Integration von 64 Kanälen, der eine kontinuierliche Überwachung des Atmungsstoffwechsels von Kleintieren ermöglicht. Außerdem werden Futter- und Wasseraufnahme, Spontanaktivität und Bewegung erfasst und die entsprechenden Daten zur Analyse aufgezeichnet. Das System findet breite Anwendung in der Forschung zu Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Insulinresistenz, metabolischem Syndrom und dem Zusammenhang zwischen Alterung und Diabetes, Stoffwechselerkrankungen, Veränderungen der Gehirnfunktion aufgrund von neurologischen Schäden, epigenetischen Faktoren, Antibiotikaeinsatz und Toxinexposition, Bewertung des Stoffwechselbedarfs, thermogenen Effekten verschiedener Nahrungsmittel, Getränke, Aktivitäten und Medikamente, Analyse des metabolischen Phänotyps, Verhaltensstudien, Ernährungsforschung, Tierhaltungsstudien und Mikrobiomforschung.

Referenzen

Stephen J. Simpson, et al. Verzweigtkettige Aminosäuren beeinflussen Gesundheit und Lebensdauer indirekt über den Aminosäurehaushalt und die Appetitkontrolle. Nature Metabolism, 2019, 1532-545.