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Caso de aplicación del sistema de monitorización del metabolismo animal

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El consumo excesivo a largo plazo de aminoácidos ramificados (BCAA) puede provocar un aumento de peso y acortar la esperanza de vida

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Resumen

Los niveles elevados de aminoácidos de cadena ramificada (BCAA) se asocian con la obesidad y la resistencia a la insulina. Sin embargo, aún no están claros los efectos a largo plazo de una dieta rica en BCAA sobre la salud y la esperanza de vida. Este estudio revela que en una dieta de calorías fijas y macronutrientes iguales, la ingesta a largo plazo de una dieta rica en BCAA conduce a comer en exceso, a la obesidad y a un acortamiento de la esperanza de vida. Estos efectos no están causados directamente por niveles elevados de BCAA o por la activación de la diana hepática de la rapamicina en mamíferos (mTOR), sino por cambios en la proporción relativa de BCAA respecto a otros aminoácidos (especialmente triptófano y treonina) en la dieta. Una mayor proporción de BCAA con respecto a estos aminoácidos favorece comer en exceso y está relacionada con la disminución de los niveles centrales de serotonina. La prevención de la sobrealimentación mediante la restricción de la ingesta calórica o la alimentación en pareja puede mitigar los riesgos para la salud asociados a una dieta alta en BCAA. Nuestros datos subrayan la importancia del equilibrio de aminoácidos en la regulación energética y sugieren que los problemas de salud causados por una ingesta elevada de BCAA no se derivan de una toxicidad inherente, sino de un desequilibrio de aminoácidos que conduce a comer en exceso.

Objetivo

Este estudio pretende descubrir los mecanismos que subyacen a los efectos sobre la salud y la esperanza de vida de una dieta alta en BCAA en ratones.

Material y métodos

Se utilizaron cuatro dietas isocalóricas (18% de proteína total, 64% de carbohidratos, 18% de grasas y 14,3 kcal/g de contenido energético) para alimentar a 312 ratones C57BL/6J machos y hembras. El contenido proteico y los niveles de BCAA variaron: BCAA200 (200%), BCAA100 (contenido estándar de BCAA), BCAA50 (50%) y BCAA20 (20%). La proporción de BCAA respecto a otros aminoácidos varió, pero el contenido total de proteínas se mantuvo constante. Se utilizó el sistema de metabolismo energético animal para monitorizar a los ratones, midiendo el consumo de oxígeno (VO2), la producción de dióxido de carbono (VCO2) y la ingesta de alimentos. La tasa de intercambio respiratorio y el gasto energético (EE) se calcularon mediante un programa informático estándar.

Análisis de resultados 1

El estudio demostró que los ratones BCAA200 comían en exceso, consumiendo aproximadamente un 20% más de energía que los otros grupos (Fig. 1a). Al calcular la ingesta de energía no procedente de los BCAA, todos los grupos, excepto el grupo BCAA200, presentaron una ingesta constante de energía no procedente de los BCAA, lo que indica que los ratones consumieron alimentos en exceso para alcanzar su objetivo de ingesta de energía no procedente de los BCAA debido al desequilibrio dietético (Fig. 1b). Esta ingesta compensatoria condujo a un aumento de peso significativo (Fig. 1c-d). La mediana de vida de los ratones BCAA200 fue aproximadamente un 10% más corta que la de otros grupos, probablemente debido a la sobrealimentación y la obesidad (Fig. n). Los resultados sugieren que el desequilibrio de aminoácidos conduce a comer en exceso y a una vida más corta.

Análisis de resultados 2

No hubo diferencias significativas en el gasto energético entre los grupos. La tasa de intercambio respiratorio (RER) del grupo BCAA20 aumentó, lo que indica que los ratones utilizaron principalmente carbohidratos como fuente de energía. Estudios anteriores han demostrado que los ratones alimentados con un 200% de BCAA experimentan atracones, obesidad, inflamación hepática y una reducción de la esperanza de vida, lo que sugiere que una ingesta adecuada de BCAA tiene un impacto positivo en la salud y la longevidad.

Conclusión

Los estudios clínicos han observado que los niveles elevados de BCAA circulantes pueden ser marcadores de obesidad, inflamación hepática, resistencia a la insulina y diabetes de tipo 2. Este estudio descubrió que una dieta alta en BCAA conduce a comer en exceso, a la obesidad y a un acortamiento de la esperanza de vida. Estos resultados no son causados directamente por los BCAA en sí, sino que se deben principalmente a comer en exceso. Se observaron niveles elevados de BCAA circulantes tanto en ratones metabólicamente sanos como no sanos, lo que indica que los BCAA elevados por sí solos no pueden predecir la disfunción metabólica.

Preparación experimental

Para determinar la tasa metabólica, la utilización de sustratos y la actividad, se alojaron individualmente 12-16 ratones machos y hembras C57BL/6J según su dieta y se evaluaron a los 15 meses de edad utilizando un sistema de monitorización del metabolismo energético en pequeños animales. Se utilizó calorimetría indirecta tras un periodo de adaptación de 8 horas para medir el VO2 y la VCO2 durante 48 horas bajo un ciclo de luz-oscuridad de 12:12 a ~22°C. El gasto energético se expresó en kcal/h.

Sistema de monitorización del metabolismo animal Tow-Int Tech

El sistema de control del metabolismo energético consta de una cabina ambiental, jaulas experimentales para animales, controladores de recogida de datos, componentes de la fuente de gas y de filtración, un ordenador y software. Dispone de una cabina ambiental de suelo con una integración máxima de 64 canales, que permite la monitorización continua del metabolismo respiratorio de animales pequeños. También realiza un seguimiento del consumo de agua y alimentos, la actividad espontánea y el movimiento, y registra los datos relacionados para su análisis. El sistema se utiliza ampliamente en la investigación de enfermedades cardiovasculares, resistencia a la insulina, síndrome metabólico y la relación entre el envejecimiento y la diabetes; enfermedades metabólicas; cambios en la función cerebral debidos a daños neurológicos, factores epigenéticos, uso de antibióticos y exposición a toxinas; evaluaciones de la demanda metabólica; efectos termogénicos de diferentes alimentos, bebidas, actividades y medicamentos; análisis del fenotipo metabólico; estudios de comportamiento; investigación nutricional; estudios ganaderos; e investigación del microbioma.

Referencias

Stephen J. Simpson, et al. Los aminoácidos de cadena ramificada impactan la salud y la vida útil indirectamente a través del equilibrio de aminoácidos y el control del apetito. Nature Metabolism, 2019, 1532-545.