Effects of diet composition on energy metabolism and activity during and after weight loss in elderly mice

Introduction: Weight regains after weight loss is a frequent problem that people with obesity or athletes of weight-making sports face (Fothergill et al. 2016). It is suggested that diets high in carbohydrates or protein decrease or increase energy expenditure, respectively, and thus affect energy balance and the success of weight maintenance (Oliveira et al. 2021; Ebbeling et al. 2018). Our goal is to examine the role of diet composition on weight maintenance and energy metabolism in aged mice during caloric restriction (CR) and post-caloric restriction (P-CR). Methods: Males of C57BL/6J mice strain were grown until 18-month-old and then mice with overweight were selected and divided into 4 groups matched by body mass: low-fat (LFD; 20, 20, 60% of kcal from fat, protein, carbohydrate), low-carbohydrate (LCD; 60, 20, 20%, respectively), high-protein (HPD; 30, 35, 35%, respectively) and control (regular chow diet) (n=9-11 each). Mice were subjected to 30% CR for 4 weeks followed by ad libitum P-CR feeding for 4 weeks using the same diets. Controls were fed chow diet ad libitum all the time. Body mass and 23-h indirect calorimetry in the metabolic cage (energy expenditure, respiratory quotient, physical activity levels) were assessed during CR and P-CR. Results: Weight reduction was similar between the diet groups during CR (P > 0.05) but only LCD group regained more weight in P-CR than had initially prior CR. Energy expenditure did not change between diet groups neither during CR nor P-CR (P > 0.05) but was lower in CR and higher in P-CR compared to controls. Energy expenditure normalized to body mass was similar between diet groups during CR but lower in LCD group during P-CR compared to HPD and especially LFD group (P < 0.001). Physical activity did not vary between diet groups neither during CR nor P-CR (P > 0.05). Respiratory quotient was significantly lower in LCD group compared to all groups during both CR and P-CR (P < 0.001). Conclusion: Low-carb but high-fat diet is associated with greater weight regain and lower relative energy expenditure after previous weight loss compared to other types of diets in aged mice. Low respiratory quotient during this diet indicates overall fat metabolism and oxidation but is not a good predictor of burned body fat.
Įvadas: Svorio atsistatymas po svorio metimo yra dažna problema, su kuria susiduria žmonės su nutukimu arba svorį mažinančių sporto šakų sportininkai (Fothergill et al. 2016). Manoma, kad dietos, kuriose yra daug angliavandenių arba daug baltymų, atitinkamai mažina arba didina energijos sąnaudas, todėl gali turėti įtakos energijos balansui ir svorio išlaikymo sėkmei (Oliveira et al. 2021; Ebbeling et al. 2018). Tyrimo tikslas buvo ištirti dietos kompozicijos vaidmenį svorio išlaikymui ir medžiagų apykaitai senstančiose pelėse kalorijų apribojimo (CR) ir po kalorijų apribojimo metu (P-CR). Metodai: C57BL/6J linijos pelių patinai buvo auginami iki 18 mėn. amžiaus, kuomet buvo atrinktos antsvorį turinčios pelės ir suskirstytos į 4 vienodas grupes pagal kūno masę: mažai riebalų (LFD; 20, 20, 60 % kcal sudaro riebalai, baltymai, angliavandeniai), mažai angliavandenių (LCD; atitinkamai 60, 20, 20, % kcal), daug baltymų (HPD; atitinkamai 35, 30, 35 % kcal) ir kontrolinę (įprastas graužikų pašaras) (n=9-11 kiekvienoje). Pelės 4 sav. patyrė 30 % CR, o po to 4 sav. buvo maitinamos ad libitum naudojant tas pačias dietas (P-CR). Kontrolinė grupė visą laiką buvo šeriama ad libitum. Kūno masė ir 23 val. netiesioginė kalorimetrija metaboliniame narvelyje (energijos sąnaudos, kvėpavimo koeficientas, fizinio aktyvumo lygis) buvo vertinami CR ir P-CR metu. Rezultatai: CR metu svoris dietų grupėse sumažėjo vienodai (P > 0,05), tačiau tik LCD grupė P-CR metu atgal priaugo daugiau svorio nei turėjo iš pradžių prieš CR. Energijos sąnaudos tarp dietos grupių nesiskyrė nei CR, nei P-CR metu (P > 0,05), tačiau buvo mažesnės CR ir didesnės P-CR metu, palyginti su kontroline grupe. Energijos sąnaudos, normalizuotos pagal kūno masę, buvo panašios tarp dietos grupių CR metu, tačiau P-CR metu LCD grupėje jos buvo mažesnės, palyginti su HPD ir ypač LFD grupe (P < 0,001). Fizinis aktyvumas tarp mitybos grupių nesiskyrė nei CR, nei P-CR metu (P > 0,05). Kvėpavimo koeficientas buvo reikšmingai mažesnis LCD grupėje, palyginti su visomis grupėmis, tiek CR, tiek P-CR metu (P < 0,001). Išvada: Mažai angliavandenių, bet daug riebalų turinti dieta yra susijusi su vyresnio amžiaus pelių didesniu svorio atsistatymu ir mažesnėmis santykinėmis energijos sąnaudomis po ankstesnio svorio netekimo, palyginti su kitų tipų dietomis. Mažas kvėpavimo koeficientas naudojant šią dietą rodo padidėjusią bendrą riebalų apykaitą ir oksidaciją, bet nėra geras sudegintų kūno riebalų prognozės rodiklis.