Crecimiento, sistema inmune, metabolismo y marcadores de obesidad tras el consumo de alimentos infantiles con diferente composición nutricional en un modelo animal de ratón

Abstract

Introducción: La «programación nutricional» o «programación nutricional temprana de la salud a largo plazo» se define como el efecto de ciertos alimentos o nutrientes, en cantidades específicas, durante las primeras etapas del desarrollo, que pueden influir en el metabolismo, dando lugar a cambios permanentes cuya expresión clínica puede tener lugar varias décadas más tarde. Este efecto establece que los niños obesos y con sobrepeso tienden a seguir siendo obesos en la edad adulta y tienen más probabilidades de padecer enfermedades no transmisibles, como la diabetes y las enfermedades cardiovasculares, también a edades más tempranas. Durante el período de alimentación complementaria, los bebés experimentan estos fenómenos de «programación» dado que es una ventana crítica de tiempo donde la exposición a nuevos componentes alimenticios, junto con la creciente demanda de nutrientes, son críticos para los cambios epigenéticos. Además, durante este período se establecen preferencias alimentarias y patrones de alimentación que también pueden influir en la salud y el estado nutricional en estadios posteriores. Por otro lado, el rápido aumento de peso en la infancia aumenta el riesgo de obesidad a largo plazo. Las proteínas, las grasas, particularmente el perfil de ácidos grasos, y los hidratos de carbono cobran protagonismo en los estudios sobre programación nutricional, debido a la importancia de las enfermedades con que potencialmente podrían estar relacionados. Los alimentos infantiles producidos por la industria son utilizados por un gran porcentaje de los progenitores que a menudo ofrecen estos productos a sus hijos. Esto pone de relieve el papel central de la industria alimentaria infantil en la configuración de las dietas de los bebés y la importancia de comprender el tipo de alimentos infantiles disponibles en el mercado. Objetivo: El principal objetivo de la presente Tesis Doctoral fue evaluar el efecto del consumo de alimentos infantiles del mercado español, sobre el crecimiento, el sistema inmune, el metabolismo y otros marcadores de obesidad, como la microbiota intestinal, en relación con la obesidad en la vida adulta, mediante un estudio in vivo. Para ello, se llevó a cabo a cabo un estudio empleando ratones C57BL/6J recién destetados. Diseño experimental: Para la experiencia se utilizaron 36 ratones macho destetados, con 21-28 días de vida, que fueron distribuidos aleatoriamente en 3 grupos de 12 ratones cada uno. Cada grupo fue alimentado ad libitum con una dieta distinta durante un período de intervención de 12 semanas. La primera dieta (grupo A) consistía en el alimento infantil A (90.3 kcal/100 g, 165 mg/100 g de sodio, 4.5% de proteínas, 11.1% de hidratos de carbono, 0.5% de fibra, 80.8% de humedad, y un perfil de ácidos grasos S/M/P 1:2.1:0.6) y pienso para roedores. La segunda dieta (grupo B) consistió en el alimento infantil B (67.5 kcal/100 g, 108 mg/100 g de sodio, 3.6% de proteínas, 7.2% de hidratos de carbono, 0.5% de fibra, 86% de humedad y 2.7% de grasa) y un perfil de ácidos grasos 1:2.8:1.7) y pienso para roedores. La dieta control (grupo C) fue sólo pienso para roedores. Ambos alimentos infantiles contenían arroz y pollo como ingredientes principales, pero con diferentes perfiles de macronutrientes, como se ha descrito anteriormente. Tras el sacrificio se extrajeron muestras de sangre, hígado, tejido adiposo, bazo y contenido intestinal de intestino delgado y grueso. Además, se recogieron datos sobre la ingesta diariamente y los parámetros morfométricos semanalmente. Resultados: El crecimiento desde la quinta semana de vida, el IMC y el ratio de crecimiento tras el destete demostraron que los grupos A y B sufrieron un crecimiento acelerado, siendo el grupo A el de mayor crecimiento. La cantidad de grasa total ingerida fue el macronutriente clave en este aumento de la adiposidad, sobre todo en el grupo A, debido, junto con la mayor concentración de sal, a su carácter altamente palatable que da lugar a hiperfagia. Los niveles de colesterol total, LDL-colesterol, HDL-colesterol e índice aterogénico del grupo A se correspondieron con la ingesta abundante de ciertos ácidos grasos, como el ácido palmítico. En los grupos A y B se observó una subexpresión de varios genes relacionados con el transporte, catabolismo y regulación de la biosíntesis de ácidos grasos, lo que sugiere un bajo rendimiento en el metabolismo lipídico hepático asociada a los perfiles de ácidos grasos. Además, en el grupo A, se sobreexpresaron y subexpresaron un mayor número de genes que sugieren mayor esfuerzo en el metabolismo de ácidos grasos de cadena larga. La microbiota intestinal mostró los mayores cambios en los niveles de Firmicutes y Bacteroidetes del intestino grueso del grupo B. Estos cambios del grupo B se encontraron en Lactobacillus group, Enteroccus spp., Bacteroidetes-Prevotella y se detectaron Streptococcus genus en algunos ratones. En el grupo A los cambios se produjeron en Lactobacillus group y también y se detectaron Streptococcus genus en algunos ratones. Estos resultados representan un estado de disbiosis que tiene origen en una dieta con diferentes concentraciones de SFAs, MUFAs y PUFAs. Además, los resultados de Akkermansia muciniphila, IL-6 e IL-10 pueden tener también su origen en dicho perfil de ácidos grasos. Conclusiones: Estos resultados sugieren que la grasa total, y particularmente el perfil de ácidos grasos, de los alimentos infantiles, influyen notoriamente en el crecimiento, metabolismo y microbiota intestinal, a largo plazo. Sin embargo, se necesitan más estudios para elucidar los mecanismos de programación de cada uno de los macronutrientes, en dosis concretas, sobre el desarrollo de sobrepeso y obesidad, durante el periodo de alimentación complementaria, que puedan tener efectos en la edad adultaBackground: "Nutritional programming" or “early nutritional programming of long-term health” is defined as the impact of specific amounts of foods or nutrients given during early stages of development, leading to long-term changes. The impact of such changes may be manifested even several decades later. This effect stablish that obese and overweight children tend to remain obese in adulthood and are more likely to suffer noncommunicable diseases, such as diabetes and cardiovascular disease, also at earlier ages. During the complementary feeding period, programming has a critical window when the exposure to new food components together with the increased demand for nutrients may cause epigenetic changes. Moreover, during this period, both food preferences and feeding patterns are established with a long-term impact on health and nutritional status. In addition, rapid weight gain in infancy increases the long-term risk of obesity. Proteins, fats, particularly the fatty acid profile, and carbohydrates are prominent in nutritional programming studies because of the importance of potentially related diseases. Commercially produced complementary foods are widely offered by European progenitors, to their children. This highlights the central role of the infant food industry in shaping the diets of infants and the importance of understanding the type of commercially available baby foods. Objective: On this basis, the main objective of the present Doctoral Thesis was to evaluate the effect of baby foods consumption from Spanish market, on growth, immune system, metabolism and other obesity biomarkers, such as gut microbiota, related to obesity in adult life, through an in vivo study. For that, a study using weaned C57BL/6J mice was carried out. Experimental design: For the experiment, 36 weaned male mice, 21-28 days old, were randomly distributed into 3 groups with 12 mice each one. Each group was fed ad libitum a different diet during 12-week intervention period. The first diet (group A) consisted of baby food A (90.3 kcal/100 g, 165 sodium mg/100g, 4.5% proteins, 11.1% carbohydrates, 0.5% fibre, 80.8% humidity, 3.1% fat, and a fatty acids profile S/M/P 1:2.1:0.6) and rodent chow. The second diet (group B) consisted of baby food B (67.5 kcal/100 g, 108 sodium mg/100g, 3.6% proteins, 7.2% carbohydrates, 0.5% fibre, 86% humidity, 2.7% fat and a fatty acids profile 1:2.8:1.7) and RC. The control diet (group C) was only RC. Both baby foods were made with rice and chicken as main ingredients but with different profiles of macronutrients, as described earlier. After twelve weeks, mice were sacrifice and blood, liver, adipose tissue, spleen and gut contents of small and large intestine samples were collected. In addition, data on daily intake and morphometric parameters weekly have been collected. Results: The growth from the fifth week of birth, final BMI and post-weaning growth rates, demonstrate that mice growth in groups A and B were accelerated, especially group A. The total fat ingested can be the key macronutrient that causes the highest adiposity, especially in group A, due, together with salt contents, to its highly palatable character that leads to hyperphagia. The total cholesterol, LDL-cholesterol, HDL-cholesterol levels and atherogenic index of group A were associated with the abundant intake of certain fatty acids, such as palmitic acid. In relation to fatty acid gene expression analysed in liver, an underexpression of several genes related to fatty acid transport, catabolism and biosynthesis regulation was observed in groups A and B. In addition, more gene were expressed in group A. Gut microbiota showed more significant changes in Firmicutes and Bacteroidetes in B group. These changes were in Lactobacillus group, Enteroccus spp., Bacteroidetes-Prevotella and the Streptococcus genus presence in some mice. Group A showed significant changes in Lactobacillus group and the Streptococcus genus presence in some mice. These results represent a status of dysbiosis that has an origin in a diet with different concentrations of SFAs, MUFAs and PUFAs. In addition, the results of Akkermansia muciniphila, IL-6 and IL-10 may also have their origin in the mentioned fatty acid profile. Conclusions: In summary, these results suggest that total fat, and particularly the fatty acid profile of baby foods, has a significant influence on growth, metabolism and gut microbiota in the long term. However, further researches should be carried out to elucidate the mechanisms of macronutrient in specific doses on the development of overweight and obesity during the period of complementary feeding that may have effects in adult life.