Introdução à Nutrição Experimental e Recomendações Nutricionais 2013 graduação (1)

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Prof. Elizabeth do Nascimento 
Introdução à Nutrição Experimental e 
Recomendações Nutricionais para ratos 
Universidade Federal de Pernambuco 
Centro de Ciências da Saúde 
Departamento de Nutrição 
Disciplina: Nutrição Experimental 
Observação; Problema; Questionamentos; Experimentação; 
Ciência; Ciência da Nutrição 
O que é Nutrição Experimental? 
Destino 
Utilização 
Função 
N 
U 
T 
R 
I 
E 
N 
T 
E 
S 
Nutrição 
Experimental 
Modelo 
Animal 
Estudo em 
seres humanos 
Tenta compreender os elos entre 
os nutrientes e a base metabólica 
da doença e/ou de seus efeitos no 
organismo 
Os objetivos dos estudos experimentais são: 
 
 
 • Determinar os efeitos dos alimentos e seus componentes 
sobre o metabolismo celular ou a fisiologia; 
 
 
 
 
 
 
 
• Estabelecer a possibilidade da relação dieta-saúde; 
 • Compreender o mecanismo básico pelo qual nutrientes 
específicos ou compostos bioativos alteram, evitam ou 
provocam a enfermidade; 
- Envolve aspectos éticos e/ou os inerentes a própria morbidade; 
 
- Dificuldade de assegurar que os indivíduos estão realmente 
ingerindo a quantidade e/ou a qualidade do alimento ou 
nutriente-teste; 
- Grande variabilidade entre os seres Humanos (genética, estilo 
de vida, histórico dietético, atividade física, saúde, etc.; 
 
- Maior dificuldade na manipulação das dietas ingeridas pelos 
seres humanos; 
Principais Limitações do estudo da Nutrição 
Experimental em Humanos 
- Dificuldade em isolar o nutriente analisado em função de uma 
intervenção dietética; 
- O estudo pode ser muito trabalhoso e oneroso; 
- A doença estudada pode ser de baixa incidência ou 
prevalência na população 
Principais Limitações do estudo da Nutrição 
Experimental em Humanos 
-Um estudo experimental, por definição, necessita de um grupo 
controle. 
- A agressividade da doença ou a virulência do agente etiológico 
pode não dar espaço para investigação de tratamentos 
alternativos sem riscos para os investigados; 
 
-A coleta do material de análise pode exigir procedimentos 
invasivos, dolorosos ou demorados; 
 
-Coleta de materiais em curtos intervalos de tempo pode limitar 
a atividade social ou laboral dos investigados; 
 
- Em conjunto, há fatores que podem limitar a coleta de 
material e investigação do estudo o que necessitaria do uso de 
vários grupos de estudos para abordar um mesmo fenômeno 
investigado. 
Principais Limitações do estudo da Nutrição 
Experimental em Humanos 
Por que utilizar animais em pesquisa? 
Limitações em estudos 
com seres humanos 
Avanço da fisiologia e da 
fisiopatologia 
Cuidados Éticos 
Quando usar um modelo animal? 
Modelo é um objeto de imitação: 
- Algo que representa algo ou alguém; 
- Seja semelhante a imagem do outro. 
Um Modelo biológico deve ter características 
suficientes e semelhantes ao objeto imitado e 
“ser manipulado sem as limitações do objeto 
imitado”. 
USO DE ANIMAIS NA PESQUISA 
EXPERIMENTAL 
 A utilização de modelos animais 
em pesquisas vem sendo 
realizada desde a Antigüidade. 
 
 Neste período, Hipócrates (450 
a.C.) já relacionava o aspecto de 
órgãos humanos doentes com o 
de animais, com finalidade 
claramente didática. 
 Hipócrates 
Elizabeth do Nascimento 
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Seria o rato um modelo ideal 
aos estudos da Nutrição? 
Elizabeth do Nascimento 
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Motivos: 
1-Os ratos são animais onívoros e 
se alimentam de quase todo tipo 
de dieta; 
2- Devido ao seu tamanho, são de 
fácil manejo; rápida taxa de 
crescimento 
3- Fisiologia e genética altamente 
correlacionada com humanos; 
4- 90 a 95% dos estudos animais 
utilizados na pesquisa biomédica 
usa camundongos e ratos; bom 
modelo para o humano 
Savory, 1863 
Elizabeth do Nascimento 
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O inicio da pesquisa experimental em nutrição 
tendo o rato como modelo, investigou a 
relação entre proteínas dietéticas e crescimento 
(Verzar, 1973) 
 
Elizabeth do Nascimento 
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Nutrição; Alimentação e estudos em 
animais 
In 1907 
Os mais promissores estudos dos 
requerimentos nutricionais de animais foi a 
partir de estudos experimentais com animais 
de pequeno porte alimentados com dietas 
purificadas. 
 (McCollum and Davis, 1913) announcing 
the discovery of ‘‘fat-soluble A,’’ semanas 
antes de Osborne e Mendel 
In 1913 
In 1915 (McCollum and Davis, 1915) on the discovery 
of ‘‘water-soluble B.’’ 
Elizabeth do Nascimento 16 
A Era biológica: metabolismo e 
fisiologia 
 Os estudos de Osborne e Mendell e a 
ciência da Nutrição 
Elizabeth do Nascimento 17 
Osborne e Mendelestudo do valor proteico 
de diferentes proteínas alimentares 
Determinação do valor nutricional 
de variadas fontes protéicas: 
estudos experimentais a partir do 
crescimento de roedores 
 
Estabelecimento dos termos: 
proteínas incompletas; 
qualidade biológica e 
aminoácidos limitantes 
 
A Era biológica: metabolismo e fisiologia 
Elizabeth do Nascimento 
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They developed one of the 
first metabolism cages (Fig. 1-
23, A) used in animal 
experiments (Osborne and 
Mendel, 1911). (McCollum, 
1957). 
Osborne and Mendel: estudo do valor protéico 
de diferentes proteínas 
Fig. 1-23 Metabolism cage and food dispenser of 
Osborne and Mendel, from their publication of 1911 
In 1918 they showed that phosphorus 
was an essential nutrient (Osborne and 
Mendel, 1918). 
Elizabeth do Nascimento 
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The rats used by these investigators 
became known as the Osborne-
Mendel strain, although at times 
they were referred to as the ‘‘Yale 
strain,’’ and were especially noted 
for their large size (Zucker, 1953) 
Osborne and Mendel: estudo do valor protéico 
de diferentes proteínas 
Elizabeth do Nascimento 
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Permite quantificar, em intervalos de tempo programado, a ingestão de 
produtos sólidos e líquidos no decorrer de estudos envolvendo: 
1) a ação de drogas que induzem a anorexia; 2) a aversão a determinadas 
substâncias; 3) o aumento da sede e os mecanismos da saciedade; 4) os 
hábitos alimentares e suas modificações frente a diferentes condições 
ambientais. 
Caixas Metabólicas 
USO DE ROEDORES DE LABORATÓRIO EM PESQUISA 
BÁSICA 
- Segundo o National Institutes of Health, os 
ratos são uns dos modelos animais mais 
importantes para o estudo dos processos 
fisiológicos e virtualmente podem servir para 
estudar e comparar de forma similar aos 
humanos todos os órgãos e sistemas. 
 
•Tamanho moderado; 
•Fácil adaptação a diversas dietas; 
•Rápida reprodução; 
•Geralmente é um animal Dócil ; 
•É um dos modelos animais com maior 
disponiblidade de estudos 
Custo mais acessível em relação as outras espécies 
USO DE ROEDORES DE LABORATÓRIO EM PESQUISA 
BÁSICA 
Animais de laboratório requerem cerca de 50 nutrientes em 
concentrações adequadas para seu crescimento e 
desenvolvimento. 
 Refere-se ao conjunto de alimentos e/ou nutrientes previamente 
elegíveis, de composição energética e nutricional conhecida, que 
reproduzirá no animal o efeito nutricional desejado e que deve 
ser facilmente reproduzível. 
Requerimentos Nutricionais 
Modelo Dietético Experimental 
REQUERIMENTOS NUTRICIONAIS DO RATO/CAMUNDONGO 
COMO MODELO EXPERIMENTAL 
Formulações de dietas 
-Necessidade Nutricional do animal; 
 
- Alimentos a serem utilizados; 
 
- Forma de apresentação da dieta; 
 
- Consumo esperado de alimento. 
A quantidade de alimento ingerido é determinada pelas 
necessidades energéticas de cada espécies 
Energia (Calorias) 
É a forma química que pode ser mensurada 
Energia Bruta (EB): Energia 
desprendida da queima total dosalimentos 
Energia Digestível (ED): (Energia bruta dos 
alimentos) – ( Energia contida nas fezes) 
Energia Metabolizável (EM): (Energia 
digestível) – (Energia bruta contida na 
urina e nos gases) 
Energia Liquida (EL): (Energia 
metabolizável) – (Energia incremento 
calórico) 
Metabolismo Basal 
É a energia utilizada pelo animal em jejum, descansado e em 
repouso é transformada em calor liberado do organismo. 
Necessidades Energéticas de Mantença ou 
Manutenção 
- O animal está em atividade normal mas, por definição, não 
está produzindo e nem ganhando ou perdendo peso. 
 
- As necessidades energéticas de mantença são quase o dobro 
ou mais do metabolismo basal. 
Segundo o NRC (1995), a produção basal de calor para ratos 
pode ser expressa pela equação abaixo: 
Hkcal = 72 kcal x PM0,75 (Metabolismo basal) 
 
Hkcal = 114 kcal x PM0,75 (Manutenção) 
 
Hkcal = 227 kcal x PM0,75 (Crescimento) 
 
Hkcal = 265 kcal x PM0,75 (Gestação) 
 
Hkcal = 311 kcal x PM0,75 (Lactação) 
PM0,75 = 
Exemplo: 
Peso Corporal = 100g ou 0,1 kg 
1 kg de Dieta tem aproximadamente 3600 Kcal 
de energia metabolizável (EM). 
Animal jovem em crescimento 
Hkcal = 227 kcal x PV0,75 (Crescimento) 
 
HKcal = 227 x 0,1000,75 
HKcal = 40,4 kcal de Energia Metabolizável 
Dieta = 3600 kcal, então o animal irá precisar ingerir: 
40,4 / 3600 = 11 g de dieta 1000g --------------- 3600 kcal 
 x --------------- 40,4 kcal 
Necessidades de Proteína para Ratos 
- CRESCIMENTO E REPRODUÇÃO  *MÍNIMO DE 15% (alto 
valor biológico) em dietas purificadas 
MANUTENÇÃO em torno de 5% (alto valor biológico) em 
dietas purificadas. (NRC,1995), 
MANUTENÇAO COM INGREDIENTES NATURAIS: deve situar-
se entre 7% e 12%. 
Dietas comerciais: de 18 a 25%. (geralmente excedem as 
necessidades de manutenção do rato adulto) 
*Dietas com 10 a 15% de proteína de alto valor biológico podem 
ser suficientes para o crescimento quando oferecem 5% de 
gordura, baixo teor de fibra e 4kcal/g 
Maior autoridade em requerimentos nutricionais para ratos: Nutrient Requeriments of Laboratory animal – 
National Research Council, 1995) 
Não foi estabelecido quantidade definitiva para os 
carboidratos. 
Carboidratos como frutose podem levar a anormalidades 
comparadas à glicose e amido em dietas semipurificadas. 
Frutose ou sacarose aumentam o peso do fígado, de 
glicogênio e de lipídios hepáticos (hipertrigliceridemia) 
Maior autoridade em requerimentos nutricionais para ratos: Nutrient Requeriments of Laboratory animal – 
National Research Council, 1995) 
Necessidades de Carboidratos para Ratos 
Ácido linolênico (omega- 3): requerimentos dietéticos não 
estão totalmente determinados. A maioria das dietas 
possuem de 4 a 6%. 
O NRC, (1995) recomenda 5%. 
 
Razão entre n:6-n:3 1:6 
Polinsturado:saturado ≈4 (Reeves, J. Nutr. 123: 1939-
1951, 1993) 
Fontes de ácidos graxos essenciais e vitaminas lipossolúveis. 
Omega -6 (linoléico); essencial na formação das membranas 
celulares e fonte de prostaglandinas. Dietas: de 6.0 a 3.0g/kg. 
Necessidades de Lipídios para Ratos 
Assim como os humanos, os ratos não digerem as fibras, 
mas realizam fermentação no ceco e colo (15 a 60% da 
celulose é degradada) . 
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Recomendação da AIN 5g/100g de dieta 
Necessidades de Fibras para Ratos 
Classificação das 
dietas. 
Forma física 
Grau de 
refinamento 
Tipos de dietas 
1. Dieta proveniente de produtos 
naturais 
Correspondem aquelas formuladas 
com produtos agrícolas e seus 
subprodutos (ex: grãos de trigo, 
milho, farinhas de peixe , feijão soja, 
farelos, etc, ). 
Vantagens das Dietas Naturais 
 
-Podem retratar mais fielmente o consumo humano; 
- São mais palatáveis; 
- São mais baratas. 
Desvantagens das Dietas Naturais: 
 
- A variação da composição dos ingredientes naturais pode 
gerar alterações nas quantidades de nutrientes; 
 - Menor biodisponiblidade de nutrientes; 
- Difícil controle da interação entre os constituintes alimentares. 
- Mais trabalho para elaborar e adequar os nutrientes. 
1. Dieta proveniente de produtos 
naturais 
Tipos de dietas 
2. Dieta Purificadas 
Tipos de dietas 
ex: 
- Fonte de proteína: caseína e proteína isolada de soja ; outros 
- Fonte de Carboidratos: Açúcar e amido; 
- Fonte de fibras: Celulose; 
- Fonte de lipídios e ácidos graxos essenciais: Óleo vegetal 
- Fonte de vitaminas e minerais: Mistura química de sais 
inorgânicos e vitaminas. 
Formuladas com ingredientes 
refinados e de quantidade 
limitada. Geralmente são puros 
e/ou de baixa variabilidade 
Vantagens: 
- Ideais para investigar a interação entre nutrientes; 
- Melhor controle da composição nutricional; 
- Menor potencial de contaminação; 
- A fonte do nutriente não é variável; 
- Amplamente aceita; 
 Desvantagens: 
-São mais caras que as naturais; 
- Não retratam em sua maioria o consumo humano; 
- São menos palatáveis. 
2. Dieta Purificadas 
Tipos de dietas 
- Usadas em estudos com rigoroso controle sobre a concentração de 
nutrientes. 
- Utiliza-se componentes elementares (ex; aminoácidos, carboidratos 
específicos, ácidos graxos essenciais, mix vitamínico e mineral definidos. 
Vantagens: 
- Alto controle do estudo de nutrientes específicos; 
- Ideais para uso em animais germ-free e estudos imunológicos com controle 
de antígenos alimentares; 
- A fonte do nutriente é única 
Desvantagens: 
- Pode ter sua biodisponibilidade de nutriente alterada em função do 
armazenamento e da oxidação; 
- Custo elevado. 
3. Dietas quimicamente definidas (elementares) 
Tipos de dietas 
AIN- (AMERICAN INSTITUE OF NUTRITION) -INSTITUTO 
AMERICANO DE NUTRIÇÃO, 1973 
Comissão criada com o objetivo de identificar padrões 
dietéticos para estudos nutricionais com animais (roedores) de 
laboratório 
Porque padronizar as dietas para animais de laboratório? 
 
Reduzir a variação inerente as dietas e facilitar a interpretação 
de resultados entre experimentos e laboratórios. 
Objetivo da comissão: Estabelecer diretrizes que auxiliariam 
pesquisadores a se sentirem mais seguros em relação aos 
aspectos nutricionais dos seus estudos. 
Em 1977... 
AIN – 76 AIN – 76A (1982) 
... Utilizada extensivamente e bem aceita na comunidade científica ... 
Composição da AIN-76 
Caseína 
Metionina 
Amido de milho 
Sucrose 
Fibra 
Óleo de milho 
AIN-76 mix mineral 
AIN -76 mix vitamínico 
Bitartarato de colina 
20 
0,3 
15 
50 
5,0 
5,0 
3,5 
1,0 
0,2 
Componentes % 
AIN – 76A: 
Aumento na 
concentração 
de vitamina K 
 
Problemas técnicos e nutricionais com a dieta ... 
(AIN-76A) 
HIPERLIPIDEMIA 
LESÕES HEPÁTICAS 
NEFROCALCINOSES 
 REQUERIMENTOS DE 
COBRE 
Workshop, 1989: Discussão da composição da dieta AIN-76 
AIN-93 
AIN-93 G AIN-93 M 
Roedores no período de: 
- Gravidez 
- Lactação 
- Crescimento 
(Desmame até 50 dias); 
Fase de manutenção 
dos roedores 
Características acerca da AIN – 93 
- Ingredientes purificados; 
 
- Estão de acordo ou excedem os requerimentos 
nutricionais do Conselho Nacional de Pesquisa (1978); 
 
- Larga aplicabilidade; 
 
- Ingredientes disponíveis com custo razoável; 
 
- Composições reproduzíveis; 
 
Modificações para a criação da dieta AIN-93: 
 
 O óleo de soja foi adicionado no lugar de óleo de milho para 
aumentar a concentração do ácido linolênico; 
 
-Ácido graxo Linoléico (w-6): Linolênico (w-3): 1:6 
- Ácido graxo Poliinsaturado: saturado: 2:1 
 
Obs.: O óleo de soja é a gordura que mais se aproxima destes 
critérios: 
- 14% de AG saturado; 
- 23% AG monoinsaturado;- 51% AG linoléico; 
- 7% AG linolênico; 
- Ácido graxo Linoléico (w-6): Linolênico (w-3): 7 
- Ácido graxo Poliinsaturado: saturado: aproximadamente 4 
 
 
DL-metionina foi substituído por L-cistina; 
 
 
 
 
Celulose: 90-95% de polpa de madeira, 5-10% de 
hemicelulose e 5% de umidade 
 
O fósforo total foi reduzida para eliminar os problemas de 
rim de calcificação em ratas (relação cálcio: fósforo); 
 
Modificações para a criação da dieta Ain-93: 
Metionina Cistina 
Manganês foi reduzida a 1/5 da quantidade original (Garante o 
crescimento dos animais); 
 
 
Selênio: Forma de selenato (Não causa oxidação dos outros 
componentes dietéticos) e é absorvido mais rapidamente. 
 - Proteção contra degeneração da retina dos ratos machos; 
 - Atividade das enzimas antioxidantes; 
 
Elementos Ultratraços: cromo, fluoreto, boro, vanádio, arsênico, 
níquel, lítio e estanho (deficiência: Atraso no crescimento, compromete 
a performance reprodutiva); 
Modificações para a criação da dieta Ain-93: 
O aumento da vitamina A, vitamina K e B-12;