• Тази статия е актуализирана
  • Поправката към тази статия е публикувана в Nutrition & Metabolism 2018 15: 23

Резюме

Диетите, използвани за предизвикване на метаболитни заболявания, обикновено са с високо съдържание на мазнини и рафинирани въглехидрати и, което е важно, обикновено се правят с рафинирани, пречистени съставки. Въпреки това изследователите често използват като контролна диета нискомаслена диета на основата на зърно (GB), съдържаща нерафинирани съставки. Подобно сравнение между два напълно различни вида диети прави невъзможно да се правят заключения относно фенотипните разлики, обусловени от диетата. Въпреки че много разлики в състава могат да обяснят това, една основна разлика, която може да има най-голямо въздействие между GB и пречистените диети, е съдържанието на фибри, както по отношение на нивото, така и по отношение на състава. Ще прегледаме последните данни, показващи как разликите във фибрите между диетите на GB и пречистените диети могат значително да повлияят на здравето на червата и микробиотата, което само по себе си може да повлияе на развитието на метаболитни заболявания. Изследователите трябва да обмислят внимателно контролната диета, за да използват по най-добрия начин ценните експериментални ресурси.

Перспектива

Животинските модели са били и продължават да бъдат решаващи за разбирането на етиологията на метаболитните заболявания при хората. Една от причините е, че подобно на хората, метаболитните заболявания при лабораторните животни могат да бъдат предизвикани чрез диета. За разлика от човешката клинична работа, изследователите имат възможност внимателно и лесно да контролират околната среда на животното, което трябва да включва диетата. За съжаление има значителен брой проучвания, в които се използват неправилно съчетани експериментални и контролни диети. Такива несъответстващи диети възпрепятстват способността на изследователя да прави полезни изводи от това, което иначе са добре проектирани, базирани на хипотези изследвания. Един повтарящ се пример е сравнението на дефинирана диета с пречистени съставки с нещо, което често се нарича „нормална чау-чау“ или „стандартна лабораторна чау-чау“, което обикновено се отнася до диета на зърнена основа (GB) (вж. Таблица 1). Терминът „нормална чау“ е приблизително толкова полезно описание за диета, колкото „нормална мишка“ за животно. В допълнение, „нормален чау“ предполага, че 1) всички чау имат последователен и известен състав и 2) използването на чау като контролна диета е винаги приемливо, нито едно от двете не е вярно.

В това есе нашата цел е да научим изследователите, че диетата в лабораторните животни трябва да бъде правилно контролирана и докладвана, за да могат да се правят валидни заключения. Използването на неправилни диети за контрол при изследване на метаболитни заболявания и липсата на адекватни описания на диетите в публикации е обсъждано по-рано [1,2,3,4,5,6]. Преразглеждането на тази тема обаче е от решаващо значение и навременно предвид 1) значителния и широко разпространен интерес към ролята на чревния микробиом за здравето и заболяванията и 2) безспорните ефекти на диетата върху активността на чревните микроби и популациите. За да разберем защо сравняването на тези различни видове диети не е добра наука, нека първо дефинираме тези диети.

Сложността на диетичните съставки на GB може да обърка интерпретацията на данните

GB диетите, които често и за съжаление се наричат ​​неясно като „нормална чау“, „нормална диета“ или „стандартна диета“ в повечето публикации, се правят със зърнени и зърнени съставки и странични животински продукти. Тези нерафинирани съставки включват „смляна царевица“, „смляна пшеница“, „смлян овес“, „рибно брашно“, „люцерна брашно“, „бирена сушена мая“ и „животинска мазнина, консервирана с BHA“. Тези съставки съдържат множество хранителни и нехранителни вещества и нивото им на включване в диетите на GB (т.е. формулата) е не само „затворено“ (пазено в тайна от изследователската общност), тъй като се счита за собственост, но самата формула може да варира във времето в зависимост от промените в нивата на хранителни вещества в основните съставки. Освен това към тези диети се добавят витаминни и минерални премикси, които допълват неизвестните нива на микроелементи, присъщи по същество от други съставки, а в някои случаи надвишават очакваното изискване [7]. Едната положителна страна е, че диетите с GB са евтини и се използват от началото на лабораторните изследвания върху животни. Освен това обикновено се счита, че поддържат здравословен фенотип при животното (макар че може да се твърди „в сравнение с какво?“).

Въпреки това, съставките, използвани в диетите на GB, са и тяхната ахилесова пета. Степента, до която тези съставки се обработват и местата и условията на тяхното събиране могат да бъдат източник на промяна в хранителните и нехранителните вещества (като нивата на фитоестроген), които те съдържат [8,9,10]. Следователно, GB диетите могат да варират значително от партида до партида, от формулировка до рецептура и сред различните производители. Докато варирането само в съдържанието на хранителни вещества трябва да накара изследователя да преразгледа използването на GB диета, наличието и непостоянството на нехранителни вещества (които обикновено не са изброени на етикета за хранителни стойности) в тези диети допълнително добавя към тези опасения. Възможно е това да неволно да промени изследователския въпрос, зададен в проучването, да доведе до повече време и пари.

За разлика от диетите на GB, диетите с пречистени съставки (наричани още пречистени диети, полупречистени диети) използват силно рафинирани съставки (казеин, царевично нишесте, захароза, целулоза, соево масло и др.), Всяка от които по същество съдържа едно основно хранително вещество и малко до нехранителни химикали. В резултат на това тези диети са добре дефинирани и имат минимална вариабилност между партидите [21]. Всъщност чрез използването на диети с пречистени съставки първо бяха очертани нуждите от хранителни вещества за лабораторните животни. Освен това формулите са „отворени“ и не се пазят в тайна от научната общност. Никоя диета не е без недостатъци и добър пример за необходимото „подобрение“ в пречистените диети е включването на източник (и) от разтворими фибри за здравето на червата. Като каза това, сред учените, подготвени за хранене, пречистените диети се считат за „по-чист“, по-контролиран избор на диета в сравнение с диетите на GB [4, 7, 21]. Познаването на присъщите разлики между диетите на GB и пречистените диети позволява на изследователя да проектира добре тяхното проучване на диетата и да прецени документи, в които животните, хранени с пречистени диети, са сравнявани директно с тези, хранени с GB диети.

използване

Сравнение на диетите в последните научни публикации. Кръгова диаграма, показваща процента на 69 оценени публикации (използвайки термини за търсене „мишка с високо съдържание на мазнини“), които използваха подходящи сравнения на диетите (19%), които сравняваха диетите GB и пречистените диети с високо съдържание на мазнини (41%) и които не предоставиха достатъчно информация за оценяват видовете диети, които се използват (41%). Разгледаните списания са Cell Metabolism (7 статии), Cell (1 статия), Science (1 статия), Journal of Clinical Investigation (15 статии), Nature (3 статии), Nature Medicine (4 статии) и Diabetes (първата 38 от 188 статии)

Интересното е, че авторите на скорошна публикация [22] сравняват храненето на диета с ниско съдържание на мазнини GB, пречистена диета с високо съдържание на мазнини и пречистена диета с ниско съдържание на мазнини с мишки C57Bl/6J. Тъй като не откриха разлики в телесното тегло, глюкозния толеранс, адипокините или тревожното поведение между GB или пречистена диета с ниско съдържание на мазнини, те стигнаха до заключението, че „чау (диета GB) може да се използва като подходяща контролна диета в проучвания, изследващи ефектите на хроничен прием на диета с високо съдържание на мазнини върху фенотипни, метаболитни и поведенчески промени “. Според нас това е надхвърлящо и подвеждащо твърдение, като се има предвид, че тяхното проучване, както и всяко друго, беше ограничено в обхвата на измерваните крайни точки. В своето проучване те откриват разлики в нивата на липидите в плазмата между GB и пречистените диети с ниско съдържание на мазнини, нещо, което признават, че може да се дължи на разликите в диетичните фибри между тези видове диета. Авторите обаче не успяват да отбележат, че разликите в диетичните фибри могат (и въз основа на данни от литературата, ще) засягат морфологията на червата и микробиома, област на интензивни изследвания. Това подчертава подходяща, но пренебрегвана объркване, която се появява всеки път, когато диета с високо съдържание на мазнини се сравнява с диета GB: изключително различните видове фибри и концентрации между тези видове диета.

Има все повече доказателства, че връзката между диетата и метаболитните заболявания е ориентирана към червата. Връзката между червата и наддаването на тегло е установена от Turnbaugh et al. [23], които наблюдават, че слабите, без микроби мишки придобиват повече затлъстяване, след като са били обезцелени с цекална микробиота от затлъстяване ob/ob мишки в сравнение с тези, обезвредени с микробиота от постни мишки. Драматични промени в някои бактериални видове могат да настъпят в рамките на един ден след преминаване от „диета с ниско съдържание на мазнини, основана на растителен полизахарид“ (неопределена GB диета) към диета с високо съдържание на мазнини, пречистена и това се стабилизира само след 7 дни [24]. Тези интригуващи открития предполагат бърз и мощен ефект на диетата върху променящата се микробиота, която предшества развитието на метаболитно заболяване. Въпреки че тези проучвания допринасят значително за нашето разбиране за ролята на чревната микробиота върху метаболитните заболявания, фактът, че описанията на диетите са ограничени, намалява нашето разбиране за това кои диетични фактори са важни за наблюденията.

Фибри: X фактор в GB диетите, който е пренебрегнат

От многото разлики между диетите на GB и пречистените съставки, може би нивото и видът на диетичните фибри са най-важните по отношение на чревния микробиом. Влакната обикновено могат да бъдат класифицирани като разтворими или неразтворими и има различни видове. Бактериалната ферментация на разтворими фибри освобождава късоверижни мастни киселини (SCFA), които са основен доставчик на енергия за колоноцитите и се смята, че осигуряват и други предимства, включително предотвратяване на диета, предизвикано от затлъстяване, намалено съхранение на мастната тъкан и подобрено действие на инсулина [25] . Увеличаването на SCFA може да промени рН на червата, което от своя страна може да намали популациите от патогенни, чувствителни към рН бактерии. За разлика от тях неразтворимите фибри обикновено се считат за неферментиращи и следователно не насърчават бактериалния растеж в червата и свързаните с тях ефекти [26]. Предвид тези важни разлики във фибрите, изследователите, работещи в областта на чревната микробиота, трябва да се обучават относно нивото/вида на фибрите в диетите, които се хранят на техните животни.

Какво тогава са специфичните разлики в съдържанието на фибри между диетите на GB и пречистените съставки? Суровите фибри в търговските диети с GB обикновено се отчитат на 5–6%, но в действителност общото ниво на фибри в търговските диети на GB варира много повече и общите нива са около 15–25% (

Много публикации показват полезните ефекти от добавянето на разтворими фибри към пречистените диети за подобряване на здравето с помощта на модели на гризачи. Например, в контекста на диети с пречистени съставки, добавянето на пречистени източници на разтворими фибри, включително инулин, фруктоолигозахариди и пектин, може да подобри морфологията на червата [35,36,37,38] и да намали телесното тегло и затлъстяването спрямо неразтворимата целулоза [30, 38, 39] при плъхове и мишки. В допълнение, други влакна, включително тези, класифицирани като хемицелулоза (които са в GB диети), като ксилани, глюкани и манани, могат да подобрят морфологията на червата [40] и да намалят затлъстяването, възпалението и да подобрят толерантността към глюкозата, като всичко това е свързано с подобрена бариерна функция на лигавицата [41]. Следователно, ако човек желае да формулира основна пречистена контролна диета, която да позволи на гризачите да имат подобрен здравен профил на червата и метаболизма, една лесна стратегия за постигането на това е използването на пречистени разтворими източници на фибри. Това би позволило на изследователя да има по-добра способност да контролира фенотипни разлики в рамките на дадено проучване и от проучване на проучване, което не би било възможно при използване на GB диета, която съдържа сложен (и вероятно променлив) набор от фибри.

Правилният експериментален дизайн трябва да включва разбиране на хранителните компоненти и техния потенциален ефект върху интерпретативността на данните. Диетата не е „само храната“, а ключов фактор на околната среда, който може и ще повлияе на фенотипа на животните. Предвид неотдавнашния мандат на NIH да „подобри възпроизводимостта на резултатите от научните изследвания чрез повишена научна строгост и прозрачност“ в заявленията за безвъзмездна помощ [42], изследователите трябва да положат усилия за оптимизиране на дизайна на изследването по отношение на хранените диети. Това ще използва по най-добрия начин средствата за финансиране, ще ни позволи да направим валидни заключения от тези данни и ще разширим нашите колективни познания за тези модели на заболяванията. В крайна сметка тези начинания ще ни помогнат да постигнем целта си: лечението и профилактиката на човешкото метаболитно заболяване.