Резюме

Заден план

Проучванията върху животни показват, че диетите, съдържащи устойчиво нишесте (RS) на нива, които не са постижими в човешката диета, водят до по-ниско телесно тегло и/или затлъстяване при гризачи. Целяхме да определим дали RS дозозависимо намалява затлъстяването при плъхове, склонни към затлъстяване (OP) и устойчиви на затлъстяване (OR).

Методи

Плъхове мъжки Sprague – Dawley (н= 120) са били хранени с умерена мазнина, високоенергийна диета в продължение на 4 седмици. Плъховете, които са спечелили най-много тегло (40%), са класифицирани като склонни към затлъстяване (OP) и резистентни към затлъстяване (OR) плъхове са 40%, които са спечелили най-малко тегло. OP и OR плъховете бяха разпределени на случаен принцип в една от шестте групи (n = 8 за всеки фенотип). Едната група беше убита за измерване на изходните стойности, а останалите пет групи бяха разпределени на диети, базирани на AIN-93, които съдържаха 0, 4, 8, 12 и 16% RS (като високо амилозно царевично нишесте) в продължение на 4 седмици. Тези диети бяха съпоставени за общото съдържание на въглехидрати. На 0, 4 и 7 седмици от началото на проучването инсулиновата чувствителност се изчислява чрез оценка на хомеостазния модел на инсулинова резистентност (HOMA-IR) и затлъстяването се определя чрез двуенергийна рентгенова абсорбциометрия (DXA). На 8 седмици плъховете бяха евтаназирани и теглото на мастната тъкан, пуловете на чревната дигеста с къса верига на мастните киселини (SCFA) и плазмените нива на чревния хормон бяха определени.

Резултати

Плъховете, склонни към затлъстяване, натрупват по-малко тегло с 4, 12 и 16% RS в сравнение с 0% RS, но ефектът при ИЛИ животни е значителен само при 16% RS. Независимо от фенотипа, диетите, съдържащи ≥8% RS намаляват затлъстяването в сравнение с 0% RS. Приемът на енергия намалява с 9,8 kJ/d за всеки 4% увеличение в RS. Всички диети, съдържащи RS, повишават общите пулове SCFA в цекума и намаляват плазмените концентрации на GIP в сравнение с 0% RS, докато плазмените GLP-1 и PYY се увеличават, когато диетата съдържа поне 8% RS. Инсулиновата чувствителност не се влияе от RS.

Заключение

RS в количества, които биха могли да бъдат консумирани от хората, са били ефективни за намаляване на затлъстяването и увеличаването на теглото при плъховете OP и OR, отчасти поради намаляване на енергийния прием и промени в чревните хормони и ферментация на въглехидрати в дебелото черво.

Заден план

Глобалното нарастване на разпространението на захарен диабет тип 2 (T2DM) в индустриализираните страни създава много сериозен проблем за общественото здраве поради съпътстващите го усложнения. В Австралия, както и в много други страни, здравните власти целят стратегии за първична и вторична превенция, по-специално промяна в диетата, като средство за справяне с процъфтяващата епидемия T2DM [1]. Тъй като излишната затлъстяване (особено коремната) е силен рисков фактор, подходите, които намаляват затлъстяването, са особено ефективни при намаляване на разпространението на T2DM [2]. Драматично намаляване на риска от T2DM с поне 27% постоянно се показва, когато хората консумират по-високи нива на пълнозърнести храни и зърнени фибри [3]. Важното е, че данните показват, че ползите от метаболизма за здравето не зависят от намаляването на телесното тегло [3].

Това проучване има за цел да определи дали има дозова зависимост или прагов ефект от приема на RS (като HAMS) върху наддаването на телесно тегло, затлъстяването и чувствителността към инсулин както при плъхове, склонни към затлъстяване (OP), така и при резистентни към затлъстяване (OR). Моделът на затлъстели плъхове, индуциран от диетата, имитира в голяма степен основните промени, наблюдавани при затлъстели хора, по-специално, при което само част от животните развиват инсулинова резистентност и дислипидемия [9]. Вторичните цели бяха да се определи дали ферментацията на RS в дебелото черво е свързана с промени в нивата на плазмените хормони в червата и дали те корелират с затлъстяването.

Методи

Плъхове и диети

Девет седмици стари мъжки плъхове Sprague – Dawley (Средно ± SE, 319 ± 5 g, n = 120) са получени от Animal Resource Center, Западна Австралия. Плъховете бяха настанени на групи от 3-4 плъхове в клетки с телено дъно в стая с контролирано отопление и осветление (23 ° C с 12-часов цикъл светлина/тъмнина) и имаха свободен достъп до храна и вода. След пристигането плъховете бяха адаптирани към непречистена търговска диета за 1 седмица. Всички процедури, включващи животни, бяха одобрени от Комитета по научни и индустриални изследвания на Общността на храните и хранителните науки Етичен комитет по животните.

Предварително устойчива намеса на нишесте

Плъховете бяха снабдени с модифицирана диета AIN-93G [10], която съдържаше умерено количество мазнини в продължение на 4 седмици, за да предизвика затлъстяване (Таблица 1). След 3 седмици 40% от плъховете, които са спечелили най-много тегло, са класифицирани като OP, а 40% от плъховете, които са спечелили най-малко тегло, са класифицирани като OR. След още една седмица бяха избрани произволно 16 плъха (изходна група, съдържаща OP (н= 8) и ИЛИ (н= 8) плъхове) за изходни измервания на телесния състав и чревната дигеста. Останалите плъхове са разпределени произволно в една от петте групи за диетично лечение, съдържащи еднакъв брой (н= 8) от OP и OR плъхове.

Устойчива намеса на нишесте

Диетите се основават на формула AIN-93G [10] и съдържат нарастващи нива на HAMS (1043 National Starch, Сидни, Австралия) тип 2 RS (RS2) (Таблица 1). HAMS съдържа 91 g общо нишесте, 8 g влага, 0,2 g мазнини и 0,8 g протеин на 100 g. Царевично нишесте с ниско съдържание на амилоза (царевично нишесте Avon, Новозеландско нишесте, Окланд, Нова Зеландия) е използвано за балансиране нивата на нишесте в храната и съдържа 87 g общо нишесте, 0,7 g устойчиво нишесте, 11,9 g влага, 0,1 g мазнини и 0,3 g протеин на 100гр. Плъховете имаха свободен достъп до прахообразните диети, които бяха хранени в продължение на 4 седмици. Количествата RS в диетите, хранени като 0, 4, 8, 12 и 16 g/100 g диета. Тези нива се основават на HAMS, съдържащ 30% RS, както е определено по-рано от нас в проучвания върху свине и хора [12, 13].

При 0, 4 и 7 седмици от проучването плъховете бяха лишени от храна за една нощ (12 часа) и упоени, използвайки 40 mg/kg Zoletil (Virvac, Сидни, Австралия). Взета е кръв от опашната вена за определяне на концентрациите на глюкоза и инсулин, а анализът на телесния състав е извършен чрез двуенергийна рентгенова абсорбциометрия (DXA); Lunar Prodigy с версия на софтуера Encore 2007 11.40.004 (GE Medical Systems, Madison, WI). Извършено е сканиране на цялото тяло за измерване на телесно тегло, съдържание на костни минерали, телесни мазнини и чиста маса. Телесното тегло, измерено чрез DXA като сбор от чиста маса, съдържание на мазнини и минерали в костите, е с 1,1 ± 0,1% (n = 120) по-ниско от телесното тегло, измерено гравиметрично.

При 2 и 6 седмици от проучването приемът на диета се измерва чрез изолиране на плъхове в отделни клетки в продължение на 48 часа. Количеството на диетата, останало на 24 и 48 часа, се претегля и се изчислява средният дневен прием на диета. Средният дневен брутен енергиен прием се изчислява чрез умножаване на средния дневен хранителен прием по енергийната плътност на диетата. Количеството RS в грамове, консумирано от всеки плъх на ден за всяка диета, се изчислява чрез умножаване на средния дневен прием на храна (в g) за всеки плъх по количеството RS в диетата (в g на g). В последната седмица на изследването фекалните проби бяха събрани от плъхове веднага след дефекация и незабавно замразени при -20 ° C за анализ на мазнини.

В края на проучването плъховете се упояват с 5% изофлуран в кислород. Кръв се събира от коремната аорта, обработва се след 30 минути за получаване на плазма EDTA и се съхранява при -80 ° C, докато се анализира. Основните органи и мастната тъкан, включително мезентериална, епидидимална, ретроперитонеална и ингвинална мазнина бяха отстранени и претеглени. Висцералното тегло се отчита като сбор от теглата на мезентериалната, епидидималната и ретроперитонеалната мастна тъкан. Цекумът и дебелото черво се претеглят отделно и съдържанието им се отстранява и претегля. Определя се рН на дигеста (Activon, Мелбърн, Австралия) и проби се съхраняват при -20 ° C за SCFA анализ. Теглото на пълната цекума е използвано за коригиране на окончателното телесно тегло и наддаване на тегло, както е описано по-рано [6], за да се отчете увеличаването на цекалната тъкан и масата на дигеста с увеличаване на RS в диетата.

Кръвна биохимия

Плазмените концентрации на глюкоза, триглицериди и общ холестерол бяха измерени с помощта на стандартни ензимни набори на Roche (Roche Diagnostics Co) и плазмените неестерифицирани мастни киселини (NEFA) с помощта на комплект Randox. Тестовете бяха проведени с помощта на автоматичен анализатор BM/Hitachi 902. Плазменият инсулин на гладно и гладуващият GLP-1 (общо) са анализирани чрез ELISA (Millipore).

Концентрациите на инсулин, GIP, PYY и лептин в плаза на гладно, събрана при некропсия, се определят с помощта на мултиплексен комплект за хормон на плъхове (Millipore, St. Charles, MO) съгласно инструкциите на производителя. Профилирането на мултианалити беше извършено на работната станция Qiagen LiquiChip 200 и данните за флуоресценцията бяха анализирани с помощта на софтуера Qiagen LiquiChip Analyzer (версия 1.0.5). Подгрупа от проби от всяка група за диетично лечение (n = 8) се анализира в един цикъл на една плоча и средната променливост в рамките на теста варира от 8 до 14%.

Оценката на модела на хомеостазата за инсулинова резистентност (HOMA-IR) се изчислява от нивата на глюкоза и инсулин на гладно и се прилага следната формула, която е валидирана за използване при плъхове [14]. HOMA-IR = (плазмена глюкоза на гладно mg/dL x плазмен инсулин на гладно μU/ml)/2,430).

Дигеста и чернодробни анализи

Съдържанието на фекалиите и цекалите се дестилира и анализира за SCFA чрез газова хроматография, както е описано по-рано [15]. Общите отчетени нива на SCFA представляват сумата на основните (ацетат, пропионат и бутират) и незначителните SCFA (изобутринова, изовалерианова, валерианова и капронова).

Съдържанието на мазнини в черния дроб и фекалиите се извлича по модифицирания метод на Folch et al. [16]. Накратко, приблизително 1 g чернодробна тъкан и 0,5 g фекалии бяха лиофилизирани за 24 h, след което се смилаха на фин прах с помощта на хаванче. Прахът се подкислява с 25% НС1, хомогенизира се и след това се екстрахира два пъти с 2: 1 хлороформ: метанол. Екстрактите се сушат под азот и се претеглят. Чернодробната мазнина се изразява като процент от теглото на черния дроб. Ежедневната екскреция на фекални мазнини се изчислява чрез умножаване на процента на фекалните мазнини по дневното фекално мокро тегло, екскретирано за 24 часа.

статистически анализи

Данните са представени като средно аритметично и SEM за всяка лекувана група. Скоростта на растеж, данните за телесния състав (измерени чрез DXA) и данните за глюкозата на гладно, получени по време на фазата на лечение преди RS и интервенцията на RS, бяха оценени с помощта на многократно измерване на двупосочна ANOVA. За интервенцията на RS данните бяха анализирани като рандомизиран пълен блок дизайн с 2 x 5 факториална обработваща структура, използваща двупосочна ANOVA. Промяната в теглото на мастните накладки и общата маса на телесните мазнини бяха анализирани с помощта на енергиен прием като ковариативен. Значителните взаимодействия между RS и фенотипа бяха анализирани с помощта на двойни сравнения на прости основни ефекти и прилагане на корекция на Bonferroni за множество сравнения. При липса на взаимодействие разликата между леченията се оценява чрез post-hoc тест на Tukey. Използван е стандартен анализ на множествена регресия за оценка на корелациите между променливите и данните за енергийния прием са анализирани чрез стандартна линейна регресия. Тези анализи бяха извършени с помощта на SPSS версия 18.0 (SPSS Inc., Чикаго, САЩ). Стойност на P

Резултати

Предварително устойчива намеса на нишесте

Преди да започне диетата с умерена мазнина, OP плъховете бяха по-тежки от плъховете OR (P Таблица 2 Промяна в наддаването на телесно тегло, телесния състав и серумната биохимия на склонни към затлъстяване и устойчиви на затлъстяване плъхове след 4 седмици при умерена мастна диета

Устойчива намеса на нишесте

Диета, брутна енергия и прием на RS

OP плъховете в сравнение с плъховете OR консумират повече храна (OP; 25,5 ± 0,5, OR; 23,9 ± 0,3 g/d, P Таблица 3 Прием на диета и енергия, телесно тегло, тегло на черния дроб и съдържание на мазнини при плъхове, склонни към затлъстяване и устойчиви на затлъстяване, консумиращи диети с различни нива на устойчиво нишесте 1

Телесно тегло и състав

Ефектът на RS върху наддаването на телесно тегло зависи от фенотипа (P Фигура 1

зависи

Диетите на RS намаляват затлъстяването, независимо дали животните са с ОП или ИЛИ. След 3 седмици минимум 8% RS намаляват общите телесни мазнини в сравнение с 0% хранени с RS плъхове (Фигура 2). На 4 седмици имаше по-малко висцерална мазнина при плъхове при диети, съдържащи 8% или повече RS (Фигура 3). Това намаляване на висцералната мастна маса е сходно за всички места на висцералните мазнини, включително мезентериална мастна тъкан, епидидимална мастна тъкан и ретроперитонеална мазнина (данните не са показани). Висцералната мастна маса също е по-голяма при OP (4,7 ± 0,2% телесно тегло), отколкото при плъховете OR (3,8 ± 0,1% телесно тегло) (P Фигура 2

След 4 седмици на RS диети, плъхове, хранени с 8% или повече RS, имат висцерални и подкожни мазнини, подобни на изходните плъхове (висцерални мазнини, 3,9 ± 0,2% телесно тегло и подкожни мазнини 0,7 ± 0,06% телесно тегло). В сравнение с изходната група, групата с 0 и 4% RS е натрупала повече висцерални (0% RS, 62%, P Таблица 4 Тегло на дебелото черво и параметри на ферментация на плъхове, склонни към затлъстяване и устойчиви на затлъстяване, консумиращи диети с различни нива на устойчиво нишесте за 4 седмици 1

Количеството мазнини, отделяно с фекалиите, не се влияе от добавянето на RS към диетата или фенотипа на затлъстяването (Таблица 4).

Инсулинова чувствителност, липиди и чревни хормони

Количеството RS в диетата или фенотипа на затлъстяването не повлиява плазмените нива на гладно на глюкоза или инсулин или инсулиновата резистентност, както се определя от HOMA-IR (Допълнителен файл1: Таблица S1).

Включването на 8% RS или повече в диетата намалява плазмените концентрации на триглицериди и общия холестерол в сравнение с групата с 0% RS (Таблица 5). Плазмената концентрация на лептин е по-висока при ОП от плъховете OR (P Таблица 5 Плазмени липиди и чревни хормони на склонни към затлъстяване и устойчиви на затлъстяване плъхове след консумация на диети с различни нива на устойчиво нишесте в продължение на 4 седмици 1

Концентрациите на плазмените хормони в червата се влияят от нивото на RS в диетата, но не се влияят от фенотипа (Таблица 5). GLP-1 и PYY се увеличават, когато в диетата са включени минимум 8% RS (P

Дискусия

Храните, съдържащи RS, предизвикват по-ниски отговори на инсулина след хранене [34] и краткосрочната консумация на RS (15–40 g/d) от здрави, както и с наднормено тегло и затлъстяване подобрява инсулиновата чувствителност [21, 35, 36]. Проучванията при плъхове също показват постоянни положителни ефекти за RS върху постпрандиалния гликемичен и инсулинемичен отговор и чувствителността към инсулин на цялото тяло [37]. Ето защо беше изненадващо в настоящото проучване, че устойчивото нишесте дори при най-високото ниво на диетично включване не подобрява инсулиновата чувствителност на плъховете. Възможно е продължителността на диетата с умерени мазнини да е била твърде кратка или нивата на глюкоза и инсулин на гладно да не са били достатъчно чувствителни, за да се различат промените в чувствителността към инсулин. Хигинс и др. [38] показа, че плъхове, хранени с амилопектинова диета (с ниско съдържание на RS), развиват инсулинова резистентност (измерена чрез интравенозен тест за толерантност към глюкоза) след 3 месеца хранене, докато тези на амилозна диета (с висока концентрация на RS) развиват инсулинова резистентност след 6 месеца. Може да се наложи изпитване за хранене, значително по-дълго от 4 седмици, използвани в настоящото проучване, за да се изследват ефектите на дозовия отговор на резистентното нишесте върху подобряването на инсулиновата чувствителност.

Диетата с ниско съдържание на мазнини, използвана в настоящото проучване, не е представителна за типичната западна диета и може да е ограничила въздействието на RS при подобряване на чувствителността към инсулин. Andersson et al. [39] показа, че ниското съдържание на мазнини в диетата подобрява отрицателния ефект на високо гликемичната диета върху инсулиновата резистентност. В нашето проучване ниското ниво на хранителни мазнини е по-ефективно за понижаване на нивата на чернодробните мазнини, отколкото храненето с RS. Продължителността на интервенцията обаче е била само 4 седмици и може да е била твърде кратка, за да се наблюдава ефект на RS върху намаляването на хептичното съдържание на липиди.

Заключения

В обобщение, приемът на RS на нива, които могат да бъдат постигнати от хората, са били ефективни за намаляване на затлъстяването и увеличаване на теглото при плъхове, а също така са били склонни да намалят крайното телесно тегло. При по-ниските нива на диетични RS (4%) OP плъховете са спечелили по-малко телесно тегло в сравнение с плъхове, хранени с 0% RS, докато за плъховете OR са нужни по-високи нива на RS (16%), за да се ограничи наддаването на тегло. Тази разлика между фенотипа вероятно се обяснява с разликите в ферментацията на дебелото черво и заслужава допълнително проучване. Ролята на ферментацията на RS за намаляване на затлъстяването се подкрепя от положителните връзки между общите SCFA пукове на цекалната дигеста и хормоните на плазмените черва (GLP-1 и PYY), които са обратно свързани с общата телесна мастна тъкан и висцералната мастна маса. Въпреки че OP плъховете не развиват инсулинова резистентност, понижаването на плазмения GIP от всички диетични нива на RS е значително и заслужава по-нататъшно проучване при животински модели с нарушена инсулинова чувствителност.

Финансиране

Финансовата подкрепа беше предоставена от водещия флаг на CSIRO Food Futures.