Peter H Bisschop, Jesse de Metz, Mariëtte T Ackermans, Erik Endert, Hanno Pijl, Folkert Kuipers, Alfred J Meijer, Hans P Sauerwein, Johannes A Romijn, Диетичното съдържание на мазнини променя медиирания от инсулина метаболизъм на глюкозата при здрави мъже, The American Journal of Клинично хранене, том 73, брой 3, март 2001 г., страници 554–559, https://doi.org/10.1093/ajcn/73.3.554

медиирания

РЕЗЮМЕ

Заден план: Високият хранителен прием на мазнини участва в патогенезата на инсулиновата резистентност.

Обективен: Целта беше да се сравни ефектът на различните количества хранителни мазнини върху чернодробната и периферната инсулинова чувствителност.

Дизайн: Шест здрави мъже бяха проучени на 3 пъти след консумация в продължение на 11 дни диети с идентично съдържание на енергия и протеини, но различни проценти на енергия като мазнини и въглехидрати, както следва: 0% и 85% [диета с ниско съдържание на мазнини и високо съдържание на въглехидрати (LFHC)], 41% и 44% [диета със средно съдържание на мазнини, междинни въглехидрати (IFIC)] и 83% и 2% [диета с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на въглехидрати (HFLC)]. Инсулиновата чувствителност е количествено определена с помощта на хиперинсулинемична евгликемична скоба (плазмена концентрация на инсулин: ≈190 pmol/L).

Резултати: По време на хиперинсулинемия ендогенното производство на глюкоза е по-високо след диетата с HFLC (съответно 2,5 ± 0,3 μmol · kg −1 · min -1; P -1 · min -1). Съотношението между хранителните мазнини и въглехидратите няма недвусмислени ефекти върху стимулираното от инсулина усвояване на глюкоза. За разлика от това, стимулираното от инсулин обезвреждане на глюкоза има тенденция да се увеличава във връзка с увеличаване на съотношението на мазнините към въглехидратите, от 14,8 ± 5,1 на 20,6 ± 1,9 до 26,2 ± 2,9 μmol · kg −1 · min −1 (P - 1 · мин -1, съответно (P

ВЪВЕДЕНИЕ

Следователно, ние изучихме ефектите на 3 енергийни диети, представляващи широк диапазон на мастното съдържание (от 0% до 83% от енергията) върху инсулиновата чувствителност при 6 здрави мъже. Използвахме хиперинсулинемична, евгликемична скоба, за да произведем плазмени концентрации на инсулин от 200 pmol/L, за да определим както чернодробната, така и периферната инсулинова чувствителност.

ПРЕДМЕТИ И МЕТОДИ

Субекти

Субектите са 6 здрави мъже на възраст 29–55 години с индекс на телесна маса (в kg/m 2) от 21–26. Субектите са в добро здраве, нямат фамилна анамнеза за диабет и не използват лекарства. Всички субекти бяха наети от болнични служители и участваха поради техния специален интерес към тази област на изследване. Всички субекти дадоха писмено, информирано съгласие и проучването беше одобрено от Медицинския етичен комитет на Академичния медицински център.

Диети

Субектите са изучавани 3 пъти, всеки път, след като са консумирали различна диета в продължение на 11 дни. Експериментите във всеки обект бяха разделени с интервал от 8-10 седмици, през което време субектите възобновиха обичайните си диети. Последователността на 3-те проучвания се определя чрез балансирано разпределение. Трите диети се състоят от течни формули, съдържащи идентични количества протеин (15% от енергията) и идентичен протеинов състав. Диетите са направени по поръчка (Nutricia, Zoetermeer, Холандия). Диетата с ниско съдържание на мазнини и високо съдържание на въглехидрати (LFHC) осигурява 0% енергия като мазнини и 85% енергия като въглехидрати; диетата със средно съдържание на мазнини и междинно въглехидрати (IFIC) осигурява 41% енергия като липиди и 44% енергия като въглехидрати; а диетата с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на въглехидрати (HFLC) осигурява 83% енергия като липиди и 2% енергия като въглехидрати. Съотношението на наситени към мононенаситени към полиненаситени липиди е 2: 2: 1 за 2-те диети, съдържащи мазнини и всичките 3 диети съдържат ≈15 g фибри.

Енергийните нужди на всеки субект бяха оценени от диетолог с помощта на 3-d диетичен дневник. Течните ястия с предварително определени количества енергия се консумират в 6 фиксирани часови точки всеки ден между 0800 и 2130 за 11 дни. Съответствието с диетите се оценява чрез измерване на дихателния коефициент, който отразява съотношението на въглехидратите към приема на мазнини (6). Дихателните коефициенти се измерват след 10 и 11 дни от експерименталната диета, след еднодневно гладуване. Субектите, въздържали се от консумация на алкохол по време на експерименталните диети и физическата активност, бяха ограничени до обичайните ежедневни дейности. В допълнение към диетите, на субектите било позволено да пият само вода ad libitum.

Протокол

Непряка калориметрия

Консумацията на кислород (V̇O2) и производството на въглероден диоксид (V̇CO2) се измерват с техниката с вентилирана качулка (модел 2900; Sensormedics, Anaheim, CA). V̇ и V̇CO2 се измерват непрекъснато при базални концентрации на инсулин от 1130 до 1200 и между 180 и 210 минути след започване на хиперинсулинемичната евгликемична скоба. Средните скорости на V̇ и V̇CO2 от 1140 до 1200 и между 190 и 210 минути хиперинсулинемия са използвани за изчисляване на окисляването на глюкозата и мазнините, както е описано по-долу.

Газова хроматография – мас спектрометрия

Плазмени проби за обогатяване с глюкоза на [6,6-2 Н2] глюкоза бяха депротеинизирани с метанол (9). Алдонитрил пентаацетатното производно на глюкозата (10) се инжектира в газова хроматографска система с масспектрометър (газов хроматограф HP 6890 серия II, оборудван с инжектор с разделен сплит и моделен селективен детектор на HP 5973; Hewlett-Packard, Palo Alto, CA ). Разделянето беше постигнато на DB17 колона (30 m × 0.25 mm, дебелина на филма 0.25 μm; J&W Scientific, Folsom, CA). Глюкозата се наблюдава при съотношение маса-заряд 187, 188 и 189. Във всяка серия бяха измерени 3 контролни проби с известни обогащения за контрол на качеството. Обогатяването на глюкозата се изчислява чрез разделяне на площта на връх маса до заряд 189 на обща площ на пика. Ксилозата се използва като вътрешен стандарт за измерване на концентрациите на глюкоза.

Аналитични процедури

Концентрацията на инсулин в плазмата се определя чрез радиоимуноанализ (Insulin RIA 100; Pharmacia Diagnostic AB, Упсала, Швеция) с CV за интраанализ 3–5%, CV за междуопит 6–9% и граница на откриване 15 pmol/L. Мастните киселини в серума са измерени с ензимен метод (NEFAC; Wako Chemicals GmbH, Neuss, Германия) с CV за вътрешно изследване 2–4%, CV за взаимодействие 3–6% и граница на откриване от 0,02 mmol/L.

Изчисления и статистика

Цялостните ефекти от диетите се анализират при базални концентрации на инсулин и поотделно по време на хиперинсулинемия, като се използва тестът на Фридман, който е непараметричен еквивалент на двупосочен вариантен анализ. Когато стойността на Р беше Таблица 1. Базалното производство на ендогенна глюкоза беше обратно свързано със съдържанието на мазнини в храната. Инсулинът намалява ендогенното производство на глюкоза във всички диетични групи, но е по-малко ефективен след HFLC диета (P = 0,002).

Ендогенно производство на глюкоза при базални концентрации на инсулин и по време на индуцирана от еугликемична хиперинсулинемична скоба хиперинсулинемия и относително потискане на ендогенното производство на глюкоза в сравнение с базалните стойности от инсулин при здрави мъже след консумация на ниско съдържание на мазнини, с високо съдържание на въглехидрати; междинни мазнини, междинни въглехидрати; и диети с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на въглехидрати за 11 d 1

. Ендогенно производство на глюкоза . Състояние. Ниско съдържание на мазнини. Междинна мазнина. Високо съдържание на мазнини .
μmol · kg −1 · min −1
Базална концентрация на инсулин 13,0 ± 0,7 a 11,4 ± 0,4 b 9,7 ± 0,4 c
Хиперинсулинемия 1,2 ± 0,4 a 1,7 ± 0,3 a 2,5 ± 0,3 b
Потискане на ендогенното производство на глюкоза (%) 91 ± 3 a 85 ± 2 а 74 ± 3 b
. Ендогенно производство на глюкоза . Състояние. Ниско съдържание на мазнини. Междинна мазнина. Високо съдържание на мазнини .
μmol · kg −1 · min −1
Базална концентрация на инсулин 13,0 ± 0,7 a 11,4 ± 0,4 b 9,7 ± 0,4 c
Хиперинсулинемия 1,2 ± 0,4 a 1,7 ± 0,3 a 2,5 ± 0,3 b
Потискане на ендогенното производство на глюкоза (%) 91 ± 3 a 85 ± 2 а 74 ± 3 b

x ± ± SE; n = 6. Средствата подред с различни горни букви са значително различни, P

Ендогенно производство на глюкоза при базални концентрации на инсулин и по време на индуцирана от еугликемична хиперинсулинемична скоба хиперинсулинемия и относително потискане на ендогенното производство на глюкоза в сравнение с базалните стойности от инсулин при здрави мъже след консумация на ниско съдържание на мазнини, с високо съдържание на въглехидрати; междинни мазнини, междинни въглехидрати; и диети с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на въглехидрати за 11 d 1

. Ендогенно производство на глюкоза . Състояние. Ниско съдържание на мазнини. Междинна мазнина. Високо съдържание на мазнини .
μmol · kg −1 · min −1
Базална концентрация на инсулин 13,0 ± 0,7 a 11,4 ± 0,4 b 9,7 ± 0,4 c
Хиперинсулинемия 1,2 ± 0,4 a 1,7 ± 0,3 a 2,5 ± 0,3 b
Потискане на ендогенното производство на глюкоза (%) 91 ± 3 a 85 ± 2 а 74 ± 3 b
. Ендогенно производство на глюкоза . Състояние. Ниско съдържание на мазнини. Междинна мазнина. Високо съдържание на мазнини .
μmol · kg −1 · min −1
Базална концентрация на инсулин 13,0 ± 0,7 a 11,4 ± 0,4 b 9,7 ± 0,4 c
Хиперинсулинемия 1,2 ± 0,4 a 1,7 ± 0,3 a 2,5 ± 0,3 b
Потискане на ендогенното производство на глюкоза (%) 91 ± 3 a 85 ± 2 а 74 ± 3 b

x ± ± SE; n = 6. Средствата подред с различни горни букви са значително различни, P

Периферен метаболизъм на глюкозата

Диетичното съдържание на мазнини и въглехидрати не е имало недвусмислен ефект върху общото изхвърляне на глюкоза, стимулирано от инсулин (Фигура 1), но изхвърлянето на окислителна глюкоза е значително по-ниско след диетата с HFLC, отколкото след останалите 2 диети, както при базови концентрации на инсулин, така и по време на хиперинсулинемия. Неоксидативното изхвърляне на глюкоза по време на хиперинсулинемичната скоба има тенденция да се увеличава с увеличаване на съдържанието на мазнини в храната (P = 0,074 между диетите).

Средно (± SE) изхвърляне на обща, окислителна и неоксидативна глюкоза при базални концентрации на инсулин (□) и по време на хиперинсулинемия (▪) при 6 здрави мъже след консумация на ниско съдържание на мазнини, с високо съдържание на въглехидрати; междинни мазнини, междинни въглехидрати; и диети с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на въглехидрати за 11 дни. Средствата с различни горни букви са значително различни, P Фигура 2). Окислението на мазнините е значително по-ниско по време на хиперинсулинемия, отколкото при базовите концентрации на инсулин по време на диетите LFHC и IFIF, но няма значителна разлика между двете състояния по време на диетата HFLC.

Средно (± SE) окисление на мазнини при базални концентрации на инсулин (□) и по време на хиперинсулинемия (▪) при 6 здрави мъже след консумация на нискомаслени, високо въглехидратни; междинни мазнини, междинни въглехидрати; и диети с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на въглехидрати за 11 дни. Средствата с различни горни букви са значително различни, P 13). Тъй като ефектите на въглехидратния състав върху действието на инсулина остават да бъдат изяснени, трябва да се внимава, когато се правят обобщения относно диетите, консумирани от общата популация.

Ефектът от съдържанието на мазнини в диетата върху инсулиновата чувствителност по отношение на ефектите на инсулина върху изхвърлянето на глюкоза не е категоричен, тъй като инсулиновата чувствителност не се различава значително между диетите с високо и ниско съдържание на мазнини, въпреки че установихме максимална енергийна разлика в приема на мазнини . По този начин изглежда няма връзка между дозата и реакцията между диетичното (еуенергетично) съдържание на мазнини и периферната инсулинова чувствителност по отношение на ефектите на инсулина върху изхвърлянето на глюкоза. Нашите открития подкрепят представата, изразена в литературата, че хранителните мазнини не причиняват пряко периферна инсулинова резистентност по отношение на усвояването на глюкозата (2, 3, 20).

Въпреки че съдържанието на мазнини в храната не променя окончателно изхвърлянето на общата глюкоза, има забележими ефекти от съдържанието на мазнини в диетата както върху окислителната, така и върху неоксидативната глюкоза. По-високото съдържание на мазнини в храната води до повишено изхвърляне на неоксидативно глюкоза, стимулирано от инсулин, и намалено окисление на въглехидратите, което предполага, че инсулинът стимулира синтеза на гликоген по-ефективно, когато приемът на мазнини в храната се увеличи и приемът на въглехидрати намалее. Това се съгласува с увеличаването на активността на гликоген синтазата от инсулин, наблюдавано след консумацията на диети с високо съдържание на мазнини (3). За разлика от тях, диетата HFLC инхибира стимулиращите ефекти на инсулина върху окисляването на глюкозата. Следователно диетата с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на въглехидрати изглежда води до дисоциация по отношение на ефектите на инсулина върху окислителните и неокислителните глюкозни пътища.

Диетата с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на въглехидрати трябва да доведе до увеличаване на производството и окисляването на кетони. Кетоните, които се произвеждат, но не се окисляват, генерират дихателен коефициент 0, който има тенденция да намали общия дихателен коефициент и да доведе до подценени нива на окисляване на глюкозата. За да определим количествено потенциалния ефект, предизвикан от този метаболитен процес, измерихме количеството екскреция на 3-хидроксибутират с урината през последните 24 часа от диетата с HFLC (4,5 ± 1,4 mmol/24 h). Ако приемем, че това количество представлява количеството произведен 3-хидроксибутират, но не окислен, V̇O2 ще бъде надценен с 21, 22). По този начин, консумацията на диети с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на въглехидрати при здрави индивиди предизвиква поредица от адаптации в периферния метаболизъм на глюкозата и действието на инсулина, което води до щадене на глюкозата и презареждане на запасите от гликоген.

По време на консумацията на диети с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на въглехидрати, мазнините са основният източник на гориво, както се вижда от дихателния коефициент от ≈0,7. Подобен избор на гориво се случва по време на гладуване (23). Поради тази прилика беше от интерес да се сравнят ефектите на диетите с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на въглехидрати с известните ефекти на глада върху хормоналните и метаболитните промени. Както диетите с високо съдържание на мазнини, така и с ниско съдържание на въглехидрати намаляват концентрациите на инсулин, производството на базална глюкоза и окисляването на базалната глюкоза, докато и двете състояния увеличават липолизата. Освен това е известно, че и двете състояния намаляват стимулираното от инсулина окисление на глюкозата (24). За разлика от тези прилики, има и отчетливи разлики между ефектите на диетите с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на въглехидрати и глада. Например диетите с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на въглехидрати не предизвикват периферна инсулинова резистентност по отношение на усвояването на глюкозата и стимулират изхвърлянето на глюкоза без оксидация, докато гладуването намалява усвояването на глюкоза, медиирано от инсулин (24–26), и не увеличава изхвърлянето на глюкоза без окисляване (24 ). По този начин, въпреки че ефектите от диетите с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на въглехидрати и глада върху избора на базално гориво са сравними, ефектите са явно различни по отношение на стимулирания от инсулин метаболизъм на периферната глюкоза.

Приемът на високо съдържание на мазнини е свързан с инсулинова резистентност и диабет тип 2. При диабет тип 2 най-очевидният дефект в периферния метаболизъм на глюкозата е намаляването на стимулираното от инсулина усвояване на глюкоза (27), което води до намалена наличност на вътреклетъчната глюкоза. Следователно, както синтезът на гликоген, така и окисляването на глюкозата са нарушени при пациенти с диабет тип 2 (28). Когато транспортът на глюкоза беше експериментално увеличен до нормални концентрации (чрез хиперинсулинемия или хипергликемия), остана само нарушено окисление на глюкозата; синтезът на гликоген беше възстановен (29, 30). За разлика от констатациите за диабет тип 2, консумацията на диета HFLC в настоящото проучване не подтиска окончателно транспорта на глюкоза, стимулиран от инсулин. Въпреки че транспортът на глюкоза, измерен като изхвърляне на глюкоза, не е бил повлиян от високия прием на мазнини, окислението на глюкоза е ≈90% по-ниско след диетата с HFLC. Както бе споменато по-горе, глюкозното окисление също е нарушено при диабет, но не в същата степен (26-28%) (30). Следователно промените в медиирания от инсулин периферен метаболизъм на глюкозата, индуциран от диетата HFLC в настоящото проучване, се различават както качествено, така и количествено от тези, характерни за диабет тип 2.

В заключение, диетите с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на въглехидрати имат диференциално въздействие върху действието на инсулина. Диетите с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на въглехидрати нарушават действието на инсулина върху ендогенното производство на глюкоза, окисляването на глюкозата и вероятно липолизата, докато диетите с високо съдържание на мазнини и ниско съдържание на въглехидрати не влияят еднозначно върху действието на инсулина върху изхвърлянето на общата глюкоза и са склонни да подобряват действието на инсулина върху изхвърлянето на неоксидантна глюкоза. Въпреки големите различия в съдържанието на мазнини в изследваните диети, не можахме да установим връзка доза-отговор между съдържанието на мазнини в храната и всички аспекти на инсулиновата чувствителност. Забележително е, че в контекста на риска от диабет, 2 аспекта на глюкозната хомеостаза всъщност се подобриха след консумация на диетата с HFLC: намалено производство на базална ендогенна глюкоза и подобрено стимулиране на инсулин, стимулиращо изхвърлянето на глюкоза без оксидация. Това наблюдение може да се окаже критично при проектирането на бъдещи изследвания.