Допринесе еднакво за тази работа със: Stine Hald, Anne Grethe Schioldan

ефекти

Отделение по хепатология и гастроентерология, Университетска болница в Орхус, Орхус, Дания

Допринесе еднакво за тази работа със: Stine Hald, Anne Grethe Schioldan

Отделение по ендокринология и вътрешни болести, Университетска болница в Орхус, Орхус, Дания

Отделение за наука и технологии за храните, Калифорнийски университет в Дейвис, Дейвис, Калифорния, Съединени американски щати

Отделение по хепатология и гастроентерология, Университетска болница в Орхус, Орхус, Дания

Отделение за наука за животните към Университета в Орхус, Tjele, Дания

Отделение по хепатология и гастроентерология, Университетска болница в Орхус, Орхус, Дания

Отделение за наука за животните към Университета в Орхус, Tjele, Дания

Отделение по ендокринология и вътрешни болести, Университетска болница в Орхус, Орхус, Дания

Отделение за наука и технологии за храните, Калифорнийски университет в Дейвис, Дейвис, Калифорния, Съединени американски щати

Отделение по ендокринология и вътрешни болести, Университетска болница в Орхус, Орхус, Дания

Отделение по хепатология и гастроентерология, Университетска болница в Орхус, Орхус, Дания

  • Stine Hald,
  • Ан Грета Шиолдан,
  • Мери Е. Мур,
  • Андерс Дайдж,
  • Helle Nygaard Lærke,
  • Йорген Агнхолт,
  • Кнуд Ерик Бах Кнудсен,
  • Келд Хермансен,
  • Мария Л. Марко,
  • Сорен Грегерсен

Фигури

Резюме

Диетични консултации, прием на енергия и спазване

Клиничен диетолог инструктира всеки субект в началото на двете интервенции. Въз основа на индивидуалните енергийни нужди е разработен диетичен план за поддържане на стабилно телесно тегло и за ограничаване на DF, с изключение на този, получен от ключовите храни. Субектите бяха помолени да поддържат редовния си начин на живот, включително физическа активност, навици на тютюнопушене, прием на алкохол и лекарства, през цялото проучване. Субектите бяха снабдени с електронни кухненски везни и контролни списъци на основните хранителни продукти, за да се гарантира спазването на диетата. Преди и по време на диетите, пациентите попълваха записи за храна в три последователни дни, един от които беше уикенд ден. Съставът на макроелементите от обичайните диети е изчислен от Master Dietist System версия 1.235 (2007) въз основа на Датската база данни на Националната администрация по храните. Съставът на макроелементите от интервенционните диети се изчислява като сбор от съставите на ключовите храни и това, което субектите са погълнали в допълнение към ключовите храни според хранителните записи. Предположихме, че субектите консумират всички доставени ключови храни. Липсват обаче данни от седем записа на храни (3 преддиети, 2 HCD и 2 WSD) поради недостатъчна регистрация.

Записване на стомашно-чревни симптоми и параметри на изпражненията

Вътрешно утвърден въпросник, базиран на проверени системи за оценяване и скали за оценка [31–34], беше използван за оценка на общото благосъстояние и стомашно-чревните симптоми. Пет стомашно-чревни симптоми (коремна болка, подуване на корема, къркорене, метеоризъм и гадене) и тяхната тежест, както и общото здравословно състояние и здравословни проблеми бяха оценени на визуални аналогови скали. Ние също така оценихме параметрите на изпражненията, като движение на червата, консистенция, порив и поява на слуз. Субектите са инструктирани да попълват въпросниците преди и след всяка диетична интервенция. Освен това те регистрираха броя и консистенцията на изпражненията през същите три дни, когато попълваха хранителните записи.

Вземане на проби от фекалиите и обработка

Фекалните проби бяха събрани с помощта на EasySampler® Stool Sample Collection (Alpha Laboratories Ltd, Hampshire, UK) преди и в края на всяка диетична интервенция. Пробите незабавно се съхраняват при -20 ° C и в рамките на 24 часа те се преместват на съхранение при -80 ° C, без да се размразяват.

Телесно тегло и процент на мазнини

Измерванията на обиколката на талията, телесното тегло (TANITA WB-100A КЛАС 111) и процента на телесните мазнини (Body Fat Monitor F306, OMRON, Hoofddorp, Холандия) бяха оценени преди и в края на всяка интервенция, когато субектите гладуваха, носеха един слой леки дрехи и току-що бяха изпразнили пикочния си мехур.

Химически анализи

Общите нива на RS в храните се определят по метода AOAC (AOAC Official Method 2002.02), както е описано от McCleary & Monaghan [35] и не-нишестени полизахариди (NSPs) в храни и изпражнения, както е описано от Bach Knudsen [36], с изключение на че киселинната хидролиза се извършва в 2 М H2SO4 за един час, вместо в 1 М H2SO4 за два часа. Когато анализираме двата източника на RS, сурово картофено нишесте и HI-MAIZE260®, с процедурата NSP, открихме, че фракция нишесте в HI-MAIZE260® издържа на желатинизация и хидролиза и беше анализирана като част от NSP фракцията. За да се избегне тази намеса, диметилсулфоксид (DMSO) се използва за разпръскване на RS [37] в NSP процедурата. Нивата на RS, изчислени с двата метода, бяха обозначени съответно като RSENZ и RSDMSO. Другите аналитични методи, използвани за характеризиране на химичния състав на хранителните продукти, са описани по-рано от Nielsen et al. [15]

Концентрациите на фекалните SCFA и други киселини, включително млечна киселина, се определят чрез газово-течна хроматография (HP-6890 Series Hewlett Packard Palo Alto, CA) според Jensen et al. [38] Общата концентрация на SCFA се изчислява като сумата на концентрациите на мравчена киселина, ацетат, пропионат, изобутират, бутират, изовалерианова и валерианова киселина, а концентрацията на разклонена верига на мастна киселина (BCFA) се изчислява като сумата на изобутирата и изовалериановата киселина концентрации.

Бактериална геномна екстракция на ДНК и секвениране на 16S rRNA гени

Геномната ДНК беше извлечена в два екземпляра от четири фекални проби на субект (преди и след консумация на WSD и HCD) с помощта на QIAamp Fast DNA Stool Mini Kit (Qiagen, Hilden, Германия). Приблизително 200 mg се отчупват от всяка проба без размразяване и се поставят директно в стерилни епруветки от 2 ml, съдържащи 16 ml QIAamp InhibitEx буфер и 300 mg циркониеви/силициеви топчета с диаметър 0,1 mm (Biospec Products, Bartlesville, Oklahoma, USA). Пробите бяха разклатени два пъти в продължение на 1 мин всеки път при 6.5 m/s в MP FastPrep-24 тъкан и клетъчен хомогенизатор (MP Bio, Санта Ана, Калифорния, САЩ) преди завършване на ДНК екстракциите и пречистванията, съгласно инструкциите на производителя за откриване на патогени. Концентрацията на ДНК се измерва с помощта на спектрофотометър NanoDrop (Thermo Scientific, Wilmington, Delaware, USA) и се разрежда до 20 ng/μL. Равни обеми на дублирани ДНК екстракции от всяка фекална проба се комбинират преди PCR амплификация.

Областта на 16S рРНК V4 се ​​усилва чрез PCR, като се използва баркодираният праймер F515 и R806. [39, 40] Амплификацията се извършва с помощта на Ex Taq ДНК полимераза (TaKaRa, Otsu, Япония) за 30 цикъла при 94 ° C за 45 секунди, 54 ° C за 60 секунди и 72 ° C за 30 секунди. PCR продуктите се пречистват с помощта на Wizard® SV Gel и PCR Clean-Up System (Promega, Madison, Wisconsin, USA), а обединените ампликони се секвенират с Illumina MiSeq в Genome Center DNA Technologies Core, University of California, Davis, Калифорния, САЩ.

Суровите последователности на FASTQ на Illumina бяха анализирани с помощта на софтуерния пакет Quantitative Insights Into Microbial Ecology (QIIME) версия 1.8.0. [41] Демултиплексирането и качественото филтриране бяха извършени с настройките по подразбиране, с изключение на това, че за качествено филтриране беше използван минимален среден качествен рейтинг от 30 вместо резултат по подразбиране от 25 и обратните последователности на грундовете бяха премахнати. Стратегията за бране на OTU с отворена референция в QIIME е използвана за избор на оперативни таксономични единици (OTU) с 97% идентичност на последователността към последователностите в базата данни Greengenes (версия 13_8) [42] и помежду си, според алгоритъма UCLUST. [43] OTU, подобни на хлоропластите или тези, които се намират в много ниско количество (Фигура 1. Тема на потока.

Диети, енергиен прием и антропометрични данни

Няма значителни разлики в енергийния прием (P = 0,75) на пациентите или консумацията на протеини (P = 0,91), мазнини (P = 0,82), въглехидрати (P = 0,36) или DF (P = 0,12) по време на два периоди на включване. Базовите характеристики и обичайният прием на макроелементи от първия период на въвеждане са показани в Таблица 2. Концентрацията на DF в ключовите храни е 64 g/ден за HCD и 18 g/ден за WSD (Таблица 1). По този начин субектите са увеличили общия си прием на DF от медиана от 18 g/ден (IQ 14–25 g/ден) на изходно ниво (Таблица 2) до медиана от 68 g/ден (IQ 66–75 g/ден) по време на HCD (P. 001) (Таблица 3), докато той остава стабилен, със средна стойност 21 (IQ 18–22) g/ден по време на WSD (P = 0.38) (Таблица 3). Основните храни осигуряват 7-кратна разлика в концентрацията на RS между WSD (2,8 g/ден) и HCD (20,7 g/ден) и почти 4,5-кратна разлика в концентрацията на AX между WSD (3,6 g/ден) и HCD (16,0 g/ден) (Таблица 3).

Енергийното съдържание е било с 12% по-високо в ключовите за WSD храни, отколкото в ключовите храни за HCD (Таблица 1) поради неочаквано високото съдържание на протеини в WSD хляба и тестените изделия в сравнение с еквивалентите на HCD (Таблица S1). Разликите в енергийните и хранителните съставки на основните храни са намалени, когато се вземе предвид общият хранителен прием (Таблица 3). Средната енергийна нужда на субектите е определена на 10 605 kJ (общ диапазон 7 992–13 402 kJ) на ден, а енергията от ключовите храни в HCD и WSD осигурява на субектите 44% и 50% от изчислената средна енергия нужди, съответно. Теглото на тестовете, обиколката на талията и процентите на телесните мазнини остават непроменени през цялото проучване (таблица S2).

Фекални характеристики и стомашно-чревни симптоми

Движенията на червата през тридневния период на регистрация се повишиха от медиана от 4 (общ диапазон 1–8) по време на WSD до 5 (общ диапазон 2–13) (стр. 01) по време на HCD. Консистенцията на фекалиите се различава значително (P = 0,02) между двете интервенции. Шестима субекти съобщават за запек по време на WSD в сравнение с един субект по време на HCD. Затрудненията със запека бяха адресирани чрез указания за повишен прием на вода и упражнения и не бяха необходими лаксативи.

Метеоризъм (P Таблица 4. Фекални остатъци от въглехидрати (% сухо вещество) през предпериодите и след консумация на здравословно-въглехидратна диета (HCD) в сравнение с диетата в западен стил (WSD).

Фекален микробен състав

Проведено е секвениране на 16S rRNA генни ампликони, за да се идентифицират микробните състави във фекални проби, събрани на изходно ниво и в края на интервенциите. Бяха получени средно 59 113 отчитания на последователността за всяка проба след качествено филтриране, включително средно 863 OTU на проба. Броят на наблюдаваните видове (алфа-разнообразие) е значително по-малък в изпражненията, събрани след HCD (средно 615 вида) в сравнение с тези, събрани след WSD (675 вида) (P Фиг. 2. Основен координатен анализ на претегления UniFrac стойности между фекални микробни общности.

Зелената и червената стрелки представляват бактериални съобщества съответно преди и в края на здравословната въглехидратна диета (HCD) и диетата в западен стил (WSD). Пунктираните линии свързват микробиотата, присъстваща по време на консумацията на двете основни диети за всеки индивид. B Графика на претеглените разстояния на UniFrac. Вътре-индивидуалните разстояния на микробиота са показани вляво, а между-индивидуалните разстояния са показани вдясно. * P Фигура 3. Графичен график на трансформираните в log2 гънки в относителното изобилие на таксони във фекалиите, събрани в края на консумацията на здравословна въглехидратна диета (HCD) в сравнение с тази на диетата в западен стил (WSD) ).

Само таксони, които са били значително засегнати от диетата (P Фиг. 4. Концентрации на фекални късоверижни мастни киселини (SCFA) и разклонени вериги на мастни киселини (BCFA).