Zhong Q. Wang

* Биомедицински изследователски център в Пенингтън, Отдел по хранене и хронични заболявания, Държавна университетска система в Луизиана

Аамир Зубери

* Биомедицински изследователски център в Пенингтън, Отдел по хранене и хронични заболявания, Държавна университетска система в Луизиана

Сиан Х. Джанг

* Биомедицински изследователски център в Пенингтън, Отдел по хранене и хронични заболявания, Държавна университетска система в Луизиана

Джакалин Макгован

* Биомедицински изследователски център в Пенингтън, Отдел по хранене и хронични заболявания, Държавна университетска система в Луизиана

Jianhua Qin

* Биомедицински изследователски център в Пенингтън, Отдел по хранене и хронични заболявания, Държавна университетска система в Луизиана

Син Йе

* Биомедицински изследователски център в Пенингтън, Отдел по хранене и хронични заболявания, Държавна университетска система в Луизиана

Лесли син

* Биомедицински изследователски център в Пенингтън, Отдел по хранене и хронични заболявания, Държавна университетска система в Луизиана

Qinglin Wu

** Композити/Проектирани дървени продукти, Център за развитие на горски продукти в Луизиана, Училище за възобновяеми природни ресурси, Държавен университет в Луизиана

Кун Лиан

*** Център за усъвършенствани микроструктури и устройства, Луизиански държавен университет, Батън Руж, LA 70808

Уилям Т. Чефалу

* Биомедицински изследователски център в Пенингтън, Отдел по хранене и хронични заболявания, Държавна университетска система в Луизиана

Резюме

Въведение

Многобройни проучвания са изследвали ефектите на макронутриентите, т.е. хранителните мазнини, протеини и въглехидрати върху енергийния прием, но проучванията, оценяващи ролята на диетичните фибри в този процес, са по-ограничени (1). Фибрите не се считат за основно хранително вещество, но могат да играят роля в модулацията на енергийния прием и в тази връзка се препоръчва да се намали рискът от развитие на затлъстяване (2). Диетичните фибри, т.е. несмилаемата част от растителните храни, могат да бъдат класифицирани като „разтворими“ или „неразтворими“ и „ферментиращи“ или „неферментиращи“. Химически, диетичните фибри се състоят от не-нишестени полизахариди и няколко растителни компонента като целулоза, лигнин, восъци, хитини, пектини, бета-глюкани, инулин и олигозахариди. Тези влакнести компоненти имат уникални химически структури и характерни физични свойства, напр. обем/обем, вискозитет, капацитет за задържане на вода, адсорбция/свързване или ферментация, които определят тяхното последващо физиологично поведение.

Американската диетична асоциация (ADA) препоръчва минимум 20–35 g/ден за здрав възрастен (3), докато средната американска диета едва съдържа половината от това количество, например 10–15 грама дневно (4). Има съобщения, демонстриращи значителна връзка между по-ниския прием на фибри и затлъстяването, както се предполага от епидемиологични и напречни проучвания (5-7). Като такъв, увеличеният прием на диетични фибри може да предложи допълнителни ползи за здравето на пациентите със затлъстяване и диабет. Например, добавянето на диетични фибри значително подобрява метаболизма на въглехидратите и чувствителността към инсулин при жени с наднормено тегло и затлъстяване (8). В допълнение, високият прием на диетични фибри, особено от разтворимия тип, подобрен гликемичен контрол, намалена хиперинсулинемия и понижени плазмени концентрации на липиди при пациенти с диабет тип 2 (9). Тези ползи от увеличения прием на диетични фибри са наблюдавани и при дългосрочни проучвания на плъхове (10, 11). Други доклади предполагат допълнителни ползи за човешкото здраве при забавяне появата на някои видове рак на дебелото черво и при регулиране на абсорбцията на глюкоза и липиди в червата (12).

Както се съобщава, консумираните диети с високо съдържание на неразтворими фибри могат да помогнат за гликемичния контрол (13, 14). Съществуват обаче оскъдни данни за сравняване на диети, състоящи се от предпочитано разтворими и неразтворими фибри за специфични параметри. Освен това има съобщения, че фибрите от специфични растения, т.е. bagasse от захарна тръстика, могат да повлияят на въглехидратния и липидния метаболизъм (15). Въз основа на тези доклади се опитахме да определим ефекта на диетите, съдържащи различно съдържание на диетични фибри (разтворими срещу неразтворими) върху наддаването на тегло и параметрите, оценяващи въглехидратния метаболизъм. По-конкретно, сравнихме диети, съдържащи предимно неразтворими фибри, т.е.пречистена целулоза или разтворими фибри, т.е.псилиум, и сравнихме диетите, съдържащи предимно фибри от захарна тръстика. В допълнение към оценката на теглото и клиничните измервания на въглехидратния метаболизъм, ние се опитахме да определим дали специфичните механизми са променени с вариращия диетичен режим. Като такива, ние оценихме специфични биохимични маркери на лептин, GLP-1 и експресия на стомашни гени между различните диетични режими.,

Проучване дизайн и методи

Уча дизайн

МАСА 1

Диетичен състав и енергийна плътност на четири диети с високо съдържание на мазнини с или без добавяне на 10% диетични фибри (Средно + SEM).

HFD10% CEL10% PSY10% SCF
Казеин, 80 меша228205.2205.2205.2
DL-метионин21.81.81.8
Малтодекстрин 10170153153153
Захароза175157.5157.5157.5
Соево масло2522.522.522.5
Кокосово масло, хидрогенирано333,5300.1300.1300.1
Минерална смес> S1000140363636
Сода бикарбонат10.59.459.459.45
Калиев цитрат43.63.63.6
Витаминен микс V1000110999
Холин битартрат21.81.81.8
Фибри (въглехидрати gm)0100 (8,7)100 (18,4)100 (32,5)
Неразтворим (%)099,55886
Разтворим (%)00,54214.
Енергия (kcal/kg)5558,55037,55058,55132.7
Енергия от мазнини (%)5852.252.252.2

Източник на диетични фибри

Прах от люспи от псилиум (PSY) е получен от Source Naturals, Inc (Scotts Valley, CA). Прах от диетични фибри целулоза (CEL) е получен от NutriCology, Inc (Hayward, CA). Влакната на захарната тръстика (SCF) са получени и пречистени под ръководството на д-р Lian в Центъра за модерни микроструктури и устройства (CAMD) в Университета на Луизиана. Използван е патентован метод за намаляване на влакната от захарна тръстика bagasse до частици с размер на микрометър и нанометър (съотношението може да бъде променено чрез промяна на параметрите за обработка). Багасното влакно се охлажда до криогенна температура и след това багасът се разпрашава механично на малки частици, от няколко нанометра до стотици микрометри. По време на процеса на пулверизиране химичното окисление на bagasse е предотвратено от по-хладната температура. По време на цялата обработка не са използвани химикали и други изкуствени консерванти. Тази технология за преработка поддържа целостта на съставките на оригиналната торба, която обикновено съдържа 46% целулоза, 24,5% хемицелулоза, 19,95% лигнин, 3,45% мазнини и восъци, 2,4% пепел, 2,0% силиций, пулсиращи 1,70% други тегловни вещества.

Химия на кръвта и анализ на хормона

След 4 часа гладуване, кръвни проби бяха събрани от орбитален синус на несъзнателни мишки, предизвикани от вдишване на CO2. Нивото на плазмената глюкоза се измерва чрез колориметричен глюкозен анализ на хексокиназа (Sigma Diagnostics, St. Louis, MO). Нивото на инсулин в плазмата се определя чрез ултра чувствителен комплект ELISA за инсулин от плъх от Crystal Chem Inc (Downers Grove, IL). Плазмен лептин се определя с помощта на серумен мишки Adipokine LINCOlex Kit (Cat # MADPK-71K) и концентрацията на GLP-1 в плазмата се измерва чрез GLP-1 (активен) ELISA комплект (Cat # EGLP-35k, LINCO Research) в съответствие с инструкциите на производителя. Всички анализи бяха направени в два екземпляра.

Измерване на състава на тялото

Съставът на тялото за всички животни беше измерен чрез ядрено-магнитен резонанс (ЯМР) (17). Общата маса на мазнините (FM) и масата на свободната мазнина (FFM) са записани.

Оценка на метаболизма на въглехидратите

Ефектът на диетите върху инсулиновите и глюкозните параметри се определя с използване на интраперитонеален тест за толерантност към глюкоза (IPGTT) и инсулинов толеранс (IPITT), получен съответно на 11 и 12 седмица от проучването. След постигане през нощта IPGTT се извършва чрез интраперитонеално инжектиране на 2 g глюкоза (20% глюкоза в 0,9% NaCL) на килограм телесно тегло и кръвната глюкоза се измерва в определените часове, както е описано по-долу (18). За IPITT беше приложена интраперитонеална инжекция човешки инсулин (Eli Lilly Co, IN) в доза от 0,75 U/kg телесно тегло от след 4 часа гладуване. Глюкозата в пълна кръв беше измерена от опашната вена на 0, 30, 60, 90 и 120 минути след инжекции както за IPGTT, така и за IPITT, използвайки системата за мониторинг на кръвната захар FreeStyle (TheraSense, Phoenix, AZ).

Количествена RT-PCR процедура

Общата РНК беше извлечена от стомашните тъкани с помощта на TRIzol Reagent (Invitrogen Corp). РНК анализът и количественото определяне бяха извършени с комплект RNA 6000 Nano LabChip (Agilent Technologies, Foster City, CA).

Амплификацията на миши грелин се извършва с една стъпка (Brilliant QRT-PCR master mix kit (Cat # 60055, Stratagene) и циклофилин В mRNA е измерена чрез SYBR Green QPCR master kit (Cat # 600548, Stratagene) в съответствие с протокола на производителя. След всеки цикъл се измерва относително количествено определяне на амплифицирания PCR продукт в различните проби. Използва се стандартна крива за получаване на относителната концентрация на целевия ген и резултатите се коригират според концентрацията на циклофилин В. Резултатите са изразено като процент от HFD групата, като средната стойност на контролната група е 100% и след това се изчислява всяка индивидуална стойност на останалите 3 изследвани животни. Комплекти TaqMan праймер-сонда от миши грелин (NM_01190296, Cat # 445046) са закупени от Applied Biosystems (Foster City, CA). Праймерите за миши циклофилин В са проектирани с помощта на софтуера PRIMER EXPRESS (Applied Biosystems). Целевите двойки генни праймери са както следва: лофилин (> NM_011149), напред, 5′-TGGAGAGCACCAAGACA-GACA-3 ′ и обратен, 5′-GTCGACAATGATGACATCCTTCA-3 ′. Те са получени от Integrated DNA Technologies, Inc. (Coralville, LA).

Статистически анализ

Всички данни са изразени като средна стойност ± стандартна грешка на средната стойност (SEM). Данните бяха оценени за статистическа значимост чрез двупосочен ANOVA и P Фигура 1А). Средният енергиен прием във всички групи, изразен на единица телесно тегло, е намален с около 35% в края на проучването при сравнение с изходното ниво (Фигура 1А).

върху

Енергиен прием, наддаване на телесно тегло и телесни състави в диетата с високо съдържание на мазнини, хранена с и без добавка на диетични фибри. Фигура 1. А показва енергийния прием, изразен като kcal/kg телесно тегло за 12 седмици. Фигура 1. B показва ефектите на диетичните фибри върху наддаването на телесно тегло. * P Фигура 1В). В края на проучването нетното наддаване на телесно тегло (средно ± SEM) е 12,4 ± 1,03 g за SCF групата, 14,38 ± 0,88 g само за HFD, 14,4 ± 1,6 g в PSY групата и 16,7 ± 1,3 g в CEL групи съответно. Нетните увеличения на телесното тегло в SCF, в HFD и PSY групите са значително по-малки, отколкото в CEL групата (P Фигура 2А). Свободната мастна маса (FFM) във всички групи не се различава значително (Фигура 2В), с изключение на групата CEL на седмица 8 (P Фигура 3А). Плазменият инсулин на гладно е бил много по-нисък в PSY и SCF групите, отколкото в CEL групата от седмица 4 и се е поддържал до края на проучването (P Фигура 3B). Данните от IPGTT показват, че концентрациите на глюкоза са много по-ниски в PSY и SCF групите, отколкото в контролните и CEL групите (P Фигура. 4А). Площта под кривата за глюкоза по време на IPGTT е 945 ± 115 в HFD, 1101 ± 36 в CEL, 724 ± 39 в PSY и 667 ± 24 mg/dl в SCF групи. Резултатите от IPITT в тези групи показват подобна тенденция (Фигура. 4Б).