Елизабет Дж. Паркс, 1 Роналд М. Краус, 2 Марк П. Кристиансен, 3 Ричард А. Нийз, 3 и Марк К. Хеллерщайн 3,4

1 Департамент по хранителни науки и хранене, Университет на Минесота - градове-близнаци, Сейнт Пол, Минесота 55108, САЩ 2 Катедра по молекулярна и ядрена медицина, Отдел за науките за живота, Национална лаборатория Лорънс Бъркли, Бъркли, Калифорния 94720, САЩ 3 Медицински департамент, Калифорнийски университет - Сан Франциско, и медицинската служба, Обща болница в Сан Франциско, Сан Франциско, Калифорния 94110, САЩ 4 Департамент по хранителни науки, Калифорнийски университет - Бъркли, Бъркли, Калифорния 94720, САЩ

диета

Адресна кореспонденция на: Елизабет Дж. Паркс, Департамент по наука за храните и храненето, Университет на Минесота - градове-близнаци, Сейнт Пол, Минесота 55108, САЩ. Имейл: [email protected]. Или до: Marc K. Hellerstein, Департамент по хранителни науки, Калифорнийски университет – Бъркли, Бъркли, Калифорния 94720-3104, САЩ. Телефон: (510) 642-0646; Факс: (510) 642-0535; Имейл: [email protected].

1 Катедра по хранителни науки и хранене, Университет на Минесота - градове-близнаци, Сейнт Пол, Минесота 55108, САЩ 2 Катедра по молекулярна и ядрена медицина, Отдел за науките за живота, Национална лаборатория Лорънс Бъркли, Бъркли, Калифорния 94720, САЩ 3 Медицински департамент, Калифорнийски университет - Сан Франциско, и медицинската служба, Обща болница в Сан Франциско, Сан Франциско, Калифорния 94110, САЩ 4 Департамент по хранителни науки, Калифорнийски университет - Бъркли, Бъркли, Калифорния 94720, САЩ

Адресна кореспонденция на: Елизабет Дж. Паркс, Департамент по наука за храните и храненето, Университет на Минесота - градове-близнаци, Сейнт Пол, Минесота 55108, САЩ. Имейл: [email protected]. Или до: Marc K. Hellerstein, Департамент по хранителни науки, Калифорнийски университет – Бъркли, Бъркли, Калифорния 94720-3104, САЩ. Телефон: (510) 642-0646; Факс: (510) 642-0535; Имейл: [email protected].

1 Департамент по хранителни науки и хранене, Университет на Минесота - градове-близнаци, Сейнт Пол, Минесота 55108, САЩ 2 Катедра по молекулярна и ядрена медицина, Отдел за науките за живота, Национална лаборатория Лорънс Бъркли, Бъркли, Калифорния 94720, САЩ 3 Медицински департамент, Калифорнийски университет - Сан Франциско, и медицинската служба, Обща болница в Сан Франциско, Сан Франциско, Калифорния 94110, САЩ 4 Департамент по хранителни науки, Калифорнийски университет - Бъркли, Бъркли, Калифорния 94720, САЩ

Адресна кореспонденция на: Елизабет Дж. Паркс, Департамент по наука за храните и храненето, Университет на Минесота - градове-близнаци, Сейнт Пол, Минесота 55108, САЩ. Имейл: [email protected]. Или до: Marc K. Hellerstein, Департамент по хранителни науки, Калифорнийски университет – Бъркли, Бъркли, Калифорния 94720-3104, САЩ. Телефон: (510) 642-0646; Факс: (510) 642-0535; Имейл: [email protected].

Намерете статии от Кристиансен, М. в: JCI | PubMed | Google Scholar

1 Департамент по хранителни науки и хранене, Университет на Минесота - градове-близнаци, Сейнт Пол, Минесота 55108, САЩ 2 Катедра по молекулярна и ядрена медицина, Отдел за науките за живота, Национална лаборатория Лорънс Бъркли, Бъркли, Калифорния 94720, САЩ 3 Медицински департамент, Калифорнийски университет - Сан Франциско, и медицинската служба, Обща болница в Сан Франциско, Сан Франциско, Калифорния 94110, САЩ 4 Департамент по хранителни науки, Калифорнийски университет - Бъркли, Бъркли, Калифорния 94720, САЩ

Адресна кореспонденция на: Елизабет Дж. Паркс, Департамент по наука за храните и храненето, Университет на Минесота - градове-близнаци, Сейнт Пол, Минесота 55108, САЩ. Имейл: [email protected]. Или до: Marc K. Hellerstein, Департамент по хранителни науки, Калифорнийски университет – Бъркли, Бъркли, Калифорния 94720-3104, САЩ. Телефон: (510) 642-0646; Факс: (510) 642-0535; Имейл: [email protected].

1 Департамент по хранителни науки и хранене, Университет на Минесота - градове-близнаци, Сейнт Пол, Минесота 55108, САЩ 2 Катедра по молекулярна и ядрена медицина, Отдел за науките за живота, Национална лаборатория Лорънс Бъркли, Бъркли, Калифорния 94720, САЩ 3 Медицински департамент, Калифорнийски университет - Сан Франциско, и медицинската служба, Обща болница в Сан Франциско, Сан Франциско, Калифорния 94110, САЩ 4 Департамент по хранителни науки, Калифорнийски университет - Бъркли, Бъркли, Калифорния 94720, САЩ

Адресна кореспонденция на: Елизабет Дж. Паркс, Департамент по наука за храните и храненето, Университет на Минесота - градове-близнаци, Сейнт Пол, Минесота 55108, САЩ. Имейл: [email protected]. Или до: Marc K. Hellerstein, Департамент по хранителни науки, Калифорнийски университет – Бъркли, Бъркли, Калифорния 94720-3104, САЩ. Телефон: (510) 642-0646; Факс: (510) 642-0535; Имейл: [email protected].

Намерете статии от Hellerstein, M. в: JCI | PubMed | Google Scholar

Публикувано на 15 октомври 1999 г. - Повече информация

Повишаване на концентрациите на плазмените триглицериди (TG) на гладно обикновено се наблюдават по време на консумацията на диети с ниско съдържание на мазнини и високо съдържание на въглехидрати (LF/HC) (1, 2). Други промени в серумните липиди включват намаляване на HDL, LDL и общите концентрации на холестерол. Потенциалната атерогенност на индуцираните от въглехидратите повишения на TG е предмет на настоящия дебат (1 - 5). Ендогенната хипертриглицеридемия, която се наблюдава при лица на диети с по-високо съдържание на мазнини, е свързана с повишен риск от коронарна болест на сърцето (6), но не е известно дали индуцираните от въглехидрати и ендогенни повишения на TG споделят основните кинетични механизми и следователно сходен атерогенен риск.

Разликите в динамиката на липопротеините между двете форми на хипертриглицеридемия могат да допринесат по различен начин за риска от сърдечно-съдови заболявания. В гладно състояние повечето плазмени TG се пренасят в VLDL. Свръхпроизводството на VLDL частици може да генерира по-висок поток от атерогенни частици към LDL в плазмата или в артериалната стена. За разлика от това, намаленият клирънс на VLDL-TG не увеличава потока на холестерола в плазмата. Освен това, нефармакологичните режими, като отслабване и тренировки, могат да увеличат клирънса на TG.

Синтезът на VLDL-TG и събирането и секрецията на частици са били обекти на много in vitro изследвания (7 - 10). Голяма част от тази работа обаче е извършена в HepG2 клетки, които показват дефектна мобилизация на TG (9, 10). При хора са представени доказателства за подобен метаболизъм на TG при ендогенна и индуцирана от въглехидрати форма на хипертриглицеридемия. Скоростта на секреция на TG е повишена при ендогенна хипертриглицеридемия (11 - 15), а някои (12, 16 - 19), но не всички (20, 21), работниците съобщават за високи нива на TG поток при субекти, хранени с LF/HC диети. Nestel и сътр. (22) и Boberg et al. (23, 24) предполагат, въз основа на косвени доказателства, че източникът на мастни киселини, подкрепящи повишения синтез на TG при диети с LF/HC, може да е от de novo липогенеза. Ако повишените диетични въглехидрати повишат de novo липогенезата, това увеличаване на наличността на мастни киселини в черния дроб може да доведе до свръхпроизводство на чернодробен TG.

Повечето предишни проучвания, изследващи кинетичните механизми на индуцирана от въглехидратите хипертриглицеридемия, са използвали или краткосрочни (12, 13, 15), течни диети, почти лишени от мазнини (19, 25, 26), или диети, при които въглехидратите са били предимно в форма на прости захари (12, 19, 27). Такива диети с високо съдържание на захар или с течна формула могат да се метаболизират по различен начин от диети с пълномаслена храна, с високо съдържание на фибри и ниско съдържание на мазнини, които се консумират нормално. Освен това, приносът на de novo липогенезата към мастните киселини в TG не е бил количествено надежден, поради липсата на точни методи за измерване на този процес при хората (28). Съответно, настоящото проучване е предназначено да определи метаболитните и кинетичните механизми, на които се основават повишените на въглехидрати повишения на TG при субекти, консумиращи изоенергична диета, съставена от цели храни, богати на фибри и ограничени в монозахариди. Нормолипидемичните субекти и тези с леко повишени нива на TG на гладно бяха сравнени, за да се определи дали тези групи се различават в отговора си на LF/HC диетата.

Състав на експериментални диети A

Стабилен протокол за вливане на изотопи. Субектите бяха допуснати до GCRC за 24-часово проучване за изотопна инфузия; протоколът и изчисленията са описани в текста.

Анализ на метаболитите. Анализ на плазмен общ, LDL и HDL холестерол, TG и апо A-I и B концентрации е извършен от служители в лабораторията за липопротеини (Националната лаборатория на Лорънс Бъркли, Бъркли, Калифорния, САЩ). Липидите се измерват ензимно на Ciba-Corning Express Model 550 (Ciba Corning Diagnostics, Oberlin, Ohio, USA) и VLDL холестеролът се изчислява чрез разлика. Аполипопротеините бяха измерени чрез максимална радиална имунодифузия (32). Концентрация на апо B-48 и B-100 на гладно д 33). Концентрациите на глюкоза в плазмени проби и в инфузиите се измерват с помощта на глюкозен анализатор (Yellow Springs Instrument Co., Yellow Springs, Ohio, USA); плазмените концентрации на инсулин се определят от RIA (Diagnostic Products Corp., Лос Анджелис, Калифорния, САЩ).

Изчисления. Изчисляването на скоростта на биосинтеза се извършва според връзката прекурсор-продукт (40). Синтетичната скорост на VLDL-TG се изчислява по 2 начина от включването на [1,2,3,4-13 С4] палмитат (40). Скоростите на фракционно заместване (оборот) (Ks) бяха изчислени чрез моделиране на нарастването към обогатяване на плато на [1,2,3,4-13 C4] палмитат във VLDL-TG. Данните бяха подходящи за уравнението y = A∞ × [1 – e –K s (t – c)], където y = обогатяване с VLDL-TG палмитат, A = плато или асимптотична стойност на TG палмитат, t = време в часа и c = период на забавяне преди включването на изотопа в секретирания VLDL-TG. По същия начин се изчислява степента на фракционно заместване на частиците на VLDL (Ks) от обогатяването на [5,5,5-2 H3] левцин в големи VLDL-апо B. Полуживотът се изчислява чрез разделяне на 0,693 на Ks (31) . Обемът на плазмата се изчислява, както е описано от Grundy et al. (41), за да се отчетат разликите в плазмения обем между субекти с различно телесно тегло.

Скоростта на транспортиране на общия VLDL-TG се определя, както следва: Скорост на транспортиране на VLDL-TG (μmol • kg маса без мазнини [FFM] –1 h –1) = концентрация на VLDL-TG (μmol/L) × обем на плазмата (L ) × Ks (h –1)/FFM (kg).

Концентрацията на апо В в плазмата при големи VLDL се определя от концентрацията на апо В на VLDL след субфракциониране. Коригирахме за разреждане поради буфери, добавени по време на процедурата, но признаваме, че субфракционирането може да доведе до неточности при измерванията на размера на пула апо В. Скоростта на транспортиране на голям VLDL-апо В се изчислява, както следва: Скорост на транспортиране на голям VLDL-апо В (μmol • kg –1 h –1) = плазмена концентрация (μmol/mL) × плазмен обем (mL) × Ks (h - 1)/общо телесно тегло (кг).

Скоростта на клирънс на метаболит представлява количеството плазма, напълно изчистено от веществото за минута и отразява неговата ефективност на отстраняване (42). В стационарно състояние клирънсът се изчислява като съотношението на транспорта или скоростта на оборота към плазмената концентрация. По този начин, за да се изчислят скоростите на клирънс на големи VLDL-апо B и VLDL-TG (mL/min), техните транспортни скорости (μmol/min) са разделени на съответните им плазмени концентрации (μmol/mL).

Процент на VLDL-TG палмитат, получен от плазмения пул NEFA. Данните са от 2 представителни субекта на контролната диета: NL субект (отгоре) и HTG субект (отдолу). Инфузията на [1,2,3,4-13 C4] палмитат (от 0400 до 1600 часа) достигна стабилно състояние в плазмения NFA басейн 1 час след началото на инфузията.

Статистика. Данните са средни ± SEM. Статистическите анализи бяха извършени с помощта на статистически софтуер SPSS (SPSS Inc., Чикаго, Илинойс, САЩ), с P Резултати

Анализ на диетите и сравнение на изходните стойности между субектите на NL и HTG. Проучваните диети се различават по своя процент на енергия от мазнини, както и по други характеристики (Таблица 1). По-специално, в сравнение с контролната диета, диетата LF/HC съдържа 50% повече фибри и 89% по-малко холестерол. Процентното разпределение на въглехидратите като прости захари (захароза, фруктоза, глюкоза, лактоза и малтоза) остава постоянно, въпреки че абсолютният прием на прости захари се увеличава с 38% при диетата LF/HC. Няма разлика в изходния прием между субектите на NL и HTG по отношение на общия енергиен прием или състава на макроелементи от диетата (в грамове на ден или процент от енергията на мазнини, протеини или въглехидрати). Всички субекти понасяха добре LF/HC диетата, освен често срещаното оплакване, че се чувстват прекалено сити. Групите имаха значително различни изходни стойности за TG, общ холестерол, LDL холестерол, VLDL холестерол и апо В (P A

Плазмени концентрации на липиди и липопротеини. Липидните отговори на диетичното намаляване на мазнините са показани в Таблица 2. Всички субекти са имали значително повишаване на концентрацията на TG на гладно при LF/HC диета. Наблюдавани са значителни намаления на LDL, HDL холестерол и повишения на VLDL холестерол, без да се наблюдава групов ефект за никоя от тези променливи. Относителното увеличение на TG е сходно и за двете групи, когато стойностите на TG се трансформират в логаритъма (12% за NL и 9% за HTG). При контролната диета плазмената концентрация на инсулин е гранична/значително по-висока при пациентите с HTG (52 ± 10 pmol/L) в сравнение с пациентите с NL (31 ± 5; P = 0,06); не се наблюдава ефект на лечение за тази променлива. Концентрациите на апо A-I, глюкоза и NEFA на гладно остават непроменени при хранене с LF/HC, без разлика в отговора между групите. Само в групата на HTG бяха измервани концентрациите на апо B-100 и B-48 на гладно от богатата на TG фракция на липопротеини. Храненето с LF/HC е свързано със значително двукратно увеличение както на съдържанието на апо В-100, така и на апо В-48 на богатата на TG фракция на липопротеини (Фигура 3).

Концентрации на аполипопротеин (апо) в богатата на TG липопротеинова (TRL) фракция при пациенти с HTG. Стойностите са средни ± SEM. *P Използване на горивото. Мерките за въглехидратния и мастния метаболизъм са представени в Таблица 3. Енергийните разходи на субектите не се различават значително между диетичните фази (средно 12 100 kJ/d за всички субекти, взети заедно). При подгрупа от субекти (по 3 от всяка група) са получени данни за глюкозния поток, които не показват ефект на диетата върху производството на глюкоза или източниците на ендогенно производство на глюкоза. Двете групи не реагират по различен начин на диетите по отношение на потока на мастните киселини или окисляването на глюкозата. За групата като цяло оксидацията на глюкоза е била несъществено по-висока при диетата LF/HC (P = 0,09, за ефект на лечение). Окисляването на мазнини в цялото тяло е значително по-ниско за цялата група след LF/HC диета (18% намалено; P = 0,02 за лечебния ефект).

Кинетика на глюкозата и мастните киселини и скоростите на окисление на субстрата

Кинетика на VLDL-apo B и VLDL-TG A

Сглобяване на VLDL-TG: източници на мастни киселини. Процентът на VLDL-TG, получен от плазмения пул NEFA, се определя от относителното обогатяване на този пул по време на инфузия на [1,2,3,4-13 C4] палмитинова киселина. Представителни данни от 2 субекта са показани на фигура 2. Както се вижда от данните на субекта на NL, повече от 90% от палмитиновата киселина, открита в VLDL-TG, получена от плазмения пул NEFA в края на 12-часовата инфузия на етикета. За разлика от това, данните от субекта на HTG разкриват, че при стабилно състояние около 72% от TG мастните киселини са получени от NEFA. Приносът от de novo липогенеза за палмитат при VLDL-TG също беше измерен. Обобщените данни (Фигура 4) показват, че de novo липогенезата не е допринесла съществено за мастните киселини (Дискусия

Концентрациите на TG на гладно са се увеличили с 60% при субекти, консумиращи диета с твърда храна, с високо съдържание на фибри, LF/HC. Тези резултати подчертават способността на LF/HC диетите да повишават плазмения TG на гладно, дори когато диетата се състои от цели храни и е с ниско съдържание на прости захари. Повишената секреция на TG обаче не беше основният кинетичен механизъм, отговорен за това повишаване на TG, предизвикано от въглехидрати; намаленият клирънс на TG от плазмата е основният метаболитен механизъм. Това заключение разкрива разлика в основния механизъм от хипертриглицеридемия, наблюдавана при диети с по-високо съдържание на мазнини. Въпреки че кинетичните изследвания на липопротеините често са ограничени в способността им да различават първичните ефекти върху свръхпроизводството или намаления клирънс на TG, последният механизъм се подкрепя от няколко независими измервания. Първо, скоростта на транспортиране на VLDL-TG (както се оценява от кинетиката на TG палмитат) не е увеличена при диетата LF/HC. Второ, полуживотът на VLDL-TG е удължен и клирънсът на VLDL-TG е значително намален. Трето, концентрациите на апо В-48 на гладно бяха повишени. И накрая, de novo липогенезата не беше повишена.

Субектите в това проучване са получили само 1 седмица от приготвената диета с високо съдържание на мазнини. Дизайнът на кросоувър, с всяка диета, хранена в продължение на 5 седмици, би бил идеален, но би затруднил спазването на темата. Освен това предприехме редица предпазни мерки, включително използването на 3 метода за оценка на изходния прием на храна, избягване на скрининг по време на празници или ваканции и използването на няколко скринингови посещения за оценка на фоновите диети на субектите. Поради това, че изходният прием е толкова добре документиран, следователно считаме, че е вероятно изходното изследователско хранене, съдържащо 35% мазнини, да е подобно на фоновите диети на субектите.

Тази работа е извършена по време на мандата на постдокторантска изследователска стипендия (към E.J. Parks) от Американската асоциация за сърдечни заболявания, Калифорнийски филиал. Проектът беше подкрепен отчасти със средства от фондация Nora Eccles Treadwell, Международния институт по науките за живота-Северна Америка и Kellogg Inc., както и от безвъзмездната помощ на GCRC 5-M01-RR00083-37 от Отдела за изследователски ресурси, National Институти по здравеопазване (NIH). Допълнителна подкрепа беше предоставена чрез грант от Националния съвет за насърчаване и изследване на млечните продукти (на RM Krauss), администриран в сътрудничество с Националния съвет за млечни продукти, и от гранта на програмата NIH HL-18574 от Националния институт за сърцето, белите дробове и кръвта чрез Министерство на енергетиката на САЩ по договор DE-AC03-76SF00098. Авторите изразяват своята благодарност на Лейла Котите от Калифорнийския университет - Сан Франциско, Дорис Дейър, Кристи Фрейзър и медицинските сестри от персонала на GCRC в Обща болница в Сан Франциско за отлични грижи за субектите и събиране на данни; на Марк Хъдес за статистически съвети; и на Катрин Хедок, Кен Ейб, Ева Хюз и персонала на Лабораторията за анализ на липопротеините на Националната лаборатория Лорънс Бъркли за тяхната квалифицирана техническа помощ.

Части от тази работа бяха представени в абстрактна форма на Националната среща на Американската диабетна асоциация, юни 1998 г., в Чикаго, Илинойс, САЩ.