Резюме

Въведение

Целта на настоящото проучване беше да се изследва метаболитната гъвкавост към 24-часови диетични интервенции, включително на гладно и три диети с нормално протеиново прехранване (стандарт, високо въглехидрати и високо съдържание на мазнини), при здрави участници с нормална регулация на глюкозата. Ние определихме количествено метаболитната гъвкавост (ΔRQ) като свързаната с диетата промяна в 24-часов RQ в сравнение с 24-часовия RQ, точно измерен по време на стабилността на теглото и EBL. Ние предположихме, че нарушената метаболитна гъвкавост по време на тези екстремни диетични интервенции може да увеличи индивидуалното предразположение към наддаване на тегло с течение на времето.

метаболитна

Изследователски дизайн и методи

Участници в проучването

Доброволци за проучване на възраст между 18 и 55 години са наети от 2008 до 2017 г. от Финикс, Аризона, столичен район, за да участват в текущо клинично изпитване. Основната цел беше да се оценят метаболитните отговори на остри диетични интервенции във връзка с промяна в свободното тегло. Преди постъпване в звеното за клинични изследвания, наетите участници трябваше да имат стабилно тегло в продължение на 6 месеца и да се считат за здрави от медицинската история, физическия преглед и основните лабораторни измервания. Веднъж допуснати, участниците бяха поставени на стандартна диета за поддържане на теглото (ОМУ), изчислена от предварително изведени уравнения въз основа на пол и тегло (27). ОМУ се състои от 50% въглехидрати, 30% мазнини и 20% протеини. След 3 дни на това ОМУ беше извършен орален тест за толерантност към глюкоза (OGTT) и само участниците с нормална регулация на глюкозата въз основа на критериите на Американската диабетна асоциация (28) продължиха в проучването (допълнителна фигура 4). Концентрациите на глюкоза в плазмата са измерени по метода на глюкозната оксидаза (Beckman Glucose Analyzer 2; Beckman Instruments, Brea, CA).

ОМУ се консумира през всички дни, когато не се измерва 24-часова ЕЕ, а физическата активност на доброволците се ограничава до дейности в устройството (гледане на телевизия, игра на билярд и др.). Съставът на тялото е измерен чрез DXA сканиране (Prodigy enCORE 2003, версия 7.53.002, софтуер; GE Lunar Corporation, Madison, WI). FM и маса без мазнини (FFM) са изчислени от измерения процент телесни мазнини (PFAT) и тегло, както следва: FM = тегло × PFAT/100 и FFM = тегло - FM. Телесното тегло се измерва ежедневно по прецизна скала всяка сутрин след събуждане след бързо нощуване, за да се гарантира, че теглото е в рамките на ± 1% от допустимото тегло и ОМУ се коригира, за да поддържа стабилността на теглото през целия престой. Средният коефициент на вариация (CV) за телесно тегло през целия прием е бил Вижте тази таблица:

  • Преглед на линия
  • Преглед на изскачащия прозорец

Демографски, антропометрични и метаболитни характеристики на изследваната група

Средният 24-часов RQ по време на EBL е 0,86, стойност много близка до очаквания коефициент на храна (FQ) от 0,87 (31). Въпреки че е приблизително равен на FQ средно, 24-часовият RQ показва голяма междуиндивидуална вариабилност (SD 0,03), която не е свързана със пол (P = 0,37), възраст (P = 0,52), етническа принадлежност (P = 0,51), спонтанна физическа активност в метаболитната камера (P = 0,76) или каквито и да било мерки за телесен размер или затлъстяване, включително ИТМ (P = 0,66) (допълнителна фигура 1А), PFAT (P = 0,73) (допълнителна фигура 1B), FM (P = 0,59), FFM (P = 0,54), обиколка на талията (P = 0,96) и съотношение между талията и бедрото (P = 0,36). По същия начин не е имало връзки между 24-часовия RQ и отклонението от 24-часовия EBL в метаболитната камера (P = 0,41) (допълнителна фигура 1C) или скоростта на промяна на телесното тегло през първите дни на приема (P = 0,12) (допълнителна фигура 1D).

Метаболитна гъвкавост към 24-часови диети на гладно и прехранване

Двадесет и четири часови курсове на RQ по време на диетични интервенции. Средният времеви ход на RQ за 24 часа се начертава за всяка диетична интервенция: евкалорична стандартна диета в EBL (50% въглехидрати и 30% мазнини), 24-часово гладуване (FST), HFOF (20% въглехидрати и 60% мазнини), STOF (50% въглехидрати и 30% мазнини) и HCOF (75% въглехидрати и 5% мазнини). Трите хранения, осигурени в метаболитната камера, бяха обяд в 1100 ч, вечеря в 1600 ч и закуска в 1900 ч. Общият калориен прием на диетите за прехранване е равен на два пъти 24-часовата стойност на EE, получена по време на EBL.

Измервания на 24-часов RQ и окисляване на субстрата по време на всяка диетична интервенция

Метаболитна гъвкавост (ΔRQ) и промени в степента на окисляване на субстрата по време на диетични интервенции. Показани са връзки (± 95% CI) между 24-часов RQ по време на всяка диета и 24-часов RQ по време на EBL (A) и индивидуални промени в 24-часов RQ (ΔRQ, метаболитна гъвкавост) от EBL (B). Показани са и индивидуални промени в ставките LIPOX (C) и CARBOX (D).

Връзки между плазмените концентрации на NEFA на гладно и 24-часовия RQ и LIPOX. Показани са обратни връзки между плазмените NEFA на гладно и 24-часовия RQ по време на EBL (A) и HFOF (B) и директните връзки между плазмените NEFA на гладно и 24-часовия LIPOX по време на EBL (C) и HFOF (D). Връзките се определят количествено от коефициента на корелация на Пиърсън. Оценките на размера на ефекта (β-коефициент) са получени чрез анализ на линейна регресия.

Метаболитна гъвкавост и бъдеща промяна на теглото

Данни за проследяване за промяна в свободното тегло след 6 месеца са налични при 58 индивида и след 1 година при 46 индивида (Таблица 1). В сравнение с цялата кохорта (n = 79), подгрупите с последващи данни не се различават по своите базови характеристики, включително 24-часов RQ (допълнителна таблица 1). Средно участниците са били с тегло стабилно на 6 месеца (средна промяна на теглото 0,8 kg; P = 0,17 спрямо 0), въпреки голяма интериндивидуална вариабилност (SD 4,3 kg, диапазон ‒7,0 до 11,2), несвързани със секса (P = 0,80), възраст (P = 0,14), етническа принадлежност (P = 0,90) или първоначално телесно тегло (P = 0,32). По същия начин има голяма променливост в промяната на свободното тегло след 1 година (SD 5,3 kg, диапазон ‒9,3 до 11,0), като участниците остават със средно тегло стабилно (средно 0,4 kg; P = 0,63 спрямо 0).

По-малкото намаление на 24-часовия RQ (ΔRQ) по време на HFOF, но не и по време на другите диетични интервенции (всички P> 0,15), е свързано с увеличаване на теглото и през 6-те месеца (r = 0,32; P = 0,02; r 2 = 10 %) (Фиг. 5А) и на 1 година (r = 0,39; P = 0,01; r 2 = 15%) (фиг. 5C). След корекция за възраст, пол и етническа принадлежност, ΔRQ по време на HFOF е независим определящ фактор за промяна на теглото на 6 месеца (β = 2,1 kg на 0,05 промяна в 24-часов RQ по време на HFOF; P = 0,02; общо r 2 = 19% ) и на 1 година (β = 2,6 kg; P = 0,02; общо r 2 = 46%). Промяната в 24-часовата ЕЕ по време на HFOF не предвижда промяна в теглото при всяко проследяване (и двете P> 0,30), а резултатите за ΔRQ по време на HFOF и промяна на теглото все още са значителни след корекция за съпътстващата промяна в 24-часовата ЕЕ (данните не са показани).

Метаболитната гъвкавост (ΔRQ) по време на HFOF предсказва бъдеща промяна на теглото. ΔRQ (метаболитна гъвкавост) от EBL по време на HFOF прогнозира бъдеща промяна на теглото на 6 месеца (A) и 1 година (C); тоест, по-малко (или липса на) намаляване на RQ по време на HFOF е свързано с по-голямо наддаване на тегло. Промяната в 24-часовия LIPOX от условията на EBL е обратно свързана с увеличаване на теглото на 6 месеца (B) и 1 година (D), така че нарушеното преминаване към LIPOX по време на HFOF е свързано с по-голямо бъдещо наддаване на тегло. Пунктираните линии означават липса на промени в 24-часовия RQ, LIPOX или телесно тегло при последващи посещения в сравнение с посещението на изходното ниво. Връзките се определят количествено от коефициента на корелация на Пиърсън. Оценките на размера на ефекта (β-коефициент) са получени чрез анализ на линейна регресия.

При изследване на промените в степента на окисление на макронутриентите, по-голямото увеличение на LIPOX по време на HFOF е свързано с по-голяма загуба на тегло след 6 месеца (r = ‒0,36; P = 0,008) (фиг. 5B) и 1 година (r = ‒0,40; P = 0,009) (Фиг. 5D). След корекция за възраст, пол и етническа принадлежност, ΔLIPOX по време на HFOF все още е определящ фактор за загуба на тегло след 6 месеца (β = ‒1,5 kg на 250 kcal/ден увеличение на LIPOX по време на HFOF; P = 0,02) и 1 година (β = ‒2,1 kg; P = 0,02). Приемът на мазнини и балансът на мазнините (прием на мазнини - LIPOX) по време на 24-часовия HFOF не са свързани с промяна в теглото при всяко последващо посещение (и двете P> 0,55).

Няма връзки между ΔRQ и 6-месечна промяна на теглото по време на гладуване (P = 0,73) (допълнителна фигура 3), STOF (P = 0,87) и HCOF (P = 0,29). Подобни резултати са наблюдавани при 1-годишно проследяване, така че не е имало връзки между ΔRQ и промяна на теглото по време на 24-часово гладуване (P = 0,91) (допълнителна фигура 3), STOF (P = 0,17) и HCOF ( P = 0,20).

Дискусия

В настоящото проучване ние оценихме метаболитната гъвкавост (ΔRQ), която се определя като промяна в 24-часовия RQ от условията на EBL до екстремни диетични интервенции, включително 24-часово гладуване и 200% прехранване с високо съдържание на мазнини или високо въглехидрати съдържание, за да се оцени дали степента на ΔRQ е метаболитен определящ фактор за промяна на свободното тегло. 24-часовите измервания на RQ, получени по време на тези остри диетични интервенции, предимно зависят от състава на макроелементите, което обяснява приблизително две трети от 24-часовата вариация на RQ сред диетите. Въпреки това, все още имаше силна интраиндивидуална зависимост от окисляването на горивата, наблюдавано при всяко диетично състояние, така че индивидите, разчитащи повече на специфичен субстрат за окисляване (например, въглехидрати, липиди), проявяваха това предпочитание при всякакви диетични условия. Демонстрирахме, че междуиндивидуалната вариабилност на ΔRQ, по-конкретно намалената метаболитна гъвкавост към HFOF, предсказва бъдещо наддаване на тегло както на 6 месеца, така и на 1 година, и това се дължи на нарушение на способността да се премине към липидно окисление в условията на излишък на хранителни мазнини.

Механизмът, чрез който метаболитната гъвкавост към мазнините води до по-голямо наддаване на тегло, може да бъде чрез намалена липолиза на адипоцитите и в крайна сметка нарушен капацитет за увеличаване на LIPOX. При лица, които са метаболитно негъвкави към хранителните мазнини, липолизата може да се увеличи в по-малка степен по време на диета с високо съдържание на мазнини (34). По-рано демонстрирахме, че по-ниските нива на in vitro липолиза са свързани с по-висок 24-часов RQ и по-нисък LIPOX по време на евкалорично хранене и тези индивиди с намалена липолиза са натрупали повече тегло при проследяване в резултат на увеличаване на FM (35) . В подкрепа на причинно-следствената роля на липолизата при определяне на степента на метаболитна гъвкавост, открихме, че по-високите концентрации на гладно на NEFA, продукт на липолизата на мастните клетки (36) и регулаторите на LIPOX (37), са свързани с по-ниски 24-часови RQ и по-голям LIPOX по време на евкалорично хранене и HFOF. Съобразно настоящите ни открития, по-ниските нощни концентрации на плазмени NEFA по време на HFOF предсказват увеличаване на теглото при лица, склонни към затлъстяване (33). Като цяло тези резултати силно сочат към ключова роля на липолизата при затлъстяването и регулирането на телесното тегло (38,39).

За да получим точни измервания на метаболитната гъвкавост по време на всяка диета, използвахме внимателно контролирано измерване на 24-часов RQ по време на EBL и евкалорично, стандартно хранене. Преди тази изходна оценка на 24-часов RQ, участниците са били на ОМУ в продължение на 5 дни и са използвани две метаболитни измервания в метаболитната камера, за да се получи изходна стойност на RQ в условия на почти перфектна EBL и поддържане на теглото. Оценихме детерминантите на изходното RQ и не установихме връзки с размера на тялото, телесния състав, отклоненията от 24-часовата EBL в метаболитната камера или предишните колебания в телесното тегло, въпреки че тези променливи бяха установени като определящи за RQ по време на EBL в предишни проучвания (11,40). Това вероятно се дължи на по-контролирани състояния, характеризиращи се с последователни 24-часови оценки на EE, които доведоха до по-точни метаболитни измервания в рамките на 10% от очаквания 24-часов EBL (прием - EE), за разлика от по-широк диапазон (± 30%) това е съобщено по-рано (11). По-важното е, че оценихме само индивиди с нормална регулация на глюкозата (28), поради което елиминирахме объркващия ефект на инсулиновата резистентност, което преди това е доказано, че е определящ фактор за метаболитната гъвкавост към глюкозата (22,25).