Резюме

Заден план

Намаляването на калорийния прием е доказана интервенция за смекчаване и модулиране на заболеваемостта, свързана с прекомерното хранене. Калоричното ограничение е трудно да се повлияе клинично, следователно диетичните интервенции, които облекчават неблагоприятните последици от прекомерното хранене при наличието на висококалорична диета, биха били от полза.

Методи

Мишките са хранени с обезогенна диета, съдържаща 60% мазнини + 10% целулоза (HFC), или контролна диета, съдържаща 10% мазнини + 10% целулоза (LFC) в продължение на 12 седмици. След това подгрупи от мишки бяха превключени от HFC към всяка от следните диети за допълнителни 5 седмици: 1) 60% мазнини + 10% пектин (HFP), 2) LFC или 3) 10% мазнини + 10% пектин (LFP). За тестване на статистически разлики са използвани еднопосочни или двупосочни ANOVA с или без повторни измервания, ако е необходимо.

Резултати

В сравнение с HFC, HFP предотвратява допълнително наддаване на тегло, докато LFC и LFP предизвикват загуба на тегло съответно от 22,2 и 25,4%. Мишките, продължили с HFC, са имали увеличение на теглото с 26% през същите 5 седмици. интервал. След 12 седмици HFC намалява движението на мишката с 18% в сравнение с контролната диета, но преминаването към диета към LFC или LFP възстановява движението на мишката. Важно е, че HFP, LFC и LFP намаляват кръвната захар на гладно в сравнение с HFC. По същия начин HFP, LFC и LFP подобряват глюкозния толеранс и намаляват мастния черен дроб съответно с 37,9, 49,8, 53,6 и 20,2%, 37,2, 43,7%.

Заключения

Взети заедно, резултатите показват, че пектинът с диетични фибри може да смекчи някои неблагоприятни последици от прекомерното хранене дори при наличие на високо съдържание на мазнини.

Заден план

Затлъстяването е важен световен здравен проблем, който се е увеличил повече от два пъти от 1980 г. насам [14, 25, 27]. Според Световната здравна организация до 2025 г. се очаква затлъстяването да засегне 1 от 5 души в света [2]. Затлъстяването е критичен рисков фактор за развитието на диабет тип 2 [13, 24] и рак [17, 71], вероятно свързан със свързаното със затлъстяването хронично възпаление, оксидативен стрес и хипергликемия [16, 23, 28, 81]. Напоследък затлъстяването изглежда особено обвързано с неалкохолната мастна чернодробна болест (NAFLD), дължаща се отчасти на свързаното с диета с високо съдържание на мазнини прехранване [53, 85]. В клиничните проучвания развитието на затлъстяване е свързано отрицателно с физическата активност [62] и положително корелирано с приема на мазнини [32]. Следователно интервенциите, които намаляват способността на организма да използва хранителните мазнини, могат да предотвратят затлъстяването.

Диетичните фибри са предложени като интервенция срещу затлъстяването [68]. Обосновката за тяхното използване включва демонстрирана способност при хората да намаляват апетита, енергийния прием и телесното тегло [76, 80]. Диетичните фибри (обикновено класифицирани като разтворими или неразтворими) обикновено са въглехидрати от растения, които се противопоставят на храносмилането и усвояването в тънките черва на човека [1]. Разтворимите фибри като венци, инсулинови фруктани и пектин се разтварят във вода и лесно се ферментират от микробиотата на дебелото черво [41]. Неразтворимите влакна, като лигнин и целулоза, не се разтварят във вода и не се противопоставят на ферментацията [41]. По отношение на регулирането на телесното тегло, както разтворимите, така и неразтворимите фибри могат да насърчат загубата на тегло [33], но съществува несъвместима връзка между разтворимостта на фибрите и способността им да намалява апетита и телесното тегло ([20, 44], Isken 2010). Докато разтворимите фибри могат да насърчат загуба на тегло [12], други фактори като съвпадащ прием на мазнини [57] и калории, присъщи на продуктите за ферментация на късоверижни мастни киселини [26, 40, 77], могат да отменят този оздравителен ефект.

Разтворимият диетичен фибри пектин влияе положително върху регулирането на глюкозата в кръвта [42, 65], предизвиквайки интерес към приложението му за профилактика/лечение на диабет [10, 37, 70]. Пектинът е полизахарид, който се намира предимно в цитрусовите кори и често се използва като желиращ агент в хранителната индустрия [74]. Преди това демонстрирахме, че диетичният пектин, в сравнение с неразтворимата фиброва целулоза, ускорява възстановяването от ендотоксин в миши модел на сепсис [64]. Тъй като целулозата е основният структурен компонент в растенията [67], тя обикновено е най-консумираната от диетичните фибри [46, 50]. За разлика от това, пектинът се консумира ограничено [46, 50], тъй като е малцинствен компонент на ядливите части на растенията [63]. Предишни проучвания показват, че пектинът в комбинация с HFD може да намали възпалението, холестерола и чернодробните мазнини [36, 78]. Затова сравнихме ефективността на диетите с високо и ниско съдържание на мазнини във връзка с целулоза и пектин по отношение на модифицирането на въздействието на индуцирано от HFD затлъстяване при мишки.

Методи

Животни

Употребата на животни се извършва в съответствие с одобрените от институционалните комитети за грижи и употреба на животните протоколи в Университета на Илинойс. C57BL/6 J мъжки животни са закупени от лабораторията Jackson (Bar Harbor, ME) на 3-седмична възраст. Мишките бяха настанени групово (8 мишки/клетка) в стандартни клетки за обувки (дължина 46,9 см; ширина 25,4 см; височина 12,5 см) и им беше разрешена вода и храна ad libitum. След 11 седмици на диета, мишките бяха настанени индивидуално в малки клетки за кутии за обувки (дължина 28,9 см; ширина 17,9 см; височина 12,7 см) и се аклиматизираха в продължение на една седмица, преди да преминат към новата диета. Температурата на корпуса (72 ° F) и влажността (45–55%) се контролираха, както беше 12/12 h обратен цикъл на тъмна светлина (2200–1000 h). Видеозаписът на поведението на животните се извършва под червена светлина с помощта на видеокамера с възможност за Night Shot (Sony HDR-XR500V). С изключение на телесното тегло, приема на храна и двигателната активност, всички лечения по всички времеви точки представляват отделни кохорти от мишки. Общият брой на използваните мишки е 80.

Диети

Всички диети са закупени от Research Diets (New Brunswik, NJ). Мишките се хранеха с диети с еднородна основа с отворен код, съдържащи или 10% калории от мазнини със 100 g целулоза (LFC, D06082201), или 60% калории от мазнини със 100 g целулоза (HFC, D07102501), започвайки на 4 седмична възраст. Хранените с LFC мишки са държани на същата диета, за да служат като контрол. След 12 седмици на диета, мишките, хранени с HFC, са преминали към LFC, 10% калории от мазнини с 105 g пектин (LFP, D06082202), 60% от калориите от мазнини с 105 g пектин (HFP, D08111803) или HFC (Маса 1).

Телесно тегло

Мишките се претеглят ежеседмично, като се използва цифровата везна Adventurer Pro (Ohaus, Parisippany, NJ) като повтаряща се мярка във времето.

Прием на храна

Приемът на храна се измерва при индивидуално настанени мишки, като повторна мярка, както описахме [75]. Накратко, храната беше преместена от резервоара за храна в горната клетка и поставена в 8 cm диаметър × 5 cm купа от неръждаема стомана заедно с подмяната на постелките. След 24 часа приемането на храна се счита за разликата между теглото на купата плюс храната в началото на 24-часовия период и теглото на купата плюс храна и храна, възстановена от постелката след 24-часовия период.

Локомоция

Спонтанната двигателна активност беше измерена като повторна мярка, както описахме [11, 45, 87]. Мишките бяха записани на видео в домашната им клетка за 5 минути. Преместеното разстояние беше количествено определено с помощта на EthoVision XT 7.

Изпитване на глюкоза

Измерва се кръвната глюкоза, както вече описахме [45] при мишки, които са гладували 16 часа. За тестване на глюкозен толеранс мишките се инжектират i.p. с 20% разтвор на глюкоза, равен на 1% от общото телесно тегло. Глюкозата в кръвта на мишката се записва с помощта на монитор за кръвна захар FreeStyle Freedom (Abbott, Abbott Park, IL), след като опашката се почиства със 70% етанол и се нанася със стерилна 18-габаритна подкожна игла (Franklin Lakes, NJ). Глюкозата се измерва на всеки 15 минути в продължение на 90 минути, след това на всеки 30 минути до 180 минути след инжектирането. Резултатите представляват общата площ под кривата на кръвната глюкоза спрямо времето, изчислено с помощта на трапецовидното правило [72].

Хистохимия

Както вече описахме [11, 38], мишките бяха евтаназирани чрез задушаване на CO2. Кухината на гръдния кош на мишката се отвори и дясното предсърдие се разреза. Мишките бяха перфузирани през лявата камера с 30 mL ледено студен PBS с помощта на игла 18 и 30 мл спринцовка. След това мишките бяха перфузирани с 30 ml ледено студен 10% неутрален буфериран формалин. Прибраният дроб се фиксира допълнително в 10% неутрален буфериран формалин за 24 часа. Впоследствие черният дроб беше вграден и разделен на парафин. Петмикронна секция беше оцветена с хематоксилин и еозин (H&E) с помощта на автоматичен оцветител (Sakura). Оцветените диапозитиви бяха изобразени при 40 × с NanoZoomer 2.0-HT (Hamamatsu, Bridgewater, NJ). Процентът на чернодробните мазнини се определя с помощта на ImageJ чрез методи, предоставени по-горе описани (NIH) [3].

Статистика

Всички данни са представени като средно ± SEM. Данните бяха анализирани с помощта на Sigma Plot 11.2 (Systat Software, Chicago, IL). За тестване на статистически разлики се използва еднопосочен или двупосочен ANOVA със или без повторни измервания, където е необходимо. Тестът на Tukey е бил използван за post-hoc двойни процедури за сравнение по двойки. Където е посочено, суровите данни са трансформирани с помощта на трансформация log10, за да се постигне еднаква дисперсия. Целият статистически анализ включваше тестване за взаимодействията между времето и времето на лечението. Статистическата значимост беше обозначена с стр

Резултати

Преминаването от HFC към HFP предотвратява наддаването на тегло, докато преминаването към LFC или LFP причинява загуба на тегло

За да се определят ефектите от приема на мазнини и фибри върху затлъстяването, предизвикано от диетата, мишките са хранени с HFC диета в продължение на 12 седмици (изходно ниво), след което или се поддържат на HFC диета, или преминават към HFP, LFC или LFP. Като контрола, едновременна група мишки бяха хранени с LFC. Мишките, хранени с HFC в продължение на 12 седмици, тежат значително повече от мишките, хранени с LFC (Таблица 2, стр Таблица 2 Телесно тегло на мишки, преминали от HFC към LFC, LFP, HFP и HFC

Диетата с HFC намалява двигателната активност, която само LFC или LFP диета коригира

За сравнение на въздействието на диетите с LFC и HFC върху изходната доброволна физическа активност, движението беше изследвано след 12 седмици (Таблица 4). За да се види дали диетичният превключвател може да подобри двигателната активност на мишки, хранени с -HFC за 12 седмици, мишките са преминали на HFP, LFC или LFP за 3 седмици (Таблица 4, основни ефекти на мазнините, стр Таблица 4 Въздействие върху движението при преминаване от HFC към LFC, LFP, HFP и HFC

Преминаването от HFC към HFP, LFC или LFP подобрява нивата на кръвната захар на гладно и толерантността към кръвната захар

Глюкозата на гладно се изследва при мишки, които са били хранени с HFC диета в продължение на 12 седмици, след което са преминали към HFP, LFC или LFP за 4 седмици. Мишките, преминали на LFC или LFP, са имали сходни нива на кръвна глюкоза в сравнение с контрола на LFC, докато мишките, преминали на HFP, показват по-ниско ниво на кръвна глюкоза от тези, хранени с HFC диета (фиг. 1а, основен ефект на мазнините, стр = Фиг. 1

съдържание

Преминаването от HFC към HFP, LFC или LFP намалява затлъстяването на черния дроб

Мишките, хранени с HFC диета в продължение на 12 седмици, бяха превключени на HFP, LFC или LFP за 5 седмици (фиг. 2а и б, основни ефекти на мазнините, стр Фиг. 2

Дискусия

От 1850 до 1980 г. средната продължителност на живота почти се е удвоила, като се е увеличила от около 39 години на около 75 години [60]. Въпреки това, тъй като честотата на затлъстяването се е ускорила през 70-те години, скоростта на увеличена продължителност на живота се е забавила [6]. Някои предполагат, че неблагоприятните здравословни проблеми, свързани със състоянието на затлъстяването, може да са отговорни за част от забавящата се средна продължителност на живота [47, 56]. Ясно е, че свързаните със затлъстяването съпътстващи заболявания като коронарна болест на сърцето, високо кръвно налягане, инсулт, диабет тип 2, NAFLD и рак подкрепят това твърдение [4]. За борба със затлъстяването, свързано с прекомерно хранене, се препоръчват промени в начина на живот като ограничаване на калориите и повишена физическа активност [52, 58], но тези интервенции често са с ограничена стойност извън клиничните условия [79]. Например, над 80% от хората, които умишлено губят 10 +% от телесното тегло, възвръщат споменатото тегло в рамките на една година [82, 83]. Някои сравняват борбата със затлъстяването с лечението на хронично заболяване [51], където първоначалните интервенции за отслабване изискват ангажимент за поддържащи терапии [22]. Следователно медиациите, които намаляват теглото и са осъществими в дългосрочен план, имат клинично значение.

Прекомерното хранене може да предизвика пролиферация и диференциация на мастните клетки [43, 73]. По този начин при затлъстяването мастните клетки са не само по-големи, но и по-многобройни [7]. Интересното е, че тази промяна във физиологията на мастните клетки е свързана с намаляване на способността на бозайниците да отслабват [30, 49]. Диетата с високо съдържание на мазнини (HFD), хранена с мишки, използвана в това и много други проучвания [9, 61], е добре утвърден модел на затлъстяване и илюстрира много аспекти на зависеното от прехранване наддаване на тегло при човека, включително предразположението към NAFLD и глюкозната дисхомеостаза. Превключването на мишки на диета с ниско съдържание на мазнини, независимо от разтворимостта на фибри, насърчава 30% загуба на тегло в рамките на една седмица. Интересното е, че тези мишки, насочени към загуба на тегло, преди това са хранели HFC в продължение на 12 седмици с мишки, хранени с LFC в продължение на 12 седмици, което показва, че тези мишки не са защитили индуцирано от HFD увеличение на теглото, както правят някои животни и хора [9]. Тези резултати също подчертават значението на намаления прием на мазнини като важен начин за преодоляване на затлъстяването, предизвикано от диета [39]. Те също така подчертават, че хранителните добавки, като фибрите, не са заместител на намаления калориен прием. Изненадващо, диетата с HFP насърчава загубата на тегло и бавното наддаване на тегло в сравнение с диетата с HFC, което предполага, че диетата с високо съдържание на разтворими фибри може да компенсира ефекта от прекомерното хранене, стимулиращ теглото.

Като цяло, затлъстелите мишки демонстрират намалено спонтанно движение [8, 54]. Освен това, някои диетични фибри са свързани с подобрено физическо изпълнение на определени двигателни задачи [84]. Както се очакваше, мишките, хранени с HFC, бяха по-малко подвижни от мишките, хранени с LFC. Подобно на теглото, мишките, хранени с HFD, които получават диета с ниско съдържание на мазнини в продължение на 3 седмици, се връщат към "изходно" движение, в сравнение с мишки, хранени само с диета с ниско съдържание на мазнини в продължение на 15 седмици. За разлика от теглото, HFP не демонстрира нормализиращ ефект, тъй като тези мишки продължават да съответстват на своите HFC аналози, като показват намалено спонтанно движение. В допълнение, изглежда, че загубата на тегло не корелира линейно с възстановеното движение. Тези резултати предполагат, че загубата на тегло поради прием на пектин не е следствие от повишена физическа активност, а вероятно поради намаляване на бионаличността или оползотворяването на енергия. По принцип механизмите, чрез които хранителните фибри могат да допринесат за загуба на тегло, включват: забавяне на изпразването на стомаха, намаляване на дифузията на глюкозата и предотвратяване на абсорбцията на мазнини [15, 18, 55]. По този начин увеличаването на приема на диетични разтворими фибри може да бъде ефективно средство за намаляване на енергийната достъпност/метаболизъм или като монотерапия, или като помощна намеса с ограничаване на калориите и/или увеличен разход на калории [44, 68].

Когато се изчислява теглото, HFP смекчава намалението в зависимост от мазнините с 50%. По принцип хранителните добавки с фибри водят до противоречиви резултати, когато се изследва загуба на тегло [20, 34, 41]. Отново образуването на гел в червата може да е от ключово значение за медиираното от пектина намалено наддаване на тегло. Способността на гелообразуващите влакна, като пектин, да свързват жлъчни киселини и мицелни компоненти, като моноглицериди, свободни мастни киселини и холестерол, намаляват абсорбцията на мазнини в червата [41]. Интересното е, че NAFLD, предизвикана от диета с високо съдържание на мазнини, също е намалена, когато пектинът замества целулозата. Подобно на теглото, пектинът изглежда смекчава затлъстяването на черния дроб с около 50%. Ферментиращите влакна като пектин могат да повлияят експресията на ацетил-КоА карбоксилаза, която е ограничаващ скоростта ензим в липогенезата [41]. Като пример, 10 седмици. разбира се Plantago ovata повишено фосфорилиране на AMPK, намаляваща активността на ацетил-КоА карбоксилазата при плъхове със затлъстяване до тази при слаби плъхове [29]. Освен това, късоверижните мастни киселини, дължащи се на ферментацията на ферментиращите влакна в червата, изглежда активират чернодробния AMPK [41]. Такива открития подкрепят важната роля на разтворимия в сравнение с неразтворимите фибри, когато се опитва да използва диета като първа линия за лечение на преддиабет [19, 48], но подчертава неговото ограничение като терапия за отслабване.

Заключение

При хората загубата на тегло е трудна за осъзнаване и поддържане [21]. Дори ефективните процедурни интервенции като бариатрична хирургия често губят ефективност в дългосрочен план [31, 59]. Както е показано тук, вкусните диетични интервенции, които могат да забавят или да предотвратят увеличаване на теглото в зависимост от прехранването, са постижими при мишки. Дали тези методи могат да бъдат преведени на хора, предстои да се определи, тъй като ферментиращите и гелообразуващи влакна могат да генерират дискомфорт в корема и мазни/воднисти изпражнения.