Strategien, um Zucker mit nicht nahrhaften Süßstoffen oder Wasser zu widerlegen (STOP Sugars NOW) Trial

HINTERGRUND UND BEDEUTUNG:

Internationale Gesundheitsbehörden und Verbände für chronische Krankheiten haben eine Reduzierung des freien/zugesetzten Zuckers auf ≤ 5-10 % der Energie gefordert, um den wachsenden Epidemien von Fettleibigkeit und Diabetes entgegenzuwirken. Die Aufmerksamkeit hat sich insbesondere auf die Verringerung der Hauptquelle für freien Zucker, zuckergesüßte Getränke (SSBs), konzentriert, deren übermäßiger Konsum mit Gewichtszunahme, Diabetes und deren nachgelagerten Komplikationen, einschließlich Bluthochdruck und koronarer Herzkrankheit (KHK), in Verbindung gebracht wurde. Das Healthy Kids Panel von Ontario, Health Canada, der Ständige Senatsausschuss, die Heart and Stroke Foundation und Diabetes Canada haben Richtlinien zur Reduzierung von SSBs empfohlen, darunter Ersatzstrategien, Besteuerung und/oder Werbeverbote für Kinder. Eine Rolle für nicht nahrhafte Süßstoffe (NNS) in diesen politischen Optionen war auffallend abwesend.

Es besteht die Sorge, dass NNSs zu einer Zunahme der Krankheiten beitragen könnten, die sie zu verhindern versuchen. Systematische Reviews und Metaanalysen prospektiver Kohortenstudien haben gezeigt, dass NNSs mit einem erhöhten Risiko für Gewichtszunahme, Diabetes und KHK assoziiert sind. Obwohl diese Evidenz anerkanntermaßen ein hohes Risiko einer umgekehrten Kausalität aufweist und nicht mit Evidenz höherer Qualität aus randomisierten kontrollierten Studien übereinstimmt, wurden mehrere biologische Mechanismen vorgeschlagen, darunter Veränderungen im Darmmikrobiom. Eine sehr einflussreiche Studie kam zu dem Schluss, dass NNSs eine Glukoseintoleranz durch einen Verlust der Diversität im Mikrobiom induzieren. Diese Studie widersprach jedoch einer nachfolgenden Studie und hatte mehrere methodische Schwächen, einschließlich des Fehlens einer Kontrollgruppe. Trotz der Ungewissheiten haben diese Daten zu einem negativen Bild der NNS in den Medien beigetragen.

Es besteht ein dringender Bedarf, die anhaltenden Bedenken im Zusammenhang mit NNSs anzugehen. Insbesondere Health Canada hat darauf hingewiesen, dass Studien zu Zuckerreduktionsstrategien, die NNSs verwenden und auf das Mikrobiom abzielen, eine wichtige Forschungspriorität sind. Die Forscher schlagen vor, eine vom CIHR finanzierte randomisierte kontrollierte Studie durchzuführen, die die Wirkung einer „realen“ Strategie zur Reduzierung von SSBs unter Verwendung von nicht nahrhaften gesüßten Getränken (NSBs) oder Wasser auf das Darmmikrobiom, die Glukosetoleranz und kardiometabolische Risikofaktoren bei Übergewicht bewertet oder übergewichtige Teilnehmer.

ZIELE

1. Bewertung der Wirkung des Ersatzes von SSBs durch NSBs oder Wasser auf das erste primäre Ergebnis der Diversität des Darmmikrobioms über 4 Wochen bei übergewichtigen oder fettleibigen Teilnehmern.
2. Bewertung der Wirkung des Ersatzes von SSBs durch NSBs oder Wasser auf das zweite primäre Ergebnis der Glukosetoleranz über 4 Wochen bei übergewichtigen oder fettleibigen Teilnehmern.
3. Bewertung der Wirkung des Ersatzes von SSBs durch NSBs oder Wasser auf die sekundären und explorativen Ergebnisse von Körpergewicht, Blutdruck, Glukose- und Insulinregulierung, Blutfetten, ektopischem Fett, Leberfett, Körperfett und Ernährungsqualität über 4 Wochen bei Übergewicht oder übergewichtige Teilnehmer

TEILNEHMER:

Die Teilnehmer werden aus einer Population von gesunden, erwachsenen Männern und nicht schwangeren Frauen rekrutiert, die übergewichtig oder fettleibig sind (BMI > 23 kg/m2 für Asiaten und > 25 kg/m2 für andere Personen), die derzeit angeben, regelmäßig SSBs zu trinken (≥ 1 täglich servieren). 75 Teilnehmer werden für die Studie rekrutiert. Von den 75 Teilnehmern werden 30 gebeten, einer MRT-Untersuchung zur Messung ihrer Leber- und Muskel-Adipositas zuzustimmen.

DESIGN:

Die Studie ist eine vierwöchige monozentrische, offene, randomisierte, kontrollierte Crossover-Studie mit drei Armen (SSB, NSB, Wasser), in der die Wirkung des Ersatzes von SSBs durch NSBs oder Wasser auf das Darmmikrobiom verglichen wird. Jeder Teilnehmer fungiert als seine eigene Kontrolle und erhält die Interventionen vier Wochen lang in zufälliger Reihenfolge, wobei die Interventionsphasen durch vierwöchige Auswaschphasen getrennt sind.

LEISTUNGSBERECHNUNG:

Die Studie wird mit insgesamt 75 Teilnehmern durchgeführt. Es zeigt einen Unterschied zwischen den Wasser-, NSB- und SSB-Armen bei 60 Teilnehmern in den beiden primären Ergebnissen. Geht man von einer Drop-out-Rate von 20 Prozent aus, bräuchten wir 75 Teilnehmer, um einen Unterschied feststellen zu können.

Das erste primäre Ergebnis ist die Beta-Diversität der Darmmikrobiomgemeinschaften der Teilnehmer zwischen Wasser- und NSB-Gruppen über die 16S-ribosomale rRNA-Gensequenzierung. Die Forscher verwendeten das Micropower R-Paket, um die Stichprobengröße basierend auf der Leistung der 16S-Tag-Sequenzierung zu berechnen, die mit paarweise gewichteten UniFrac-Abständen analysiert werden kann. UniFrac ist eine Distanzmetrik, die auf dem einzigartigen Bruchteil der Astlänge in einem phylogenetischen Baum basiert, der aus zwei Gruppen von Taxa aufgebaut ist. Der Vergleich von Mikrobiomproben erfolgt über gewichtetes UniFrac, das die relative Häufigkeit von Taxa berücksichtigt. Die Forscher simulierten den Abstand innerhalb der Gruppe als 0,2 und die Standardabweichung (SD) der Abstände innerhalb der Gruppe als 0,07. Um einen gewichteten UniFrac-Abstand von 0,04 zu erkennen, der kleiner ist als der Effekt, der in einer Studie von Suez et al. (0,05 abgeleitet von Abbildung 5), und in Anbetracht dessen, dass es sich um eine Cross-Over-Studie mit einer Intra-Person-Korrelation von 0,7 handelt, und unter Berücksichtigung mehrerer Arme berechneten die Ermittler, dass die Ermittler für eine Power von über 95 Prozent 60 Teilnehmer in dieser Studie benötigen würden . Geht man von einem Verlust von 20 Prozent aus, rekrutieren die Ermittler 75 Teilnehmer. Die Forscher sind zuversichtlich, eine Veränderung der Darmmikrobiom-Diversität zu erkennen, falls vorhanden, da frühere Studien zeigen, dass kleine Änderungen in der Ernährung bei weniger Personen (10 bis 25 Personen) über einen viel kürzeren Zeitraum (5 bis 7 Tage) zu einer signifikanten Veränderung der Darmmikrobiom-Taxa führen ).

Das zweite primäre Ergebnis ist die Glukosetoleranz, gemessen anhand der inkrementellen Fläche unter der Kurve (iAUC) aus einem 2-stündigen 75-g-OGTT. Bei 60 Teilnehmern haben die Ermittler eine Aussagekraft von 89 Prozent (unter der Annahme absoluter Zahlen für Mittelwert und SD aus der jüngsten unveröffentlichten randomisierten Studie der Ermittler), um eine 20 %ige Änderung der mittleren iAUC zwischen der Wasser- und der NSB-Gruppe zu erkennen, wenn die Richtung der Änderung ähnlich wie bei Suez ist et al. unter der Annahme einer Innerpersonenkorrelation von 0,7 und unter Berücksichtigung der drei Vergleiche. Die Differenz von 20 % für die Glukose-iAUC basiert auf der minimal wichtigen Differenz, die von Health Canada vorgeschlagen wurde, um Behauptungen zur Reduzierung der postprandialen Blutzuckerreaktion zu unterstützen.

Diese Power-Berechnung berücksichtigt die Anpassung für mehrere Tests für beide primären Endpunkte unter Verwendung des Benjamini-Hochberg-Verfahrens, das eine von der Food and Drug Administration in ihrer „Multiple Endpoints in Clinical Trials Guidance for Industry“ vorgeschlagene Methode ist (https://www .fda.gov/downloads/drugs/guidancecomplianceregulatoryinformation/guidances/ucm536750.pdf). Das Benjamini-Hochberg-Verfahren ist eine Step-down-Methode, die die Rate falscher Entdeckungen kontrolliert und gleichzeitig eine hohe Leistung beibehält. Die Ermittler werden eine abgeschnittene Benjamini-Hochberg-Methode mit parallelem Gatekeeping implementieren, bei der ein Teil des ungenutzten Alphas aus jedem Schritt für die Weitergabe an die sekundäre Ergebnisfamilie reserviert ist, wenn eines der primären Ergebnisse signifikant ist. Die für die primären Endpunkte berechneten Alpha-Niveaus sind in Tabelle 2 angegeben. Die Studie ist auch darauf ausgelegt, einen Unterschied zwischen den drei Armen für sekundäre Endpunkte mit einem α = 0,0125 aufzuzeigen, dem niedrigstmöglichen Anfangs-α für sekundäre Endpunkte, basierend auf dem verkürzten Benjamini- Hochberg-Verfahren.

Teilstudie: 1H-MRS wird bei 30 Probanden durchgeführt, um intrahepatisches und intramuskuläres Fett zu beurteilen. Die Ermittler haben eine Aussagekraft von 99 %, um einen Unterschied im Leberfett von 5 % zwischen dem Wasser- und dem NSB-Arm sowohl für Leber- als auch für Muskelfett unter der Annahme einer SD von 4 % zwischen den Gruppen mit einer Korrelation von 0,65 und einem Alpha von 0,05 nachzuweisen.

REKRUTIERUNG:

Unter Verwendung des Research Electronic Data Capture (REDCap)-Programms führt das Applied Health Research Center (AHRC) die Randomisierung ohne Stratifizierung durch. Nach erfolgreichem Abschluss der Einlaufphase und nach Messungen beim ersten Studienbesuch werden die Teilnehmer unter Verwendung einer Block-Randomisierung (lateinische Quadrate) in Gruppen von maximal sechs Personen randomisiert. Diese Gruppen werden Sequenzen sein, die SSB-, NSB- und Wassergruppen darstellen. Die lateinischen Quadratsequenzen werden den Teilnehmern nach dem Zufallsprinzip zugeteilt, wobei jeder Behandlungssequenz eine ähnliche Anzahl von Teilnehmern zugeteilt wird. Der Randomisierungsplan wird ebenfalls von AHRC über REDCap erstellt. Die Teilnehmer werden erst dann randomisiert und erhalten ihre Studiengetränke, wenn alle Messwerte des ersten Studienbesuchs erfasst sind.

INTERVENTIONEN:

Es wird drei Interventionen geben: Die Teilnehmer erhalten SSB ihrer Wahl (355 ml, 140 kcal, 39 g Zucker pro Dose), äquivalentes NSB (355 ml, 0 kcal, 0 g Zucker pro Dose) oder Wasser (355 ml, 0 kcal, 0 g Zucker pro Dose oder Flasche stilles oder kohlensäurehaltiges Wasser), um die Menge an SSBs zu ersetzen, die sie normalerweise konsumieren (≥ 1 Portion/Tag), wie in der Einlaufphase festgestellt. Alle Interventionsgetränke werden jedem Teilnehmer zur Verfügung gestellt. Sie werden angewiesen, ihre üblichen SSBs durch die Studiengetränke zu ersetzen, während sie ihre üblichen Hintergrunddiäten frei konsumieren. Die Kalorien der Interventionsgruppen werden nicht angepasst, um „echte“ Substitutionen mit auf dem Markt erhältlichen Produkten zu ermöglichen. Sie holen eine Woche ihres Getränkeauftrags beim ersten Besuch jeder Phase ab und lassen sich dann die Getränke für die verbleibenden drei Wochen über einen Online-Lebensmittellieferdienst liefern. Entsprechend ihrer Gruppeneinteilung erhalten die Teilnehmenden während der Interventionsphase entsprechende Getränke. Sie kehren während der Auswaschphase, in der sie keine Getränke aus der Studie erhalten, zu ihrer üblichen SSB-Aufnahme zurück.

STATISTISCHE ANALYSE:

Die Daten werden nach dem Intention-to-Treat-Prinzip (ITT) unter Verwendung gemischter Modelle in STATA 14 (StataCorp, Texas, USA) analysiert. Die Sensitivitätsanalyse wird auf der Grundlage der vollständigen Datenverfügbarkeit für primäre Endpunkte durchgeführt. Eine separate Sensitivitätsanalyse wird auf der Grundlage des Antibiotikaeinsatzes während der Studie durchgeführt.

• Primäre Ergebnisse. Mixed-Effect-Modelle mit wiederholten Messungen werden verwendet, um Änderungen in den beiden primären Endpunkten i) Beta-Diversität und ii) Glukose-iAUC zwischen den Gruppen zu bewerten. Paarweise Vergleiche zwischen Eingriffen werden unter Verwendung der Tukey-Kramer-Anpassung oder anderer geeigneter Statistiken durchgeführt. Für alle primären Endpunkte wird die Effektmodifikation durch das Geschlecht untersucht. Die Ermittler werden die verkürzte Benjamini-Hochberg-Methode zur Kontrolle der Rate falscher Entdeckungen mit parallelem Gatekeeping-Verfahren verwenden, um Mehrfachvergleiche für alle primären Ergebnisse zu korrigieren.
• Sekundäre Ergebnisse. Mixed-Effect-Modelle mit wiederholten Messungen können verwendet werden, um Änderungen des Gewichts, Taillenumfangs, Nüchternglukose, 2-Stunden-Plasmaglukose und MATSUDA zu bewerten. Paarweise Vergleiche zwischen Eingriffen werden unter Verwendung der Tukey-Kramer-Anpassung oder anderer geeigneter Statistiken durchgeführt. Für alle sekundären Endpunkte wird die Effektmodifikation durch das Geschlecht untersucht. Die Ermittler verwenden die verkürzte Benjamini-Hochberg-Methode zur Kontrolle der Rate falscher Entdeckungen mit parallelem Gatekeeping-Verfahren, um Mehrfachvergleiche für alle sekundären Ergebnisvergleiche zu korrigieren, wenn mindestens ein primäres Ergebnis Signifikanz erreicht. Wenn keines der primären Ergebnisse Signifikanz erreicht, werden die sekundären Ergebnisse als explorative Variablen ohne Anpassung für die Rate falscher Entdeckungen analysiert.
• Explorative und Adhärenz-Ergebnisse. Mixed-Effect-Modelle mit wiederholten Messungen werden verwendet, um Änderungen in allen explorativen Ergebnissen zu bewerten, ohne die Rate falscher Entdeckungen zu kontrollieren. Paarweise Vergleiche zwischen Eingriffen werden unter Verwendung der Tukey-Kramer-Anpassung oder anderer geeigneter Statistiken durchgeführt. Die Effektmodifikation durch das Geschlecht wird untersucht.

ERGEBNISSE:

• Die beiden primären Ergebnisse sind die Veränderung der Beta-Diversität des Darmmikrobioms, gemessen durch 16S-rRNA-Gensequenzierung, und die Plasmaglukose-iAUC, gemessen durch OGTT.
• Sekundäre Endpunkte sind die Veränderung des Taillenumfangs, des Körpergewichts, des Nüchtern-Plasmaglukosespiegels, des 2-Stunden-Plasmaglukosespiegels [2h-PG] und des Matsuda-Ganzkörper-Insulinsensitivitätsindex [Matsuda ISIOGTT].
• Sondierungsergebnisse (unten als „Andere vorab festgelegte Ergebnismessungen“ bezeichnet) stellen eine umfassende, aber nicht erschöpfende Liste potenzieller Ergebnisse dar, die bewertet werden müssen und je nach Verfügbarkeit von Finanzmitteln auf Ad-hoc-Basis durchgeführt werden. Dazu gehören Veränderungen im ektopischen Fett (eine frühe metabolische Läsion) in der Leber (intra-hepatozelluläres Lipid [IHCL]) und Wadenmuskeln (intra-myozelluläres Lipid [IMCL]) durch 1H-MRS; Nüchtern-Plasma-Insulin; 75-g-OGTT-abgeleitete Indizes (iAUC-Plasmainsulin, maximale Konzentrationen (Cmax) und Zeit bis zu maximalen Konzentrationen (Tmax) von Plasmaglukose und -insulin und mittlere inkrementelle Plasmaglukose und -insulin); Bewertung des homöostatischen Modells der Insulinresistenz (HOMA IR); der Insulinsekretionssensitivitätsindex-2 [ISSI-2]); nüchternes Blutfettprofil; Sättigung, Hunger und Heißhunger (unter Verwendung des Fragebogens zur Kontrolle des Essens); Ernährungsqualität (durch Analyse der 3DDRs); und kardiometabolisches Risiko (systolischer und diastolischer Blutdruck, Lipidprofil (LDL, HDL, Nicht-HDL-Cholesterin, Gesamtcholesterin), CRP, Natrium im Urin, Leberfunktion/Schädigung (ALT, AST, ALP, TBIL) und Nierenfunktion/Schädigung (Albumin-zu-Kreatinin-Verhältnis [ACR], Kreatinin, eGFR)), Metabolomik und Proteomik.
• Die Ergebnisse der Adhärenz basieren auf Getränkeprotokollen der Teilnehmer, zurückgegebenen Getränkebehältern und objektiven Biomarkern von SSBs (erhöhte 13C/12C-Verhältnisse in Serumfettsäuren, erhöhte Fruktose im Urin), Wasser (verringerte 13C/12C-Verhältnisse in Serumfettsäuren, verringerte Fruktose im Urin). ) und NSBs (erhöhte Aufnahme von Acesulfam-Kalium, Sucralose im Urin).