Fotografische Lebensmittelerkennung und Schätzung der Mahlzeitgröße vor und nach Roux-en-Y-Magenbypass

Einführung

Adipositas ist eine der wichtigsten Erkrankungen der öffentlichen Gesundheit weltweit. Die Morbidität kann die Lebenserwartung stark reduzieren. Adipositaschirurgie bei schwerer Adipositas ist eine wirksame Behandlung, die zur Verbesserung und Remission vieler adipositasbedingter Komorbiditäten, kardiovaskulären Vorteilen sowie anhaltendem Gewichtsverlust und Verbesserung der Lebensqualität führt. Es wurden verschiedene chirurgische Verfahren zur Gewichtsreduktion entwickelt, wobei die Schlauchgastrektomie (SG) und der Roux-en-Y-Magenbypass (RYGB) die häufigsten sind. RYGB ist das am häufigsten angewandte Verfahren zur Gewichtsreduktion in der Schweiz, obwohl in den letzten Jahrzehnten weltweit eine Verschiebung hin zu SG stattgefunden hat. Unabhängig vom angewandten Verfahren bleibt die Adipositaschirurgie die effektivste und dauerhafteste Intervention bei Adipositas. Die moderne Adipositaschirurgie hat ein ausgezeichnetes Sicherheitsprofil, obwohl kurz- und langfristige Komplikationen berichtet wurden. Umfangreiche Forschungsarbeiten erweiterten auch das Verständnis der breiten Palette von Mechanismen, die der Wirksamkeit der Adipositaschirurgie zugrunde liegen. Die relativen Beiträge dieser Mechanismen variieren je nach gewähltem Verfahren, wobei verändertes Sättigungsgefühl und Hunger als wichtige Faktoren nach RYGB angesehen werden. Es wurden auch andere Mechanismen vorgeschlagen, darunter Veränderungen der Darmhormone, verminderter Appetit, erhöhte Sättigung, erhöhter Energieverbrauch, Veränderung der Darmmikrobiota und der Konzentration und Zusammensetzung der Gallensäuren sowie Veränderungen der Signalübertragung des Vagusnervs. Änderungen der Ernährungspräferenzen wurden ebenfalls als wichtiger möglicher Mechanismus in Betracht gezogen, da Patienten zuckerarme und fettarme Speisen bevorzugen und berichten, dass sie nach RYGB Essen im Allgemeinen als weniger angenehm empfinden. Sowohl Menschen als auch Ratten essen nach RYGB weniger und zeigen veränderte Nahrungspräferenzen, aber der zugrunde liegende Verhaltensmechanismus bleibt unklar.

Das Ziel der öffentlichen Gesundheitspolitik bei der Behandlung von Adipositas sollte die Entwicklung einer wirksamen Prävention und besserer Therapien sein, die die Notwendigkeit einer Operation vollständig beseitigen würden. Bis dahin ist die Adipositaschirurgie sicher, effektiv, erschwinglich und mit großem Verbesserungspotenzial. Darüber hinaus kann ein tieferes Verständnis der physiologischen Veränderungen, die der Verbesserung der Morbidität zugrunde liegen, bei der Entwicklung neuer Therapien helfen. Bisher waren direkte Messungen von Veränderungen in der Lebensmittelauswahl beim Menschen nach RYGB durch die Unzuverlässigkeit der Patienten begrenzt, was erhebliche methodische und konzeptionelle Herausforderungen für Forscher und Studiendesign darstellt. Die Selbstüberwachung erfordert Zeit und Mühe, und viele finden es mühsam, die Nahrungsaufnahme zu verfolgen, was zur Abnutzung beiträgt . Direkte Messungen stellen jedoch eine wesentliche Komponente bei dem Versuch dar, zu verstehen, wie RYGB Ess- und Lebensmittelpräferenzen verändert, aber Laborumgebungen schließen eine reale Umgebung aus. Folglich haben Adipositasforscher versucht, neue, einfachere Nachverfolgungsmethoden wie das Fotografieren von Lebensmitteln zu entwickeln, um die Nahrungsaufnahme sowohl im klinischen Umfeld als auch im Alltag zu überwachen. Diese neuen Methoden scheinen im Vergleich zu anderen effektiver zu sein. Beispielsweise ermöglichen Mobiltelefonanwendungen zur fotografischen Lebensmittelerkennung (PFR) wie SNAQ Patienten, verzehrte Lebensmittel, Portionsgrößen und Häufigkeit des Verzehrs während eines vordefinierten Zeitraums zu erfassen und zu übermitteln. Diese Technologie steckt jedoch noch in den Kinderschuhen und Bewertungsverfahren müssen von geschulten Fachleuten validiert werden. Die doppelt gekennzeichnete Wassermethode (DLW) wurde als Goldstandard zur Bewertung des Gesamtenergieverbrauchs im Freileben vorgeschlagen und kann zur Überwachung der Körperzusammensetzung (BC) und des Gesamtenergieverbrauchs (TEE) einer Person unter Umständen der Energiebilanz verwendet werden basierend auf Verdünnungsgleichungen der markierten isotopischen Elemente im Körper. Die direkte segmentale multifrequente bioelektrische Impedanzanalyse (DSM-BIA) gilt als praktische, nicht-invasive und relativ kostengünstige Methode zur schnellen Beurteilung des BC27, und es wird berichtet, dass die BC-Schätzungen mit DSM-BIA auch mit denen der DLW-Methode übereinstimmen für adipöse Patienten. Die gemeinsame Messung der TEE mit den Schätzungen der PFR und der DLW-Methode würde der Validierung der PFR für die Messung der TEE bei Patienten dienen, die sich einer RYGB unterziehen. PFR würde dann ein leistungsfähiges Werkzeug für die Forschung werden und nützliche Informationen für die Gestaltung geeigneter individualisierter Behandlungsprogramme für Fettleibigkeit liefern.

Fragestellung

Das Ziel dieser Studie ist es, Veränderungen in den Ernährungspräferenzen, der Gesamtenergieaufnahme der drei primären Makronährstoffe und den Mahlzeitenmustern zwischen adipösen Frauen (BMI ≥ 35) vor und nach Roux-en-Y-Magenbypass und schlanken (BMI ≤ 25) und Frauen zu untersuchen Übergewichtige (BMI ≥ 35) Kontrollen mittels PFR mit der mobilen Anwendung SNAQ.

Methoden

Dies wird eine monozentrische, beobachtende, prospektive Fall-Kontroll-Kohortenstudie an weiblichen Probanden mit krankhafter Adipositas sein, die in der Schweiz leben und sich einer RYGB unterziehen (n = 20), fettleibigen Kontrollen (n = 20) und schlanken Kontrollen (n = 20). vor, 3, 6 und 12 Monate nach Operation bzw. Studienbeginn. Die optimale Anzahl der eingeschlossenen Teilnehmer kann auf Leistungsberechnungen mit einem Äquivalenzdesign und auf der Hypothese basieren, dass die Patienten ein Jahr nach RYGB eine ähnliche Kalorienaufnahme wie die magere Kontrollgruppe haben werden. Die äquivalente Kalorienzufuhr zwischen den beiden Gruppen wird durch einen Äquivalenzbereich von 210 kcal/Tag mit einer SD von ±200 kcal definiert. Um eine Power von 90 % und ein p = 0,05 zu erreichen, um eine Differenz von Mittelwerten > 210 kcal/Tag auszuschließen, sind n = 20 Teilnehmer pro Gruppe erforderlich . Patienten werden in diese Studie aufgenommen, wenn (1) sie Frauen im Alter von ≥ 18 Jahren sind, (2) einen Body-Mass-Index (BMI) ≥ 35 kg/m2 ohne vorherige bariatrische Operation haben, (3) einen geplanten RYGB haben, (4 ) sich selbstständig bewegen können, (5) über grundlegende technische Kenntnisse verfügen, (6) fließend Deutsch sprechen und (7) in der Lage sind, ihre Einwilligung nach Aufklärung zu erteilen. Übergewichtige Kontrollpersonen erfüllen die gleichen Kriterien, planen jedoch keine Operation, was die Rekrutierung dieser Gruppe sehr schwierig macht. Schlanke Kontrollen haben einen BMI ≤ 25 kg/m. Der Hauptzweck der Lean-Kontrollgruppe besteht darin, die Teststabilität über die Zeit und über mehrere Wiederholungstests hinweg zu bewerten. Patientinnen und Patienten, die den Rekrutierungskriterien entsprechen, werden am Ambulatorium des Universitätsspitals Zürich aufgenommen. Übergewichtige und gesunde Kontrollpersonen werden vom Studienteam rekrutiert. Das Studienprotokoll wird erläutert und von allen Teilnehmern wird eine schriftliche Einverständniserklärung eingeholt. Das Studienprotokoll wurde von der Ethikkommission des Kantons Zürich genehmigt (BASEC-Nr. 2019-00952). Der TEE unter freilebenden Bedingungen wird mit der DLW-Methode bewertet. Am Tag vor der Messung wird BIA durchgeführt. Am ersten Tag der Messung führen die Probanden zu Beginn eine Urinsammlung durch und nehmen eine orale Verabreichung von DLW zu sich. Nach der DLW-Verabreichung sammeln die Probanden jeweils 3 und 4 h nach der Verabreichung und erneut nach 7 Tagen zum gleichen Zeitpunkt der zweiten und dritten Urinprobenahme Urin. Die Probanden werden angewiesen, ihren Lebensstil oder ihre Medikation während des Studienzeitraums nicht zu ändern. Unter frei lebenden Bedingungen für eine Woche wird die gesamte Nahrungsaufnahme von den Teilnehmern mithilfe einer mobilen App zur Fotoerkennung von Lebensmitteln registriert. Die Teilnehmer zeichnen ihre Nahrungsaufnahme über 7 Tage vor, 3, 6 und 12 Monate nach der Operation auf.

Datenanalyse

Die Daten jedes Patienten werden wie folgt organisiert: Zeitpunkt der Mahlzeit, Gesamtkalorien, Gesamtkohlenhydrate, Proteine ​​und Fett, Lebensmittelgruppe. Dieses Ergebnis muss für die endgültige TEE-Berechnung summiert werden, um die Gesamtmenge jeder Variablen pro Mahlzeit, pro Tag und pro Woche zu erhalten. Die PFR-Daten werden mit DWL-basiertem TEE zur Validierung der Ernährungsbewertung verglichen. Deskriptive Statistiken werden verwendet, um demografische Daten zu beschreiben und mahlzeitbezogene Informationen über verschiedene Zeiträume darzustellen. Die Veränderung im Laufe der Zeit und gegenüber dem Ausgangswert wird mit ANOVA und t-Tests bewertet, mit Korrektur für falsche Entdeckungsraten. Jeder mahlzeitbezogene Parameter wird miteinander und mit dem 1-Jahres-Gewichtsverlust korreliert, ausgedrückt als absoluter Gesamtkörper-Gewichtsverlust % überschüssiger BMI-Verlust (% EBMIL). Unter Verwendung logistischer Regression werden explorative Modelle generiert, um mahlzeitbezogene Informationen und optimalen Gewichtsverlust abzubilden. Alle Daten werden mit RStudio analysiert.

Einschränkungen

Die vorliegende Studie weist mehrere Einschränkungen auf, die mit den Methoden und den Teilnehmern verbunden sind. Erstens sind die Lebensmitteldaten selbst aufgezeichnet und anfällig für soziale Erwünschtheit, was zu ungenauen Daten führen kann. Tatsächlich könnten die Lebensmittelpräferenzen während der Aufzeichnungswoche geändert werden und einige Lebensmittel könnten möglicherweise nicht aufgezeichnet werden. Die in die App eingebettete Datenbank mit Lebensmitteln und Kalorien ist möglicherweise nicht so genau wie erwartet. Um diese Einschränkung zu verringern, werden die Teilnehmer gebeten, fehlende Lebensmittel oder Inkongruenzen, die von der App gemeldet werden, zu melden, und Feedbacks werden mit dem App-Entwickler besprochen. Die Ernährungsselbstkontrolle ist eine Schlüsselkomponente in Programmen zur Gewichtsabnahme, und die Häufigkeit der Selbstkontrolle mit einer Smartphone-App korreliert stark mit der Gewichtsabnahme. Die schlanken und fettleibigen Kontrollpersonen dieser Studie befolgen jedoch keine Diät mit dem Ziel der Gewichtsabnahme, und die Teilnehmer werden ihre Nahrungsaufnahme über einen Zeitraum aufzeichnen, der nicht lang genug sein sollte, um eine Änderung ihrer Gewohnheiten herbeizuführen. Jüngste Studien, die versuchten, die Schätzungen der Energieaufnahme durch Verwendung von PFR im Vergleich zur DLW-Methode mit übergewichtigen Teilnehmern zu validieren, fanden heraus, dass diese Methode bei der Schätzung der Energieaufnahme im Vergleich zu DLW nicht genau war. In einem Fall wurde der TEE jedoch bei schwangeren Frauen gemessen, die eine geringe Compliance bei der Angabe der häufigen Einnahme kleiner Mahlzeiten zeigten. In der anderen wurde der TEE bei Vorschulkindern aus Minderheiten gemessen, deren Einnahme von den Betreuern aufgezeichnet wurde. Darüber hinaus handelte es sich bei beiden Studien um Querschnittsstudien. Es wird auch berichtet, dass Teilnehmer, die ihre eigenen Telefone verwenden, im Vergleich zu Teilnehmern, die geliehene Telefone verwenden, mehr Bilder aufnehmen und eine höhere Genauigkeit aufweisen, daher sollte diese Variable auch bei der Datenanalyse berücksichtigt werden. Auch technische Probleme mit den Telefonen können eine Quelle der Unterschätzung sein. Schulung der Teilnehmer, ständige Kommunikation und technischer Support müssen bereitgestellt werden, um die Genauigkeit zu erhöhen.

Relevanz des erwarteten Ergebnisses für Forschung oder Praxis

Diese Studie würde zum ersten Mal eine direkte und präzise Messung der Nahrungsaufnahme bei übergewichtigen Patienten vor und nach RYGB liefern. Die direkte PFR-Messung mit der mobilen Anwendung SNAQ, validiert durch die DLW-Methode, wird es ermöglichen, die Energieaufnahme der drei primären Makronährstoffe pro Tag (kcal/24h) und pro Mahlzeit (kcal/Mahlzeit) zwischen RYGB-Patienten und Kontrollen zu vergleichen . Darüber hinaus könnte es grundlegendere Informationen über das menschliche Verhalten liefern, die es ermöglichen, Verhaltensänderungen, über die zuvor bei Ratten berichtet wurde, auf den Menschen zu übertragen. Es wird erwartet, dass die Patienten postoperativ und progressiv ihre relative Kalorienaufnahme und Nahrungsauswahl mit einer Verringerung von Fett und Zucker und einer Zunahme komplexer Kohlenhydrate anpassen, während nicht operierte Kontrollen eine stabile, unveränderte Nahrungsauswahl und -aufnahme aufweisen. Das beantragte Forschungsvorhaben zeichnet sich durch konzeptionelle und methodische Innovation aus. Nahrungsmittelpräferenzen und relative Makronährstoffaufnahme innerhalb und zwischen den Mahlzeiten bei Patienten nach RYGB werden direkt in einer realen Umgebung mit PFR gemessen. Dieser Ansatz wird viele der bisher in der Literatur berichteten Einschränkungen überwinden oder verringern. Wenn sich das erwartete Ergebnis bestätigt, hat ein solcher Befund das Potenzial, die klinische Praxis in Bezug auf die aktuelle postbariatrische Ernährungsberatung grundlegend zu verändern. Darüber hinaus könnten die Ergebnisse auch zur Entwicklung weniger invasiver Interventionen bei der Behandlung von Fettleibigkeit beitragen und würden einen neurogenetischen Ansatz mit Tiermodellen für Fettleibigkeit rechtfertigen, um neuronale Schaltkreise abzubilden und zu untersuchen und spezifische Gehirnaktivitäten mit spezifischen Verhaltensweisen zu verknüpfen, die an Fettleibigkeit beteiligt sind, wie angegeben von der BRAIN-Initiative.