Auswirkungen von Hülsenfrüchten auf das Darmmikrobiom und Bioverfügbarkeit bioaktiver Verbindungen (LEGUMINIBUS)

Hülsenfrüchte sind für ihr besonderes Nährwertprofil bekannt, das reich an pflanzlichen Proteinen, Kohlenhydraten mit niedrigem glykämischen Index, Ballaststoffen, B-Vitaminen, Mineralien und Polyphenolen ist. Aufgrund ihres Proteingehalts und ihrer Aminosäurezusammensetzung können Hülsenfrüchte in Kombination mit Getreide Fleisch und seine Derivate wirksam ersetzen. Obwohl weltweite Ernährungsrichtlinien Hülsenfrüchte als wichtigste Nahrungsproteinquelle empfehlen, ist der Verzehr von rotem Fleisch und Fleischprodukten nach wie vor hoch und kann negative Folgen für die öffentliche Gesundheit haben. Tatsächlich deuten epidemiologische Erkenntnisse darauf hin, dass der langfristige Verzehr zunehmender Mengen an rotem und verarbeitetem Fleisch mit einem höheren Risiko für Sterblichkeit, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Darmkrebs und Typ-2-Diabetes verbunden ist. Darüber hinaus hat eine aktuelle Studie gezeigt, dass eine höhere Aufnahme von rotem Fleisch und Cholin mit höheren Konzentrationen von Trimethylamin-N-oxid (TMAO) verbunden ist, einem Nebenprodukt der Darmmikrobiota, das mit einer höheren Inzidenz unerwünschter kardiovaskulärer Ereignisse in Verbindung gebracht wird. Zahlreiche Forschungsstudien weisen darauf hin, dass der Verzehr pflanzlicher Lebensmittel gesundheitliche Vorteile für den Menschen mit sich bringt und unterstützen die Empfehlung internationaler Leitlinien, die Ernährungsgewohnheiten hin zu einer Ernährung mit mehr pflanzlichen Produkten umzustellen. Darüber hinaus zeigen epidemiologische Studien einen möglichen Zusammenhang zwischen einem hohen Verzehr von Hülsenfrüchten und einem Rückgang der koronaren Herzkrankheit und des kolorektalen Adenoms, während der Beweis für eine schützende Rolle von Hülsenfrüchten gegen Herz-Kreislauf-Erkrankungen aufgrund der Heterogenität der Ergebnisse und/oder möglicher Störfaktoren weniger stark ist . Die Fähigkeit von Hülsenfrüchten, kardiometabolische Risikofaktoren zu reduzieren, wird auch durch verschiedene wissenschaftliche Erkenntnisse aus klinischen Studien gestützt. Diese Studien zeigen, dass sich der Verzehr von Hülsenfrüchten positiv auf das Lipidprofil, den Glukosestoffwechsel, den Blutdruck, das Körpergewicht, den oxidativen Stress und den Entzündungsstatus auswirkt.

Trotz der anerkannten gesundheitlichen Vorteile des regelmäßigen Verzehrs von Hülsenfrüchten gibt es immer noch ein begrenztes Verständnis der zugrunde liegenden physiologischen Mechanismen, die diese positiven Effekte auslösen. Eine in Italien durchgeführte Beobachtungsstudie brachte Licht in diese Frage, indem sie zeigte, dass Personen, die sich eng an die Mittelmeerdiät halten, bei der die Reduzierung des Verzehrs von rotem Fleisch und die Erhöhung der Aufnahme von Obst, Gemüse und Hülsenfrüchten im Vordergrund stehen, eine häufigere Darmflora aufweisen von faserabbauenden Bakterien. Diese Personen weisen außerdem höhere Werte an kurzkettigen Fettsäuren im Kot und niedrigere Konzentrationen an TMAO im Urin auf. Darüber hinaus ergab eine randomisierte kontrollierte Studie an Personen, die aufgrund eines ungesunden Lebensstils einem Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen ausgesetzt waren, dass die Umstellung von einer typisch westlichen Ernährung auf eine eher mediterrane Ernährungsweise zu einem Anstieg der Präsenz ballaststoffabbauender Bakterienarten im Darm führte Mikrobiota. Diese Ernährungsumstellung führte auch zu erhöhten zirkulierenden mikrobiellen Metaboliten, die mit einem verbesserten Entzündungsstatus einhergingen. Während es immer noch an umfassenden In-vivo-Studien zur Bewertung der Bioverfügbarkeit von Nährstoffen aus Hülsenfrüchten mangelt, wurde in einigen klinischen Studien der Einfluss von Hülsenfrüchten auf das Darmmikrobiom untersucht. Dennoch weist die verfügbare Literatur darauf hin, dass Hülsenfrüchte die Fähigkeit haben, die menschliche Mikrobiota zu beeinflussen. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass die spezifischen Auswirkungen von Hülsenfrüchten auf die Mikrobiota in verschiedenen Studien erheblich variieren können, was es schwierig macht, diese Ergebnisse auf alle Arten von Hülsenfrüchten zu übertragen.

In diesem Rahmen konzentriert sich das vorliegende Projekt auf die Bewertung der Auswirkungen des Ersatzes von rotem Fleisch durch Hülsenfrüchte (PulD) oder einer Kombination aus Hülsenfrüchten und pflanzlichen Fleischersatzprodukten (PPD) auf die kardiometabolische Gesundheit von Personen mit ungesunden Gewohnheiten und einem sitzenden Lebensstil über die Veränderung der mikrobiellen Gemeinschaften im Darm. Darüber hinaus sollen die Auswirkungen auf die Gesundheitsergebnisse untersucht werden, wobei der Schwerpunkt auf der Bewertung von Veränderungen des Entzündungs-, Oxidations-, Immun- und Hormonstatus liegt. Die Studie umfasst die Etablierung einer zweimonatigen diätetischen Intervention mit einer isokalorischen Diät mit Isoprotein-Pulsen (PulD) und einer Diät mit pflanzlichen Proteinen (PPD). In Verbindung mit einer detaillierten Phänotypisierung des Wirts und der Profilierung der Darmmikrobiota während und nach dem Eingriff wird dies eine Bewertung der kausalen Auswirkungen einer Ernährung, die reich an pflanzlichen Proteinen (hauptsächlich aus Hülsenfrüchten) ist, und des Darmmikrobioms in Populationen mit hohem Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen ermöglichen ( CVD).

Die potenzielle Eignung von Probanden zur Teilnahme an dieser Studie wird anhand von Fragebögen vor der Einstellung beurteilt. Diese Fragebögen sammeln persönliche und soziodemografische Daten von Freiwilligen, allgemeine Gesundheitsinformationen (einschließlich Anthropometrie, Gesundheitszustand, Krankengeschichte, Rauch- und Alkoholkonsumgewohnheiten), Details zu individuellen Ernährungsgewohnheiten mithilfe des Food Frequency Questionnaire (FFQ) und Informationen zum Essen Verhalten anhand des Three Factor Eating Questionnaire (TFEQ) und Ausmaß der körperlichen Aktivität mithilfe des International Physical Activity Questionnaire (IPAQ). Den Probanden in der PulD-Gruppe und der PPD-Gruppe wird eine personalisierte Diät zugewiesen, die auf der Grundlage ihrer eigenen Essgewohnheiten erstellt wird und durch Rückrufe von 7-tägigen Ernährungstagebüchern ermittelt wird. Die Energiewerte und die Zusammensetzung der gesamten Makronährstoffe der gewohnten Ernährung bleiben während der PulD- und PPD-Intervention unverändert. Als Folge des Ersatzes von Fleisch durch Hülsenfrüchte (PulD-Gruppe) werden sich jedoch Änderungen in der Zusammensetzung von Kohlenhydraten (Ballaststoffe vs. Stärke), Nahrungsfetten (gesättigte vs. einfach/mehrfach ungesättigte Fettsäuren) und Proteinen (pflanzlich vs. tierisch) ergeben. oder mit einem Mix aus Hülsenfrüchten und pflanzlichen Fleischersatzprodukten (PPD-Gruppe). Kontrollpersonen werden ihre gewohnte Ernährung (HabD) während der Intervention nicht ändern. Alle Probanden werden gebeten, ihre körperliche Aktivität während des 8-wöchigen Interventionszeitraums nicht zu ändern. Die Einhaltung wird alle zwei Wochen anhand eines Telefoninterviews beurteilt, um die Nahrungsaufnahme und körperliche Aktivität in der Vorwoche zu bewerten. Zu jedem Interventionszeitpunkt (Grundlinie, 4 Wochen, 8 Wochen) füllen die Probanden für den Ernährungscheck 7-Tage-Ernährungstagebücher und zugehörige Fragebögen zum Appetit (Visual Analog Scale, VAS) aus, die sich auf die Vorwoche vor der Ernährungsanalyse beziehen . Darüber hinaus werden Messungen des Blutdrucks, des Gewichts, des Umfangs (Taille und Hüfte) und der Körperzusammensetzung mittels Bioimpedanztests durchgeführt. Während des Interventionszeitraums werden die Probanden gebeten, den International Physical Activity Questionnaire (IPAQ), Fragebögen zur Lebensqualität (QoL), zu Depressionen, Angstzuständen und Stress (DASS) sowie das King's Stool Chart (KSC) auszufüllen, um die Häufigkeit zu bewerten , Gewicht und Konsistenz des Kots sowie der Pittsburgh Sleep Quality Index (PSQI) zur Bewertung der Schlafqualität.

Eine weitere Analyse der Compliance wird auf der Grundlage der Metabolomik durchgeführt, um eine Unterscheidung zwischen tierischer und pflanzlicher Proteinaufnahme zu ermöglichen. Metabolome (von denen bekannt ist, dass sie sowohl die Ernährung als auch den mikrobiellen Stoffwechsel widerspiegeln) werden ebenfalls zwischen den Kategorien verglichen, um Schutz- oder Risikoprofile zu ermitteln, wobei sowohl bioinformatische als auch chemometrische Ansätze zum Einsatz kommen. Metagenome werden nach Standardarbeitsanweisungen (SOPs) analysiert, die in bereits veröffentlichten wegweisenden Studien verwendet werden. Durch den Vergleich vordefinierter Gruppen von Individuen können mikrobielle Gene identifiziert werden, die in den Gruppen unterschiedlich häufig vorkommen. Darüber hinaus werden Gene durch Kovarianzanalyse mit kontinuierlichen Variablen von klinischem und ernährungsphysiologischem Interesse (z. B. Aufnahme spezifischer Nahrungsbestandteile, Insulinsensitivität) assoziiert. Verkettete Datensätze aus physiologischen Ausgabedaten, Metagenom- und Metabolomprofilen aus den Interventionsstudien werden verwendet, um Teilmengen von Merkmalen durch multivariate Analyse (PLS-DA) vorherzusagen, mit der Probanden entsprechend ihrer relativen Einhaltung einer PulD oder PPD klassifiziert werden können. Das Profil wird verwendet, um das Mikrobiom auf spezifische Veränderungen als Funktion der Interventionen zu untersuchen.

Die Stichprobengröße, die erforderlich ist, um eine Auswirkung von PulD und/oder PPD auf einzelne TMAO-Spiegel festzustellen, wird auf der Grundlage einer früheren Studie (Crimarco et al., 2020) definiert, die zeigte, dass 24 Teilnehmer in jeder Behandlungsgruppe eine ausreichende Aussagekraft (α- Fehler 0,05, 80 % Leistung), um eine Änderung der TMAO-Werte um mindestens 32 % zu erkennen. Darüber hinaus wird geschätzt, dass eine Stichprobengröße von 26 Teilnehmern ausreichen würde, um eine 10-prozentige Veränderung des Nüchtern-Gesamtcholesterins anhand der Variation gemäß einer früheren Studie festzustellen (Meslier et al., 2020). Proben (Kot, venöses Blut und nicht angesäuerter 24-Stunden-Urin) werden zu Studienbeginn, 4 und 8 Wochen nach Beginn der diätetischen Intervention entnommen.