Ravintokuitujen vaikutukset mikrobiomiin ja kylläisyyteen (FEMS)

Runsaskuituiset ruokavaliot liittyvät pienempään riskiin sairastua sydän- ja verisuonisairauksiin [1-3], verenpainetautiin [4], tyypin 2 diabetekseen [5] ja lisääntyneeseen ruumiinpainoon [4]. Mahdollisia biologisia mekanismeja, jotka voivat välittää näitä hyödyllisiä terveysvaikutuksia, ovat aterian hiilihydraatin (CHO) imeytymisen hidastuminen [6-11], veren lipidien väheneminen [8,12] ja kylläisyyden tunnehormonien vapautumisen lisääntyminen [10,13]. ]. PI on aiemmin osoittanut, että vähäkuituisiin (LowFi) aterioihin verrattuna runsaskuituiset (HiFi) ateriat alensivat verensokeripitoisuutta aterian jälkeen 11 % [14]. Toinen mahdollinen mekanismi on mikrobikuidun fermentaation oletettu rooli terveyden parantamisessa lyhytketjuisten rasvahappojen (SCFA) asetaatin, propionaatin ja butyraatin tuotannon kautta [15-17]. Paksusuolen terveyden edistämisen lisäksi butyraatin tuotanto voi stimuloida suoliston hormonien, glukagonin kaltaisen peptidin-1 GLP-1:n ja peptidin YY (PYY) [18] vapautumista, mikä parantaa ruokahalun säätelyä [19]. Gordonin vuonna 2004 julkaiseman peruspaperin [20] jälkeen suuri joukko tutkimuksia on paljastanut suoliston mikrobien kriittisen roolin terveydelle. Tärkeää on, että suuri osa näistä tiedoista, mukaan lukien havainnot, jotka tukevat SCFA:n hyödyllistä roolia [21-23], on saatu eläinkokeista. Ihmistutkimuksia tarvitaan nyt edistämään jyrsijätutkimusten translaation merkitystä ja kuidun mahdollista hyötyä mikrobien aineenvaihduntatuotteille ja kardiometaboliselle terveydelle, glukoosin säätelylle, ruokahalulle ja kylläisyydelle. Nykyinen tutkimus selvittää ravintokuidun saannin vaikutukset ruokahaluun, suoliston aineenvaihduntaan ja mikrobiomiin. Oletamme, että mekanismeihin, joilla ravintokuitu tuottaa aineenvaihduntaa, ovat suorat fyysiset vaikutukset ruoansulatuskanavan yläosassa (GI) ravinteiden imeytymisen hidastamiseksi ja epäsuorat vaikutukset ruoan saannin vähentämiseen SCFA:n aiheuttaman GI-hormonien erittymisen välittämänä, mikä johtaa kylläisyyden lisääntymiseen. Tämän hypoteesin testaamiseksi suoritamme satunnaistetun kontrolloidun tutkimuksen 4 viikon HiFi- tai LowFi-ruokavalioista 44 henkilöllä (erityistavoite 1, SA1) ja hyödynnämme myös seulontakolonoskopiaa mikrobipopulaatioiden standardoimiseksi lähtötilanteessa 3 viikon ajaksi, ennen ja post HiFi-interventiotutkimus 26 potilaalla (SA2), joilla oli metabolinen oireyhtymä. Arvioimme ruokavalioiden vaikutuksia ruokahaluun ja kylläisyyteen, kardiometaboliseen riskiin ja suoliston aineenvaihduntaan ruokintatoimenpiteiden alussa ja lopussa. Valittu kuitu on peräisin herneistä, sillä viimeaikaiset tiedot viittaavat siihen, että palkokasvit parantavat merkittävästi glykemiaa [6,24-27], diabetesta [28,29], sydänsairauksien riskiä [30] ja liikalihavuuden riskiä [31]. Näitä menetelmiä käytetään kahden erityisen tavoitteen saavuttamiseksi.

SA1a: Testaa HiFi-ruokavalion vaikutusta ruokahaluun ja kylläisyyteen ja välittääkö SCFA:n tuotanto parantunutta kylläisyyttä HiFi-ruokinnassa. Hypoteesi (H) 1a: Aikuisilla miehillä ja naisilla HiFi (n=22) LowFi-ruokavalioon (n=22) verrattuna parantaa merkittävästi kylläisyyden merkkejä (GLP-1, PYY, subjektiiviset ruokahaluarvot) ja alentaa aktivaatiota aivoalueet, jotka säätelevät ruoan saantia/palkitsemista/ruokahalua samalla kun lisäävät aktivaatiota toimeenpanovallan ohjausalueilla funktionaalisen magneettikuvauksen (fMRI) visuaalisten ruokavihjeiden aikana. Nämä muutokset liittyvät korkeampiin aterian jälkeisiin SCFA-pitoisuuksiin ja muuttuneisiin mikrobipopulaatioihin, mikä on osoituksena suuremmista bifidobakteeritasoista ja alhaisesta kiinteiden ja bakteroidien suhteesta.

SA1b: Selvitä, parantaako HiFi-ruokavalio kardiometabolista terveyttä. H1b: HiFi-ruokavalio johtaa alhaisempaan glykemiaan, veren lipideihin, verenpaineeseen ja vyötärön ympärysmittaan verrattuna LowFi-ruokavalioon.

SA2: Määritä muutokset mikrobikoostumuksessa ja paksusuolen SCFA:n tuotantonopeudessa (käyttämällä stabiileja isotooppisia infuusiotekniikoita) HiFi-ruokavaliossa (n=26) ja ovatko muutokset mahdollisia kylläisyyden ja kardiometabolisten riskitekijöiden havaittujen hyötyjen välittäjiä. H2: Merkittävä mikrobilajien väheneminen seuraa kolonoskopian suolen valmistelua, ja uudelleenpopulaatiolle HiFi:n jälkeen on tyypillistä suurempi bifidobakteeri ja alhainen Firmicutes/Bacteroidetes -suhde. HiFi:n jälkeinen SCFA-virtauksen lisääntyminen liittyy parannuksiin mikrobikoostumuksessa ja aterian jälkeisissä kylläisyyden ja veren triglyseridien ja glukoosimuutosten markkereissa.

Otoskoko Omien julkaistujen [14] ja julkaisemattomien tietojen sekä muiden [32-35] tietojen perusteella tehoanalyysi paljasti, että otoskoko on 10-20 henkilöä/ryhmä, jotta voidaan havaita merkittäviä eroja keskeisissä muuttujissa ( alfa 0,05) ja teho 90 % (15-18 henkilöä/ryhmä 80 % teholla). Erityistavoitteeseen 1 lisäämme 2 ainetta/ryhmä 10 %:n keskeyttämisen huomioon ottamiseksi ja erityistavoitteen 2 osalta lisäämme 6 lisäainetta 30 %:n keskeyttämisen vuoksi. Siten erityistavoitteessa 1 44 kohdetta (22/ryhmä) ja erityistavoitteessa 2 26 kohdetta analysoidaan toistuvien mittausten suunnittelussa. Uskomme, että kaikki aiempia julkaistuja hoitoja pienempi ravintokuituvaikutus tasapainotetaan paksusuolen suhteellisen "puhtaalla" aloituspisteellä kolonoskopian jälkeen (erityistavoite 2) ja myös sillä, että tarjoamme kaikki tutkimusateriat ja siten kontrolloimme täysin kohteen otto

Tietojen analysointi:

Tilastollinen analyysi suoritetaan SPSS-ohjelmistolla (versio 25). Graafisia menetelmiä käytetään lineaaristen suhteiden ja histogrammien ja todennäköisyyskäyrien oletuksen tarkoituksenmukaisuuden arvioimiseen jäännösten normaaliuden arvioinnissa. Tarvittaessa käytetään muunnos- tai ei-parametrisiä menetelmiä. Paastoglukoosi- ja hormonipitoisuudet saadaan sarjassa - sekä akuutisti aterioiden jälkeen että paastotilassa ennen ja jälkeen dieettejä. Ajan (käsitelty nimellistekijänä, jotta ei ole lineaarista trendiä) ja ruokavalion muutoksia mikrobiomin koostumuksessa arvioidaan ryhmittelemällä hallitsevaan bakteerifylaan (ts. Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Proteobacteria ja Tenericutes) ja suku. SA1:ssä jokaiselle tulokselle käytetään kaksitekijäistä ANOVAa, jossa tekijät ovat ryhmä, aika ja ryhmien mukaan -vuorovaikutus. Ryhmät muodostetaan sovitetun otoksen satunnaistamisen avulla, joten odotamme vertailukelpoisuutta lähtötilanteessa. SA2:lle parinäytteen t-testiä käytetään vertaamaan kiinnostavia tuloksia. Tulokset raportoidaan ryhmien keskiarvoina tai mediaaneina, mikä on sopivin datalle, sekä yhteenvetotilastojen 95 %:n luottamusvälit. FMRI-tietojen analyysit visuaalisen stimulaation aikana suoritetaan Statistical Parametric Mapping 12 -ohjelmistolla (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm). Tiedot esikäsitellään, alkaen viipaleiden ajoituksesta ja kuvien kohdistamisesta keskiarvokuvaan. Anatominen T1-painotettu kuva rekisteröidään keskimääräisen toiminnallisen kuvan kanssa. Sitten suoritetaan normalisointi Montrealin neurologisen instituutin (MNI) avaruuteen ja Gaussin spatiaalinen tasoitus. Jokaiselle osallistujalle (ensimmäisen tason analyysit) sovelletaan yleistä lineaarista mallia korkea- ja vähäkalorisille ruoka- ja ei-ruokakuvaolosuhteille. Jokaiselle tilalle mallinnetaan erillinen regressori käyttämällä kanonista hemodynaamista vastefunktiota, joka sisältää aikaderivaatat. Liikeparametrit on mallinnettu sekatekijöiksi. Toisen tason analyysissä käytetään sekamallia ANOVAa, jossa on sisäinen tekijä, kuvan kunto (paljon kaloreita sisältävä ruoka, vähäkalorinen ruoka, non-food|) ja tekijöiden välinen ryhmä (HiFi vs LowFi). A priori kiinnostavat alueet (ROI), kuten insula, orbitofrontal cortex, amygdala ja prefrontaalinen aivokuori, tutkitaan mahdollisten ryhmä-elintarvikkeiden kuvavuorovaikutusten varalta (kiinnostavin vaikutus). Myös kokoaivojen analyyseja tehdään (korjattu useisiin vertailuihin) muiden mahdollisten ROI:iden tunnistamiseksi.