Voedingsvezeleffecten op het microbioom en verzadiging (FEMS)

Voedingspatronen met een hoog vezelgehalte zijn gekoppeld aan een lager risico op de ontwikkeling van hart- en vaatziekten [1-3], hypertensie [4], diabetes type 2 [5] en verhoogd lichaamsgewicht [4]. Potentiële biologische mechanismen die deze gunstige gezondheidseffecten kunnen mediëren, zijn onder meer een vertraging van de opname van maaltijdkoolhydraten (CHO) [6-11], vermindering van bloedlipiden [8,12] en een toename van de afgifte van verzadigingshormonen [10,13 ]. De PI heeft eerder aangetoond dat in vergelijking met vezelarme (LowFi) maaltijden, vezelrijke (HiFi) maaltijden postprandiaal de bloedglucoseconcentraties met 11% verlaagden [14]. Een ander mogelijk mechanisme is een gepostuleerde rol voor microbiële vezelfermentatie om de gezondheid te verbeteren door de productie van korte keten vetzuren (SCFA) acetaat, propionaat en butyraat [15-17]. Naast het bevorderen van de gezondheid van de dikke darm, kan de productie van butyraat de afgifte van de darmhormonen, glucagon-achtig peptide-1 GLP-1 en peptide YY (PYY) [18] stimuleren, wat resulteert in verbeterde eetlustregulatie [19]. Sinds het baanbrekende artikel van Gordon in 2004 [20] heeft een grote hoeveelheid onderzoek de cruciale rol blootgelegd die darmmicroben spelen in de gezondheid. Belangrijk is dat veel van deze gegevens, waaronder bevindingen die een gunstige rol van SCFA ondersteunen [21-23], zijn ontleend aan dierstudies. Studies bij mensen zijn nu nodig om de translationele betekenis van knaagdierstudies en het potentiële voordeel van vezels op microbiële metabolieten en cardiometabolische gezondheid, glucoseregulatie, eetlust en verzadiging te bevorderen. De huidige studie zal de effecten bepalen van de inname van voedingsvezels op de eetlust, het darmmetabolisme en het microbioom. We veronderstellen dat de mechanismen waarmee voedingsvezels metabolisch voordeel bieden, directe fysieke effecten in het bovenste deel van het maagdarmkanaal (GI) omvatten om de opname van voedingsstoffen te vertragen en indirecte effecten om de voedselinname te verminderen, gemedieerd door SCFA-geïnduceerde secretie van GI-hormonen, wat resulteert in een verhoogde verzadiging. Om deze hypothese te testen, zullen we een gerandomiseerde, gecontroleerde studie uitvoeren van 4 weken HiFi- of LowFi-diëten bij 44 proefpersonen (specifiek doel 1, SA1) en ook gebruikmaken van een screeningscoloscopie om basislijn microbiële populaties te standaardiseren gedurende een pre- en post HiFi-interventiestudie bij 26 proefpersonen (SA2) met metabool syndroom. We zullen de effecten van de diëten op eetlust en verzadiging, cardiometabolisch risico en darmmetabolisme beoordelen aan het begin en aan het einde van de voedingsinterventies. De gekozen vezel is afgeleid van erwten, aangezien recente gegevens suggereren dat peulvruchten de glycemie [6,24-27], diabetes [28,29], het risico op hart- en vaatziekten [30] en het risico op obesitas [31] aanzienlijk verbeteren. Deze methoden zullen worden gebruikt om twee specifieke doelen te bereiken.

SA1a: Test het effect van een HiFi-dieet op eetlust en verzadiging en of SCFA-productie zorgt voor een verbeterde verzadiging bij HiFi-voeding. Hypothese (H) 1a: Bij volwassen mannen en vrouwen zal het HiFi-dieet (n=22) in vergelijking met het LowFi-dieet (n=22) de markers van verzadiging (GLP-1, PYY, subjectieve eetlustscores) significant verbeteren en de activatie in hersengebieden die de voedselinname/beloning/eetlust regelen, terwijl de activatie in uitvoerende controlegebieden toeneemt tijdens functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI) visuele voedselaanwijzingen. Deze veranderingen zullen verband houden met hogere postprandiale SCFA-concentraties en gewijzigde microbiële populaties, zoals blijkt uit hogere bifidobacteriënniveaus en een lage verhouding Firmicutes tot Bacteroidetes.

SA1b: Bepaal of een HiFi-dieet de cardiometabole gezondheid verbetert. H1b: Een HiFi-dieet resulteert in lagere glycemie, bloedlipiden, bloeddruk en middelomtrek in vergelijking met een LowFi-dieet.

SA2: Kwantificeer de veranderingen in microbiële samenstelling en productiesnelheid van SCFA in de dikke darm (met behulp van stabiele isotopische infusietechnieken) bij HiFi-dieetvoeding (n=26) en of eventuele veranderingen potentiële bemiddelaars zijn van waargenomen voordelen op verzadiging en cardiometabolische risicofactoren. H2: Een significante reductie van microbiële soorten zal volgen op colonoscopie darmvoorbereiding, en herbevolking na HiFi zal worden gekenmerkt door meer bifidobacteriën en een lage Firmicutes/Bacteroidetes ratio. Een toename van SCFA-flux na HiFi zal worden geassocieerd met verbeteringen in de microbiële samenstelling en postprandiale markers van verzadiging en bloedtriglyceriden en glucose-excursies.

Steekproefomvang Op basis van onze eigen gepubliceerde [14] en niet-gepubliceerde gegevens, en die van anderen [32-35], onthulde een poweranalyse dat een steekproefomvang van 10 tot 20 proefpersonen/groep nodig is om significante verschillen in sleutelvariabelen te detecteren ( alfa 0,05) en een power van 90% (15 tot 18 proefpersonen/groep met 80% power). Voor specifiek doel 1 voegen we 2 vakken/groep toe voor 10% uitval en voor specifiek doel 2 voegen we 6 vakken toe voor 30% uitval. Dus voor specifiek doel 1 worden 44 proefpersonen (22/groep) en voor specifiek doel 2 26 proefpersonen geanalyseerd in een ontwerp met herhaalde metingen. Wij geloven dat elk voedingsvezeleffect dat kleiner is dan eerdere, gepubliceerde behandelingen, zal worden gecompenseerd door het relatief 'schone' startpunt van de dikke darm na colonoscopie (specifiek doel 2) en ook door het feit dat we alle studiemaaltijden verstrekken en dus de volledige controle hebben over de inname van het onderwerp

Gegevensanalyse:

Statistische analyse wordt uitgevoerd met SPSS-software (versie 25). Grafische methoden worden gebruikt om de geschiktheid te beoordelen van het aannemen van lineaire relaties en histogrammen en waarschijnlijkheidsgrafieken die worden gebruikt om de normaliteit van residuen te beoordelen. Transformatie of niet-parametrische methoden zullen worden gebruikt, indien nodig. Nuchtere glucose- en hormoonconcentraties worden serieel verkregen - zowel acuut na de maaltijd als in nuchtere toestand voor en na de voeding. Veranderingen in de tijd (behandeld als een nominale factor om geen lineaire trend aan te nemen) en door voeding in de samenstelling van het microbioom zullen worden beoordeeld door te groeperen in de dominante bacteriële phyla (d.w.z. Actinobacteriën, Bacteroidetes, Firmicutes, Proteobacteriën en Tenericutes) en genus. Voor SA1 wordt voor elke uitkomst een tweefactor-ANOVA gebruikt, waarbij de factoren Groep, Tijd en de Groep op Tijd-interactie zijn. De groepen zijn samengesteld via randomisatie van gematchte steekproeven, dus we verwachten vergelijkbaarheid bij baseline. Voor SA2 wordt een paired sample t-test gebruikt om de uitkomsten van belang te vergelijken. Resultaten worden gerapporteerd als groepsgemiddelden of medianen, zoals het meest geschikt voor de gegevens, samen met 95%-betrouwbaarheidsintervallen voor de samenvattende statistieken. Analyses van de fMRI-gegevens tijdens visuele stimulatie worden uitgevoerd met behulp van Statistical Parametric Mapping 12-software (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm). Gegevens worden voorbewerkt, te beginnen met slice-timing en heruitlijning van de beelden ten opzichte van het gemiddelde beeld. Het anatomische T1-gewogen beeld wordt gecoregistreerd met het gemiddelde functionele beeld. Normalisatie in de ruimte van het Montreal Neurological Institute (MNI) en Gaussiaanse ruimtelijke afvlakking wordt vervolgens uitgevoerd. Voor elke deelnemer (eerstelijnsanalyses) wordt een algemeen lineair model toegepast voor de beeldcondities hoog- en laagcalorisch food en non-food. Voor elke aandoening wordt een afzonderlijke regressor gemodelleerd met behulp van een canonieke hemodynamische responsfunctie die tijdsafgeleiden omvat. Bewegingsparameters worden gemodelleerd als confounders. Voor analyse op het tweede niveau wordt een gemengde model-ANOVA gebruikt, met de binnen-factor, beeldconditie (calorierijk voedsel, laagcalorisch voedsel, non-food|) en de tussen-factorgroep (HiFi versus LowFi). A priori interessegebieden (ROI's), zoals insula, orbitofrontale cortex, amygdala en prefrontale cortex, worden onderzocht op mogelijke beeldinteracties per voedsel (het effect van de meeste interesse). Er worden ook hersenanalyses uitgevoerd (gecorrigeerd voor meerdere vergelijkingen) om andere potentiële ROI's te identificeren.