Kostfibereffekter på mikrobiomet og metthetsfølelsen (FEMS)

Kostholdsmønstre med høyt fiberinnhold er knyttet til lavere risiko for utvikling av hjerte- og karsykdommer [1-3], hypertensjon [4], diabetes type 2 [5] og økt kroppsvekt [4]. Potensielle biologiske mekanismer som kan mediere disse gunstige helseeffektene inkluderer en senking av absorpsjonen av måltidskarbohydrater (CHO) [6-11], reduksjon i blodlipider [8,12] og en økning i frigjøring av metthetshormoner [10,13 ]. PI har tidligere vist at sammenlignet med måltider med lavt fiberinnhold (LowFi), reduserte måltider med høyt fiber (HiFi) blodsukkerkonsentrasjonen postprandialt med 11 % [14]. En annen potensiell mekanisme er en postulert rolle for mikrobiell fiberfermentering for å forbedre helsen gjennom produksjon av de kortkjedede fettsyrene (SCFA) acetat, propionat og butyrat [15-17]. I tillegg til å fremme tykktarmshelsen, kan butyratproduksjon stimulere frigjøring av tarmhormoner, glukagonlignende peptid-1 GLP-1 og peptid YY (PYY) [18] som resulterer i forbedret appetittregulering [19]. Siden Gordons hovedartikkel i 2004 [20] har en stor mengde forskning avdekket den kritiske rollen som tarmmikrober spiller i helse. Viktigere er at mye av disse dataene, inkludert funn som støtter en gunstig rolle av SCFA [21-23] er avledet fra dyrestudier. Menneskelige studier er nå nødvendig for å fremme translasjonsbetydningen av gnagerstudier og den potensielle fordelen av fiber på mikrobielle metabolitter og kardiometabolsk helse, glukoseregulering, appetitt og metthet. Den nåværende studien vil bestemme effekten av kostfiberinntak på appetitt, tarmmetabolisme og mikrobiomet. Vi antar at mekanismene som kostfiber gir metabolsk fordel inkluderer direkte fysiske effekter i den øvre mage-tarmkanalen (GI) for å senke næringsopptaket og indirekte effekter for å redusere matinntaket mediert av SCFA-indusert sekresjon av GI-hormoner som resulterer i økt metthetsfølelse. For å teste denne hypotesen, vil vi gjennomføre en randomisert kontrollert studie av 4 uker med HiFi- eller LowFi-dietter i 44 forsøkspersoner (spesifikt mål 1, SA1) og også bruke en screening-koloskopi for å standardisere baseline mikrobielle populasjoner for en 3-ukers, pre- og post HiFi intervensjonsstudie i 26 forsøkspersoner (SA2) med metabolsk syndrom. Vi vil vurdere effektene av diettene på appetitt og metthetsfølelse, kardiometabolsk risiko og tarmmetabolisme i begynnelsen og på slutten av fôringsintervensjonene. Fiberen som er valgt er avledet fra erter, da nyere data tyder på at belgfrukter signifikant forbedrer glykemi [6,24-27], diabetes [28,29], hjertesykdomsrisiko [30] og risiko for fedme [31]. Disse metodene vil bli brukt for å oppnå to spesifikke mål.

SA1a: Test effekten av en HiFi-diett på appetitt og metthet og om SCFA-produksjon medierer forbedret metthetsfølelse i HiFi-fôring. Hypotese (H) 1a: Hos voksne menn og kvinner vil HiFi (n=22) sammenlignet med LowFi (n=22) dietten betydelig forbedre metthetsmarkører (GLP-1, PYY, subjektive appetittvurderinger) og lavere aktivering i hjerneregioner som kontrollerer matinntak/belønning/appetitt samtidig som aktiveringen økes i eksekutive kontrollregioner under funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI) visuelle matsignaler. Disse endringene vil være relatert til høyere postprandiale SCFA-konsentrasjoner og endrede mikrobielle populasjoner, noe som fremgår av høyere bifidobakterienivåer og lavt Firmicutes til Bacteroidetes-forhold.

SA1b: Bestem om en HiFi-diett forbedrer kardiometabolsk helse. H1b: En HiFi-diett vil resultere i lavere glykemi, blodlipider, blodtrykk og midjeomkrets sammenlignet med en LowFi-diett.

SA2: Kvantifiser endringene i mikrobiell sammensetning og produksjonshastighet av kolon SCFA (ved bruk av stabile isotopiske infusjonsteknikker) på HiFi-diettfôring (n=26) og om noen endringer er potensielle mediatorer av observerte fordeler på metthetsfølelse og kardiometabolske risikofaktorer. H2: En betydelig reduksjon av mikrobielle arter vil følge tarmforberedelse for koloskopi, og repopulasjon etter HiFi vil være preget av større bifidobakteriell og lav Firmicutes/Bacteroidetes-forhold. En økning i SCFA-fluks etter HiFi vil være assosiert med forbedringer i mikrobiell sammensetning og postprandiale markører for metthetsfølelse og blodtriglyserider og glukoseekskursjoner.

Utvalgsstørrelse Basert på våre egne publiserte [14] og upubliserte data, og at fra andre [32-35], avslørte en kraftanalyse at en prøvestørrelse på mellom 10 til 20 forsøkspersoner/gruppe er nødvendig for å oppdage signifikante forskjeller i nøkkelvariabler ( alfa 0,05) og en styrke på 90 % (15 til 18 forsøkspersoner/gruppe med 80 % kraft). For spesifikt mål 1 vil vi legge til 2 fag/gruppe for å stå for 10 % frafall i fag og for spesifikt mål 2 vil vi legge til ytterligere 6 fag for å stå for 30 % frafall. For spesifikt mål 1 44 emner (22/gruppe) og for spesifikt mål 2 analyseres 26 emner i et design med gjentatte mål. Vi tror at enhver kostfibereffekt som er mindre enn tidligere publiserte behandlinger vil balanseres av det relative "rene" utgangspunktet for tykktarmen etter koloskopi (spesifikt mål 2) og også av det faktum at vi tilbyr alle studiemåltider og dermed full kontroll over fagets inntak

Dataanalyse:

Statistisk analyse vil bli utført med SPSS-programvare (versjon 25). Grafiske metoder brukes for å vurdere hensiktsmessigheten av å anta lineære sammenhenger og histogrammer og sannsynlighetsplott brukt for å vurdere normaliteten til residualer. Transformasjons- eller ikke-parametriske metoder vil bli brukt etter behov. Konsentrasjoner av fastende glukose og hormoner vil bli oppnådd serielt - både akutt etter måltider og i fastende tilstand før og etter diettene. Endringer over tid (behandlet som en nominell faktor for ikke å anta en lineær trend) og kosthold i mikrobiomets sammensetning vil bli vurdert ved å gruppere i den dominerende bakteriefylaen (dvs. Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Proteobacteria og Tenericutes) og slekt. For SA1 vil en to-faktor ANOVA bli brukt for hvert utfall, med faktorene Group, Time og Group by Time interaksjon. Gruppene er konstruert via matched-sample randomisering, så vi forventer sammenlignbarhet ved baseline. For SA2 vil en paret prøve t-test bli brukt for å sammenligne resultater av interesse. Resultatene vil bli rapportert som gruppegjennomsnitt eller medianer, som mest passende for dataene, sammen med 95 % konfidensintervaller for sammendragsstatistikken. Analyser av fMRI-dataene under visuell stimulering utføres ved hjelp av programvaren Statistical Parametric Mapping 12 (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm). Data er forhåndsbehandlet, begynner med skivetiming og omjustering av bildene til gjennomsnittsbildet. Det anatomiske T1-vektede bildet er samregistrert til det gjennomsnittlige funksjonelle bildet. Normalisering til Montreal Neurological Institute (MNI) plass og Gaussisk romlig utjevning utføres deretter. For hver deltaker (førstenivåanalyser) brukes en generell lineær modell for bildeforholdene med høy og lavkalori mat og ikke-mat. For hver tilstand blir en separat regressor modellert ved å bruke en kanonisk hemodynamisk responsfunksjon som inkluderer tidsderivater. Bevegelsesparametere er modellert som konfoundere. For analyse på andre nivå brukes en blandet modell ANOVA, med bildebetingelsen innenfor faktor (høykalorimat, lavkalorimat, non-food|) og mellomfaktorgruppen (HiFi vs LowFi). A priori regioner av interesse (ROI) som insula, orbitofrontal cortex, amygdala og prefrontal cortex undersøkes for potensielle gruppe-for-mat bildeinteraksjoner (effekten av mest interesse). Helhjerneanalyser blir også utført (korrigert for flere sammenligninger) for å identifisere andre potensielle ROIer.