Fotograficzne rozpoznawanie żywności i szacowanie wielkości posiłku przed i po obejściu żołądka Roux-en-Y

Wstęp

Otyłość jest jednym z najważniejszych problemów zdrowia publicznego na całym świecie. Zachorowalność może znacznie skrócić oczekiwaną długość życia. Chirurgia bariatryczna ciężkiej otyłości jest skuteczną metodą leczenia, która skutkuje poprawą i remisją wielu chorób współistniejących z otyłością, korzyściami sercowo-naczyniowymi, a także trwałą utratą masy ciała i poprawą jakości życia. Opracowano różne procedury chirurgiczne mające na celu utratę wagi, z których najczęstsze to rękawowa resekcja żołądka (SG) i pomostowanie żołądka metodą Roux-en-Y (RYGB). RYGB jest najczęściej stosowaną procedurą odchudzania w Szwajcarii, mimo że w ostatnich dziesięcioleciach nastąpił globalny zwrot w kierunku SG. Niezależnie od stosowanej procedury chirurgia bariatryczna pozostaje najskuteczniejszą i najtrwalszą metodą leczenia otyłości. Nowoczesna chirurgia bariatryczna charakteryzuje się doskonałym profilem bezpieczeństwa, mimo że zgłaszano powikłania krótko- i długoterminowe. Szeroko zakrojone badania pogłębiły również zrozumienie szerokiego zakresu mechanizmów leżących u podstaw skuteczności chirurgii bariatrycznej. Względny wkład tych mechanizmów różni się w zależności od wybranej procedury, w której zmienione uczucie sytości i głodu są uważane za ważne czynniki po RYGB. Zaproponowano również inne mechanizmy, w tym zmiany w hormonach jelitowych, zmniejszony apetyt, zwiększone nasycenie, zwiększone wydatkowanie energii, zmiany w mikroflorze jelitowej oraz poziomach i składzie kwasów żółciowych, a także zmiany w sygnalizacji nerwu błędnego. Zmiany preferencji żywieniowych zostały również uznane za ważny potencjalny mechanizm, ponieważ pacjenci preferują żywność o niskiej zawartości cukru i tłuszczu oraz zgłaszają, że po RYGB jedzenie jest ogólnie mniej przyjemne. Zarówno ludzie, jak i szczury jedzą mniej i wykazują zmienione preferencje żywieniowe po RYGB, ale podstawowy mechanizm behawioralny pozostaje niejasny.

Celem polityki zdrowia publicznego w leczeniu otyłości powinno być opracowanie skutecznej profilaktyki i lepszych terapii, które całkowicie wyeliminują konieczność operacji. Do tego czasu chirurgia bariatryczna jest bezpieczna, skuteczna, niedroga i ma duże pole do ulepszeń. Ponadto głębsze zrozumienie zmian fizjologicznych leżących u podstaw poprawy chorobowości może pomóc w opracowaniu nowych terapii. Jak dotąd bezpośrednie pomiary zmian w wyborze pokarmu u ludzi po RYGB były ograniczone przez nierzetelność pacjentów, co stwarza istotne wyzwania metodologiczne i koncepcyjne przed badaczami i projektowaniem badań. Samokontrola wymaga czasu i wysiłku, a śledzenie spożycia diety jest dla wielu nużące, co przyczynia się do wyniszczenia. Bezpośrednie pomiary stanowią jednak istotny element w próbie zrozumienia, w jaki sposób RYGB zmienia jedzenie i preferencje żywieniowe, ale warunki laboratoryjne wykluczają rzeczywiste środowisko. W związku z tym badacze otyłości podjęli próbę opracowania nowych, łatwiejszych metod śledzenia, takich jak fotografowanie artykułów spożywczych, w celu monitorowania spożycia zarówno w warunkach klinicznych, jak iw życiu codziennym. Te nowe metody wydają się bardziej skuteczne w porównaniu z innymi. Na przykład aplikacje na telefony komórkowe do fotograficznego rozpoznawania żywności (PFR), takie jak SNAQ, umożliwiają pacjentom rejestrowanie i przesyłanie spożywanych artykułów spożywczych, wielkości porcji i częstotliwości spożycia we wcześniej określonym okresie. Jednak ta technologia jest wciąż w powijakach, a procedury oceny muszą być zatwierdzane przez przeszkolonych specjalistów. Metoda podwójnie znakowanej wody (DLW) została zaproponowana jako złoty standard do oceny całkowitego wydatku energetycznego u zwierząt wolno żyjących i może być stosowana do monitorowania składu ciała (BC) i całkowitego wydatku energetycznego (TEE) osobnika w warunkach bilansu energetycznego na podstawie równań rozcieńczenia znakowanych pierwiastków izotopowych w organizmie. Bezpośrednia wieloczęstotliwościowa analiza bioelektryczna impedancji segmentowej (DSM-BIA) jest uważana za praktyczną, nieinwazyjną i stosunkowo niedrogą metodę szybkiej oceny BC27, a oszacowania BC za pomocą DSM-BIA są zgodne z tymi z metody DLW również dla pacjentów otyłych. Łączny pomiar TEE z wykorzystaniem oszacowań PFR i metody DLW posłużyłby do walidacji PFR do pomiaru TEE u pacjentów poddawanych RYGB. PFR stałby się wówczas potężnym narzędziem badawczym i dostarczyłby przydatnych informacji do projektowania odpowiednich, zindywidualizowanych programów leczenia otyłości.

Pytanie badawcze

Celem tego badania jest zbadanie zmian w preferencjach żywieniowych, całkowitym spożyciu energii z trzech podstawowych makroskładników odżywczych i schematach posiłków między otyłymi kobietami (BMI ≥ 35) przed i po obejściu żołądka metodą Roux-en-Y i szczupłą (BMI ≤ 25) oraz kontroli osób otyłych (BMI ≥ 35) za pomocą PFR z aplikacją mobilną SNAQ.

Metody

Będzie to jednoośrodkowe obserwacyjne badanie kliniczno-kontrolne prospektywne kohortowe na kobietach z chorobliwą otyłością, mieszkających w Szwajcarii i przechodzących RYGB (n=20), otyłych kontrolach (n=20) i szczupłych kontrolach (n=20) odpowiednio przed, 3, 6 i 12 miesięcy po operacji i na początku badania. Optymalna liczba włączonych uczestników może być oparta na obliczeniach mocy z projektem równoważności i na hipotezie, że pacjenci będą mieli podobne spożycie kalorii jak grupa kontrolna szczupła rok po RYGB. Równoważne spożycie kalorii między dwiema grupami jest określone przez zakres równoważności 210 kcal/dzień z odchyleniem standardowym ±200 kcal. Aby osiągnąć moc 90% i p=0,05 w celu wykluczenia różnicy średnich > 210 kcal/dzień, potrzeba n=20 uczestników na grupę. Pacjenci są włączani do tego badania, jeśli (1) są kobietami w wieku ≥ 18 lat, (2) mają wskaźnik masy ciała (BMI) ≥ 35 kg/m2 bez wcześniejszej operacji bariatrycznej, (3) mają zaplanowaną RYGB, (4 ) potrafią się poruszać samodzielnie, (5) posiadają podstawową wiedzę techniczną, (6) biegle władają językiem niemieckim oraz (7) są w stanie wyrazić świadomą zgodę. Otyłe grupy kontrolne przestrzegają tych samych kryteriów, ale nie planują poddania się operacji, co bardzo utrudnia rekrutację tej grupy. Szczupłe kontrole mają BMI ≤ 25 kg/m2. Głównym celem szczupłej grupy kontrolnej jest ocena stabilności testu w czasie i podczas wielokrotnego ponownego testowania. Pacjenci spełniający kryteria rekrutacji są przyjmowani do przychodni Szpitala Uniwersyteckiego w Zurychu. Otyłe i zdrowe kontrole są rekrutowane przez zespół badawczy. Wyjaśniono protokół badania i uzyskano pisemną świadomą zgodę od wszystkich uczestników. Protokół badania został zatwierdzony przez Komisję Etyczną Kantonu Zurych (BASEC-Nr. 2019-00952). TEE w warunkach wolno żyjących ocenia się metodą DLW. W przeddzień pomiaru wykonuje się BIA. Pierwszego dnia pomiaru osoby badane wykonują zbiór moczu na początku badania i spożywają doustne podanie DLW. Po podaniu DLW badani zbierają mocz odpowiednio 3 i 4 godziny po podaniu i ponownie po 7 dniach w tym samym punkcie czasowym drugiego i trzeciego pobrania moczu. Osobników instruuje się, aby nie zmieniali stylu życia ani leków w okresie badania. W warunkach swobodnego życia przez jeden tydzień uczestnicy rejestrują całkowite spożycie w diecie za pomocą aplikacji mobilnej do fotorozpoznawania artykułów spożywczych. Uczestnicy rejestrują swoje spożycie w diecie przez 7 dni przed, 3, 6 i 12 miesięcy po operacji.

Analiza danych

Dane każdego pacjenta zostaną zorganizowane w następujący sposób: czas posiłku, całkowita liczba kalorii, całkowita ilość węglowodanów, białek i tłuszczów, grupa żywności. Wynik ten należy zsumować do ostatecznego obliczenia TEE, aby uzyskać całkowitą ilość każdej zmiennej na posiłek, na dzień i na tydzień. Dane PFR zostaną porównane z TEE opartym na DWL w celu walidacji oceny diety. Statystyki opisowe będą wykorzystywane do opisu danych demograficznych, a także do prezentacji informacji o posiłkach w różnych okresach czasu. Zmiana w czasie i od linii bazowej zostanie oceniona za pomocą testów ANOVA i t-testów, z poprawką na odsetek fałszywych odkryć. Każdy parametr związany z posiłkiem będzie skorelowany ze sobą oraz z 1-roczną utratą masy ciała, wyrażoną jako bezwzględna całkowita utrata masy ciała % nadwyżki utraty BMI (% EBMIL). Modele eksploracyjne zostaną wygenerowane przy użyciu regresji logistycznej w celu mapowania informacji związanych z posiłkami i optymalnej utraty wagi. Wszystkie dane zostaną przeanalizowane przy użyciu RStudio.

Ograniczenia

Niniejsze badanie ma kilka ograniczeń związanych z metodami i uczestnikami. Po pierwsze, dane dotyczące żywności są rejestrowane przez samych siebie i podatne na pożądanie społeczne, co może prowadzić do niedokładnych danych. W rzeczywistości preferencje żywieniowe mogły ulec zmianie w ciągu tygodnia nagrywania, a niektóre produkty spożywcze mogły nie zostać zarejestrowane. Baza danych artykułów spożywczych i kalorii osadzona w aplikacji również może nie być tak dokładna, jak oczekiwano. Aby zmniejszyć to ograniczenie, uczestnicy proszeni są o zgłaszanie wszelkich brakujących produktów spożywczych lub niezgodności zgłaszanych przez aplikację, a informacje zwrotne są omawiane z twórcą aplikacji. Samokontrola diety jest kluczowym elementem programów odchudzania, a częstotliwość samokontroli za pomocą aplikacji na smartfona jest silnie skorelowana z utratą wagi. Jednak szczupłe i otyłe grupy kontrolne w tym badaniu nie przestrzegają żadnej diety mającej na celu utratę wagi, a uczestnicy będą rejestrować swoje spożycie pokarmu przez okres, który nie powinien być wystarczająco długi, aby wywołać zmianę nawyków. Niedawne badania, w których próbowano zweryfikować szacunki poboru energii za pomocą PFR w porównaniu z metodą DLW u otyłych uczestników, wykazały, że ta metoda nie była dokładna w szacowaniu poboru energii w porównaniu z metodą DLW. Jednak w jednym przypadku TEE zmierzono u kobiet w ciąży, które wykazywały niską zgodność zgłaszania częstego spożywania małych posiłków. W drugim TEE mierzono u dzieci w wieku przedszkolnym należących do mniejszości, których spożycie zostało odnotowane przez opiekunów. Ponadto oba badania były badaniami przekrojowymi. Podaje się również, że uczestnicy korzystający z własnych telefonów w porównaniu z uczestnikami korzystającymi z pożyczonych telefonów rejestrują więcej obrazów i mają większą dokładność, dlatego też taka zmienna powinna być uwzględniona w analizie danych. Źródłem niedoszacowania mogą być również problemy techniczne z telefonami. W celu zwiększenia dokładności należy zapewnić szkolenie uczestników, stałą komunikację i wsparcie techniczne.

Znaczenie oczekiwanego wyniku dla badań lub praktyki

Badanie to zapewniłoby po raz pierwszy bezpośredni i precyzyjny pomiar spożycia pokarmu u otyłych pacjentów przed i po RYGB. Bezpośredni pomiar PFR za pomocą aplikacji mobilnej SNAQ, zwalidowany metodą DLW, pozwoli na porównanie spożycia energii trzech podstawowych makroskładników na dobę (kcal/24h) i na posiłek (kcal/posiłek) pomiędzy pacjentami RYGB a grupą kontrolną . Co więcej, może dostarczyć bardziej fundamentalnych informacji na temat ludzkich zachowań, które pozwolą na przetłumaczenie na ludzi zmian behawioralnych wcześniej zgłaszanych u szczurów. Oczekuje się, że pacjenci pooperacyjnie i stopniowo dostosują swoje względne spożycie kalorii i wybór żywności ze spadkiem tłuszczu i cukrów oraz zwiększeniem węglowodanów złożonych, podczas gdy grupa kontrolna nieoperowana będzie wykazywać stabilny, niezmieniony wybór żywności i spożycie. Proponowany projekt badawczy charakteryzuje się innowacyjnością koncepcyjną i metodologiczną. Preferencje żywieniowe i względne spożycie makroskładników odżywczych w trakcie i pomiędzy posiłkami u pacjentów po RYGB będzie bezpośrednio mierzone w rzeczywistych warunkach za pomocą PFR. Takie podejście przezwycięży lub zmniejszy wiele ograniczeń opisanych dotychczas w literaturze. Jeśli oczekiwany wynik zostanie potwierdzony, takie odkrycie może zasadniczo zmienić praktykę kliniczną w odniesieniu do obecnego post-bariatrycznego poradnictwa żywieniowego. Co więcej, wyniki mogą również przyczynić się do opracowania mniej inwazyjnych interwencji w leczeniu otyłości i uzasadniłyby podejście neurogenetyczne ze zwierzęcymi modelami otyłości do mapowania i badania obwodów nerwowych oraz łączenia określonych czynności mózgu z określonymi zachowaniami związanymi z otyłością, jak określono dzięki inicjatywie BRAIN.