Wpływ błonnika pokarmowego na mikrobiom i uczucie sytości (FEMS)

Wzorce żywieniowe z dużą zawartością błonnika wiążą się z mniejszym ryzykiem rozwoju chorób układu krążenia [1-3], nadciśnienia tętniczego [4], cukrzycy typu 2 [5] oraz zwiększonej masy ciała [4]. Potencjalne mechanizmy biologiczne, które mogą pośredniczyć w tych korzystnych skutkach zdrowotnych, obejmują spowolnienie wchłaniania węglowodanów z posiłków (CHO) [6-11], zmniejszenie stężenia lipidów we krwi [8,12] oraz zwiększenie uwalniania hormonów sytości [10,13 ]. PI wykazał wcześniej, że w porównaniu z posiłkami o niskiej zawartości błonnika (LowFi), posiłki o wysokiej zawartości błonnika (HiFi) zmniejszają stężenie glukozy we krwi po posiłku o 11% [14]. Innym potencjalnym mechanizmem jest postulowana rola fermentacji błonnika drobnoustrojów w poprawie zdrowia poprzez produkcję octanu, propionianu i maślanu krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (SCFA) [15-17]. Oprócz promowania zdrowia okrężnicy, produkcja maślanu może stymulować uwalnianie hormonów jelitowych, glukagonopodobnego peptydu-1 GLP-1 i peptydu YY (PYY) [18], co skutkuje poprawą regulacji apetytu [19]. Od przełomowej pracy Gordona z 2004 r. [20] wiele badań ujawniło kluczową rolę, jaką drobnoustroje jelitowe odgrywają dla zdrowia. Co ważne, wiele z tych danych, w tym wyniki potwierdzające korzystną rolę SCFA [21-23], pochodzi z badań na zwierzętach. Obecnie potrzebne są badania na ludziach, aby zwiększyć translacyjne znaczenie badań na gryzoniach i potencjalne korzyści błonnika dla metabolitów drobnoustrojów i zdrowia kardiometabolicznego, regulacji glukozy, apetytu i sytości. Obecne badanie określi wpływ spożycia błonnika pokarmowego na apetyt, metabolizm jelitowy i mikrobiom. Stawiamy hipotezę, że mechanizmy, dzięki którym błonnik pokarmowy zapewnia korzyści metaboliczne, obejmują bezpośrednie efekty fizyczne w górnym przewodzie pokarmowym (GI) w celu spowolnienia wchłaniania składników odżywczych oraz pośrednie skutki w celu zmniejszenia spożycia pokarmu, w którym pośredniczy wydzielanie hormonów przewodu pokarmowego wywołane przez SCFA, co skutkuje zwiększoną sytością. Aby przetestować tę hipotezę, przeprowadzimy randomizowaną, kontrolowaną próbę 4-tygodniowej diety HiFi lub LowFi u 44 osób (cel szczegółowy 1, SA1), a także wykorzystamy kolonoskopię przesiewową do standaryzacji wyjściowych populacji drobnoustrojów przez 3 tygodnie, przed i badanie po interwencji HiFi u 26 osób (SA2) z zespołem metabolicznym. Ocenimy wpływ diet na apetyt i sytość, ryzyko kardiometaboliczne i metabolizm jelitowy na początku i na końcu interwencji żywieniowych. Wybrany błonnik pochodzi z grochu, ponieważ ostatnie dane sugerują, że rośliny strączkowe znacznie poprawiają glikemię [6,24-27], cukrzycę [28,29], ryzyko chorób serca [30] i ryzyko otyłości [31]. Metody te zostaną wykorzystane do osiągnięcia dwóch konkretnych celów.

SA1a: Zbadanie wpływu diety HiFi na apetyt i sytość oraz czy produkcja SCFA pośredniczy w poprawie sytości podczas karmienia HiFi. Hipoteza (H) 1a: U dorosłych mężczyzn i kobiet dieta HiFi (n=22) w porównaniu z dietą LowFi (n=22) znacząco poprawi wskaźniki sytości (GLP-1, PYY, subiektywne oceny apetytu) i zmniejszy aktywację w regiony mózgu, które kontrolują przyjmowanie pokarmu/nagrodę/apetyt, jednocześnie zwiększając aktywację w regionach kontroli wykonawczej podczas czynnościowego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (fMRI) wizualnych wskazówek żywieniowych. Zmiany te będą związane z wyższymi poposiłkowymi stężeniami SCFA i zmienionymi populacjami drobnoustrojów, o czym świadczy wyższy poziom bifidobakterii i niski stosunek Firmicutes do Bacteroidetes.

SA1b: Określ, czy dieta HiFi poprawia zdrowie kardiometaboliczne. H1b: Dieta HiFi spowoduje niższy poziom glikemii, lipidów we krwi, ciśnienia krwi i obwodu talii w porównaniu z dietą LowFi.

SA2: Oceń ilościowo zmiany w składzie mikrobiologicznym i szybkości produkcji SCFA w okrężnicy (przy użyciu technik stabilnej infuzji izotopowej) podczas karmienia dietą HiFi (n=26) oraz czy jakiekolwiek zmiany są potencjalnymi mediatorami obserwowanych korzyści w zakresie sytości i czynników ryzyka kardiometabolicznego. H2: Znaczna redukcja gatunków drobnoustrojów nastąpi po przygotowaniu jelita do kolonoskopii, a ponowne zasiedlenie po HiFi będzie charakteryzować się większym stosunkiem bifidobakterii i niskim stosunkiem Firmicutes/Bacteroidetes. Wzrost przepływu SCFA po HiFi będzie związany z poprawą składu drobnoustrojów i poposiłkowych markerów sytości oraz triglicerydów we krwi i skoków glukozy.

Wielkość próby Na podstawie własnych opublikowanych [14] i niepublikowanych danych oraz innych [32-35] analiza mocy wykazała, że ​​do wykrycia znaczących różnic w kluczowych zmiennych potrzebna jest próba o wielkości od 10 do 20 osób/grupę ( alfa 0,05) i moc 90% (15 do 18 osób/grupa z mocą 80%). Dla celu szczegółowego 1 dodamy 2 przedmioty/grupę, aby uwzględnić 10% rezygnację z przedmiotu, a dla celu szczegółowego 2 dodamy dodatkowe 6 przedmiotów, aby uwzględnić 30% rezygnację z nauki. Zatem dla celu szczegółowego 1 44 przedmioty (22 na grupę) i dla celu szczegółowego 2 analizuje się 26 przedmiotów w schemacie z powtarzanymi pomiarami. Wierzymy, że jakikolwiek efekt błonnika pokarmowego mniejszy niż poprzednie, opublikowane terapie zostaną zrównoważone przez względnie „czysty” punkt początkowy okrężnicy po kolonoskopii (cel szczegółowy 2), a także przez fakt, że zapewniamy wszystkie posiłki badawcze, a tym samym w pełni kontrolujemy spożycie podmiotu

Analiza danych:

Analiza statystyczna zostanie przeprowadzona za pomocą oprogramowania SPSS (wersja 25). Do oceny zasadności przyjęcia zależności liniowych stosuje się metody graficzne, a do oceny normalności reszt stosuje się histogramy i wykresy prawdopodobieństwa. W razie potrzeby stosowane będą metody transformacyjne lub nieparametryczne. Stężenia glukozy i hormonów na czczo będą oznaczane seryjnie - zarówno bezpośrednio po posiłkach, jak i na czczo przed i po dietach. Zmiany w czasie (traktowane jako czynnik nominalny, aby nie zakładać trendu liniowego) i diety w składzie mikrobiomu będą oceniane poprzez pogrupowanie w dominujące typy bakterii (tj. Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Proteobacteria i Tenericutes) i rodzaju. W przypadku SA1 dla każdego wyniku zostanie zastosowana dwuczynnikowa analiza ANOVA, przy czym czynnikami będą grupa, czas i interakcja grupowania według czasu. Grupy są konstruowane poprzez randomizację z dopasowaną próbą, więc oczekujemy porównywalności na początku badania. W przypadku SA2 do porównania wyników będących przedmiotem zainteresowania zostanie użyty test t dla sparowanych próbek. Wyniki zostaną przedstawione jako średnie grupowe lub mediany, w zależności od tego, co jest najbardziej odpowiednie dla danych, wraz z 95% przedziałami ufności dla statystyk podsumowujących. Analizy danych fMRI podczas stymulacji wzrokowej są przeprowadzane przy użyciu oprogramowania Statistical Parametric Mapping 12 (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm). Dane są wstępnie przetwarzane, począwszy od synchronizacji plasterków i ponownego wyrównania obrazów do obrazu średniego. Anatomiczny obraz T1-zależny jest współrejestrowany ze średnim obrazem czynnościowym. Następnie przeprowadza się normalizację do przestrzeni Montreal Neurological Institute (MNI) i przestrzenne wygładzanie Gaussa. Dla każdego uczestnika (analizy pierwszego poziomu) stosowany jest ogólny model liniowy dla warunków obrazu żywności wysoko- i niskokalorycznej oraz produktów nieżywnościowych. Dla każdego warunku modelowany jest oddzielny regresor przy użyciu kanonicznej funkcji odpowiedzi hemodynamicznej, która obejmuje pochodne czasowe. Parametry ruchu są modelowane jako czynniki zakłócające. Do analizy drugiego poziomu stosuje się model mieszany ANOVA z czynnikiem wewnątrzczynnikowym, warunkiem obrazu (żywność wysokokaloryczna, żywność niskokaloryczna, niespożywczy|) i grupą międzyczynnikową (HiFi vs LowFi). A priori obszary zainteresowania (ROI), takie jak wyspa, kora oczodołowo-czołowa, ciało migdałowate i kora przedczołowa, są badane pod kątem potencjalnych interakcji obrazów grup po jedzeniu (efekt najbardziej interesujący). Przeprowadzane są również analizy całego mózgu (skorygowane pod kątem wielokrotnych porównań) w celu zidentyfikowania innych potencjalnych ROI.