Efeitos da Fibra Alimentar no Microbioma e na Saciedade (FEMS)

Padrões alimentares com alto teor de fibras estão associados a um menor risco de desenvolvimento de doenças cardiovasculares [1-3], hipertensão [4], diabetes tipo 2 [5] e aumento do peso corporal [4]. Mecanismos biológicos potenciais que podem mediar esses efeitos benéficos à saúde incluem uma diminuição da absorção de carboidratos da refeição (CHO) [6-11], redução dos lipídios no sangue [8,12] e um aumento na liberação de hormônios da saciedade [10,13 ]. O PI mostrou anteriormente que, em comparação com refeições com baixo teor de fibras (LowFi), as refeições com alto teor de fibras (HiFi) reduziram as concentrações de glicose no sangue pós-prandial em 11% [14]. Outro mecanismo potencial é um papel postulado para a fermentação de fibra microbiana para melhorar a saúde através da produção de acetato, propionato e butirato de ácidos graxos de cadeia curta (SCFA) [15-17]. Além de promover a saúde do cólon, a produção de butirato pode estimular a liberação de hormônios intestinais, peptídeo-1 GLP-1 semelhante ao glucagon e peptídeo YY (PYY) [18], resultando em melhor regulação do apetite [19]. Desde o artigo seminal de Gordon em 2004 [20], um grande corpo de pesquisa descobriu o papel crítico que os micróbios intestinais desempenham na saúde. É importante ressaltar que muitos desses dados, incluindo descobertas que sustentam um papel benéfico do SCFA [21-23], foram derivados de estudos em animais. Estudos em humanos são agora necessários para avançar o significado translacional dos estudos com roedores e o benefício potencial da fibra em metabólitos microbianos e saúde cardiometabólica, regulação da glicose, apetite e saciedade. O estudo atual determinará os efeitos da ingestão de fibras alimentares no apetite, no metabolismo intestinal e no microbioma. Nossa hipótese é que os mecanismos pelos quais a fibra dietética fornece benefício metabólico incluem efeitos físicos diretos no trato gastrointestinal superior (GI) para retardar a absorção de nutrientes e efeitos indiretos para reduzir a ingestão de alimentos mediada pela secreção induzida por SCFA de hormônios GI, resultando em aumento da saciedade. Para testar essa hipótese, conduziremos um estudo controlado randomizado de 4 semanas de dietas HiFi ou LowFi em 44 indivíduos (objetivo específico 1, SA1) e também alavancaremos uma colonoscopia de triagem para padronizar as populações microbianas de linha de base para um período de 3 semanas, pré e estudo pós-intervenção HiFi em 26 indivíduos (SA2) com síndrome metabólica. Avaliaremos os efeitos das dietas no apetite e saciedade, risco cardiometabólico e metabolismo intestinal no início e no final das intervenções alimentares. A fibra escolhida é derivada de ervilhas, pois dados recentes sugerem que as leguminosas melhoram significativamente a glicemia [6,24-27], diabetes [28,29], risco de doença cardíaca [30] e risco de obesidade [31]. Esses métodos serão empregados para atingir dois objetivos específicos.

SA1a: Testar o efeito de uma dieta HiFi no apetite e na saciedade e se a produção de SCFA medeia a melhora da saciedade na alimentação HiFi. Hipótese (H) 1a: Em homens e mulheres adultos, a dieta HiFi (n=22) em comparação com a dieta LowFi (n=22) melhorará significativamente os marcadores de saciedade (GLP-1, PYY, avaliações subjetivas de apetite) e menor ativação em regiões do cérebro que controlam a ingestão/recompensa/apetite alimentar enquanto aumentam a ativação em regiões de controle executivo durante sinais visuais de alimentos por ressonância magnética funcional (fMRI). Essas alterações estarão relacionadas a concentrações pós-prandiais mais altas de SCFA e populações microbianas alteradas, conforme evidenciado por maiores níveis de bifidobactérias e baixa proporção de Firmicutes para Bacteroidetes.

SA1b: Determine se uma dieta HiFi melhora a saúde cardiometabólica. H1b: Uma dieta HiFi resultará em menor glicemia, lipídios no sangue, pressão arterial e circunferência da cintura em comparação com uma dieta LowFi.

SA2: Quantificar as alterações na composição microbiana e na taxa de produção de SCFA do cólon (usando técnicas de infusão isotópica estável) na alimentação com dieta HiFi (n = 26) e se quaisquer alterações são mediadores potenciais dos benefícios observados na saciedade e nos fatores de risco cardiometabólicos. H2: Uma redução significativa de espécies microbianas seguirá a preparação intestinal por colonoscopia, e a repopulação após HiFi será caracterizada por maior proporção de bifidobactérias e baixa Firmicutes/Bacteroidetes. Um aumento no fluxo de SCFA após HiFi será associado a melhorias na composição microbiana e marcadores pós-prandiais de saciedade e triglicerídeos no sangue e excursões de glicose.

Tamanho da amostra Com base em nossos próprios dados publicados [14] e não publicados, e de outros [32-35], uma análise de poder revelou que um tamanho de amostra entre 10 a 20 indivíduos/grupo é necessário para detectar diferenças significativas em variáveis-chave ( alfa 0,05) e um poder de 90% (15 a 18 sujeitos/grupo com 80% de poder). Para o objetivo específico 1, adicionaremos 2 disciplinas/grupo para contabilizar uma evasão de 10% e para o objetivo específico 2, adicionaremos 6 disciplinas adicionais para contabilizar 30% de evasão. Assim, para o objetivo específico 1 44 sujeitos (22/grupo) e para o objetivo específico 2, 26 sujeitos são analisados ​​em um projeto de medidas repetidas. Acreditamos que qualquer efeito de fibra dietética menor do que os tratamentos publicados anteriores serão equilibrados pelo ponto inicial 'limpo' relativo do cólon após a colonoscopia (objetivo específico 2) e também pelo fato de estarmos fornecendo todas as refeições do estudo e, portanto, controlando totalmente o ingestão do sujeito

Análise de dados:

A análise estatística será realizada com o software SPSS (versão 25). Métodos gráficos são usados ​​para avaliar a adequação de assumir relações lineares e histogramas e gráficos de probabilidade usados ​​para avaliar a normalidade dos resíduos. Transformação ou métodos não paramétricos serão empregados conforme necessário. As concentrações de glicose e hormônios em jejum serão obtidas seriadamente - tanto agudamente após as refeições quanto em jejum antes e após as dietas. As mudanças ao longo do tempo (tratadas como um fator nominal para não assumir uma tendência linear) e pela dieta na composição do microbioma serão avaliadas por agrupamento nos filos bacterianos dominantes (ou seja, Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Proteobacteria e Tenericutes) e gênero. Para SA1, uma ANOVA de dois fatores será usada para cada resultado, com os fatores sendo Grupo, Tempo e a interação Grupo por Tempo. Os grupos são construídos por meio de randomização de amostra combinada, portanto, esperamos comparabilidade na linha de base. Para SA2, um teste t de amostra pareada será usado para comparar os resultados de interesse. Os resultados serão relatados como médias ou medianas de grupo, conforme mais apropriado para os dados, juntamente com intervalos de confiança de 95% para as estatísticas resumidas. As análises dos dados de fMRI durante a estimulação visual são realizadas usando o software Statistical Parametric Mapping 12 (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm). Os dados são pré-processados, começando com o tempo de corte e realinhamento das imagens para a imagem média. A imagem anatômica ponderada em T1 é co-registrada com a imagem funcional média. A normalização no espaço do Montreal Neurological Institute (MNI) e a suavização espacial gaussiana são então realizadas. Para cada participante (análises de primeiro nível), um modelo linear geral é aplicado para as condições de imagem de alimentos e não alimentos de alto e baixo teor calórico. Para cada condição, um regressor separado é modelado usando uma função de resposta hemodinâmica canônica que inclui derivadas de tempo. Os parâmetros de movimento são modelados como fatores de confusão. Para análise de segundo nível, um modelo ANOVA misto é usado, com o fator dentro, condição de imagem (alimentos de alto teor calórico, alimentos de baixa caloria, não-alimentos |) e o grupo entre fatores (HiFi vs LowFi). As regiões de interesse (ROIs) a priori, como ínsula, córtex orbitofrontal, amígdala e córtex pré-frontal, são examinadas para possíveis interações de imagem de grupo por alimento (o efeito de maior interesse). Análises de todo o cérebro também são conduzidas (corrigidas para comparações múltiplas) para identificar outros potenciais ROIs.