Влияние пищевых волокон на микробиом и чувство сытости (FEMS)

Диетические модели с высоким содержанием клетчатки связаны с более низким риском развития сердечно-сосудистых заболеваний [1-3], гипертонии [4], диабета 2 типа [5] и увеличения массы тела [4]. Потенциальные биологические механизмы, которые могут опосредовать эти полезные эффекты для здоровья, включают замедление всасывания углеводов пищи (CHO) [6-11], снижение уровня липидов в крови [8,12] и увеличение высвобождения гормонов сытости [10,13]. ]. Ранее PI показал, что по сравнению с приемом пищи с низким содержанием клетчатки (LowFi) прием пищи с высоким содержанием клетчатки (HiFi) снижает концентрацию глюкозы в крови после приема пищи на 11% [14]. Другим потенциальным механизмом является предполагаемая роль ферментации микробной клетчатки для улучшения здоровья за счет производства ацетата, пропионата и бутирата короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК) [15-17]. Помимо улучшения здоровья толстой кишки, производство бутирата может стимулировать высвобождение кишечных гормонов, глюкагоноподобного пептида-1, GLP-1 и пептида YY (PYY) [18], что приводит к улучшению регуляции аппетита [19]. После основополагающей статьи Гордона в 2004 году [20] большое количество исследований выявило решающую роль, которую кишечные микробы играют в здоровье. Важно отметить, что большая часть этих данных, в том числе результаты, подтверждающие полезную роль SCFAs [21-23], были получены в исследованиях на животных. В настоящее время необходимы исследования на людях, чтобы повысить трансляционную значимость исследований на грызунах и потенциальную пользу клетчатки для микробных метаболитов и кардиометаболического здоровья, регуляции уровня глюкозы, аппетита и сытости. Текущее исследование определит влияние потребления пищевых волокон на аппетит, кишечный метаболизм и микробиом. Мы предполагаем, что механизмы, с помощью которых пищевые волокна обеспечивают метаболические преимущества, включают прямое физическое воздействие на верхние отделы желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) для замедления всасывания питательных веществ и косвенное воздействие на снижение потребления пищи, опосредованное SCFA-индуцированной секрецией желудочно-кишечных гормонов, что приводит к увеличению чувства сытости. Чтобы проверить эту гипотезу, мы проведем рандомизированное контролируемое исследование 4-недельной диеты HiFi или LowFi у 44 субъектов (конкретная цель 1, SA1), а также используем скрининговую колоноскопию для стандартизации исходных микробных популяций в течение 3 недель, до и исследование после вмешательства HiFi у 26 субъектов (SA2) с метаболическим синдромом. Мы оценим влияние диет на аппетит и чувство сытости, кардиометаболический риск и кишечный метаболизм в начале и в конце кормления. Выбранная клетчатка получена из гороха, поскольку последние данные свидетельствуют о том, что бобовые значительно улучшают гликемию [6,24-27], диабет [28,29], риск сердечно-сосудистых заболеваний [30] и риск ожирения [31]. Эти методы будут использоваться для достижения двух конкретных целей.

SA1a: Проверьте влияние диеты HiFi на аппетит и чувство сытости, а также определите, способствует ли выработка SCFA улучшенному насыщению при кормлении HiFi. Гипотеза (H) 1a. У взрослых мужчин и женщин диета HiFi (n=22) по сравнению с диетой LowFi (n=22) значительно улучшит маркеры сытости (GLP-1, PYY, субъективные оценки аппетита) и снизит активацию в области мозга, которые контролируют прием пищи / вознаграждение / аппетит, одновременно увеличивая активацию в областях исполнительного контроля во время функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) визуальных сигналов о еде. Эти изменения будут связаны с более высокими постпрандиальными концентрациями SCFAs и измененными микробными популяциями, о чем свидетельствуют более высокие уровни бифидобактерий и низкое отношение Firmicutes к Bacteroidetes.

SA1b: Определите, улучшает ли диета HiFi кардиометаболическое здоровье. H1b: диета HiFi приводит к снижению гликемии, липидов в крови, артериального давления и окружности талии по сравнению с диетой LowFi.

SA2: Количественно оценить изменения в микробном составе и скорости продукции SCFAs в толстой кишке (с использованием методов инфузии стабильных изотопов) при питании по диете HiFi (n = 26) и определить, являются ли какие-либо изменения потенциальными медиаторами наблюдаемых преимуществ в отношении сытости и кардиометаболических факторов риска. H2: после подготовки кишечника к колоноскопии произойдет значительное сокращение микробных видов, а репопуляция после HiFi будет характеризоваться большим количеством бифидобактерий и низким соотношением Firmicutes/Bacteroidetes. Увеличение потока SCFA после HiFi будет связано с улучшением микробного состава и постпрандиальных маркеров сытости и триглицеридов в крови и скачков уровня глюкозы.

Размер выборки На основании наших собственных опубликованных [14] и неопубликованных данных, а также данных других авторов [32-35], анализ мощности показал, что для выявления существенных различий в ключевых переменных необходим размер выборки от 10 до 20 субъектов/группу ( альфа 0,05) и мощность 90% (от 15 до 18 субъектов/группу с мощностью 80%). Для конкретной цели 1 мы добавим 2 субъекта/группу для учета 10% отсева субъектов, а для конкретной цели 2 мы добавим еще 6 субъектов для учета 30% отсева. Таким образом, для конкретной цели 1 были проанализированы 44 субъекта (22 на группу) и для конкретной цели 2 26 субъектов в плане повторных измерений. Мы считаем, что любой эффект пищевых волокон, меньший, чем в предыдущих опубликованных методах лечения, будет уравновешен относительной «чистой» отправной точкой толстой кишки после колоноскопии (конкретная цель 2), а также тем фактом, что мы предоставляем все исследуемые приемы пищи и, следовательно, полностью контролируем прием субъекта

Анализ данных:

Статистический анализ будет выполнен с помощью программного обеспечения SPSS (версия 25). Графические методы используются для оценки уместности допущения о линейных зависимостях, а гистограммы и вероятностные графики используются для оценки нормальности остатков. Преобразование или непараметрические методы будут использоваться по мере необходимости. Концентрации глюкозы и гормонов натощак будут измеряться серийно - как сразу после еды, так и натощак до и после диеты. Изменения с течением времени (рассматриваемые как номинальный фактор, чтобы не предполагать линейную тенденцию) и в зависимости от рациона в составе микробиома будут оцениваться путем группирования по доминирующим бактериальным типам (т. Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Proteobacteria и Tenericutes) и рода. Для SA1 для каждого результата будет использоваться двухфакторный дисперсионный анализ с факторами, такими как группа, время и групповое взаимодействие по времени. Группы формируются с помощью рандомизации подобранной выборки, поэтому мы ожидаем сопоставимости на исходном уровне. Для SA2 будет использоваться парный выборочный t-критерий для сравнения интересующих результатов. Результаты будут представлены как групповые средние значения или медианы, как наиболее подходящие для данных, наряду с 95% доверительными интервалами для сводной статистики. Анализ данных фМРТ во время визуальной стимуляции выполняется с использованием программного обеспечения Statistical Parametric Mapping 12 (www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm). Данные предварительно обрабатываются, начиная с синхронизации срезов и выравнивания изображений до среднего изображения. Анатомическое Т1-взвешенное изображение совмещается со средним функциональным изображением. Затем выполняется нормализация в пространстве Монреальского неврологического института (MNI) и пространственное сглаживание по Гауссу. Для каждого участника (анализы первого уровня) применяется общая линейная модель для высоко- и низкокалорийных пищевых и непищевых условий изображения. Для каждого состояния моделируется отдельный регрессор с использованием канонической функции гемодинамического отклика, которая включает производные по времени. Параметры движения моделируются как вмешивающиеся факторы. Для анализа второго уровня используется смешанная модель ANOVA с внутренним фактором, условием изображения (высококалорийная пища, низкокалорийная пища, непищевая еда |) и группой между факторами (HiFi против LowFi). Априорные области интереса (ROI), такие как островок, орбитофронтальная кора, миндалевидное тело и префронтальная кора, исследуются на предмет потенциальных взаимодействий с изображением группы по продукту (эффект, представляющий наибольший интерес). Также проводится анализ всего мозга (с поправкой на множественные сравнения) для выявления других потенциальных ROI.