Afiliere Divizia Obezitate și Sănătate Metabolică, Institutul Rowett de Nutriție și Sănătate, Universitatea din Aberdeen, Aberdeen, Scoția, Regatul Unit

dietetice

Divizia de sănătate a intestinului de afiliere, Institutul Rowett de nutriție și sănătate, Universitatea din Aberdeen, Aberdeen, Aberdeen, Scoția, Regatul Unit

Afilieri Divizia Obezitate și Sănătate Metabolică, Institutul Rowett de Nutriție și Sănătate, Universitatea din Aberdeen, Aberdeen, Scoția, Regatul Unit, Divizia de Sănătate Intestinală, Institutul Rowett de Nutriție și Sănătate, Universitatea din Aberdeen, Aberdeen, Aberdeen, Scoția, Regatul Unit

Afiliere Divizia Obezitate și Sănătate Metabolică, Institutul Rowett de Nutriție și Sănătate, Universitatea din Aberdeen, Aberdeen, Scoția, Regatul Unit

Afiliere Divizia Obezitate și Sănătate Metabolică, Institutul Rowett de Nutriție și Sănătate, Universitatea din Aberdeen, Aberdeen, Scoția, Regatul Unit

Afiliere Divizia Obezitate și Sănătate Metabolică, Institutul Rowett de Nutriție și Sănătate, Universitatea din Aberdeen, Aberdeen, Scoția, Regatul Unit

Divizia de sănătate a intestinului de afiliere, Institutul Rowett de nutriție și sănătate, Universitatea din Aberdeen, Aberdeen, Aberdeen, Scoția, Regatul Unit

Afiliere Divizia Obezitate și Sănătate Metabolică, Institutul Rowett de Nutriție și Sănătate, Universitatea din Aberdeen, Aberdeen, Scoția, Regatul Unit

  • Clare L. Adam,
  • Silvia W. Gratz,
  • Diana I. Peinado,
  • Lynn M. Thomson,
  • Karen E. Garden,
  • Patricia A. Williams,
  • Anthony J. Richardson,
  • Alexander W. Ross

Cifre

Abstract

Citare: Adam CL, Gratz SW, Peinado DI, Thomson LM, Garden KE, Williams PA, și colab. (2016) Efectele fibrelor dietetice (pectină) și/sau ale proteinelor crescute (cazeina sau mazărea) asupra sațietății, greutății corporale, adipozității și fermentației cecale la șobolanii obezi induși în dietă bogată în grăsimi. PLoS ONE 11 (5): e0155871. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0155871

Editor: Mihai Covasa, Western University of Health Sciences, STATELE UNITE

Primit: 16 februarie 2016; Admis: 5 mai 2016; Publicat: 25 mai 2016

Disponibilitatea datelor: Toate datele relevante se găsesc în lucrare.

Finanțarea: Această lucrare a fost finanțată de guvernul scoțian Divizia de științe și servicii analitice a mediului rural și a mediului. Finanțatorii nu au avut niciun rol în proiectarea studiului, colectarea și analiza datelor, decizia de publicare sau pregătirea manuscrisului.

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

Introducere

Constituenții dietetici care sunt capabili să sporească sațietatea și să promoveze pierderea în greutate oferă o propunere atractivă pentru gestionarea obezității. Cei doi macronutrienți asociați cel mai frecvent cu sațietatea crescută sunt fibrele alimentare și proteinele, totuși există o lipsă de publicații care să compare și să definească eficacitatea acestora la subiecții obezi. Aceste răspunsuri biologice sunt determinate cel mai util și cu precizie în circumstanțele controlate ale modelelor animale de laborator înainte de a recomanda testele de intervenție dietetică umană. Astfel, am demonstrat recent cum pe lângă pectina din fibre dietetice solubile fermentabile la o dietă bogată în grăsimi crește sațietatea, scade aportul caloric și duce la pierderea în greutate (grăsime corporală) la șobolanii obezi induse de dietă (DIO) [1]. Într-o paradigmă experimentală similară, investigăm acum efectele individuale și interactive ale pectinei suplimentare și ale proteinelor crescute, de origine animală (cazeină) sau vegetală (mazăre).

Există multiple beneficii pentru sănătatea oamenilor cu obezitate din încorporarea dietetică a suplimentelor de fibre, inclusiv sățietatea crescută și pierderea în greutate, dar acestea nu au fost cuantificate în mod clar în literatură [2]. Cu toate acestea, există dovezi bune pentru creșterea fibrelor dietetice de diferite tipuri, care protejează împotriva dezvoltării hiperfagiei și obezității la șobolani și șoareci hrăniți cu diete bogate în grăsimi [3-6], iar studiul nostru anterior a demonstrat eficacitatea suplimentării cu fibre pectine dietetice în promovarea sațietății, hipofagie și scădere în greutate (grăsime) la șobolani care erau deja obezi la începutul intervenției dietetice [1]. Aportul crescut de fibre dietetice în aceste modele de rozătoare este asociat cu secreția crescută a hormonilor de satietate intestinală, în special PYY și GLP-1 [1, 3, 7, 8].

Dietele bogate în proteine ​​(adică proteine ​​care furnizează 30-40% energie alimentară) au apărut, de asemenea, în ultimul deceniu ca un mijloc de a obține pierderea în greutate, satietatea crescută fiind mecanismul cheie care stă la baza [9-11]. Consumul crescut de proteine ​​dietetice este asociat cu eliberarea crescută a hormonului de sațietate intestinală PYY la om și șoareci, în timp ce PYY exogen inversează obezitatea hiperfagică observată la șoarecii knockout PYY [9]. Mai mult, șobolanii DIO cărora li s-a administrat o dietă bogată în proteine ​​(52% energie din proteine) timp de până la 4 săptămâni au arătat greutate corporală scăzută și aport caloric și concentrații crescute de PYY circulante [12].

Cu toate acestea, o meta-analiză recentă a constatat beneficii persistente ale proteinelor ridicate pentru pierderea în greutate la om numai în studiile de hrănire foarte controlate, cu o lipsă de conformitate dietetică demonstrată de adulții cu viață liberă [13]. Mai mult, aportul ridicat de proteine ​​pe termen lung este dăunător sănătății renale, așa cum s-a demonstrat la porcii și șobolanii cărora li s-a administrat dietă cu 35% energie din proteine ​​[14, 15] și este potențial dăunător pentru sănătatea colonului, așa cum se arată la șobolani [16] și oameni [17]. Efectele nocive ale colonului se pot atribui în mare parte modificărilor tiparului de fermentație și a metaboliților microbiotei intestinale atunci când proteinele nedigerate ajung în intestinul gros. În schimb, aportul crescut de fibre alimentare promovează un mediu sănătos de colon, cu efectele sale de protecție împotriva cancerului legate de produse de fermentare favorabile [18]. În consecință, s-a sugerat că includerea unei cantități suficiente de fibre sau carbohidrați rezistenți la digestie în dietele cu slăbire ridicată a proteinelor ar putea contracara unele dintre consecințele negative asupra sănătății intestinului [17]. În timp ce investigarea produselor de fermentație la om se bazează pe analize fecale, în prezentul model animal suntem capabili să măsurăm concentrațiile principalelor produse de fermentație direct în intestinul gros unde sunt produse.

În rezumat, acest experiment a comparat efectele separate și combinate ale creșterii fibrelor solubile dietetice (pectină) și proteine ​​animale (cazeină) sau vegetale (mazăre) la șobolanii obezi induși în dietă cu conținut ridicat de grăsimi în ceea ce privește consumul de alimente, sațietatea, pierderea în greutate, compoziția corpului, sațietatea circulantă și hormonii metabolici și produsele de fermentare a intestinului posterior.

Materiale și metode

Declarație de etică

Toate procedurile experimentale pe animale au respectat orientările instituționale și naționale pentru îngrijirea și utilizarea animalelor. Acestea au fost licențiate prin Legea Regatului Unit de Home Office pentru animale (proceduri științifice), modificată în 2012, în baza licenței de proiect 60/4282 și au fost aprobate de comitetul local de revizuire etică de la Universitatea din Aberdeen Rowett Institute of Nutrition & Health (numărul de aprobare 301013CA). Șobolanii au fost eutanasiați prin decapitare sub anestezie generală prin inhalare (izofluran; IsoFlo, Abbott Animal Health, Maidenhead, Berkshire, Marea Britanie).

Dietele

Dietele au fost peletizate, hrănite ad libitum, pe baza de AIN-93 purificat (Societatea Americană pentru Nutriție, Bethesda, MD, SUA) și fabricate și furnizate de Special Diet Services Ltd, Witham, Essex, Marea Britanie. Dieta bogată în grăsimi administrată tuturor șobolanilor în perioada de creștere și pentru un grup în timpul experimentului principal a fost o dietă standard purificată cu 45% energie din grăsimi (IC). Această dietă conține 5-6% greutate/greutate fibre celuloza dietetice insolubile și oferă 20% energie din proteine. În dietele experimentale bogate în fibre utilizate aici, celuloza a fost înlocuită cu 10% greutate/greutate pectină din fibre solubile (P; Solgar Apple Pectin, Revital Ltd., Ruislip, Middlesex UK) și în dietele experimentale bogate în proteine, conținutul de proteine ​​din dietă a fost dublat pentru a furniza 40% energie alimentară (fie ca proteină standard de cazeină purificată, fie ca izolat de proteină chineză de mazăre pură> 80% puritate, ambele furnizate de Special Diet Services Ltd). Au fost utilizate următoarele 6 diete experimentale purificate: dietă bogată în grăsimi (HF), bogată în grăsimi cu proteine ​​bogate în cazeină (HFHC), bogate în grăsimi cu proteine ​​bogate în mazăre (HFHP) și aceste diete completate cu pectină (10% g/g pectină; HF + P, HFHC + P și respectiv HFHP + P; Tabelul 1).

Animale și procedură experimentală

Patruzeci și opt de șobolani masculi Sprague Dawley (Charles River Laboratories, Tranent, East Lothian, Marea Britanie) au fost crescuți de la înțărcare până la vârsta de 12 săptămâni în dieta HF pentru a genera DIO. Apoi, după o săptămână de aclimatizare la locuințe individuale în cuști de plastic, li s-au administrat dietele experimentale ad libitum timp de 28 de zile (n = 8/grup dietetic). Dietele experimentale au fost introduse prin amestecarea 50:50 cu HF în ziua 1 și creșterea la 100% în 3 zile. Apa era disponibilă ad libitum, regimul de iluminare era standard de 12 ore de lumină și 12 ore de întuneric, temperatura era constantă la 21 ± 2 ° C și umiditatea relativă era menținută la 55 ± 10%; cuștile conțineau așternuturi din ștefuri de porumb, cu hârtie mărunțită pentru cuibărit și tuneluri din plastic pentru îmbogățirea ulterioară a mediului. Aportul voluntar de alimente a fost măsurat zilnic prin cântărirea alimentelor nemâncate în fiecare dimineață, iar greutatea corporală a fost măsurată de două ori pe săptămână. Compoziția corpului a fost măsurată la șobolani conștienți la începutul (ziua 0) și la sfârșitul (28 de zile) al experimentului prin imagistică prin rezonanță magnetică (RMN; EchoMRI 2004, Echo Medical Systems, Houston, TX, SUA), care a furnizat grăsime corporală totală și date despre masa slabă.

După scanarea RMN finală, șobolanii au fost eutanasiați la 1-3 ore după aprinderea luminii; nu au fost postite, ci au fost uciși în starea lor naturală în perioada ușoară în care nu se consumă alimente [26]. Probele de sânge finale (trunchi) au fost colectate în tuburi răcite care conțin EDTA ca anti-coagulant și un cocktail inhibitor de peptidază care conține inhibitor general de protează (cØmplete; Roche Diagnostics Ltd, Burgess Hill, West Sussex, Marea Britanie) și inhibitor de dipeptidil peptidază-4 (Ile- Pro-Ile; Sigma-Aldrich, Gillingham, Dorset, Marea Britanie), centrifugată imediat la 3000g timp de 12 min, apoi plasma a fost depozitată la -20 ° C până la analiză. Intestinul a fost disecat, greutățile umede au fost înregistrate imediat pentru stomac, intestin subțire, cec și colon, iar lungimile intestinului subțire, cec și colon au fost măsurate.

Analize plasmatice

Concentrațiile de hormoni din probele de plasmă au fost analizate prin truse RIA comerciale conform instrucțiunilor producătorului (Merck Millipore, Billerica, MA, SUA). GLP-1 total a fost măsurat prin setul GLP1T-36HK care detectează toate formele de GLP-1 (limită inferioară de detecție 3 pM). GLP-1 activ nu a fost măsurat deoarece are un timp de înjumătățire foarte scurt în plasmă, dar măsurarea GLP-1 totală oferă o indicație exactă a secreției globale de GLP-1, deoarece include atât hormonul intact, cât și metabolitul său primar [27] . PYY a fost măsurat prin setul RMPYY-68HK (limită inferioară de detecție 15,6 pg/ml), care detectează ambele forme circulante biologic active ale PYY, și anume PYY (1-36) și PYY (3-36). Leptina a fost măsurată prin trusa RL-83K (limită inferioară de detecție 0,6 ng/ml) și insulină prin trusa RI-13K (limită inferioară de detecție 0,08 ng/ml). Concentrațiile de glucoză plasmatică au fost determinate de un analizor automat KONE (metoda hexokinazei; limita inferioară de detecție 0,3 mmol/l).

Analiza SCFA caecală

Concentrațiile de SCFA produse prin fermentația bacteriană în conținutul de cec au fost determinate prin cromatografie capilară gazoasă folosind metoda dezvoltată de Richardson și colab. Pe scurt, probele au fost mai întâi diluate cu apă distilată (1/4) și s-a adăugat acid 2-etilbutiric (5 mmol/L) ca standard intern. Probele au fost apoi extrase în dietil eter, derivatizate cu N-terț-butildimetilsilil-N-metiltrifluoroacetamidă și analizate pe coloane capilare Agilent GC HP-1 pentru a detecta succinat, acetat, propionat, butirat și acizii grași cu lanț ramificat (BCFAs) iso -butirat, valerat și izo-valerat.

analize statistice

Efectele dietei asupra datelor referitoare la greutatea corporală și la consumul de alimente au fost analizate prin măsuri repetate ANOVA (Model Linear General (GLM)) cu timpul, dieta și interacțiunea lor ca factori; Minitab Versiunea 17, Minitab Inc., State College, PA) și efectele la toate celelalte măsurători prin ANOVA bidirecțională (GLM cu pectină, proteină și interacțiunea lor ca factori; Minitab 17) urmată de comparații Fisher în perechi. Corelația lui Pearson a fost utilizată pentru a explora relațiile dintre variabile acolo unde este indicat. P Fig 1. Greutatea corporală și aportul de alimente.

(a) Greutăți corporale și (b) consumul zilnic de alimente de șobolani obezi induși în dietă hrăniți cu o dietă bogată în grăsimi (HF), o dietă bogată în grăsimi cu pectină (HF + P), HF cu proteine ​​bogate în cazeină (HFHC), HFHC cu pectină (HFHC ) + P), HF cu proteine ​​bogate în mazăre (HFHP), HFHP cu pectină (HFHP + P) timp de 4 săptămâni (n = 8 per grup). Analiza statistică prin măsuri repetate ANOVA, aplicată începând cu ziua a 6-a după aclimatizarea dietei pentru datele de aport în (b).

Creșterea totală în greutate corporală și creșterea masei grase au fost scăzute de pectină suplimentară (ambele P Tabelul 2. Greutatea corporală, compoziția corporală și aportul de alimente 1 .

Aportul zilnic de alimente a fost în ordinea descrescătoare a mărimii: HF> HFHC> HFHP> HFHP + P = HF + P> HFHC + P (P Tabelul 3. Corelații.

Sațietatea plasmatică și parametrii metabolici

Concentrațiile plasmatice de PYY și GLP-1 total au fost crescute de pectină suplimentară (ambele P Fig. 2. Hormonii plasmatici și glucoza.

Concentrațiile plasmatice finale de (a) PYY, (b) GLP-1 total, (c) leptină, (d) insulină, (e) glucoză și (f) raportul glucoză/insulină la șobolanii DIO hrăniți cu o dietă bogată în grăsimi (HF), dietă bogată în grăsimi cu pectină (HF + P), HF cu proteine ​​bogate în cazeină (HFHC), HFHC cu pectină (HFHC + P), HF cu proteine ​​bogate în mazăre (HFHP), HFHP cu pectină (HFHP + P) timp de 4 săptămâni (n = 8 per grup). Analiza statistică prin ANOVA bidirecțională cu pectină, proteine ​​și interacțiunea lor ca factori, urmată de comparații Fisher în perechi. În cadrul cifrelor, valorile etichetate cu litere diferite sunt semnificativ diferite (P Tabelul 4. Morfologia intestinului 1 .

În general, greutatea stomacului s-a corelat pozitiv cu aportul cumulativ de alimente: (g), r = 0,437, P Fig 3.

Datele actuale nu oferă dovezi fără echivoc pentru satierea diferențială de către diferite surse de proteine ​​[24, 25]. Aportul alimentar a fost suprimat de proteina de mazăre, dar nu de cazeină, dar nici una dintre proteine ​​nu a crescut secreția hormonului de sațietate PYY. Cu toate acestea, creșterea proteinelor din mazăre, și nu creșterea cazeinei, a fost asociată cu scăderea acumulării de grăsime corporală și creșterea SCFA și BCFA cecale. Aceste diferențe au fost în mod clar atribuite diferențelor în digestibilitatea proteinelor și generalizările care compară proteina animală cu cea vegetală nu pot fi făcute din datele actuale. Cazeina este mai puternic digerabilă decât proteina din mazăre [49] și nu au existat dovezi pentru o fermentare crescută a intestinului din dieta bogată în cazeină, în timp ce proteina din mazăre nedigerată care ajunge în intestinul gros a furnizat substrat pentru fermentare.

Dietele care duc la creșterea fermentației în prezentul studiu au avut efecte semnificative asupra morfologiei intestinului. Astfel, atât dietele bogate în fibre, cât și cele bogate în proteine ​​din mazăre au crescut dimensiunea caecului, iar combinația dintre proteinele bogate în fibre și cea bogată în mazăre au avut cel mai mare efect (aditiv) asupra dimensiunii caecului, reflectând probabil cea mai mare masă de fermentare a microbiotei. Dietele bogate în fibre de aici au crescut, de asemenea, dimensiunea intestinului subțire, care poate fi atribuită unui timp de tranzit scăzut, deoarece aceste efecte au fost legate anterior la șobolanii hrăniți cu polizaharidă algală nefermentabilă [50]. Efectele sensibile la doză ale fibrelor dietetice (pectină) asupra creșterii greutăților aparent sănătoase ale cecului și ale țesutului intestinului subțire au fost raportate anterior la șobolani [31]. În timp ce greutatea intestinală mai mare nu poate fi neapărat de dorit, fermentația crescută a fibrelor în lumen poate produce un mediu intern mai sănătos de colon, așa cum am discutat mai devreme. Mai mult, impactul dietelor actuale asupra microbiotei intestinale merită în mod clar o explorare suplimentară, având în vedere diferențele observate în produsele de fermentație și legătura cunoscută dintre microbiota intestinală și greutatea corporală [51].

Leptina și insulina au scăzut în funcție de scăderea masei relative de grăsime, indicativ al îmbunătățirii sănătății metabolice, în special la șobolanii DIO hrăniți cu fibre. Cu toate acestea, nu au existat dovezi pentru scăderea secreției acestor hormoni anorexigenici care să ofere vreo influență asupra apetitului. După cum sa menționat anterior în modelul nostru de șobolan DIO alimentat cu fibre [1], coincidența creșterii secreției anorexigenice PYY, dar a scăderii hormonilor anorexigenici, leptina și insulina, indică faptul că poate exista o ierarhie de influență. Semnalizarea hormonului de sațietate intestinală (PYY) poate domina feedback-ul hormonilor metabolici către căile de reglare a apetitului hipotalamic sau rezistența la leptină centrală și insulină asociată cu DIO poate persista [52, 53].

Pe scurt, rezultatele noastre indică faptul că suplimentarea cu pectină a avut cele mai evidente beneficii asupra sațietății, greutății corporale, compoziției corporale și fermentației intestinale la șobolanii obezi care se hrănesc cu o dietă bogată în grăsimi. Incorporarea proteinei din mazăre în dieta bogată în grăsimi a avut, de asemenea, unele beneficii minore, dar combinarea proteinei din mazăre și pectină nu a oferit niciun avantaj față de pectină singură. Cu alte cuvinte, fibrele fermentabile solubile par mai eficiente decât proteinele bogate în scăderea aportului caloric și a adipozității în timp ce urmează o dietă bogată în grăsimi și pentru a produce un mediu de fermentare mai susceptibil de a promova sănătatea intestinului posterior. În ansamblu, datele susțin conceptul că un conținut ridicat de fibre poate fi mai bun decât un conținut ridicat de proteine ​​pentru pierderea în greutate sănătoasă la obezitate.

Mulțumiri

Mulțumim personalului MRF al Universității din Aberdeen pentru îngrijirea zilnică a șobolanilor experimentali, greutatea corporală, aportul alimentar și măsurătorile RMN. Mulțumim, de asemenea, Departamentului analitic al Institutului Rowett pentru nutriție și sănătate pentru analizele proximale, determinările glucozei și SCFA GC.

Contribuțiile autorului

Conceput și proiectat experimentele: CLA AWR. Experimentele efectuate: CLA SWG DIP LMT KEG PAW AJR AWR. Analiza datelor: CLA. Reactivi/materiale/instrumente de analiză contribuite: CLA SWG DIP LMT KEG PAW AJR AWR. Am scris lucrarea: CLA SWG AWR.