Testarea validității alimentelor „calorii negative” cu un model de reptile

Katherine M. Buddemeyer

testarea

Departamentul de Științe Biologice, Universitatea din Alabama, Tuscaloosa, Alabama, SUA

Facultatea de Medicină a Universității Alabama, Alabama, SUA

Ashley E. Alexander

Departamentul de Științe Biologice, Universitatea din Alabama, Tuscaloosa, Alabama, SUA

Facultatea de Medicină a Universității Alabama, Alabama, SUA

Stephen M. Secor

Departamentul de Științe Biologice, Universitatea din Alabama, Tuscaloosa, Alabama, SUA

Abstract

Cuvinte cheie

eficiență aparentă de asimilare, dietă, buget energetic, „calorii negative”, acțiune dinamică specifică, scădere în greutate

Introducere

O schemă de dietă și scădere în greutate care a populat internetul, rețelele sociale și cărțile de dietă și nutriție este o dietă care include alimente „cu calorii negative” [1-6]. Acestea sunt alimente, în teorie, pentru care se consumă mai multă energie în digestie, asimilare și stocare a nutrienților decât se câștigă. Prin urmare, consumul lor are ca rezultat un deficit caloric, atât din cauza lipsei de energie netă câștigată, cât și a energiei stocate (adică a grăsimilor), prin urmare, trebuie utilizată pentru a alimenta completarea digestiei și procesării lor. Beneficiile suplimentare menționate pentru alimentele „cu calorii negative” sunt că stimulează metabolismul, controlează apetitul, îmbunătățesc controlul glicemic și curăță colonul și ficatul [1,7]. Dietele care includ alimente „cu calorii negative” duc, așadar, la o „situație câștig-câștig”, având în vedere beneficiile multiple pentru sănătatea dumneavoastră și controlul greutății îmbunătățit [8].

Existența alimentelor „cu calorii negative” a fost pusă la îndoială de nutriționiști și medici care au afirmat că costul acumulativ al digestiei, absorbției și asimilării mesei este echivalent cu doar 5-15% din energia mesei, astfel că există un câștig net de 85-95% din energia din orice masă [6,9-11]. Singurul studiu publicat (un rezumat) care a testat validitatea alimentelor „cu calorii negative” a fost realizat pe 15 subiecți de sex feminin, fiecare dintre aceștia consumând 100 g de țelină crudă [3]. În acest studiu a fost menționat faptul că costul digestiei meselor de țelină a fost echivalent cu 86% din energia meselor [3]. Cu toate acestea, acest studiu nu a reușit să explice pierderea suplimentară de energie excretată în fecale și urină. Având în vedere conținutul său relativ ridicat de fibre, țelina poate fi caracterizată în mod inerent de eficiențe digestive și de asimilare relativ scăzute [12,13]. Prin urmare, atunci când se ține cont de energia combinată cheltuită pentru digestie și asimilare și pierdută din fecale și urină, devine mai plauzibil teoretic ca consumul de țelină să ducă la un deficit energetic, iar țelina să fie un aliment „negativ-caloric” valid [14].

Absența oricăror studii empirice care au testat într-o manieră integrativă validitatea alimentelor „cu calorii negative”, ne-a încurajat să realizăm un astfel de studiu folosind un model de șopârlă, balaurul cu barbă (Pogona vitticeps) și mesele crude de țelină [9,10, 15,16]. Deși îndepărtați evolutiv de oameni, dragonii cu barbă împărtășesc cu oamenii o dietă omnivoră și seturi aproape identice de mecanisme morfologice și fiziologice utilizate pentru a digera, absorbi și asimila hrana [17-19]. În acest studiu, am cuantificat pentru fiecare șopârlă energia mesei lor de țelină, energia consumată digerând acea masă și energia pierdută în fecale și urate. Prin evaluarea acestor compromisuri de energie, am găsit dragoni cu barbă pentru a experimenta un câștig net de energie din mesele lor de țelină. Un câștig care este însă desființat rapid de metabolismul în repaus al șopârlei.

Materiale și metode

Dragoni cu barbă și întreținerea lor

Deși ar fi fost ideal să se efectueze acest studiu asupra oamenilor, a fost instituțional prohibitiv pentru coautorii universitari (KMB și AEA) să colecteze și să proceseze fecale și urină umane. Prin urmare, am profitat de o colonie de laborator de dragoni cu barbă (Pogona vitticeps) crescută în captivitate, o șopârlă de dimensiuni medii originară din regiunile aride și semi-aride din Australia centrală [17,20]. Dragonii cu barbă sunt omnivori în mod natural (ca oamenii), posedă un tract digestiv care are o formă similară (în raport cu mărimea) și funcționează ca sistemul digestiv uman [18,19]. În plus, dragonii cu barbă au fost folosiți pentru a cuantifica energia economisită în consumul de legume rădăcinoase fierte versus crude pentru a testa ipotezele cu privire la rolul gătitului în evoluția umană [21,22].

Șopârlele au fost adăpostite în acvarii de 76 litri cu substrat de nisip, roci pentru lăsare și apă disponibilă ad libitum. Temperatura camerei a fost menținută la 26-29 ° C, iar lumina a fost asigurată de becuri fluorescente și UVA/UVB reglate pe un ciclu 12L: 12D. Șopârlele au fost crescute pe o varietate de verdeață (de exemplu, varză, șuncă, muștar), legume (de exemplu, morcovi și dovlecei) și greieri, viermi de mâncare și gândaci. Cele nouă șopârle (două femele, șapte masculi) utilizate în acest studiu aveau vârsta de 4-6 ani și cântăreau 190,1 - 234,1 g (medie ± SE = 217,9 ± 4,9 g) la începutul studiului. Îngrijirea și experimentarea șopârlelor au fost efectuate în conformitate cu un protocol aprobat (# 14-06-0077) de la Comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor de la Universitatea din Alabama.

procedura experimentala

Am selectat țelina ca dietă de testare pentru acest studiu, deoarece este în fruntea multora dintre listele de alimente „cu calorii negative” raportate, iar dragonii cu barbă vor mânca voluntar țelină [7,8,15,23]. Standardizăm mărimea mesei la 5% din masa corpului de șopârlă, deoarece este o dimensiune a mesei care este ușor consumată de dragoni cu barbă și care va genera un răspuns metabolic postprandial semnificativ [11,21]. Înainte de testele metabolice și de hrănire, șopârlele au fost postite timp de cel puțin 10 zile pentru a se asigura că sunt postabsorbtive. Țelina a fost cumpărată local proaspătă și folosită în 24 de ore. Pentru a testa validitatea țelinei ca aliment „cu calorii negative”, am comparat energia brută a meselor de țelină cu energia cheltuită pentru digestia și asimilarea țelinei (acțiune dinamică specifică [SDA]) și cea pierdută în fecale și urate.

Determinarea ratei metabolice standard, a răspunsului metabolic postprandial și a acțiunii dinamice specifice

Colecție de fecale și urate

Am colectat fecale și urat de la șopârle adăpostite individual în acvarii de sticlă de 76 litri căptușite cu un protector de bancă de laborator (VWR International, Radnor, PA) cu partea neabsorbantă orientată în sus. Înainte de hrănire, spălăm intestinul gros al fiecărei șopârle cu apă pentru a îndepărta orice fecale și urate reziduale. După ce șopârlele au terminat de mâncat mesele de țelină, cuștile au fost verificate de două ori pe zi și orice fecale sau urate depuse au fost îndepărtate și uscate (55 ° C). După o săptămână, intestinul gros al fiecărei șopârle a fost din nou spălat și orice fecale și urate reziduale au fost colectate și uscate. Pentru fiecare șopârlă, am combinat și cântărit separat fecalele uscate și uratul.

Conținutul de energie din alimente, fecale și urat

Analize statistice

Am combinat analiza măsurării repetate a varianței (ANOVA) cu comparația medie pe perechi a lui Tukey pentru a demonstra efectele statistice ale timpului de eșantionare asupra ratelor metabolice și pentru a identifica momentul în care ratele metabolice postprandiale au revenit la valori care nu difereau semnificativ de ratele de pre-alimentare . Acest punct de timp a identificat durata metabolismului postprandial semnificativ crescut, permițându-ne astfel să calculăm SDA. Analizele statistice au fost efectuate folosind SAS 9.1.3 (SAS Institute, Cary, NC, SUA). Desemnăm nivelul de semnificație ca P -1 (Tabelul 1). Alimentarea a indus un semnificativ (P -1)

Vârful O2

Energie pierdută de fecale și urat

Fecalele și uratul au început să apară în cuști în decurs de 2 zile după hrănire. În perioada de o săptămână, șopârlele au produs 0,14 ± 0,02 g de fecale uscate și 0,11 ± 0,02 g de urat uscat (Tabelul 2). Calorimetria bombei a determinat că conținutul de energie specifică pentru masa uscată a fecalelor și a uratului a fost în medie de 16,81 ± 0,56 kJ g -1 și respectiv 11,06 ± 0,38 kJ g -1 (Tabelul 2). Energia totală a fecalelor și a uratului produsă din masa de țelină unică a fost în medie de 2,29 ± 0,33 kJ și respectiv 1,06 ± 0,13 kJ (Tabelul 2).

masa 2. Masa uscată, energia specifică și energia totală a fecalelor și a uratului produse de dragoni cu barbă (Pogona vitticeps) în decurs de o săptămână după consumarea meselor de țelină, echivalent cu 5% din masa corporală

Energie specifică fecalelor (kJ g -1)

Energia fecalelor (kJ)

Energie specifică uratului (kJ g -1)

Energia uratului (kJ)

Energia netă reținută

Mesele de țelină au furnizat șopârle cu 7,83 ± 0,23 kJ de energie, din care 2,53 ± 0,25 kJ au fost cheltuite pentru digestia și asimilarea mesei, 2,29 kJ ± 0,33 s-au pierdut ca fecale și 1,06 kJ ± 0,13 s-au excretat ca urat (Tabelul 3). Prin urmare, câștigul net de energie din aceste mese a fost în medie de 1,89 ± 0,17 kJ, care a fost echivalent cu 23,4 ± 2,1% din energia ingerată (Tabelul 3). În acest studiu, șopârlele au reținut în medie aproape un sfert din energia mesei lor.

Tabelul 3.Energia totală a alimentelor, energia cheltuită cu acțiune dinamică specifică (SDA) și pierdută din fecale și urat și energia netă rămasă (absolută și ca procent din energia din masă) pentru nouă dragoni cu barbă (Pogona vitticeps) care consumaseră mese de țelină egale în masă până la 5% din masa de șopârlă. Masele corporale și de masă sunt aceleași ca și în tabelul 2

Energia fecalelor (kJ)

Energia uratului (kJ)

Câștig net ca% din energia alimentară

* SDA a fost calculat ca produs al energiei mesei și al coeficientului SDA din tabelul 1.

Discuţie

Am testat afirmația conform căreia costul digestiei și absorbției țelinei, cel mai citat exemplu de aliment „cu calorii negative”, depășește câștigul în energie asimilată. Pentru a face acest lucru, am folosit omnivorul dragon cu barbă și am comparat energia meselor lor de țelină cu cea pierdută de SDA, fecale și urate pentru a determina dacă șopârlele au suferit o pierdere netă sau câștig de energie din aceste mese. Deși inerent sunt scăzute în energie și cu un conținut relativ ridicat de fibre, mesele de țelină au generat un câștig net de energie pentru șopârle. În timp ce acest studiu pare să respingă afirmația referitoare la țelină ca hrană „cu calorii negative”, rămân încă trei întrebări: (1) costul digestiei țelinei și energia pierdută prin excreție pentru șopârle aproximează costul echivalent și pierderile pentru oameni ?; (2) dacă nu țelină, există alte alimente care pot duce la pierderi nete de energie dacă sunt consumate? și, (3) dacă alimentele „cu calorii negative” oferă un câștig net de energie, în ce măsură ar putea contribui la un buget energetic negativ și la pierderea în greutate?

Costurile și eficiența digestiei și asimilării meselor

Răspunsul metabolic postprandial și SDA al P. vitticeps utilizate în acest studiu se încadrează în intervalul de creșteri publicate de 30 - 340% în metabolismul postprandial și SDA echivalent cu 5 - 21% din energia de masă observată pentru alte specii de șopârle [11]. Oamenii tind să prezinte un răspuns postprandial relativ mai modest, remarcat printr-o creștere cu 20-40% a ratei metabolice cu SDA echivalent cu 7-13% din energia mesei [11]. Cu toate acestea, pentru cei 15 subiecți de sex feminin care au consumat fiecare 100 g de țelină (67 kJ) în studiul Clegg și Cooper [3], ratele metabolice au crescut cu 33%, iar SDA (57,7 kJ) a fost echivalent cu 86% din energia din masă ingerată. . Deși împărtășesc profiluri similare ale răspunsurilor lor metabolice postprandiale, șopârlele au o durată mai lungă a răspunsului comparativ cu oamenii datorită consumului de mese relativ mai mari (5% față de 0,17% din masa corporală) și având o temperatură corporală mai scăzută și necesitând astfel mai mult timp pentru a digera și să le asimileze mesele.

Nici în acest studiu, nici în cel al lui Clegg și Cooper [3] nu a fost luat în calcul costul mestecării, un cost care reduce și mai mult câștigul net de energie asimilată. Pentru oamenii adulți, mestecarea gumei crește rata metabolică cu 46 kJ pe oră [29]. Au fost necesare opt femei (coautor AEA și studenți de laborator de SMS, vârsta medie de 21,3 ani) în medie 5,4 minute pentru a mesteca

400 de mestecări) și înghițiți 100 g (patru bucăți intacte) de țelină crudă. Subiecții studiului Clegg și Cooper [3] au cheltuit potențial încă 4,1 kJ mestecându-și masa de țelină de 100 g, reducând astfel în continuare câștigul net (la 7,8% din energia mesei) asumat în acel studiu.

Studiul Clegg și Cooper [3], precum și numeroasele discuții cu privire la legitimitatea alimentelor „cu calorii negative” s-au concentrat doar pe costul digestiei și asimilării fără a lua în considerare eficiența la care sunt digerate aceste produse alimentare. Deși oamenii consumă alimente ușor digerabile și absorbite și componentele neabsorbite (de exemplu, fibre) pot fi acționate de microbii rezidenți (de exemplu, fermentarea carbohidraților reziduali), există resturi ale dietei care sunt în cele din urmă anulate în fecale. O abordare tradițională pentru a cuantifica eficiența digestiei („eficiență digestivă transparentă”) a fost scăderea energiei fecale din energia mesei și împărțirea la energia mesei [30,31]. Făcând acest pas mai departe și scăzând, de asemenea, energia pierdută în urină înainte de a împărți prin energia de masă, se obține un indice de eficiență a energiei asimilate câștigate din orice masă („eficiență aparentă de asimilare”). Cu toate acestea, există o eroare inerentă acestei abordări, deoarece presupune că toată energia fecală este derivată din rămășițele nedigerate ale meselor, astfel antetul „aparent” pentru acești termeni de eficiență [30,31]. Minus conținutul său de apă (

75% din masa fecală), omul din fecale este în mare parte (75% masă uscată) compus din bacterii, alți microbi (de exemplu, ciuperci, virus, protiști) și celule epiteliale intestinale sloughed [12,32]. Ceea ce rămâne după aceea include lipide (de exemplu, acizi grași cu lanț scurt produs de bacterii) și fibre nedigerate; prin urmare, dietele bogate în fibre generează mai multă materie fecală datorită acumulării de fibre nedigerate [12]. Țelina este de aproximativ 40% fibre (masă uscată) și este de așteptat pentru șopârle și oameni o parte din acea fibră este excretată în fecale [13].

Pentru un calcul al plicului, dacă presupunem că fecalele de șopârlă (masa uscată) sunt 40% fibre nedigerate (

30% din fibra ingerată) și se adaugă la aceasta energia pierdută în urat (1,06 kJ) și SDA (2,60 kJ), șopârlele obțin, prin urmare, un câștig asimilat de 39,9% din energia mesei. Acest câștig calculat este cu 70% mai mare decât cel prezentat în rezultate (Tabelul 3) și teoretic ar putea fi considerat mai precis. Pentru singurul studiu uman care a evaluat costul digestiei cu țelină [3], energia excretată proiectată a fibrelor nedigerate (8 kJ) combinată cu SDA (57,7 kJ) și orice cost al mestecării (4,1 kJ) ar depăși teoretic energia brută a mesele de țelină (67 kJ) și, prin urmare, susțin o etichetă „negativă-calorică” pentru țelină (

minus 3 kJ). Cu toate acestea, ar trebui să menționăm că acest studiu raportează un SDA extrem de mare în raport cu energia din masă (86%) comparativ cu alte studii la om (8-12%) [11].

Teoretic, există alimente cu calorii negative?

O alternativă la efectuarea de studii empirice, similară cu studiul nostru de șopârlă, este de a folosi o abordare teoretică bazată pe mai multe ipoteze pentru a evalua validitatea că cele mai frecvente alimente „cu calorii negative” sunt cele afirmate. În primul rând, am selectat un SDA care este echivalent cu 25% din energia mesei, un coeficient semnificativ mai mic decât cel observat de Clegg și Cooper [3], totuși unul care este de peste două ori mai mare decât cel raportat pentru studiile la om și care include costul adăugat al mestecat [11,29]. În al doilea rând, stabilim energia excretată în urină ca 5% din energia mesei [30,31,33]. În al treilea rând, am standardizat energia pierdută în fecale ca 30% din energia fibrelor ingerate. Pentru țelină și alte nouă alimente „cu calorii negative”, consumul a 100 g din fiecare generează un câștig net de energie de aproximativ 64% din energia ingerată (Tabelul 4). Chiar dacă presupunem că 100% din fibrele de masă se pierd în fecale, ceea ce este foarte puțin probabil, aproape 49% din energia ingerată este încă reținută. Schimbarea parametrilor în continuare prin dublarea SDA și a pierderii de urină, duce în continuare la un câștig net de aproximativ 19%. Acest exercițiu de bugetare reflectă sentimentele nutriționiștilor, formatorilor, medicilor și bloggerilor care au criticat etichetarea alimentelor cu conținut scăzut de calorii drept „calorii negative” [9,14,16,23].

Tabelul 4. În tabel pentru zece alimente „cu calorii negative” enumerate în mod obișnuit este conținutul procentual de apă, energia totală la 100 g, energia totală partiționată pentru carbohidrați, fibre, proteine ​​și grăsimi, acțiunea dinamică specifică (SDA), pierderea de energie în urină și fecale câștigul net de energie și câștigul net ca procent din energia totală ingerată