Az étrendi rezisztens keményítő dózisfüggően csökkenti az elhízásra hajlamos és elhízás-rezisztens hím patkányok zsírosságát

Absztrakt

Háttér

Állatkísérletek azt mutatják, hogy az emberi étrendben nem elérhető rezisztens keményítőt (RS) tartalmazó étrend alacsonyabb testsúlyt és/vagy zsírosodást eredményez a rágcsálóknál. Célul tűztük ki, hogy az RS dózisfüggően csökkenti-e az adipozitást az elhízásra hajlamos (OP) és az elhízás-rezisztens (OR) patkányokban.

Mód

Hím Sprague – Dawley patkányok (n= 120) közepes zsírtartalmú, magas energiájú étrendet etettek 4 hétig. A legnagyobb súlyt (40%) hízó patkányokat az elhízásra hajlamos (OP), az elhízás-rezisztens (OR) patkányokat pedig a legkevesebbet hízó 40%. Az OP és OR patkányokat véletlenszerűen osztották be a hat csoport egyikébe (n = 8 mindegyik fenotípushoz). Az egyik csoportot megölték az alapszintű mérésekhez, a másik öt csoportot az AIN-93 alapú étrendekhez rendelték, amelyek 0, 4, 8, 12 és 16% RS-t tartalmaztak (magas amilóztartalmú kukoricakeményítőként) 4 hétig. Ezeket az étrendeket egyeztettük az összes szénhidráttartalommal. A vizsgálat kezdetétől 0, 4 és 7 hét múlva az inzulinérzékenységet kiszámítottuk az inzulinrezisztencia homeosztázis-modelljének értékelésével (HOMA-IR), és az adipozitást kettős energiájú röntgenabszorpciós módszerrel (DXA) határoztuk meg. 8 hét múlva a patkányokat elpusztították, és meghatározták a zsírpárna súlyát, a bél digesta rövid láncú zsírsav (SCFA) készleteket és a plazma bélhormon szintjét.

Eredmények

Az elhízásra hajlamos patkányok 4, 12 és 16% RS-rel kevesebb súlyt kaptak, mint a 0% RS, de a hatás OR állatokban csak 16% RS-nél volt szignifikáns. Fenotípustól függetlenül a ≥ 8% RS-t tartalmazó étrend csökkentette az adipozitást a 0% RS-hez képest. Az energiafelvétel 9,8 kJ/d-val csökkent az RS minden 4% -os növekedése esetén. Minden RS-t tartalmazó étrend megnövelte a vakbél összes SCFA-készletét és csökkentette a plazma GIP-koncentrációit a 0% RS-hez képest, míg a plazma GLP-1 és PYY növekedett, ha az étrend legalább 8% RS-t tartalmazott. Az inzulinérzékenységet az RS nem befolyásolta.

Következtetés

Az ember által potenciálisan elfogyasztható RS hatékonyan csökkentette az adipozitást és a súlygyarapodást OP és OR patkányokban, részben az energiafogyasztás csökkenése, a bélhormonok változásai és a vastagbél szénhidrát fermentációja miatt.

Háttér

A 2-es típusú diabetes mellitus (T2DM) prevalenciájának globális emelkedése az iparosodott országokban a vele járó szövődmények révén nagyon súlyos közegészségügyi problémát jelent. Ausztráliában, csakúgy, mint sok más országban, az egészségügyi hatóságok az elsődleges és a másodlagos megelőzési stratégiákat, különösen az étrend megváltoztatását célozzák meg a fellendülő T2DM-járvány kezelésének eszközeként [1]. Mivel a túlzott zsírosság (különösen a hasi) erős kockázati tényező, az elhízást csökkentő megközelítések különösen hatékonyan csökkentik a T2DM prevalenciáját [2]. A T2DM kockázatának legalább 27% -os drámai csökkenése következetesen megmutatkozik, ha az emberek magasabb teljes kiőrlésű ételeket és gabona rostokat fogyasztanak [3]. Fontos, hogy az adatok azt mutatják, hogy az anyagcsere-egészségügyi előnyök függetlenek a testsúly csökkenésétől [3].

Ennek a vizsgálatnak a célja annak meghatározása volt, hogy az RS bevitel dózisfüggősége vagy küszöbhatása van-e a testtömeg-gyarapodásra, az adipozitásra és az inzulinérzékenységre mind az elhízásra hajlamos (OP), mind az elhízásra ellenálló (OR) patkányokban. Az étrend által kiváltott elhízott patkánymodell szorosan utánozza az elhízott embereknél tapasztalt főbb változásokat, különösen azt, hogy az állatoknak csak egy részénél alakul ki inzulinrezisztencia és diszlipidémia [9]. A másodlagos célok meghatározása az volt, hogy vajon a vastagbél RS-fermentációja összefügg-e a plazma bélhormonszintjének változásával, és hogy ezek összefüggenek-e az adipozitással.

Mód

Patkányok és diéták

Kilenc hét öreg hím Sprague – Dawley patkányt (Átlag ± SE, 319 ± 5 g, n = 120) kaptunk a Animal Resource Center-től (Nyugat-Ausztrália). A patkányokat 3-4 patkány csoportban, drótfenekű ketrecekben helyezték el, szabályozott fűtéssel és világítással (23 ° C, 12 órás fény/sötét ciklus), és szabadon hozzáférhettek az élelemhez és a vízhez. Megérkezés után a patkányokat 1 hétig tisztítatlan kereskedelmi táplálékhoz alkalmaztuk. Az állatokkal kapcsolatos összes eljárást a Nemzetközösségi Tudományos és Ipari Kutatószervezet Élelmiszer- és táplálkozástudományi állatetikai bizottsága hagyta jóvá.

Pre-rezisztens keményítő-beavatkozás

A patkányokat módosított AIN-93G táplálékkal látták el [10], amely mérsékelt mennyiségű zsírt tartalmazott 4 hétig az elhízás kiváltására (1. táblázat). 3 hét után a legnagyobb testsúlyú patkányok 40% -át OP-ként, a legkevesebbet hízott patkányok 40% -át OR-ként sorolták be. Egy hét múlva véletlenszerűen 16 patkányt választottak ki (az OP-t tartalmazó kiindulási csoportn= 8) és OR (n= 8) patkányok) a testösszetétel és a bél digesta kiindulási mérésére. A fennmaradó patkányokat véletlenszerűen osztották be az öt, azonos számot tartalmazó étrendi kezelési csoport egyikébe (n= 8) OP és OR patkányok.

Ellenálló keményítő-beavatkozás

Az étrendek AIN-93G készítményen alapultak [10], és növekvő mennyiségű HAMS (1043 National Starch, Sydney, Ausztrália) 2. típusú RS-t (RS2) tartalmaztak (1. táblázat). A HAMS 91 g teljes keményítőt, 8 g nedvességet, 0,2 g zsírt és 0,8 g fehérjét tartalmazott 100 g-ban. Alacsony amilóztartalmú kukoricakeményítőt (Avon kukoricakeményítő, Új-Zélandi keményítő, Auckland, NZ) használtunk az étrend keményítőszintjének kiegyensúlyozására, és 87 g teljes keményítőt, 0,7 g rezisztens keményítőt, 11,9 g nedvességet, 0,1 g zsírt és 0,3 g fehérje/100 g. A patkányok szabadon hozzáférhettek a porított étrendekhez, amelyeket 4 hétig tápláltak. Az étrendben táplált RS mennyisége 0, 4, 8, 12 és 16 g/100 g étrend volt. Ezek a szintek 30% RS-t tartalmazó HAMS-on alapulnak, ahogyan azt korábban sertés- és humán vizsgálatokban meghatároztuk [12, 13].

A vizsgálat 0., 4. és 7. hetében a patkányokat egy éjszakán át (12 órán át) elvonták a takarmánytól, és 40 mg/kg Zoletil (Virvac, Sydney, Ausztrália) alkalmazásával altattuk. Vért vettünk egy farokvénából a glükóz és az inzulin koncentrációjának meghatározására, és a testösszetétel elemzését kettős energiájú röntgenabszorpciós módszerrel (DXA) végeztük; Lunar Prodigy az Encore 2007 szoftver 11.40.004 verziójával (GE Medical Systems, Madison, WI). A testtömeg, a csont ásványianyag-tartalom, a testzsír és a sovány tömeg mérésére egy egész testet végeztünk. A testtömeg, a DXA-val mérve a sovány tömeg, a zsír- és a csont ásványianyag-tartalom összegeként, 1,1 ± 0,1% -kal (n = 120) alacsonyabb volt, mint a gravimetriásan mért testtömeg.

A vizsgálat 2. és 6. héténél az étrend bevitelét úgy mértük, hogy patkányokat 48 órán át külön ketrecekben izoláltunk. A 24. és 48. órában megmaradt étrend mennyiségét lemértük, és kiszámoltuk az átlagos napi étrend-bevitelt. Az átlagos napi bruttó energiafogyasztást úgy számoltuk, hogy megszoroztuk az átlagos napi étrend-bevitelt az étrend energia-sűrűségével. Az egyes patkányok által elfogyasztott RS mennyiségét grammokban, az egyes étrendek esetében kiszámítottuk úgy, hogy az egyes patkányok átlagos napi táplálékfelvételét (g-ben) megszoroztuk az étrendben lévő RS mennyiségével (g/g). A vizsgálat utolsó hetében a székletmintákat a székletürítés után azonnal patkányokból vettük, és azonnal -20 ° C-on lefagyasztottuk zsírelemzés céljából.

A vizsgálat végén a patkányokat 5% izoflurán oxigénnel altattuk. A vért a hasi aortából gyűjtöttük, 30 perc elteltével feldolgoztuk, hogy EDTA plazmát kapjunk, és elemzésig -80 ° C-on tároltuk. A főbb szerveket és a zsírszöveteket, beleértve a mesenterialis, epididymális, retroperitoneális és inguinalis zsírokat, eltávolítottuk és lemértük. A zsigeri súlyt a mesenterialis, epididymális és retroperitoneális zsírpárnák összegeként jelentették. A vakbélet és a vastagbelet külön-külön lemértük, tartalmukat eltávolítottuk és lemértük. Meghatároztuk a digesta pH-ját (Activon, Melbourne, Ausztrália), és a mintákat -20 ° C-on tároltuk SCFA elemzés céljából. A teljes vakbél súlyát használtuk a végső testtömeg és a súlygyarapodás korrigálására, amint azt korábban leírtuk [6], annak érdekében, hogy figyelembe vegyék a vakbélszövet növekedését és a digesta tömegét az étrendben növekvő RS-vel.

Vérbiokémia

A plazma glükóz-, triglicerid- és összkoleszterin-koncentrációt standard Roche enzimatikus készletekkel (Roche Diagnostics Co) mértük, a plazma nem észterezett zsírsavakat (NEFA) Randox kit alkalmazásával. A vizsgálatokat BM/Hitachi 902 automatikus analizátorral végeztük. Az éhomi plazma inzulint és az éheztetlen GLP-1-et (összesen) ELISA-val (Millipore) elemeztük.

A boncoláskor összegyűjtött, nem éheztetett plazmában lévő inzulin, GIP, PYY és leptin koncentrációit patkány bélhormon multiplex készlet (Millipore, St. Charles, MO) segítségével határoztuk meg a gyártó utasításai szerint. A Qiagen LiquiChip 200 munkaállomáson többelemes profilokat végeztünk, és a fluoreszcencia adatokat a Qiagen LiquiChip Analyzer Software (1.0.5 verzió) segítségével elemeztük. Az egyes étrendi kezelési csoportok (n = 8) mintáinak egy alcsoportját egy menetben elemeztük egy lemezen, és a vizsgálaton belüli átlagos változékonyság 8 és 14% között mozgott.

Az inzulinrezisztencia (HOMA-IR) homeosztázis-modelljének értékelését az éhomi glükóz- és inzulinszintek alapján számoltuk, és a következő képletet alkalmaztuk, amelyet patkányokban való alkalmazásra validáltunk [14]. HOMA-IR = (éhomi plazma glükóz mg/dL x éhomi plazma inzulin μU/ml)/2430).

Digesta- és májelemzések

A bélsár és a vakbél tartalmát desztilláltuk, és SCFA-t gázkromatográfiával elemeztük, a korábban leírtak szerint [15]. A jelentett összes SCFA-szint a fő (acetát, propionát és butirát) és a kisebb SCFA (izovaj, izovalerikus, valerikus és kapronsav) összege volt.

A máj és a széklet zsírtartalmát Folch és munkatársai [16] módosított módszerével extrahálták. Röviden, körülbelül 1 g májszövetet és 0,5 g székletet fagyasztva szárítottunk 24 órán át, majd habarcs és mozsár segítségével finom porig őröltük. A port 25% -os sósavval megsavanyítjuk, homogenizáljuk, majd kétszer extraháljuk kloroform: metanol 2: 1 arányú elegyével. Az extraktumokat nitrogénatmoszférában szárítottuk és lemértük. A májzsírt a máj tömegének százalékában fejezték ki. A napi ürülékzsír-kiválasztást úgy számítottuk ki, hogy a széklet zsírszázalékát megszoroztuk a 24 órán belül kiválasztott napi ürülék nedves tömegével.

statisztikai elemzések

Az adatokat az egyes kezelési csoportok számtani átlagaként és SEM-ként mutatjuk be. A növekedés sebességét, a testösszetétel adatait (DXA-val mérve) és az éhomi éhgyomri glükózadatokat az RS előtti kezelési szakaszban és az RS-beavatkozás során értékeltük megismételt mértékű, kétirányú ANOVA alkalmazásával. Az RS beavatkozáshoz az adatokat randomizált teljes blokktervként, 2x5 faktoriális kezelési struktúrával, kétutas ANOVA alkalmazásával elemeztük. A zsírpárna tömegének és a test teljes zsírtömegének változását elemeztük kovariátként az energia bevitelével. Az RS és a fenotípus közötti jelentős kölcsönhatásokat elemeztük az egyszerű fő hatások páronkénti összehasonlításával, és Bonferroni-kiigazítást alkalmaztunk több összehasonlításhoz. Interakció hiányában a kezelések közötti különbséget Tukey post-hoc tesztjével értékelték. A változók közötti korrelációk megbecsülésére standard többszörös regressziós analízist alkalmaztunk, és az energiafelvételi adatokat standard lineáris regresszióval elemeztük. Ezeket az elemzéseket az SPSS 18.0 verzió (SPSS Inc., Chicago Il USA) segítségével végeztük. Értéke P

Eredmények

Pre-rezisztens keményítő-beavatkozás

A közepes zsírtartalmú étrend megkezdése előtt az OP patkányok nehezebbek voltak, mint az OR patkányok (P 2. táblázat Az elhízásra hajlamos és elhízás-rezisztens patkányok testtömeg-növekedésének, testösszetételének és szérum biokémiájának változása 4 hét múlva mérsékelt zsírtartalmú étrend után

Ellenálló keményítő-beavatkozás

Diéta, bruttó energia és RS bevitel

Az OP patkányok az OR patkányokhoz képest több táplálékot fogyasztottak (OP; 25,5 ± 0,5, OR; 23,9 ± 0,3 g/nap, P 3. táblázat Különböző rezisztens keményítőtartalmú étrendet fogyasztó, elhízásra hajlamos és elhízás-rezisztens patkányok étrendje és energiafogyasztása, testsúlya, májsúlya és zsírtartalma 1

Testtömeg és összetétel

Az RS hatása a testtömeg-növekedésre a fenotípustól függ (P 1.ábra

Az RS-diéták csökkentették az adipozitást, függetlenül attól, hogy az állatok OP-ban vagy OR-ban voltak-e. 3 hét után legalább 8% RS csökkentette az összes testzsírt összehasonlítva a 0% RS-vel táplált patkányokkal (2. ábra). 4 hét múlva kevesebb zsigeri zsír volt patkányokban 8% vagy annál nagyobb RS tartalmú étrendben (3. ábra). A zsigeri zsír tömegének ez a csökkenése hasonló volt az összes zsigeri zsír helyén, beleértve a mesenterialis zsírt, az epididymális zsírt és a retroperitoneális zsírt (az adatokat nem mutatjuk be). A zsigeri zsírtömeg nagyobb volt OP-ban is (4,7 ± 0,2% testtömeg), mint az OR patkányokban (3,8 ± 0,1% testtömeg) (P 2. ábra

4 hét után RS táplálékon a 8% vagy annál több RS-vel táplált patkányok zsigeri és szubkután zsírtartalma hasonló volt az alapállapotú patkányokhoz (zsigeri zsír, 3,9 ± 0,2% testtömeg és szubkután zsír 0,7 ± 0,06% testtömeg). A kiindulási csoporthoz képest a 0 és 4% RS csoport több zsigeri (0% RS, 62%), P 4. táblázat Az elhízásra hajlamos és elhízás-rezisztens patkányok nagy bélszöveti súlya és fermentációs paraméterei 4 hétig különböző rezisztens keményítőtartalmú étrendet fogyasztanak 1

Az ürülékkel kiválasztott zsír mennyiségét nem befolyásolta az RS étrendhez való hozzáadása vagy az elhízás fenotípusa (4. táblázat).

Inzulinérzékenység, lipidek és bélhormonok

Az étrendben lévő RS mennyisége vagy az elhízás fenotípusa nem befolyásolta az éhomi plazma glükóz- vagy inzulinszintjét, vagy az inzulinrezisztenciát a HOMA-IR szerint (1. kiegészítő fájl: S1. Táblázat).

A 8% vagy annál nagyobb RS felvétele az étrendbe csökkentette a plazma triglicerid és az összkoleszterin koncentrációt a 0% RS csoporthoz képest (5. táblázat). A plazma leptin koncentrációja magasabb volt OP-ban, mint OR patkányokban (P 5. táblázat Az elhízásra hajlamos és elhízás-rezisztens patkányok plazma lipidjei és bélhormonjai 4 hét múlva különböző szintű rezisztens keményítővel ellátott étrend fogyasztása után 1

A plazma bélhormon-koncentrációit az étrend RS-szintje befolyásolta, de a fenotípus nem befolyásolta (5. táblázat). A GLP-1 és a PYY növekedett, ha az étrendbe legalább 8% RS került be (P

Vita

Az RS-t tartalmazó ételek alacsonyabb étkezés utáni inzulinreakciókat váltanak ki [34], és egészséges, valamint túlsúlyos és elhízott személyek rövid távú RS-fogyasztást (15–40 g/d) javítanak az inzulinérzékenységben [21, 35, 36]. Patkányokon végzett vizsgálatok azt is mutatják, hogy az RS következetesen pozitív hatással van az étkezés utáni glikémiás és inzulinémiás válaszokra és az egész test inzulinérzékenységére [37]. Ezért a jelenlegi tanulmányban meglepő volt, hogy a rezisztens keményítő még az étrendi zárvány legmagasabb szintjén sem javította a patkányok inzulinérzékenységét. Lehetséges, hogy a mérsékelt zsírtartalmú étrend túl rövid volt, vagy az éhgyomri glükóz- és inzulinszint nem volt elég érzékeny az inzulinérzékenység változásainak felismerésére. Higgins et al. [38] kimutatta, hogy az amilopektin-alapú étrendet tápláló (alacsony RS-értékkel rendelkező) patkányok 3 hónapos etetés után inzulinrezisztenciát alakítottak ki (intravénás glükóztolerancia teszttel mérve), míg az amilóz-diétát (magas RS-tartalmúak) 6 hónap után inzulinrezisztencia alakult ki. A jelenlegi vizsgálatban használt 4 hétnél lényegesen hosszabb táplálkozási vizsgálatra lehet szükség a rezisztens keményítő dózis-válasz hatásainak vizsgálatához az inzulinérzékenység javítására.

A jelen tanulmányban alkalmazott alacsony zsírtartalmú étrend nem reprezentatív a tipikus nyugati étrendhez, és korlátozhatja az RS hatását az inzulinérzékenység javításában. Andersson és mtsai. [39] kimutatta, hogy az alacsony étkezési zsírtartalom enyhítette a magas glikémiás étrend inzulinrezisztenciára gyakorolt negatív hatását. Vizsgálatunkban az alacsony étkezési zsírszint hatékonyabban csökkentette a máj zsírszintjét, mint az RS táplálása. A beavatkozás hossza azonban csak 4 hét volt, és túl rövid lehetett ahhoz, hogy megfigyeljük az RS hatását a heptikus lipidtartalom csökkentésére.

Következtetések

Összefoglalva: az RS által az emberek által elért szinteken történő bevitel hatékonyan csökkentette a patkányok zsírosságát és súlygyarapodását, és hajlamos volt a végső testtömeg csökkentésére is. Az étkezési RS alacsonyabb szintjén (4%) az OP patkányok kevesebb testtömeghez jutottak, mint a 0% RS-vel táplált patkányok, míg OR OR patkányok esetében magasabb RS szintre (16%) volt szükség a súlygyarapodás korlátozásához. Ez a fenotípus közötti különbség valószínűleg a vastagbél fermentációjának különbségeivel magyarázható, és további vizsgálatokat érdemel. Az RS fermentációnak az adipozitás csökkentésében betöltött szerepét támasztják alá a vakbél digesta teljes SCFA medencéi és a plazma bélhormonok (GLP-1 és PYY) közötti pozitív kapcsolatok, amelyek fordítottan társultak a teljes testzsírhoz és a zsigeri zsírtömeghez. Noha az OP patkányoknál nem alakult ki inzulinrezisztencia, a plazma GIP csökkenése az RS összes étrendi szintjén jelentős volt, és további vizsgálatokat érdemel csökkent inzulinérzékenységű állatmodellekben.

Finanszírozás

Pénzügyi támogatást a CSIRO Food Futures zászlóshajója nyújtott.