Az oldódó fermentálható étkezési rost (pektin) csökkenti a kalóriabevitelt, az adipozitást és a lipidémiát magas zsírtartalmú étrend okozta elhízott patkányokban

Clare L. Adam

Ingestive Behavior Group, Obesity & Metabolic Health Division, Rowett Institute of Nutrition & Health, University of Aberdeen, Aberdeen AB21 9SB, Skócia, Egyesült Királyság,

Lynn M. Thomson

Ingestive Behavior Group, Obesity & Metabolic Health Division, Rowett Institute of Nutrition & Health, University of Aberdeen, Aberdeen AB21 9SB, Skócia, Egyesült Királyság,

Patricia A. Williams

Ingestive Behavior Group, Obesity & Metabolic Health Division, Rowett Institute of Nutrition & Health, University of Aberdeen, Aberdeen AB21 9SB, Skócia, Egyesült Királyság,

Alexander W. Ross

Ingestive Behavior Group, Obesity & Metabolic Health Division, Rowett Institute of Nutrition & Health, University of Aberdeen, Aberdeen AB21 9SB, Skócia, Egyesült Királyság,

A kísérletek megtervezése és megtervezése: CLA AWR. Végezte a kísérleteket: CLA LMT PAW AWR. Elemezte az adatokat: CLA. Hozzájáruló reagensek/anyagok/elemző eszközök: LMT PAW. Írtam a cikket: CLA AWR.

Társított adatok

Minden lényeges adat a cikkben található.

Absztrakt

Bevezetés

Az elhízás globális közegészségügyi probléma, és egyértelműen kívánatos csökkenteni annak előfordulását. A műtéti vagy farmakológiai kezelések alternatívájaként az élelmiszer-összetevők felhasználása a jóllakottság és a fogyás elősegítésére fiziológiásabb megoldást kínálhat az elhízás kezelésére [1, 2]. Az étrendi rost egyre nagyobb figyelmet kap, mivel táplálékkomponensként kielégítő lehet [1–3], de hiányoznak az elhízott személyek hosszú távú hatásainak kísérleti bizonyítékai. Sőt, mivel a modern/nyugati magas zsírtartalmú étrend jelentős mértékben hozzájárul az elterjedt elhízási problémához, indokolt megvizsgálni a magas rosttartalmú és a magas zsírtartalmú étrendi kombinációt. A magas zsírtartalmú étrenden tartott rágcsálók étrend által kiváltott elhízást (DIO) fejlesztenek ki, és az elhízás elismert állatmodelljét nyújtják [4]. Korábban igazoltuk az ad libitum táplálék-bevitel, az adipozitás és a súlygyarapodás csökkenését a hagyományos, alacsony zsírtartalmú tisztított étrendekkel etetett, oldható fermentálható élelmi rostokkal kiegészített patkányokban [5, 6]. Jelen tanulmány most azt vizsgálja, hogy ezek az oldható fermentálható étkezési rostok (pektin) stimulálják-e a jóllakottságot és a fogyást DIO patkányokban magas vagy alacsony zsírtartalmú étrendben.

A táplálékfelvételre, a testtömegre és a testösszetételre gyakorolt hatása mellett az oldható fermentálható élelmi rost pektinnel történő kiegészítés a hagyományos patkánymodellünkben megváltoztatta a bél morfológiáját, nevezetesen növelve a vékonybél és a vakbél méretét [6]. Ezenkívül a bél jóllakottsági hormonok, a PYY és az összes GLP-1 plazmakoncentrációi az ad libitum táplálékbevitel csökkenésével párhuzamosan növekedtek [6]. Itt azt vizsgáljuk DIO patkány modellünkben, hogy a bél morfológiája és a bél jóllakottsági hormonjai hogyan reagálnak a magas zsírtartalmú és/vagy magas rosttartalmú étrendre. A jelentések szerint maga a DIO befolyásolja a bél morfológiáját [13–15] és a bél jóllakottsági hormonjait [13, 16], de nem ismert, hogy a további élelmi rostok hogyan lépnének kölcsönhatásba. A súlygyarapodás és a testzsír-gyarapodás rostok okozta csökkenése a hagyományos patkánymodellünkben a megnövekedett jóllakottságot tükröző csökkent táplálékbevitelnek tulajdonítható [5, 6], és itt azt vizsgáljuk, hogy ugyanez vonatkozik-e egy DIO patkány modellre.

Ez a tanulmány teszteli (és alátámasztja) azt a hipotézist, miszerint az ad libitum táplálékfelvétel, a testtömeg-gyarapodás és az adipozitás csökken a DIO patkányoknál azáltal, hogy az oldható fermentálható rostokat mind a magas, mind az alacsony zsírtartalmú étrendbe beilleszti, és hogy egyes lipidaemia és metabolikus az egészség is javul.

Anyagok és metódusok

Etikai nyilatkozat

Minden állatkísérleti eljárás megfelelt az állatok gondozására és felhasználására vonatkozó intézményi és nemzeti irányelveknek. Ezeket az Egyesült Királyság 2012. évi módosított Home Office Animals (Scientific Procedures) Act 60/4282 projektlicencével engedélyezte, és az Aberdeen Egyetem Rowett Egyetem Táplálkozási és Egészségügyi Intézetének helyi etikai felülvizsgálati bizottsága hagyta jóvá (jóváhagyási számok SA12/17E és SA13/02E). A patkányokat lefejtéssel elpusztítottuk általános inhalációs érzéstelenítésben (izoflurán; IsoFlo, Abbott Animal Health, Maidenhead, Berkshire, Egyesült Királyság).

Fogyókúrák

Az étrendeket tisztított AIN-93 (American Society for Nutrition, Bethesda, MD, USA) alapján pelletáltuk, ad libitum táplálással, és a Special Diet Services Ltd (Witham, Essex, Egyesült Királyság) gyártotta és szállította. A tenyészidőszakban és az egyik csoport számára a fő kísérlet során a magas zsírtartalmú étrend standard tisztított 45% zsírtartalmú étrend volt, míg a kísérleti alacsony zsírtartalmú étrend AIN-93M volt, amely 10% energiát szolgáltat. zsírból (LF). Ezek az étrendek 5–6% oldhatatlan élelmi rost-cellulózt tartalmaztak. A megfelelő magas rosttartalmú étrendben a cellulóz elmaradt, de 10% oldható pektinrostot tartalmazott (P; magas metoxil-, nagy viszkozitású alma-pektin; Solgar Apple Pectin, Revital Ltd., Ruislip, Middlesex UK), így 10% w/w pektint tartalmazó HF (HF + P) és AIN-93M 10 tömegszázalék pektinnel (LF + P) (1. táblázat).

Asztal 1

A kísérleti étrendek összetétele (tömeg/tömeg%) és energiatartalom.

DiétaHF 1 HF + PLF 2 LF + P

Sertészsír 3	17.9	19.4	0	0
Rizskeményítő	28.3	22.8	0	0
Kukoricakeményítő	0	0	46.6	41.6
Maltodextrin	0	0	15.5	15.5
Szacharóz	10.5	10.5	10.0	10.0
Kazein	26.5	26.7	14.0	14.0
Szójababolaj	4.3	4.3	4.0	4.0
AIN-93 Ásványi keverék	4.3	4.3	3.5	3.5
AIN-93 Vitamin keverék	1.2	1.2	1.0	1.0
Kolin bitartarát	0,30	0,30	0,25	0,25
L-cisztin	0,40	0,40	0,18	0,18
Cellulóz	6.2	0	5.0	0
4. pektin	0	10.0	0	10.0
Energia (kJ/g) 5	18.8	18.8	15.9	15.9

Az étrendeket a Special Diet Services Ltd gyártja és szállítja, Witham, Essex, Egyesült Királyság.

1 AFE 45% zsírtartalmú étrend.

2 AIN-93M diéta (American Society for Nutrition, Bethesda, MD USA).

3 A sertészsír 0,97 mg/g koleszterint tartalmaz.

4 alma-pektin (100% -os tisztaságú, magas metoxil-csoport, észterezési fok> 50%; Solgar Apple Pektin; Revital Ltd., Ruislip, Middlesex UK).

5 A fehérje, a szénhidrát, a zsír és a rost standard energiaértékei alapján 16,7, 16,7, 37,7 és 8,4 kJ/g.

Állatok, kísérleti eljárás és szövetgyűjtés

Hatvannégy kinevezett hím Sprague Dawley patkányt (Charles River Laboratories, Tranent, East Lothian, Egyesült Királyság) használtunk két egymástól függetlenül replikált kísérletben. Őket megvásárolták és 12 hetes korukig 6 hetes koruktól (1. kivonat) vagy 3-4 hetes koruktól (2. kivonat) HF-diétán vették fel a DIO előállítása érdekében. Ezután 1 hét műanyag ketrecekben történő egyedi elhelyezés után akklimatizálódtak, 28 napig ad libitum adták nekik a kísérleti étrendeket (n = 8/diétacsoport/kísérlet). A víz ad libitum volt, a megvilágítási mód normál 12 órás fény és 12 óra sötét volt, a hőmérséklet 21 ± 2 ° C-on állandó, a relatív páratartalom pedig 55 ± 10%; a ketrecekben fűrészporos ágynemű volt aprított papírral a fészkeléshez, és műanyag alagutak voltak a további környezeti gazdagítás érdekében. Az önkéntes táplálékfelvételt naponta mértük a meg nem fogyasztott élelmiszerek minden reggel történő lemérésével, a testtömeget pedig hetente kétszer. A testösszetételt tudatos patkányokban mértük a kísérlet kezdetén (0. nap) és végén (28 nap) mágneses rezonancia képalkotással (MRI; EchoMRI 2004, Echo Medical Systems, Houston, TX, USA), amelyek teljes testzsírt és sovány tömegadatok.

Az utolsó MRI-vizsgálat után a nem éhező patkányokat eutanizálták 1-3 órával a napi világos (nem evés) fázis kezdete után és a sötét (evés) fázis befejezése után [17]. A végső (törzs) vérmintákat hűtött csövekbe gyűjtöttük, amelyek antikoagulánsként EDTA-t és egy peptidáz-inhibitor koktélt tartalmaznak, amely általános proteáz-gátlót tartalmaz (cØmplete; Roche Diagnostics Ltd, Burgess Hill, West Sussex, Egyesült Királyság) és dipeptidil-peptidáz-4-gátlót (Ile- Pro-Ile; Sigma-Aldrich, Gillingham, Dorset, Egyesült Királyság), centrifugáltuk azonnal 3000 g-on 12 percig, majd a plazmát -20 ° C-on tároltuk az elemzésig. A bélet kivágták, nedves súlyokat azonnal feljegyeztek a gyomorra, a vékonybélre, a vakbélre és a vastagbélre, és megmérték a vékonybél, a vakbél és a vastagbél hosszát. Minden állat azonos helyzetéből és ugyanazon lebenyéből vett májmintákat szárazjégre fagyasztottuk és -80 ° C-on tároltuk.

Plazmahormon elemzések

A plazmamintákban lévő hormonkoncentrációkat kereskedelmi RIA készletekkel elemezték a gyártó utasításai szerint (Merck Millipore, Billerica, MA, USA). A teljes GLP-1-et a GLP1T-36HK kit segítségével mértük, amely kimutatta a GLP-1 minden formáját (alsó detektálási határ 3 pM). Az aktív GLP-1-et azért nem mértük, mert nagyon rövid felezési ideje van a plazmában, de a teljes GLP-1 mérése pontos jelzést ad a teljes GLP-1 szekrécióról, mivel magában foglalja az intakt hormont és annak elsődleges metabolitját is [18]. . A PYY-t az RMPYY-68HK készlettel (alsó detektálási határ 15,6 pg/ml) mértük, amely detektálja a PYY keringő biológiailag aktív formáit, nevezetesen a PYY (1–36) és a PYY (3–36). A leptint az RL-83K készlettel (alsó detektálási határ 0,6 ng/ml), az inzulint az RI-13K készlettel (az alsó detektálási határ 0,08 ng/ml) mértük.

Plazma és máj lipid elemzések

A lipidkoncentrációkat a plazmában Thermo Konelab 30 Clinical Analyzer segítségével mértük az összes koleszterin, HDL-koleszterin, trigliceridek (Thermo Scientific, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) és nem észterezett zsírsavak (NEFA; Wako Chemicals GmbH, Neuss, Németország), a gyártói utasítások szerint. Hasonlóképpen, az összes lipidet, triglicerideket és az összkoleszterint mértük a kivont májmintákban.

statisztikai módszerek

A napi táplálékfelvételt és a heti kétszeri testtömegadatokat ANOVA ismételt mérésekkel elemeztük, idő, étrend, kísérlet és kölcsönhatásaik tényezőként (General Linear Model (GLM); Minitab Version 16, Minitab Inc., State College, PA). Az összes többi adat csoportos összehasonlítását a GLM ANOVA végezte kísérletekkel, étrenddel és kölcsönhatásukkal, mint faktorokkal. Az ANOVA-kat Tukey post hoc tesztjei követték. Pearson termék-pillanat korrelációját alkalmazták a mért paraméterek közötti összefüggések vizsgálatához, ahol jelezték (Minitab). A 0,05 vagy annál kisebb P értékeket statisztikailag szignifikánsnak tekintettük.

Eredmények

Testtömeg és testösszetétel

A kezdeti testtömeg nagyobb volt a 2. példában, mint az 1. kiviteli példában (562 vs 521 g, azaz 10,8; P 1. kivonat; P 1. ábra). A testtömeg-növekedés nagyságát a diétás kezelések kezdetétől a végéig jelentősen befolyásolta az étrend (csökkenő sorrendben HF> LF> HF + P és LF + P csoportok, P 2. táblázat). A zsírtömeg és a testzsír százalékos változásait jelentősen befolyásolta az étrend (csökkenő sorrendben HF> LF> HF + P> LF + P csoport, mindkét P 2. táblázat). A teljes sovány tömeg és a teljes test sovány szöveti százalékának változását csak az étrend befolyásolta (P 2. táblázat). A végső testzsírtömeg és a testzsírszázalék minden csoportban alacsonyabb volt a HF-hez képest (P 1. kivonat; P 2. táblázat).

Vita

Ezek az adatok alátámasztják azt a hipotézist, miszerint a DIO patkányokban csökken a kalóriabevitel, a testtömeg-gyarapodás és az adipozitás, mivel az oldható rost mind a magas, mind az alacsony zsírtartalmú étrendhez hozzáadódik, és hogy a lipidaemia és az anyagcsere-egészségügy egyes plazma- és májindexei is javulnak. A patkányok normál eloszlást mutattak a kísérlet előtti, magas zsírtartalmú táplálkozási időszakban, a bimodális DIO-rezisztenciára és a fogékonyságra utaló bizonyítékok nélkül, összhangban a korábban kinyújtott Sprague Dawley patkányokkal kapcsolatos korábbi beszámolókkal [19], és utánozva az elhízásra való hajlamot az emberi populációban.

Míg a 4 héten át tartó magas zsírtartalmú étrendről az alacsony zsírtartalmú étrendre való áttérés önmagában csökkent súlygyarapodást eredményezett, a pektin hozzáadása bármelyik étrendhez sokkal nagyobb hatással volt, és teljes mértékben megakadályozta a testtömeg-növekedést. Ezek a csoportbeli különbségek részben a sovány szövet gyarapodásának tulajdoníthatók voltak, de a testzsír adatokban szembetűnőbb különbségek voltak megfigyelhetők. Így az alacsony zsírtartalmú étrendre való áttérés megakadályozta a testzsír folyamatos felhalmozódását a magas zsírtartalmú étrenden, de az étrendi pektin hozzáadása a testzsír elvesztéséhez vezetett, miközben még mindig magas zsírtartalmú étrendet folytatott, és még nagyobb veszteséget okozott az étrend hozzáadásakor. az alacsony zsírtartalmú étrend. Ezek a megállapítások nagyrészt megegyeznek az élelmi rostok patkányok testzsír-növekedése elleni védekező hatásaival a magas zsírtartalmú étrend bevezetését követően [7–9], de ez az első jelentés az élelmi rostokról, amelyek állatmodellben enyhítik a meglévő elhízást. Külön érdekesség, hogy az étkezési rostok e tekintetben még az „egészségtelen”, magas zsírtartalmú étrend részeként is hatékonyak.

A magas és alacsony zsírtartalmú étrendben egyaránt elfogyasztott étrendi pektin a vékonybél és a vakbél tömegének megnövekedéséhez vezetett a jelen DIO patkányokban, ami annak a megnövekedett étrendi fermentációnak tudható be, amely a hagyományos sovány patkányok táplálásakor megfigyelhető volt [5, 6]. Nem volt bizonyíték sem a magas zsírtartalomnak az alacsony zsírtartalmú étrendnek önmagában, sem az étrendi zsírszintnek az étrendi pektinre adott bél morfológiai válaszát befolyásoló hatására. A magas rosttartalmú étrend egyértelműen bélfermentációja zajlott, ami a fermentációs termékek, a rövid láncú zsírsavak (SCFA) megnövekedett termeléséhez vezetett volna. Valószínű volt, hogy a keringő SCFA-k koncentrációi is megnőttek, ami fokozhatta a keringő PYY által biztosított jóllakottsági jelzést, mivel beszámolók szerint mind az acetát, mind a propionát központi szerepet játszik az agyban a hipofágia elősegítése érdekében [38, 39].

A sikeres fogyókúrás étrend kulcsfontosságú jellemzői az ízletes étrend étvágygerjesztő fogyasztása és a hiperfágikus súlygyarapodás elkerülése. Jelen adatok azt mutatják, hogy a magas zsírtartalmú vagy az alacsony zsírtartalmú étrend fermentálható élelmi rost-kiegészítése megfelel ezeknek a kritériumoknak, legalább patkányokban, elősegítve a csökkent kalóriabevitelt és a testsúly (zsír) veszteséget az elhízottakban, miközben fenntartja a jóllakottságot; továbbá a megnövekedett élelmi rostbevitel enyhíti az elhízással járó dyslipidaemiát. Bár a patkányok jelenlegi magas zsírtartalmú étrendjében az élelmi rostok felvétele (10% w/w vagy 5,3 mg/kJ) magasabb volt, mint a férfiak számára ajánlott (3,3 mg/kJ [40, 41]), korábbi eredményeink sovány patkányokból származó állatok azt mutatják, hogy az alacsonyabb élelmi rost (pektin) befogadási arány, legfeljebb 10 tömeg/tömeg%, dózisfüggő jóllakottságot és súlycsökkentő reakciókat vált ki [6]. Csábító azt feltételezni, hogy a magas zsírtartalmú (vagy alacsony zsírtartalmú) étrend kiegészítése oldható fermentálható élelmi rostokkal előnyös lehet az anyagcsere-egészség szempontjából az elhízás szempontjából.

Köszönetnyilvánítás

Köszönetet mondunk Donna Wallace-nek és a Rowett Táplálkozási és Egészségügyi Intézet munkatársainak a kísérleti patkányok mindennapi gondozásáért, a testtömegért, az elfogyasztott és az MRI-mérésekért. Köszönetet mondunk Viv Buchannak és munkatársainak (Rowett Analytical Department) a lipidelemzésekért is.