A magas zsírtartalmú cellulóz-diétáról a magas zsírtartalmú pektin-étrendre való áttérés megfordít bizonyos, az elhízással kapcsolatos betegségeket

Absztrakt

Háttér

A kalóriabevitel csökkentése bevált beavatkozás a túlzott táplálkozással járó betegségek enyhítésére és modulálására. A kalória-korlátozást klinikailag nehéz befolyásolni, ezért értékesek lennének azok az étrendi beavatkozások, amelyek a túlzott táplálkozás káros következményeit enyhítik magas kalóriatartalmú étrend jelenlétében.

Mód

Az egereket obesogén táplálékkal etették 60% zsír + 10% cellulóz (HFC) tartalommal, vagy egy kontroll étrendet, amely 10% zsírt + 10% cellulózot (LFC) tartalmazott 12 hétig. Ezután az egerek alcsoportjait HFC-ről a következő étrendre váltották további 5 hétig: 1) 60% zsír + 10% pektin (HFP), 2) LFC vagy 3) 10% zsír + 10% pektin (LFP). A statisztikai különbségek teszteléséhez egy- vagy kétirányú ANOVA-kat alkalmaztunk szükség esetén ismételt mérésekkel vagy anélkül.

Eredmények

A HFC-hez képest a HFP megakadályozta a további súlygyarapodást, míg az LFC és az LFP 22,2, illetve 25,4% -os súlycsökkenést váltott ki. Az egerek továbbra is a HFC-vel tapasztaltak 26% -os súlynövekedést ugyanabban az 5 hétben. intervallum. 12 hét után a HFC 18% -kal csökkentette az egér mozgását a kontroll étrendhez képest, de az étrendre váltás LFC vagy LFP helyreállította az egér mozgását. Fontos, hogy a HFP, az LFC és az LFP csökkentette az éhomi vércukorszintet a HFC-hez képest. Hasonlóképpen a HFP, az LFC és az LFP 37,9, 49,8, 53,6 és 20,2, 37,2, 43,7% -kal javította a glükóz toleranciát és csökkentette a zsírmájat.

Következtetések

Az eredmények együttesen azt mutatják, hogy az élelmi rost-pektin még a magas zsírtartalmú anyagok jelenlétében is képes enyhíteni a túlzott táplálkozás egyes káros következményeit.

Háttér

Az elhízás világszerte jelentős egészségügyi probléma, amelynek előfordulási gyakorisága 1980 óta több mint kétszeresére nőtt [14, 25, 27]. Az Egészségügyi Világszervezet adatai szerint az elhízás az előrejelzések szerint 2025-re világszerte minden ötödik embert érint [2]. Az elhízás kritikus kockázati tényező a 2-es típusú cukorbetegség [13, 24] és a rák [17, 71] kialakulásában, valószínűleg az elhízáshoz kapcsolódó krónikus gyulladáshoz, oxidatív stresszhez és hiperglikémiához kötődik [16, 23, 28, 81]. Az utóbbi időben az elhízás különösen az alkoholmentes zsírmájbetegséghez (NAFLD) kötődik, részben a magas zsírtartalmú étrendhez kapcsolódó túlzott táplálkozás miatt [53, 85]. Klinikai vizsgálatokban az elhízás kialakulása negatívan kapcsolódik a fizikai aktivitáshoz [62], és pozitívan korrelál a zsírbevitellel [32]. Ezért az elhízást megelőzhetik azok a beavatkozások, amelyek enyhítik a test táplálékzsír-felhasználási képességét.

Az elhízás elleni beavatkozásként diétás rostokat javasoltak [68]. Használatuk indoka magában foglalja az emberekben bizonyított képességet az étvágy, az energiafogyasztás és a testtömeg csökkentésére [76, 80]. Az étkezési rostok (általában oldhatónak vagy oldhatatlannak minősülnek) általában növények szénhidrátjai, amelyek ellenállnak az emésztésnek és az emberi vékonybélben történő felszívódásnak [1]. Az oldódó rostok, például az íny, az inzulin típusú fruktánok és a pektin vízben oldódnak, és a vastagbél mikrobiotája által könnyen fermentálódnak [41]. Az oldhatatlan rostok, mint például a lignin és a cellulóz, nem oldódnak fel a vízben, és ellenállnak az erjedésnek [41]. A testtömeg-szabályozás szempontjából mind az oldható, mind az oldhatatlan rostok elősegíthetik a fogyást [33], de a rostok oldhatósága és az étvágy- és testtömegcsökkentő képesség között nincs következetes kapcsolat ([20, 44], Isken 2010). Míg az oldható rost elősegítheti a súlycsökkenést [12], más tényezők, például az egybeeső zsírbevitel [57] és a rövid láncú zsírsav-fermentációs termékekben rejlő kalóriák [26, 40, 77] tagadhatják ezt a jótékony hatást.

Az oldható élelmi rost-pektin pozitívan befolyásolja a vércukorszint-szabályozást [42, 65], felkeltve az érdeklődését a cukorbetegség megelőzésében/kezelésében való alkalmazás iránt [10, 37, 70]. A pektin egy olyan poliszacharid, amely elsősorban a citrus héjában található meg, és az élelmiszeriparban gyakran gélképzőként alkalmazzák [74]. Korábban bebizonyítottuk, hogy az étrendi pektin, az oldhatatlan rostos cellulózhoz képest, felgyorsította az endotoxin felépülését a szepszis egérmodelljében [64]. Mivel a cellulóz a növények fő szerkezeti alkotóeleme [67], az étkezési rostok közül általában a legtöbbet fogyasztják [46, 50]. A pektint ezzel szemben korlátozott mértékben fogyasztják [46, 50], mivel ez a növény ehető részeinek kisebbségi eleme [63]. Korábbi vizsgálatok kimutatták, hogy a pektin HFD-vel együtt csökkentheti a gyulladást, a koleszterint és a májzsírt [36, 78]. Ezért összehasonlítottuk a magas és alacsony zsírtartalmú étrendek hatását a cellulózzal és a pektinnel együtt a HFD által kiváltott elhízás hatásának módosítása szempontjából egerekben.

Mód

Állatok

Az állatok felhasználását az Illinois-i Egyetem Intézményi Állattenyésztési és Felhasználási Bizottságának jóváhagyott protokolljaival összhangban végezték. A C57BL/6 J hím állatokat a Jackson Laboratory-tól (Bar Harbor, ME) vásároltuk 3 hetes korban. Az egereket csoportosan (8 egér/ketrec) helyeztük el standard cipősdob ketrecekben (hossza 46,9 cm; szélessége 25,4 cm; magassága 12,5 cm), és ad libitum engedték a vizet és az ételt. 11 hetes étrend után az egereket egyenként kis cipősdob ketrecekben helyezték el (hossza 28,9 cm; szélesség 17,9 cm; magasság 12,7 cm), és egy hétig akklimatizálódtak, mielőtt átálltak az új étrendre. A ház hőmérsékletét (72 ° F) és a páratartalmat (45–55%) ugyanúgy szabályozták, mint egy 12/12 órás fordított sötét-fény ciklust (2200–1000 óra). Az állatok viselkedésének videofelvételét vörös fény alatt, Night Shot-kompatibilis videokamerával (Sony HDR-XR500V) végeztük. A testsúly, a táplálékfelvétel és a mozgásszervi aktivitás kivételével minden kezelés minden időpontban külön egércsoportot jelent. A felhasznált egerek száma összesen 80 volt.

Fogyókúrák

Az összes étrendet a Research Diets-től (New Brunswik, NJ) szereztük be. Az egereket 4 hetes kortól kezdve 10% zsírtartalmú kalóriát és 100 g cellulózzal (LFC, D06082201) vagy 60% kalóriát tartalmazó zsírral és 100 g cellulózzal (HFC, D07102501) táplálták. Az LFC-vel táplált egereket ugyanazon étrenden tartottuk, hogy kontrollként szolgálhassunk. 12 hét diéta után a HFC-vel táplált egereket LFC-re, 10% zsírtartalmú kalóriát, 105 g pektint (LFP, D06082202), zsírból származó kalóriák 60% -át, 105 g pektinre (HFP, D08111803) vagy HFC-re váltották. (Asztal 1).

Testsúly

Az egereket hetente lemértük az Adventurer Pro digitális mérleg (Ohaus, Parisippany, NJ) segítségével, ismételt mérésként az idő múlásával.

Táplálékbevitel

A táplálékfelvételt egyedileg tartott egerekben mértük, ismételt mérésként, amint azt leírtuk [75]. Röviden, az ételt elmozdították a ketrec felső ételtartályából, és egy 8 cm átmérőjű × 5 cm-es rozsdamentes acél tálba helyezték az ágynemű cseréjével együtt. 24 óra elteltével az ételfogyasztásnak azt a különbséget tekintették, amely a 24 órás periódus kezdetén a tál és az étel súlya, valamint a 24 órás periódus után az edény és az ágyneműből visszanyert étel súlya.

Mozgás

A spontán mozgásszervi aktivitást ismételt mérésként mértük, amint azt leírtuk [11, 45, 87]. Az egereket házi ketrecükben 5 percig videózták. A megtett távolság számszerűsítése az EthoVision XT 7 alkalmazásával történt.

Glükózvizsgálat

A vércukorszintet úgy mértük, ahogy azt korábban leírtuk [45] 16 órán át éhező egereknél. A glükóz tolerancia teszteléséhez egereket injektáltunk i.p. 20% -os glükózoldattal, amely megegyezik a teljes testtömeg 1% -ával. Az egér farok vércukorszintjét FreeStyle Freedom vércukorszintmérővel (Abbott, Abbott Park, IL) rögzítettük, miután a farkát 70% -os etanollal megtisztítottuk, és steril 18 mérőeszközű injekciós tűvel (Franklin Lakes, NJ) áttörtük. A glükózt 15 percenként 90 percig, majd 30 percenként mértük az injekció beadását követő 180 percig. Az eredmények a vércukor és az idő függvényében mutatott görbe alatti teljes területet képviselik, amelyet a trapéz szabály alkalmazásával számítottak ki [72].

Hisztokémia

Amint azt korábban leírtuk [11, 38], az egereket CO2 elfojtásával eutanizáltuk. Az egér mellkasüregét kinyitották és a jobb pitvust bemetszették. Az egereket 18 ml-es tű és 30 ml-es fecskendő segítségével 30 ml jéghideg PBS-sel perfundáltuk. Ezután az egereket 30 ml jéghideg, 10% semleges pufferolt formalinnal perfundáltuk. A betakarított májat ezután 10% semleges pufferolt formalinban rögzítettük 24 órán át. A májat ezt követően paraffinba ágyazottuk és metszettük. Öt mikronos metszetet festettünk hematoxilinnal és eozinnal (H&E) egy automatizált festő (Sakura) alkalmazásával. A festett tárgylemezeket 40x-es méretben, NanoZoomer 2.0-HT-vel (Hamamatsu, Bridgewater, NJ) készítettük. A májzsír százalékát ImageJ alkalmazásával határoztuk meg a korábban ismertetett módszerekkel (NIH) [3].

Statisztika

Minden adatot átlag ± SEM-ként adunk meg. Az adatokat a Sigma Plot 11.2 (Systat Software, Chicago, IL) alkalmazásával elemeztük. A statisztikai különbségek teszteléséhez egy- vagy kétirányú ANOVA-t alkalmaztunk, szükség esetén ismételt mérésekkel vagy anélkül. Tukey tesztjét alkalmazták post-hoc páros, többszörös összehasonlítási eljárásokhoz. Ahol a jelzés meg volt adva, a nyers adatokat egy log10 transzformációval transzformáltuk az egyenlő variancia elérése érdekében. Az összes statisztikai elemzés magában foglalta az időpont x kezelési interakciók tesztelését. A statisztikai szignifikanciát a o

Eredmények

A HFC-ről a HFP-re történő váltás megakadályozza a súlygyarapodást, míg az LFC-re vagy az LFP-re való váltás súlycsökkenést okoz

A zsír- és rostbevitelnek az étrend által kiváltott elhízásra gyakorolt hatásának meghatározásához az egereket 12 hétig HFC-diétával etették (kiindulási érték), majd vagy a HFC-étrenden tartották, vagy pedig HFP-re, LFC-re vagy LFP-re váltottak. Kontrollként egerek egyidejű csoportját etettük LFC-vel. A 12 hétig HFC-vel táplált egerek súlya lényegesen nagyobb volt, mint az LFC-vel etetett egereké (2. táblázat, o 2. táblázat Az egerek testtömege HFC-ről LFC-re, LFP-re, HFP-re és HFC-re váltott

A HFC diéta csökkenti a mozgásszervi aktivitást, amelyet csak az LFC vagy az LFP diéta korrigál

Az LFC és HFC diéták alapszintű önkéntes fizikai aktivitásra gyakorolt hatásának összehasonlításához 12 hét után megvizsgálták a mozgást (4. táblázat). Annak megállapításához, hogy egy étrendi váltás javíthatja-e a HFC-vel táplált egerek mozgásszervi aktivitását 12 hétig, az egereket 3 hétre HFP, LFC vagy LFP kezelésre váltották (4. táblázat, a zsír fő hatásai, o 4. táblázat A HFC-ről LFC-re, LFP-re, HFP-re és HFC-re való áttérés hatása a mozgásra

A HFC-ről HFP-re, LFC-re vagy LFP-re váltás javítja az éheztetett vércukorszintet és a vércukor-toleranciát

Az éhomi vércukorszintet olyan egereknél vizsgálták, akik 12 hétig HFC-étrendet kaptak, majd 4 héten át HFP-re, LFC-re vagy LFP-re váltottak. Az LFC-re vagy az LFP-re váltott egerek vércukorszintje hasonló volt az LFC-kontrollhoz képest, míg a HFP-re váltott egerek vércukorszintje alacsonyabb volt, mint a HFC-étrendet fogyasztóké (1a. Ábra, a zsír fő hatása, o = 1. ábra

A HFC-ről HFP-re, LFC-re vagy LFP-re váltás csökkenti a máj adipozitását

A 12 hétig HFC-diétával táplált egereket 5 hétre HFP-re, LFC-re vagy LFP-re váltották (2a. És b. Ábra, a zsír fő hatásai, o 2. ábra

Vita

1850 és 1980 között az átlagos várható élettartam csaknem megduplázódott, 39 évről 75 évre nőtt [60]. Mivel azonban az 1970-es években az elhízás gyakorisága felgyorsult, a megnövekedett várható élettartam mértéke lelassult [6]. Néhányan azt javasolták, hogy az elhízott állapothoz kapcsolódó egészségkárosító tényezők felelősek lehetnek az átlagos várható élettartam lassulásáért [47, 56]. Nyilvánvaló, hogy az elhízáshoz kapcsolódó társbetegségek, például a szívkoszorúér-betegség, a magas vérnyomás, agyvérzés, a 2-es típusú cukorbetegség, a NAFLD és a rák ezt az állítást támogatják [4]. A túlzott táplálkozással összefüggő elhízás leküzdése érdekében olyan életmódbeli változások támogatják, mint a kalóriakorlátozás és a fokozott fizikai aktivitás [52, 58], de ezek a beavatkozások a klinikai kereteken kívül gyakran korlátozott értékűek [79]. Például azoknak az embereknek a több mint 80% -a, akik szándékosan fogyják a testtömeg 10% -át, egy éven belül visszanyerik az említett súlyt [82, 83]. Vannak, akik az elhízás elleni küzdelmet összehasonlították a krónikus betegségek kezelésével [51], ahol a kezdeti súlycsökkentő beavatkozások elkötelezettséget igényelnek a fenntartó terápiák iránt [22]. Ezért a súlycsökkentő és hosszú távon megvalósítható mediációk klinikai jelentőséggel bírnak.

A túl táplálkozás kiválthatja a zsírsejtek szaporodását és differenciálódását [43, 73]. Így az elhízásnál a zsírsejtek nemcsak nagyobbak, hanem számtalanak is [7]. Érdekes módon a zsírsejt-fiziológia ezen változása az emlősök fogyóképességének csökkenésével jár [30, 49]. Az ebben és sok más tanulmányban használt, magas zsírtartalmú étrend (HFD) táplált egérrel táplált egerek [9, 61] az elhízás jól validált modellje, és a túl táplálkozástól függő emberi súlygyarapodás számos aspektusát szemlélteti, beleértve a NAFLD-re való hajlamot és a glükóz dyshomeostasis-t. Az egerek alacsony zsírtartalmú étrendre való váltása, függetlenül a rostokban való oldhatóságtól, elősegítette a 30% -os fogyást egy héten belül. Érdekes módon ezek a súlycsökkenéshez igazított egerek korábban 12 hétig tápláltak HFC-t, 12 hétig pedig LFC-t tápláltak, ami azt jelzi, hogy ezek az egerek nem védték meg a HFD által kiváltott súlygyarapodást, mint egyes állatok és emberek [9]. Ezek az eredmények hangsúlyozzák a csökkent zsírbevitel fontosságát is, mint az étrend okozta elhízás visszaszorításának fontos módját [39]. Azt is hangsúlyozzák, hogy az étrendi adalékanyagok, mint például a rostok, nem helyettesítik a csökkent kalóriabevitelt. Meglepő módon a HFP diéta elősegítette a fogyást és a lassú súlygyarapodást a HFC étrendhez képest, ami arra utal, hogy a magas oldható rosttartalmú étrend ellensúlyozhatja a zsíralapú túl táplálkozás súlyt elősegítő hatásait.

Összességében az elhízott egerek csökkent spontán mozgást mutatnak [8, 54]. Ezenkívül egyes étkezési rostok bizonyos motoros feladatok javult fizikai teljesítménnyel járnak [84]. Ahogy az várható volt, a HFC-vel táplált egerek kevésbé voltak mozgékonyak, mint az LFC-vel táplált egerek. A testsúlyhoz hasonlóan a HFD-vel táplált egerek 3 héten keresztül alacsony zsírtartalmú étrendet kaptak, és visszatértek az „alapszintű” mozgáshoz, összehasonlítva azokkal az egerekkel, amelyeket kizárólag 15 hétig tápláltak alacsony zsírtartalmú étrenddel. A súlytól eltérően a HFP nem mutatott normalizáló hatást, mert ezek az egerek továbbra is megfeleltek HFC társaiknak a csökkent spontán mozgás mutatásában. Ráadásul a súlycsökkenés nem tűnt lineáris összefüggésben a helyreállított mozgással. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a pektinbevitel miatti súlycsökkenés nem a megnövekedett fizikai aktivitás következménye, hanem valószínűleg az energia biohasznosulásának vagy felhasználásának csökkenése. Általában az élelmi rostok hozzájárulhatnak a fogyáshoz: a gyomor ürítésének késleltetése, a glükóz diffúziójának csökkentése és a zsír felszívódásának megakadályozása [15, 18, 55]. Így az étkezési oldható rostok bevitelének növelése hatékony eszköz lehet az energia-hozzáférhetőség/anyagcsere csökkentésére akár monoterápiaként, akár adjuváns beavatkozásként kalóriakorlátozással és/vagy megnövekedett kalóriakiadással [44, 68].

A súly megítélésekor a HFP 50% -kal mérsékelte a zsírfüggő gyarapodást. Általában a rostokkal történő étrend-kiegészítés következetlen eredményeket produkál, ha a fogyást vizsgálják [20, 34, 41]. A bélben a gélképződés ismét kulcsfontosságú lehet a pektin által közvetített csökkent súlygyarapodás szempontjából. A gélképző szálak, mint például a pektin, képesek megkötni az epesavakat és a micellakomponenseket, például a monoglicerideket, a szabad zsírsavakat és a koleszterint, csökkentik a zsír felszívódását a bélben [41]. Érdekes módon a magas zsírtartalmú étrend által kiváltott NAFLD is csökkent, amikor a pektin felváltotta a cellulózot. A tömeghez hasonlóan a pektin is körülbelül 50% -kal enyhítette a zsírmájat. A fermentálható rostok, például a pektin, befolyásolhatják az acetil-CoA karboxiláz expresszióját, amely a lipogenezisben sebességkorlátozó enzim [41]. Például egy 10 hét. menete Plantago ovata megnövekedett AMPK foszforiláció csökkentő aktivitása az acetil-CoA karboxiláznak elhízott patkányokban, mint sovány patkányokban [29]. Ezenkívül úgy tűnik, hogy a fermentálható rostok bélfermentációja miatt a rövid láncú zsírsavak aktiválják a máj AMPK-ját [41]. Az ilyen eredmények alátámasztják az oldható szálaknak az oldhatatlan rostokhoz viszonyított fontos szerepét, amikor az étrendet a diabétesz előtti első vonalbeli kezelésként próbálják használni [19, 48], de hangsúlyozzák annak korlátozását súlycsökkentő terápiaként.

Következtetés

Embereknél a súlycsökkenést nehéz megvalósítani és fenntartani [21]. Még az olyan hatékony eljárási beavatkozások is, mint a bariatrikus műtétek, gyakran hosszú távon elveszítik a hatékonyságot [31, 59]. Amint azt itt bemutattuk, ízletes étrendi beavatkozások érhetők el, amelyek lelassíthatják vagy megakadályozhatják a túl táplálkozástól függő súlygyarapodást egerekben. Hogy ezek a módszerek alkalmazhatók-e az emberek számára, azt még meg kell határozni, mivel az erjedhető és gélképző rostok kényelmetlenséget okozhatnak a hasban és olajos/vizes székletet okozhatnak.