Диференціальні ефекти казеїну проти сироватки на рівні інсуліну, IGF-1 та IGF-1/IGFBP-3 натще у плазмі: результати рандомізованого 7-денного дослідження добавок у хлопців до пубертату

Анотація

Передумови/Цілі:

Молоко збільшує як інсулін натще, так і інсуліноподібний фактор росту 1 (IGF-1), а отже, і ріст у здорових хлопців у передпубертатному періоді. Однак невідомо, які компоненти молока відповідають за стимулюючий ефект молока.

Предмети/методи:

Щоб наблизитись до ідентифікації, які компоненти молока стимулюють ріст, ми провели інтервенційне дослідження з 57 восьмирічними хлопчиками, в якому вивчили вплив двох основних фракцій молочного білка - сироватки та казеїну та мінеральних речовин молока. (Ca та P) у 2 × 2 факторіальному дизайні щодо IGF та метаболізму глюкози та інсуліну. Кількість сироватки та казеїну було ідентичним вмісту в 1,5 л знежиреного молока. Кількість Ca і P була подібною до 1,5 л знежиреного молока у високомінеральних напоях, тоді як кількість Ca і P була зменшена в низькомінеральних напоях.

Результати:

Не було взаємодії між групами мінеральних речовин молока (високим, низьким) та групами молочного білка (сироватка, казеїн). Сироватка IGF-1 зросла на 15% (P

Вступ

Багато досліджень з країн, що розвиваються, показали, що тваринна їжа надає стимулюючий ріст популяції з граничним харчовим статусом (Ruel, 2003). Серед цих досліджень здається, що молоко має сильніший ефект, ніж м’ясо. Однак ефект молока виглядає сильнішим у популяціях з незначним або поганим харчовим статусом, ніж у добре харчуваних популяціях з достатнім споживанням енергії та білка (Hoppe et al., 2006).

Вживання молока пов'язане з низкою неінфекційних захворювань, включаючи гормональний рак молочної залози, яєчників та простати. Результати є неоднозначними, оскільки не повідомлялося про позитивні, негативні та жодні асоціації (Moorman and Terry, 2004). Вживання молока також пропонується потенційно викликати (van der Pols et al., 2007) та захистити від раку прямої кишки (Newmark et al., 1984; Ma et al., 2001) та остеопорозу (Kalkwarf et al., 2003). Крім того, молоко, здається, має важливе значення в метаболічному синдромі, включаючи резистентність до інсуліну, оскільки велике споживання молока пов'язане з меншою поширеністю метаболічного синдрому у зрілому віці (Pereira et al., 2002; Azadbakht et al., 2005; Choi et al., 2005). Однак основні механізми не з’ясовані повністю, і різні компоненти молока можуть мати різний ефект.

В ході інтервенційного дослідження зі здоровими 8-річними хлопцями ми раніше показали, що велике споживання молока, але не м’яса, призвело до суттєво підвищених концентрацій інсуліну натще, що є маркером резистентності до інсуліну (Hoppe et al., 2005) та інсуліноподібний фактор росту 1 (IGF-1) у сироватці крові (Hoppe et al., 2004a). Відповідно до цього, ми виявили в дослідженні 90 двох з половиною років дітей, що існує значний зв’язок між споживанням білка молока та значеннями IGF-1 у сироватці та висотою (Hoppe et al., 2004b). На відміну від цього, не було зв’язку між споживанням м’яса та IGF-1 або висотою.

Однак невідомо, які компоненти або фракції в молоці відповідають за стимулювання цих факторів росту, і одна з можливостей може полягати в тому, що збільшення плазмового інсуліну опосередковує збільшення IGF-1 або навпаки.

Щоб наблизитись до ідентифікації, які компоненти в молоці стимулюють ріст, метою цього дослідження було вивчити вплив двох основних фракцій білка молока, сироватки та казеїну та мінеральних речовин молока (Са та Р) у 2-кратному 2 факторний дизайн щодо IGF та метаболізму глюкози та інсуліну.

Матеріали і методи

Це дослідження мало подвійний сліпий рандомізований факторний дизайн 2 × 2, в якому 8-річні хлопчики були рандомізовані для отримання 540 мл одного з наступних напоїв на основі молока: (1) сироватка з низьким вмістом мінеральних речовин у молоці (кальцій і фосфат ) (WHEY-LOW); (2) сироватка з високим вмістом мінеральних речовин у молоці (ВИСОКА ВИСООК); (3) казеїн із низьким вмістом мінеральних речовин у молоці (CASE-LOW) та (4) казеїн із високим вмістом мінеральних речовин у молоці (CASE-HIGH) щодня протягом 7 днів. Крім того, їх попросили харчуватися за звичним харчуванням ad libitum. Дослідження було схвалено Комітетом з етики Копенгагена та Фредеріксберга (J. No. KF 01-072/04).

Учасників набирали шляхом випадкових вилучень з Національного реєстру актів цивільного стану Данії. Кавказькі хлопці зі звичним споживанням молока of 500 мл на день мали право на дослідження. Діти з хронічними захворюваннями та діти, які страждали на будь-який стан, який може вплинути на їх білковий обмін або ріст, були виключені з дослідження. З загальної кількості 831 запрошених предметів 89 погодилися взяти участь, і всі вони мали право на участь у дослідженні. Однак лише 87 відвідали ознайомчий візит, а 19 відмовились від подальшої участі у дослідженні, насамперед тому, що їм не сподобався напій на основі молока. З 68 предметів, що залишились, 11 не завершили дослідження, оскільки вони не приїхали відвідувати (n= 3), не знайшов молочні напої прийнятними (n= 5), страждав на гостре захворювання, включаючи грип та застуду (n= 2) або мали смерть у сім'ї (n= 1). Тільки 57 суб'єктів закінчили інтервенційне дослідження.

Усі співбесіди та обстеження проводились у відділі харчування людей. Письмова згода була отримана від опікунів дитини. Було проведено рандомізацію, і дитині дозволено скуштувати напій на основі молока. Діти завжди могли відмовитися від дослідження. Дітей обстежили перед початком втручання та в кінці втручання через 1 тиждень.

Кількість компонентів молока в напоях на основі молока мала на меті ідентичну вмісту в 1,5 л знежиреного молока. Вміст білка, кальцію, фосфату та лактози в чотирьох напоях на основі молока наведено в таблиці 1, а також вміст 1,5 л знежиреного молока. У всіх молочних напоях кількість сироватки та казеїну було ідентичним вмісту в 1,5 л знежиреного молока. Щоденна кількість кожного напою на основі молока становила 540 мл, який було розділено на три коробки по 180 мл, які суб'єкти могли пити протягом дня.

Висоту вимірювали на босоногих дітях з точністю до 0,1 см за допомогою стадіометра. Вагу тіла вимірювали з точністю до 0,1 кг на цифровій шкалі (Lindeltronic 8000; Samhall Lavi AB, Kristianstad, Швеція). Під час зважування випробовувані носили лише труси. Трицепс шкірної складки (TSF) та підлопатковий шкірний склад (SSF) вимірювали стандартним штангенциркулем (Harpenden; Chasmors Ltd, Лондон, Великобританія) згідно стандартних процедур (Tanner and Whitehouse, 1975). Відсоток жиру в організмі розраховували із суми ФСБ та ССФ (Slaughter et al., 1988). Окружності талії та стегон вимірювали тричі за допомогою звичайної рулетки за стандартною процедурою.

Більшість вимірювань проводив один спостерігач, а решту - один із двох добре навчених резервних установ. Всі антропометричні вимірювання виконувались у трьох примірниках, і результати наводяться як засіб.

Зразок венозної крові відбирали між 08:00 і 09:00 годинами з передпліччя після нічного голодування. Місцева анестезія шкіри проводилася за допомогою пластиру EMLA (AstraZeneca AB, Södertälje, Швеція) за бажанням. Сироватку зберігали при -20 ° C до аналізу.

Концентрації азоту сечовини в сироватці крові (SUN), який розглядається як цінний біомаркер недавнього споживання білка (Axelsson et al., 1987; Fomon, 1993) та глюкози, аналізували за допомогою кінетичного УФ-методу відповідно до звичайних методів з Cobas Mira (Hoffmann-La Roche & Co. AG, Базель, Швейцарія). Концентрації інсуліну та С-пептиду у сироватці крові та концентрації IGF-1 та інсуліноподібного фактора росту, що зв’язують білок 3 (IGFBP-3) у плазмі, аналізували за допомогою автоматизованого хемілюмінесцентного імунологічного аналізу (IMMULITE 1000; DCP Biermann GmbH, Бад-Наухайм, Німеччина) . Для конверсії ми використовували такі еквіваленти: 1 нг/мл IGF-1 = 0,133 н М IGF-1 та 1 нг/мл IGFBP-3 = 0,033 н М IGFBP-3. Коефіцієнти варіації внутрішньо- та міжаналітичного аналізу (CV) для інсуліну становили відповідно 2,5 та 7,4%, а для С-пептиду 5,4 та 8,0% відповідно. Для IGF-1 та IGFBP-3 коефіцієнт CV у межах аналізу становив відповідно 2,8 та 1,9%, а CV% між тестами становив 7,8 та 5,2% відповідно.

Індекс інсулінорезистентності отримували за допомогою оцінки моделі гомеостазу (HOMA) для розрахунку відносної інсулінорезистентності та функції бета-клітин (Matthews et al., 1985): відносна інсулінорезистентність = глюкоза (ммоль/л) × інсулін (пмоль/л )/135. Функція бета-клітин = (3 1/3 × інсулін (пмоль/л))/(глюкоза (ммоль/л) -3,5). Індекс розподілу розраховували як функцію бета-клітин/відносну резистентність до інсуліну.

Учасники (разом з батьками) вели 3-денну (2 тижні та 1 вихідний день) зважену їжу до втручання та протягом останніх 3 днів втручання. Діти та батьки підкреслювали важливість підтримання звичного споживання їжі протягом перших 3 днів. Середньодобові споживання енергії та поживних речовин розраховувались для кожного суб’єкта за допомогою національної бази даних про склад їжі (DANKOST 3000; Dansk Catering Center, Herlev, Данія).

Нормальність перевіряли за допомогою гістограм та тесту Шапіро – Вілька на нормальність. Всі дані були проаналізовані за допомогою SPSS (версія 13.0; SPSS Inc., Чикаго, Іллінойс, США) та SAS (версія 9.1; SAS Institute, Cary, NC, USA). Рівень значущості P 2 -тест.

Результати

Оскільки всі вихідні дієтичні та біохімічні змінні розподілялись у звичайному режимі (за винятком С-пептиду), використовували параметричну статистику. Більшість базових антропометричних змінних були перекошеними (крім висоти та окружності стегон).

У таблиці 2 наведено антропометричні, дієтичні та біохімічні характеристики дітей на вихідному рівні. За збігом обставин між групами втручання існували суттєві відмінності щодо кількох антропометричних змінних. Крім того, споживання енергії та споживання молока були ненавмисно найнижчими в групі WHEY-HIGH та найвищими в групі WHEY-LOW.

Відповідно до міжнародних граничних значень (Cole et al., 2000), надмірна вага (індекс маси тіла дорослих (ІМТ) ⩾ 25) та ожиріння (ІМТ дорослих ⩾ 30) відповідають ІМТ відповідно 18,44 та 21,60 за 8 років старі хлопці. У цій групі дітей двоє хлопців (3,5%) мали надлишкову вагу, а двоє (3,5%) страждали ожирінням. Двовимірні співвідношення вибраних вихідних характеристик представлені як коефіцієнти кореляції Пірсона в таблиці 3. Інсулін натще і відносна інсулінорезистентність позитивно корелювали з кількома маркерами ожиріння у цій групі здорових хлопців до пубертату.

Середньодобове споживання білка (включаючи білок з молочних напоїв) було збільшено на 17%, з 58 г на день (2,23 г/кг на день, 12,98 PE%) до 68 г на день (2,56 г/кг на день, 15,42 PE%) (P Таблиця 4 Відповіді на 7-денне втручання з сироваткою (n= 28) або казеїн (n= 29), відповідно, у допубертатних хлопчиків

Обговорення

Раніше ми показали, що щоденне споживання знежиреного молока 1,5 л збільшувало як IGF-1 (Hoppe et al., 2004a), так і інсулін натще (Hoppe et al., 2005) через 1 тиждень. У цьому дослідженні ми розділили вміст білка в 1,5 л знежиреного молока на сироватку та казеїн. Ми виявили, що така ж кількість сироватки, як і в 1,5 л знежиреного молока (10,5 г на день), підвищувала інсулін натще натще більше, ніж на 42 г на день казеїну. Крім того, резистентність до інсуліну та функція бета-клітин були значно підвищені в групі сироватки, а не в групі казеїну, але збільшення не суттєво відрізнялося між групами. І навпаки, IGF-1 та молярне співвідношення IGF-1/IGFBP-3 значно збільшились через 1 тиждень з казеїном, ніж із сироваткою. Крім того, звичне споживання молока позитивно корелювало з циркулюючими IGF-1 та IGFBP-3, як це спостерігалося також у 2½-річних датських дітей (Hoppe et al., 2004b), а також у 7-8-річних британських дітей (Роджерс та ін., 2006).

Спостерігається вплив на концентрацію інсуліну від простих вуглеводів у молочних напоях. Однак вміст лактози був однаковим у всіх молочних напоях. Крім того, під час дослідження, заснованого на звичайних або кисломолочних продуктах, де було виявлено розбіжність між глікемічним та інсулінемічним індексом, було зроблено висновок, що інсулінотропний ефект був пов’язаний не лише з вуглеводним компонентом молока, але і з деякими ще неідентифікованими харчовими компонентами (Остман та ін., 2001).

Виявлення гіперінсулінемії та резистентності до інсуліну після прийому сироватки можна пояснити або тим, що сироватка в основному збільшує секрецію інсуліну, а в другу чергу викликає інсулінорезистентність як причину гіперінсулінемії, або, як варіант, сироватка в основному індукує інсулінорезистентність, а секреція інсуліну збільшується. в другу чергу до цього. Таким чином, з цих даних неможливо зробити висновок, чи є вплив сироватки на рівень інсуліну позитивним, тобто захисним проти розвитку цукрового діабету 2 типу (T2DM), чи негативним через резистентність до інсуліну та підвищений ризик розвитку метаболічний синдром і T2DM. Однак той факт, що індекс диспозиції залишався незмінним після прийому сироватки, означає, що секреція інсуліну була ідеально збалансованою щодо інсулінорезистентності. Таким чином, бета-клітина не страждала за цих «напівгострих» або «підгострих» обставин, і це є причиною того, що рівень глюкози в плазмі залишався незмінним.

На початковому рівні інсулін натще і відносна інсулінорезистентність позитивно корелювали з кількома маркерами ожиріння у цій групі здорових хлопчиків, у яких лише 3,5% мали надлишкову вагу та 3,5% страждали ожирінням. Це може свідчити про той факт, що зв'язок між ожирінням та резистентністю до інсуліну існує навіть серед здорових дітей, що не мають небезпеки, як це видно з інших досліджень (Hoppe et al., 2004a). Крім того, той факт, що інсулін натще і IGF-1 тісно корелювали, можна пояснити відносною гіперінсулінемією, оскільки деякі дані свідчать про те, що інсулін стимулює вироблення печінкового IGF-1 у молодих пацієнтів з T1DM (Amiel et al., 1984) у діабетичних щурів (Olchovsky et al., 1990) та гепатоцитів щурів (Johnson et al., 1989). Крім того, у короткорослих нормальних 9-річних дітей IGF-1 та IGFBP-3 були пов'язані з інсулінорезистентністю (Bleicher et al., 2002). Важливо, що задокументоване диференційоване вплив сироватки проти казеїну на інсулін та IGF-1 у цьому дослідженні сильно вказує на те, що збільшення IGF-1 молоком (та казеїном) не опосередковується підвищенням рівня інсуліну в плазмі крові.

Ефекту від втручання мінеральних речовин молока не було. Це може бути пов’язано з ненавмисною різницею у вмісті Са та Р, особливо у низькомінеральних молочних напоях. Однак вплив мінералів на IGF-1 не з’ясовано повністю. На рівні IGF-1 можуть впливати калій, магній і цинк (Devine et al., 1998), але ці дані в основному отримані з експериментів на тваринах та досліджень недоїдаючих дітей (Dorup et al., 1991; Ninh et al., 1996; Estivariz and Ziegler, 1997), і їх функція у добре харчуваних дітей, наскільки нам відомо, в основному невивчена. У деяких спостережних дослідженнях серед чоловіків (Giovannucci et al., 2003) та жінок (Holmes et al., 2002) циркулюючий IGF-1 та молярне співвідношення IGF-1/IGFBP-3 мали тенденцію до збільшення із збільшенням споживання кількох мінеральних речовин, включаючи цинк і кальцій. Однак розрізнити певні ефекти окремих мінералів є складним завданням, оскільки вони, як правило, походять з одних і тих самих джерел і, можливо, діють спільними шляхами. Результати нашого дослідження свідчать про відсутність значної взаємодії між фракціями білка молока та мінеральними речовинами молока і що вплив як на IGF, так і на метаболізм інсулін – глюкоза сильніший у фракцій молочного білка, ніж у молочних мінералів.

Дослідження має деякі обмеження. По-перше, випробовуваним було дозволено їсти звичну дієту як зазвичай, а це означає, що в дієті можуть бути інші фактори, що сприяють висновкам. Однак дієта була записана належним чином, і це було контрольовано в аналізі. По-друге, через наші попередні висновки, ми обрали рецептуру сироваткових та казеїнових напоїв із вмістом білка, подібним до вмісту білка в 1,5 л знежиреного молока. Оскільки співвідношення сироватки та казеїну в коров’ячому молоці становить 20:80, споживання білка було вищим у групі казеїну. Отже, можна стверджувати, що висновки IGF-1 та IGF-1/IGFBP-3 збільшились більше у групі казеїну, ніж у групі сироватки, може бути спричинений більшим споживанням білка. Однак це не пояснює інший головний висновок, а саме те, що інсулін натще зростав у групі сироватки більше, ніж у групі казеїну. Крім того, результати не помітно змінилися після контролю над споживанням енергії, споживанням білка, СОН, що є маркером для недавнього споживання білка (Axelsson et al., 1987; Fomon, 1993) або споживання молока.

Наслідків результатів цього дослідження може бути декілька. Оскільки як інсулін, так і IGF-1 виконують функцію низки неінфекційних захворювань, це може забезпечити краще розуміння функції молока у профілактиці та розвитку неінфекційних захворювань. Крім того, визначення компонентів у коров’ячому молоці, відповідальних за стимуляцію росту, є важливим для розробки продуктів на основі молока для харчової реабілітації в країнах, що розвиваються (Hoppe et al., 2008) та для клінічного харчування.

Висновок

Сироватковий білок стимулює інсулін натще, а казеїн стимулює циркулюючий IGF-1. Обидві фракції білка молока здаються важливими, але різними, в стимулюючому зростаючу дію молока.