Позитивність до метану та водню при дихальних тестах пов’язана з більшим індексом маси тіла та жиром

Анотація

Контекст:

Колонізація шлунково-кишкового тракту метаногенними археями (метаногенами) суттєво впливає на метаболізм господаря та збільшення маси тіла на моделях тварин, а метан вдиху пов’язаний із більшим індексом маси тіла (ІМТ) серед людей із ожирінням.

Завдання:

Метою дослідження було охарактеризувати взаємозв'язок метану та водню при дихальному дослідженні (як сурогат для колонізації воднем, що вимагає метаногену, Methanobrevibacter smithii), маси тіла та відсотка жиру в загальній популяції когорти.

Дизайн та предмети:

Це було проспективне дослідження (n = 792) послідовних суб'єктів, які подавались на тестування на дихання.

Налаштування:

Дослідження проводилось у центрі вищої медичної допомоги.

Вимірювання результатів:

Вимірювали ІМТ та відсоток жиру в організмі.

Результати:

Суб'єкти були класифіковані в 4 групи на основі тестування на дихання: нормальний (N) (метан 2; H +: 24,2 ± 4,5 кг/м 2; M +: 24,0 ± 3,75 кг/м 2; M +/H +: 26,5 ± 7,1 кг/м 2, P 2 більший індекс маси тіла (ІМТ), ніж метан-негативні контролі з ожирінням (11). Однак взаємозв'язок між метаном, ІМТ та жиром у тілі не оцінювався в загальній популяції когорти. Тут ми представляємо перший масштабний перспективне дослідження на людях, що характеризує зв'язок з метаном при дихальному тесті (як сурогат колонізації M smithii кишечника) протягом ряду віків, маси тіла та ІМТ.

Матеріали і методи

Навчання населення

Послідовні суб'єкти, які представляли тест на дихання лактулозою, мали право брати участь. Критерії виключення базувались на здатності безпечно проводити біоімпедансні антропометричні вимірювання, а вагітних жінок та пацієнтів із серцевими стимуляторами/дефібриляційними пристроями виключали. Усі суб'єкти надавали інформовану згоду до участі у дослідженні. Дослідження було схвалено Інституційною комісією з огляду медичного центру Седарс-Сінай (Лос-Анджелес, Каліфорнія).

Анкета

Випробовувані заповнили демографічну та медичну анкету та опитувальник симптомів кишечника (12), оцінюючи свої останні 7 днів кишкових скарг (здуття живота, діарея, запор та біль у животі) за візуальною аналоговою шкалою від 0 до 100 мм, 100 найбільш важких.

Тест на дихання лактулозою

Випробовувані були представлені в медичний центр після голодування протягом 12 годин, як описано раніше (13). Зразки дихання збирали в системі подвійного мішка (Quintron Instrument Co, Мілуокі, Вісконсин). Після первинного збору дихання суб’єкти вживали 10 г сиропу лактулози, а потім 250 мл води. Зразки дихання збирали кожні 15 хвилин протягом 2 годин та аналізували за допомогою газового хроматографа Breathtracker (Quintron Instrument Co). Виходи включали водень, метан та вуглекислий газ. Гідроген та метан були скориговані на діоксид вуглецю для стандартизації до рівня альвеолярного газу та повідомлялись у частинах на мільйон (ppm). Суб'єкти з метаном 3 ppm або більше вважалися метанопозитивними, як було описано раніше (13). Суб'єкти, у яких водень перевищував 20 ppm на 90 хвилинах або раніше, під час випробування, вважалися позитивними до водню.

Антропометрія

Тестування біоімпедансу проводили за допомогою шкали InBody (Biospace Co, Ltd, Сеул, Корея), яка була підтверджена в інших дослідженнях (12). ІМТ та відсоток жиру в організмі визначали на основі зросту (вимірюваного за допомогою стадіометра) та електричної провідності.

Заходи результату

Суб'єкти були розділені на 4 групи: нормальні (N) (табл. 1). Суб'єкти в метан-позитивних групах (M +) та метан- та водень-позитивних групах (H +/M +) були старшими, ніж у нормальних (N) та лише воднево-позитивних групах (H +). Відсоток жінок був нижчим у групах Н + і М +. Початкові скарги на шлунково-кишковий тракт не відрізнялися між групами, хоча у пацієнтів з Н +/М + та М + спостерігався більший ступінь запору, ніж у інших груп (Таблиця 1).

Таблиця 1.

Демографічне порівняння когорти дослідження

BaselineVariableTotal (n = 792) N (n = 343) H + (n = 320) M + (n = 101) H +/M + (n = 28) P Значення a

Демографічні

Вік, р

47,3 ± 16,3

46,7 ± 16,2

45,7 ± 15,9

53,2 ± 15,5

50,1 ± 19,7

значення Р - для порівняння відмінностей між 4 групами.

Склад тіла

Сучасна гіпотеза полягає в тому, що роль M smithii у збільшенні ваги у тварин є полегшувальною і включає синтрофічний взаємозв'язок з іншими мікробами, завдяки чому M smithii відбирає водень, що виробляється синтрофічними організмами, для його водневого анаеробного метаболізму, виробляючи метан як побічний продукт. Це знешкодження водню дозволяє синтрофічним організмам бути більш продуктивними, збільшуючи вироблення SCFA та доступність калорій для господаря (8). Наші результати можуть підтвердити цю гіпотезу, оскільки присутність як водню, так і метану при дихальному дослідженні, але не лише метану, чи лише водню, пов’язано з вищим ІМТ та відсотком жиру в організмі, можливо, тому, що у цих суб’єктів достатньо водню для виробництва метану.

Крім того, сам метан (у газоподібній формі, що утворюється кишковими метаногенами) також може сприяти збільшенню врожаю енергії. Раніше ми відзначали зв'язок між диханням метану та запорами (синдром роздратованого кишечника, що переважає при запорах) у людей (13), і, використовуючи модель тваринного погляду in vivo, продемонстрували, що газ метану безпосередньо уповільнює транзит у кишечнику на 59% (19). Ми припускаємо, що уповільнення транзиту може призвести до збільшення часу для збору поживних речовин та поглинання калорій, що є ще одним потенційним механізмом збільшення ваги.

Незважаючи на те, що середній вік виробників метану був вищим, ніж у контрольних груп, результати зберегли значущість, навіть коли контролювали вік як незрозумілу змінну. Крім того, в даний час немає доказів того, що виробництво метану збільшується з віком, а навпаки, плато у зрілому віці (20), що робить малоймовірним, що вік може вплинути на результати дослідження. Дієта може впливати на загальну флору кишечника та рівень M smithii на моделях тварин (18). Наше дослідження не враховує харчових відмінностей між випробовуваними. Однак, враховуючи великий обсяг вибірки, ці окремі варіації можуть бути пом'якшені між групами. Подібним чином, досліджувана популяція складалася з осіб, які подавались на тести дихання лактулозою, і можуть відрізнятися від загальної популяції. Крім того, у цьому дослідженні не розглядались відмінності в расовій та етнічній приналежності. Ці фактори можуть відігравати певну роль у взаємовідносинах між господарем/мікробною інфекцією, і їх слід дослідити у майбутніх дослідженнях.

Підводячи підсумок, це дослідження вперше демонструє, що люди з метаном та воднем під час дихання мають вищий ІМТ та відсоток жиру в організмі. Ми припускаємо, що це пов’язано з надмірною колонізацією метаногеном M smithii, що вимагає водню, який посилює збір енергії та доставку поживних речовин до організму господаря через синтетичні взаємозв’язки з іншими мікробами. Потрібна подальша робота для визначення впливу флори ШКТ на метаболізм людини та подальшого з’ясування ролі M smithii та метану у зростаючій епідемії ожиріння.

Подяка

Ми вдячні Фонду Беатріче та Самуеля А. Сівера за підтримку цього проекту. Ми вдячні працівникам Клінічного та поступального наукового інституту за допомогу.

Це дослідження було підтримане грантом Фонду Беатріс і Семюеля А. Сіверів та Національним центром дослідницьких ресурсів, грантом UL1RR033176, і зараз воно перебуває у Національному центрі прогресивних поступальних наук, грант UL1TR000124 .

Короткий зміст розкриття інформації: Авторам нічого розкривати.