Стійкий прийом крохмалю та білків посилює окислення жиру та відчуття ситості у худорлявих жінок із надмірною вагою та ожирінням

Анотація

Передумови

Дієти з високим вмістом стійкого крохмалю або білка, як було показано, допомагають регулювати вагу. Ми вивчили вплив їжі з високим вмістом нестійкого або стійкого крохмалю з підвищеним споживанням білка та без нього на використання субстрату, витрату енергії та ситість у худорлявих жінок із надмірною вагою та ожирінням.

Методи

Жінки різного рівня ожиріння вживали одне з чотирьох страв з млинців у вигляді однієї сліпої, рандомізованої конструкції кросовера: 1) восковий кукурудзяний (контрольний) крохмаль (WMS); 2) восковий кукурудзяний крохмаль та сироватковий білок (WMS + WP); 3) стійкий крохмаль (РС); або 4) RS та сироватковий білок (RS + WP).

Результати

Загальні витрати енергії після їжі не відрізнялись після будь-якого з чотирьох тестових прийомів їжі (WMS = 197,9 ± 8,9; WMS + WP = 188 ± 8,1; RS = 191,9 ± 8,9; RS + WP = 195,8 ± 8,7, ккал/180 хв), хоча комбінація RS + WP, але не лише втручання, значно зросла (P

Вступ

Дієтично стійкий крохмаль (РС) приділяв значну увагу як новий метод контролю маси тіла та запобігання ожирінню [1]. Широко класифікований стійкий крохмаль - це будь-який крохмаль, який проходить неперетравленим та невсмоктується через тонку кишку до товстої кишки [2]. Потрапляючи в товсту кишку, RS може бути легко використаний як субстрат для мікробного бродіння, в результаті чого утворюються коротколанцюгові жирні кислоти та інші метаболіти, які можуть мати корисні метаболічні властивості.

Збільшення кількості досліджень на тваринах [3, 4] та людях [5] підтверджують припущення, що дієтичний РС може допомогти у контролі ваги, і запропоновано декілька механізмів для опосередкування цього сприятливого ефекту. По-перше, враховуючи стійкість до травлення та всмоктування, заміна частини їжі РС зменшує кількість калорій, що піддаються метаболізму [6]. По-друге, виробництво коротколанцюгових жирних кислот в результаті ферментації RS може збільшити загальні витрати енергії та/або окислення жиру [7]. По-третє, РС може зменшити добровільне споживання енергії, частково за рахунок збільшення виробництва сигналів ситості, таких як пептид YY (PYY) та глюкагоноподібний поліпептид -1 (GLP-1) [8].

Існує чотири основних типи РС (RS1-RS4), кожен з яких містить певні хімічні властивості, що роблять його стійким до травлення [9]. Наприклад, RS1, що міститься в цільних зернах та макаронах з твердими речовинами, містить білкову матрицю, яка перешкоджає його засвоюваності. RS2, який міститься в таких загальноприйнятих продуктах, як сирова картопля та недозрілі банани, стійкий до дії вуглеводів до дозрівання або варіння. RS3 розвивається в крохмалистих продуктах після зберігання через утворення подвійних спіралей, які роблять його стійким до ферментативного зв’язування. RS4 - це хімічно модифікований крохмаль, який протистоїть ферментативному гідролізу. На сьогоднішній день RS2 приділяв найбільшу увагу своїм корисним метаболічним властивостям [1]. Однак нещодавно було показано, що RS4 зменшує масу тіла більше, ніж RS2, у мишачої моделі ожиріння [10]. RS4 також збільшив витрати енергії в спокої та використання жиру порівняно з контролем воскової кукурудзи у худих чоловіків після одноразового тестового прийому їжі [11]. Таким чином, RS4 являє собою недостатньо вивчену форму RS, яка може благотворно вплинути на ожиріння людини та його супутні захворювання.

Збільшення споживання білка вище загально рекомендованих рівнів - це ще одна дієтична стратегія, яку пропонують контролювати вагу та запобігати ожирінню [12]. Подібно до RS4, ефекти дієт з високим вмістом білка опосередковуються, принаймні частково, через посилення ситості та енергетичних витрат [13]. Нещодавно ми продемонстрували, що збільшення споживання білка до 35% від загальної добової норми протягом восьми тижнів покращує склад тіла та збільшує витрати енергії у дорослих із ожирінням [14].

Підвищені енергетичні витрати та насичення, спричинені дієтами з високим вмістом білка або RS4, ймовірно, виникають через деякі, але не всі загальні механізми [15, 16]. Таким чином, розумно припускати, що дієти з високим вмістом як білка, так і РС можуть мати більший корисний ефект, ніж будь-яке втручання. Щоб почати вирішувати цю проблему, ми систематично порівнювали вплив їжі з високим вмістом компонентів, що не входять до складу РС, або РС4, з підвищеним споживанням білка та без нього на використання субстрату, енергетичні витрати, ситість та гормонально-ентеро-панкреатичні гормони у худорлявих та надмірних ваг/ожиріння жінок.

Матеріали і методи

Учасники

Загалом 70 жінок із району Саратога-Спрінгз, штат Нью-Йорк, були набрані за допомогою газетних оголошень та флаєрів та спочатку перевірені на участь, з яких 24 мали право брати участь. Учасниками були некурящі, здорові жінки без відомих серцево-судинних та метаболічних захворювань, як оцінювали в анамнезі та обстеження їхні особисті лікарі. Учасники були середнього віку (45,8 ± 2,5 років), зайвої ваги/ожиріння (ІМТ = 31,9 ± 1,4 кг/м 2;% жиру в тілі = 41,2 ± 2,3) або худих (ІМТ = 21,0 ± 0,5 кг/м 2;% жиру в організмі) = 23,9 ± 1,4), а вага стабільна (± 2 кг) принаймні за 6 місяців до початку дослідження. Кожен учасник надав письмову інформовану згоду на дотримання комісії з розгляду людських суб’єктів Скідморського коледжу перед участю, і дослідження було схвалено Інституційною комісією з огляду людських суб’єктів Скідморського коледжу. Усі експериментальні процедури виконувались відповідно до Федеральної гарантії та відповідних нормативних актів штату Нью-Йорк, які узгоджуються з Національною комісією з охорони людських суб'єктів біомедичних та поведінкових досліджень та за погодженням з Гельсінкською декларацією, переглянутою в 1983 році. Випробування було зареєстровано на сайті Clinicaltrials.gov як NCT02418429.

Блинний тест їжі

Під час чотирьох окремих відвідувань Лабораторії харчування та обміну речовин усі випробовувані споживали одне з чотирьох млинцевих страв в односліпому, рандомізованому повторному виконанні кросовера: 1) восковий кукурудзяний (контрольний) крохмаль (WMS), n = 16); 2) восковий кукурудзяний крохмаль та сироватковий білок (WMS + WP, n = 9); 3) стійкий крохмаль (RS, n = 16); або 4) RS та сироватковий білок (RS + WP, n = 16). Через доступність теми та обмеження в часі лише 9 предметів (худі, n = 5; ожиріння, n = 4) виконали WMS + WP тестовий стан їжі. Кожен прийом їжі з млинців споживався разом із водою (180 мл). Млинці готувались згідно з інституційними рекомендаціями з використанням попередньо желатинизованого тест-крохмалю, цукру, мальтодекстрину, рослинного масла, розпушувача, яєць, нежирного сухого сухого молока та води. Всі сухі та вологі інгредієнти змішували між собою окремо, а потім об'єднували. Кожен прийом їжі складався з трьох млинців, які готували на антипригарній сковорідці до золотистої скоринки. Харчовий склад чотирьох тестових страв наведено в таблиці 1.

Експериментальний дизайн

За день до кожного з чотирьох тестових днів учасники повинні були готувати власні страви та дотримуватися стандартизованого щоденного плану меню, що складається з 25% білка, 50% вуглеводів і 25% жиру, виходячи з їхніх розрахункових потреб у калоріях. Останній вечірній обідній обід на ніч перед кожним тестовим станом споживався між 1800 і 2000 год і був однаковим для всіх чотирьох тестових умов. Всі лабораторні тести проводились між 0600 і 0700 після 12-годинного голодування (дозволялася вода) та принаймні 24-годинного обмеження фізичної активності, кофеїну та вживання алкоголю. Детальна інформація про графік тестового дня наведена на рис. 1. Коротко, після прибуття до лабораторії вимірювали масу тіла (Befour Inc., номер моделі FS0900), учасники одягали лише шорти та футболку. Наступні

15 хв спокою лежачи в тихому, слабо освітленому приміщенні, вимірювали швидкість метаболізму в спокої (RMR) протягом 30 хв з наступним забором крові натще (для інсуліну в плазмі, глюкози, GIP, GLP-1, PYY, греліну та лептину), та завершення візуальних аналогових шкал (VAS) голоду, бажання їсти та ситості (див. процедури тестування нижче). Потім випробовувані споживали одне з чотирьох тестових страв (WMS; WMS + WP; RS; RS + WP) протягом 12 хв. Протягом 3 год після завершення тестового прийому їжі випробовувані залишались у сидячому та лежачому положенні, поки відбирали серійні зразки крові та проводили ВАС (хвилини 60, 120, 180). Непряму калориметрію застосовували для визначення термічного ефекту їжі (ТЕМ) (хв. 45–60, 105–120, 165–180). Після завершення першого тестового харчування учасники вимірювали склад тіла за допомогою системи відстеження складу тіла BODPod Life Measurements (Конкорд, Каліфорнія).

Графік тестового дня

Швидкість метаболізму в спокої (RMR) та термічний ефект їжі (TEM)

ЯМР (кілокалорій на хвилину) вимірювали за допомогою техніки витяжної витяжки [17] за допомогою комп’ютеризованого непрямого калориметра з відкритим контуром (Parvomedics, Truemax 2400, Солт-Лейк-Сіті, Юта). Учасникам не дозволялося спати, і всі вимірювання проводили в положенні лежачи на спині після принаймні 15 хв спокійного відпочинку в термонейтральній (22–24 ° C) напівтемній кімнаті. Після RMR вводили термічний ефект їжі (ТЕМ) і вимірювали термогенез після їжі кожні 45 хв протягом 180 хв (ТЕМ 45–60; 105–120; 165–180 хв). Стабільний стан досягався для всіх учасників протягом останніх 10 хв кожного 15-хвилинного періоду вимірювання і використовувався при розрахунку ТЕМ (хвилини 0–5 відкидались). Загальний 180-хвилинний ПЕМ розраховували, беручи середнє значення кожного 10-хвилинного вимірювання ПЕМ і помножуючи його на 60 хв (0–60; 61–120; 121–180 хв). Потім кожен з трьох 60-хвилинних періодів TEM підсумовувались за значенням 180-хвилинного TEM.

RQ та використання субстрату також були розраховані за даними газообміну за допомогою комп'ютерного програмного забезпечення калориметра (Parvomedics, Truemax 2400) для забезпечення швидкості окислення жиру та вуглеводів на основі стандартизованих калорійних еквівалентів. Загальні 180-хвилинні швидкості окислення (жиру та вуглеводів) були розраховані за точно таким же методом, описаним вище для ТЕМ. ЯМР (ккал/д) розраховували як середнє значення для періоду випробування. Для охоплення більшості реакцій після їжі було обрано 180-хвилинну ТЕМ. Загальна кількість з’їдених кілокалорій для кожного з 4 тестових страв була ізокалорійною і відрізнялася лише типом вмісту крохмалю та білка (табл. 1). Цей проект дослідження дозволив безпосередньо порівняти відмінності у складі крохмалю та розподілі макроелементів вмісту білка на термогенну реакцію. Тест-повторний тест внутрішньокласової кореляції (r) та коефіцієнта варіації (CV) у n = 14 - це: RMR (Ккал/хв) р = 0,92, 4,2% відповідно.

Біомаркери плазми

Зразки венозної крові (

20 мл) отримували після ЯМР і кожну годину після прийому їжі (ТЕМ, хвилини 60, 120, 180). Через обмеження кількості учасників та ресурсів для WMS + WP не було отримано крові. Кров збирали в пробірки для вакуутантів, покритих ЕДТА, і центрифугували (Hettich Rotina 46R5) протягом 15 хв при 2500 об/хв при 4 ° C. Потім плазму відокремлювали і зберігали при -70 ° C в невеликих аликвотах до аналізу. Інсулін, грелін, PYY та GIP визначали за допомогою комерційно доступних наборів ІФА (Millipore, Inc. та DSL, Inc.). Концентрацію глюкози в плазмі визначали за допомогою аналізатора глюкози, використовуючи техніку глюкозооксидази (GM7 Analyzer, Analox Instruments, Lunenberg, MA). GLP-1 аналізували за допомогою радіоімунологічного аналізу з антисироваткою (№ 89390).

Почуття голоду, ситості та бажання їсти

Частота серцевих скорочень та артеріальний тиск

Серцевий ритм у спокої та артеріальний тиск отримували вручну в положенні лежачи, як описано раніше [18]. Частоту серцевих скорочень та артеріальний тиск отримував навчений дослідник кожного чотирьох днів тестового прийому їжі після вимірювання RMR.

Статистичний аналіз

Статистичний аналіз проводили з використанням програмного забезпечення SPSS (версія 21; IBM-SPSS Inc.). Значимість була встановлена стор Рис.2

Вплив тестових страв на термічну реакцію. Зміна швидкості метаболізму в стані спокою протягом 180 хв безпосередньо після чотирьох прийомів їжі. WMS восковий кукурудзяний крохмальний шрот; WMS + WP восковий кукурудзяний контрольний крохмаль та борошно з сироваткового білка; RS стійкий крохмальний шрот; RS + WP стійкий крохмаль і сироватковий білок

Вплив тестового харчування на коефіцієнт дихального обміну. Зміна коефіцієнта дихального обміну протягом 180 хв безпосередньо після чотирьох прийомів їжі. WMS восковий кукурудзяний крохмальний шрот; WMS + WP восковий кукурудзяний контрольний крохмаль та борошно з сироваткового білка; RS стійкий крохмальний шрот; RS + WP стійкий крохмаль і сироватковий білок

Вплив тестових страв на окислення субстрату. a Зміна (ккал/добу) в окисленні вуглеводів протягом 180 хв безпосередньо після чотирьох прийомів їжі; (b) Зміна (ккал/добу) в окисленні жиру протягом 180 хв безпосередньо після чотирьох прийомів їжі; (c) Відсоток зміни окислення жиру протягом 180 хв відразу після чотирьох випробувальних страв; WMS восковий кукурудзяний крохмальний шрот; WMS + WP восковий кукурудзяний контрольний крохмаль та борошно з сироваткового білка; RS стійкий крохмальний шрот; RS + WP стійкий крохмаль і сироватковий білок

Результати

Учасники та відповідність

Вісім учасників не були включені в аналіз даних через конфлікти планування (n = 5), відсіч (n = 2), а невідповідність (n = 1). Базові фізичні характеристики 16 суб'єктів, які пройшли тестування, представлені в таблиці 2 на основі стану ожиріння. Як і очікувалося, жінки з ожирінням мали значно вищу масу тіла,% жиру, ІМТ та тригліцериди, але нижчий рівень ЛПВЩ-холестерину порівняно з худими жінками. Оскільки в термогенних реакціях на чотири тестових прийоми їжі не спостерігалось різниці в особливостях складу тіла, худорлявих та надлишкових/повних жінок об'єднували для всіх аналізів.

Оцінка споживання енергії

Дієтичне споживання за день до кожного лабораторного тестового прийому їжі відповідало всім умовам (дані не наведені). За задумом загальне споживання калорій відображало кількість калорій, яка не включала енергетичні витрати на фізичну активність, оскільки учасники повинні були утримуватися від фізичних навантажень за день до кожного дня лабораторного тестування. Крім того, споживання макроелементів забезпечувало баланс вуглеводів (50%), білків (25%) та жирів (25%).

Швидкість метаболізму в спокої та термічний ефект їжі

Швидкість метаболізму у спокої (RMR) була однаковою серед усіх 4 умов тесту для кожного учасника. Був головний ефект часу (P Рис.5

Вплив тестової їжі на циркулюючі фактори. Змініть коефіцієнти циркуляції протягом 180 хв відразу після чотирьох пробних прийомів їжі. a глюкоза; (b) інсулін; (c) глюкагон, як пептид-1; (d) шлунковий інгібуючий поліпептид; (e) пептид YY 3–36; (f) грелін; WMS восковий кукурудзяний крохмальний шрот; RS стійкий крохмальний шрот; RS + WP стійкий крохмаль і сироватковий білок

Почуття голоду, ситості та бажання їсти

Відчуття голоду, ситості (кількість їжі, яку можна з’їсти), і бажання з’їсти все зменшилось (P Рис.6

Вплив тестової їжі на почуття ситості, голоду та бажання їсти. Зміна балів голоду (a); кількість їжі, яку люди могли б з'їсти (b); почуття повноти (c); і бажання їсти (d) протягом 180 хв безпосередньо після чотирьох пробних прийомів їжі; WMS восковий кукурудзяний крохмальний шрот; WMS + WP восковий кукурудзяний контрольний крохмаль та борошно з сироваткового білка; RS стійкий крохмальний шрот; RS + WP стійкий крохмаль та сироватковий білок Часовий ефект: P = 0,001

Обговорення

Основною метою цього дослідження було вивчити вплив стійкого крохмалю (РС) як окремо, так і в поєднанні з добавками сироваткового білка на витрату енергії, використання субстрату та маркери голоду та ситості. Ми виявили, що поєднання RS + WP, але не лише втручання, суттєво збільшує окислення жиру та PYY (через 180 хв) після прийому. Крім того, показники повноти та ситості були підвищені після прийому сироваткового протеїну, без незалежного впливу RS.

Не було значного впливу стійкого крохмалю або сироваткового білка на загальні витрати енергії після їжі. Це відповідає більшості попередніх досліджень, що розглядали це питання [19–21]. Однак нещодавно Shimotoyodome та співавт. Виявили, що заміна крохмалю на RS4 у змішаному харчуванні збільшує витрати енергії приблизно на 70% протягом 3 год після їжі [11]. Автори припустили, що розбіжність між їхніми даними та попередніми дослідженнями пов'язана з відсутністю харчового жиру як енергетичного субстрату в тестових стравах попередніх досліджень. Однак, враховуючи, що тестове харчування в поточному дослідженні дійсно містило харчовий жир, інші фактори, ймовірно, відіграють певну роль. Одним із можливих пояснень було те, що попереднє дослідження включало лише худорлявих чоловіків, тоді як поточне дослідження включало худорлявих та повних жінок.

Мабуть, найцікавішою знахідкою поточного дослідження було те, що, порівняно з контрольною їжею, окислення жиру суттєво збільшувалось, коли RS поєднували з сироватковим білком, але не коли RS або сироватковий білок вживали окремо. Недавні дослідження показали, що заміна засвоюваного крохмалю на РС (типи два та чотири) у дослідній їжі збільшує окислення жиру протягом 3–6 год [1, 11]. Цей ефект може бути обумовлений виробленням коротколанцюгових жирних кислот після ферментації RS у кишечнику [22, 23], хоча відсутність цих вимірювань у поточному дослідженні] виключає нашу здатність робити тверді висновки. Проте помітний ефект поєднання РС та сироваткового білка на окислення жиру вимагає подальших досліджень.

Незважаючи на те, що ми виявили зниження RQ у їжі для тестування RS порівняно з контрольною їжею (стор = 0,05), явно спостерігався додатковий ефект поєднання РС із сироватковим білком. Ці результати підтверджують попередні висновки, що багаті білками страви (50%), зокрема ті, що містять сироватковий білок, збільшують окислення жиру порівняно з низьким вмістом білка (

Висновок

На закінчення ми виявили, що їжа, що містить RS4 та сироватковий білок, значно підвищує окислення жиру та PYY (через 180 хв після прийому) у здорових жінок. Величина зміни окислення жиру є біологічно важливою і може мати важливі наслідки для контролю маси тіла, якщо вона підтримується в хронічних умовах. Наші дані також надають додаткову підтримку попереднім звітам, які демонструють, що сироватковий білок підвищує суб'єктивне насичення та зменшує голод. У майбутніх дослідженнях слід вивчити розбіжності між літературою про тварини та людини щодо впливу РС на сигнали ситості та голоду, що циркулюють.