Вміст жиру в їжі змінює метаболізм глюкози, опосередкований інсуліном, у здорових чоловіків

Peter H Bisschop, Jesse de Metz, Mariëtte T Ackermans, Erik Endert, Hanno Pijl, Folkert Kuipers, Alfred J Meijer, Hans P Sauerwein, Johannes A Romijn, Внутрішній вміст жиру змінює інсуліновий метаболізм глюкози у здорових чоловіків, The American Journal of Clinical Nutrition, том 73, випуск 3, березень 2001, сторінки 554–559, https://doi.org/10.1093/ajcn/73.3.554

АНОТАЦІЯ

Передумови: Високе споживання жиру з дієтою бере участь у патогенезі інсулінорезистентності.

Завдання: Метою було порівняти вплив різних кількостей харчового жиру на печінкову та периферичну чутливість до інсуліну.

Дизайн: Шість здорових чоловіків вивчали 3 рази після споживання протягом 11 днів дієт з однаковим вмістом енергії та білків, але різним відсотком енергії як жиру та вуглеводів, як показано нижче: 0% та 85% [дієта з низьким вмістом жиру та високим вмістом вуглеводів (LFHC)], 41% та 44% [дієта з проміжним вмістом жиру, проміжним вмістом вуглеводів (IFIC)] та 83% та 2% [дієта з високим вмістом жиру та низьким вмістом вуглеводів (HFLC)]. Чутливість до інсуліну визначали кількісно за допомогою гіперінсулінемічного еуглікемічного затискача (концентрація інсуліну в плазмі крові ≈190 пмоль/л).

Результати: Під час гіперінсулінемії ендогенна продукція глюкози була вищою після дієти HFLC (2,5 ± 0,3 мкмоль · кг −1 · хв −1; P −1 · хв −1 відповідно). Співвідношення харчового жиру до вуглеводів не мало однозначного впливу на споживання глюкози, стимульоване інсуліном. Навпаки, стимульоване інсуліном, не окислююче утилізація глюкози, як правило, збільшувалось у порівнянні зі збільшенням співвідношення жиру до вуглеводів, з 14,8 ± 5,1 до 20,6 ± 1,9 до 26,2 ± 2,9 мкмоль · кг −1 · хв -1 (P - 1 · хв -1, відповідно (P

ВСТУП

Тому ми вивчали вплив 3-х енергетичних дієт, що представляють широкий діапазон вмісту жиру (від 0% до 83% енергії), на чутливість до інсуліну у 6 здорових чоловіків. Ми використовували гіперінсулінемічний еуглікемічний затискач для отримання концентрації інсуліну в плазмі 200 пмоль/л для визначення чутливості до печінки та периферичного інсуліну.

ПРЕДМЕТИ І МЕТОДИ

Предмети

Обстеженими були 6 здорових чоловіків у віці 29–55 років з індексом маси тіла (у кг/м 2) 21–26. Випробовувані мали гарне самопочуття, не мали сімейної історії діабету та не застосовували ліків. Усі випробувані були набрані з числа працівників лікарні та брали участь у них через їх особливий інтерес до цієї галузі досліджень. Усі випробувані дали письмову, інформовану згоду, і дослідження було схвалено Медично-етичним комітетом Академічного медичного центру.

Дієти

Випробовуваних вивчали 3 рази, кожен раз після того, як вони споживали іншу дієту протягом 11 днів. Експерименти з кожним суб'єктом були розділені інтервалом 8–10 тижнів, протягом якого суб’єкти відновили звичну дієту. Послідовність 3 досліджень визначалася збалансованим призначенням. Три дієти складалися з рідких формул, що містять однакову кількість білка (15% енергії) та однаковий білковий склад. Дієти були виготовлені на замовлення (Nutricia, Zoetermeer, Нідерланди). Дієта з низьким вмістом жирів і високим вмістом вуглеводів (LFHC) забезпечувала 0% енергії як жир і 85% енергії як вуглевод; дієта з проміжним вмістом жиру та проміжним вмістом вуглеводів (IFIC) забезпечувала 41% енергії у вигляді ліпідів та 44% енергії у вигляді вуглеводів; а дієта з високим вмістом жирів і низьким вмістом вуглеводів (ДВФЖ) забезпечувала 83% енергії у вигляді ліпідів та 2% енергії у вигляді вуглеводів. Співвідношення насичених до мононенасичених до поліненасичених ліпідів становило 2: 2: 1 для 2 дієт, що містили жир, і всі 3 дієти містили ≈15 г клітковини.

Енергетичні потреби кожного суб'єкта оцінював дієтолог за допомогою 3-х дієтичних журналів. Рідкі страви із заздалегідь визначеною кількістю енергії споживали в 6 фіксованих часових точок щодня між 0800 та 2130 протягом 11 днів. Відповідність дієтам оцінювали, вимірюючи коефіцієнт дихання, який відображає відношення вуглеводів до споживання жиру (6). Коефіцієнти дихання вимірювали через 10 та 11 днів експериментальної дієти після нічного голодування. Суб'єкти, які утримувались від вживання алкоголю під час експериментальних дієт та фізичної активності, обмежувались звичайними повсякденними діями. На додаток до дієт, випробовуваним дозволялося пити лише воду за бажанням.

Протокол

Непряма калориметрія

Споживання кисню (V̇O2) та вироблення вуглекислого газу (V̇CO2) вимірювали за допомогою техніки з вентиляційною витяжкою (модель 2900; Sensormedics, Анахайм, Каліфорнія). V̇ і V̇CO2 вимірювали безперервно при базальних концентраціях інсуліну від 1130 до 1200 і між 180 і 210 хв після початку гіперінсулінемічного еуглікемічного затиску. Середні показники V̇ та V̇CO2 від 1140 до 1200 та від 190 до 210 хв гіперінсулінемії використовувались для розрахунку окислення глюкози та жиру, як описано нижче.

Газова хроматографія – мас-спектрометрія

Зразки плазми для збагачення глюкозою [6,6-2 H2] глюкози депротеїнізували метанолом (9). Похідне альдонітрилу пентаацетату глюкози (10) вводили в систему газового хроматографа - мас-спектрометра (газовий хроматограф HP 6890 серії II, оснащений роздільним інжектором та модельним селективним детектором HP 5973; Hewlett-Packard, Palo Alto, CA) ). Розділення було досягнуто на колонці DB17 (30 м × 0,25 мм, товщина плівки 0,25 мкм; J&W Scientific, Фолсом, Каліфорнія). Глюкозу контролювали при співвідношенні маса-заряд 187, 188 та 189. У межах кожної серії для контролю якості вимірювали 3 контрольні зразки з відомими збагаченнями. Збагачення глюкози розраховували шляхом ділення площі піку від маси до заряду 189 на загальну площу піку. Ксилозу використовували як внутрішній стандарт для вимірювання концентрації глюкози.

Аналітичні процедури

Концентрацію інсуліну в плазмі крові визначали за допомогою радіоімунологічного аналізу (Insulin RIA 100; Pharmacia Diagnostic AB, Уппсала, Швеція) з CV для внутрішнього дослідження 3–5%, коефіцієнтом взаємодії 6–9% та межею виявлення 15 пмоль/л. Жирні кислоти в сироватці крові вимірювали ферментативним методом (NEFAC; Wako Chemicals GmbH, Neuss, Німеччина) з коефіцієнтом CV у межах 2–4%, коефіцієнтом коефіцієнта взаємодії 3–6% та межею виявлення 0,02 ммоль/л.

Розрахунки та статистика

Загальний вплив дієт аналізували при базальних концентраціях інсуліну та, окремо, під час гіперінсулінемії, використовуючи тест Фрідмана, який є непараметричним еквівалентом двостороннього дисперсійного аналізу. Коли значення Р становило таблицю 1. Базальне вироблення ендогенної глюкози було обернено пов'язане з вмістом жиру в їжі. Інсулін знижував вироблення ендогенної глюкози у всіх групах дієт, але був менш ефективним після дієти HFLC (P = 0,002).

Ендогенне вироблення глюкози при базальних концентраціях інсуліну та під час еуглікемічної гіперінсулінемічної затискачної гіперінсулінемії та відносне придушення ендогенної продукції глюкози порівняно з основними значеннями інсуліну у здорових чоловіків після споживання нежирних та вуглеводних продуктів із високим вмістом вуглеводів; проміжний жир, проміжний вуглевод; і дієти з низьким вмістом вуглеводів і жирів протягом 11 днів 1

. Ендогенне вироблення глюкози . Хвороба . З низьким вмістом жиру. Жир середнього рівня. З високим вмістом жиру .

мкмоль · кг −1 · хв −1
Базальна концентрація інсуліну	13,0 ± 0,7 а	11,4 ± 0,4 b	9,7 ± 0,4 с
Гіперінсулінемія	1,2 ± 0,4 а	1,7 ± 0,3 а	2,5 ± 0,3 b
Придушення вироблення ендогенної глюкози (%)	91 ± 3 а	85 ± 2 а	74 ± 3 б

мкмоль · кг −1 · хв −1
Базальна концентрація інсуліну	13,0 ± 0,7 а	11,4 ± 0,4 b	9,7 ± 0,4 с
Гіперінсулінемія	1,2 ± 0,4 а	1,7 ± 0,3 а	2,5 ± 0,3 b
Придушення вироблення ендогенної глюкози (%)	91 ± 3 а	85 ± 2 а	74 ± 3 б

x̄ ± SE; n = 6. Засоби підряд з різними надрядковими буквами суттєво відрізняються, P

мкмоль · кг −1 · хв −1
Базальна концентрація інсуліну	13,0 ± 0,7 а	11,4 ± 0,4 b	9,7 ± 0,4 с
Гіперінсулінемія	1,2 ± 0,4 а	1,7 ± 0,3 а	2,5 ± 0,3 b
Придушення вироблення ендогенної глюкози (%)	91 ± 3 а	85 ± 2 а	74 ± 3 б

мкмоль · кг −1 · хв −1
Базальна концентрація інсуліну	13,0 ± 0,7 а	11,4 ± 0,4 b	9,7 ± 0,4 с
Гіперінсулінемія	1,2 ± 0,4 а	1,7 ± 0,3 а	2,5 ± 0,3 b
Придушення вироблення ендогенної глюкози (%)	91 ± 3 а	85 ± 2 а	74 ± 3 б

x̄ ± SE; n = 6. Засоби підряд з різними надрядковими буквами суттєво відрізняються, P

Периферичний метаболізм глюкози

Вміст жиру та вуглеводів у їжі не мав однозначного впливу на загальну утилізацію глюкози, стимульовану інсуліном (рис. 1), але окислювальна утилізація глюкози була значно нижчою після дієти HFLC, ніж після інших 2 дієт, як при базовій концентрації інсуліну, так і під час гіперінсулінемії. Неокислювальне утилізація глюкози під час гіперінсулінемічного затискача, як правило, зростало із збільшенням вмісту жиру в їжі (Р = 0,074 між дієтами).

Середнє (± SE) утилізація загальної, окисної та неокислювальної глюкози при базальних концентраціях інсуліну (□) та під час гіперінсулінемії (▪) у 6 здорових чоловіків після споживання нежирних та вуглеводних з високим вмістом вугілля; проміжний жир, проміжний вуглевод; і дієти з високим вмістом жиру та вуглеводами протягом 11 днів. Значення з різними надрядковими літерами суттєво відрізняються, P Рисунок 2). Окислення жиру було значно нижчим під час гіперінсулінемії, ніж при базовій концентрації інсуліну під час дієт LFHC та IFIF, але не було значущої різниці між двома станами під час дієти HFLC.

Середнє (± SE) окислення жиру при базальній концентрації інсуліну (□) та під час гіперінсулінемії (▪) у 6 здорових чоловіків після споживання нежирних та вуглеводних продуктів із високим вмістом вуглеводів; проміжний жир, проміжний вуглевод; і дієти з високим вмістом жиру та вуглеводами протягом 11 днів. Засоби з різними надрядковими літерами суттєво відрізняються, P 13). Оскільки вплив складу вуглеводів на дію інсуліну ще слід з’ясувати, слід дотримуватися обережності під час узагальнення щодо дієти, яку споживає населення.

Вплив вмісту жиру в їжі на чутливість до інсуліну щодо впливу інсуліну на утилізацію глюкози не був остаточним, оскільки чутливість до інсуліну не відрізнялася суттєво різними між дієтами з високим та низьким вмістом жиру, хоча ми встановили максимальну еуенергетичну різницю у споживанні жиру . Таким чином, схоже, немає залежності доза-реакція між дієтичним (еуенергетичним) вмістом жиру та периферичною чутливістю до інсуліну щодо впливу інсуліну на утилізацію глюкози. Наші висновки підтверджують думку, висловлену в літературі, що харчовий жир безпосередньо не спричиняє периферичної резистентності до інсуліну щодо поглинання глюкози (2, 3, 20).

Незважаючи на те, що вміст жиру в їжі остаточно не змінив загальну утилізацію глюкози, були помітні наслідки вмісту жиру в їжі як на окислювальну, так і на некисляючу глюкозу. Більш високий вміст жиру в їжі призвів до збільшення стимуляції інсуліном неокислювальної глюкози та зменшення окислення вуглеводів, що свідчить про те, що інсулін ефективніше стимулює синтез глікогену, коли надходить споживання жиру та зменшується споживання вуглеводів. Це узгоджується із збільшенням активності глікогенсинтази під дією інсуліну, яке спостерігається після споживання дієт з високим вмістом жиру (3). Навпаки, дієта HFLC пригнічувала стимулюючий вплив інсуліну на окислення глюкози. Отже, дієта з високим вмістом жиру та вуглеводами, як видається, призводить до диссоціації щодо впливу інсуліну на окислювальні та неокислювальні шляхи глюкози.

Дієта з низьким вмістом вуглеводів і жирів повинна спричинити збільшення виробництва та окислення кетонів. Кетони, які виробляються, але не окислюються, створюють коефіцієнт дихання 0, що має тенденцію до зниження загального коефіцієнта дихання та призводить до занижених показників окислення глюкози. Для кількісної оцінки потенційного ефекту, спричиненого цим метаболічним процесом, ми виміряли кількість екскреції 3-гідроксибутирату з сечею протягом останніх 24 годин дієти HFLC (4,5 ± 1,4 ммоль/24 год). Якщо припустити, що ця кількість представляє кількість утвореного 3-гідроксибутирату, але не окисленого, V̇O2 буде завищено на 21, 22). Таким чином, споживання дієти з високим вмістом жиру та низьким вмістом вуглеводів у здорових суб'єктів викликає ряд адаптацій у периферичному метаболізмі глюкози та дії інсуліну, що призводить до щадіння глюкози та заповнення запасів глікогену.

Під час споживання дієти з високим вмістом жирів і низьким вмістом вуглеводів жир є основним джерелом палива, про що свідчить коефіцієнт дихання ≈0,7. Подібний вибір палива відбувається під час голодування (23). Через цю схожість представляло інтерес порівняти ефекти дієт з високим вмістом жирів і низьким вмістом вуглеводів з відомими ефектами голодування на гормональні та метаболічні зміни. Як дієти з низьким вмістом вуглеводів, так і голодування знижують концентрацію інсуліну, вироблення базальної глюкози та окислення базальної глюкози, тоді як обидва умови посилюють ліполіз. Крім того, відомо, що обидва умови зменшують стимульоване інсуліном окислення глюкози (24). На відміну від цих подібностей, також існують чіткі відмінності між ефектами дієти з високим вмістом жиру та низьким вмістом вуглеводів та голодуванням. Наприклад, дієти з високим вмістом жиру та з низьким вмістом вуглеводів не викликають периферичної резистентності до інсуліну щодо засвоєння глюкози та стимулюють знешкодження глюкози, яка не окислюється, тоді як голодування зменшує опосередковане інсуліном поглинання глюкози (24–26) і не збільшує утилізацію глюкози без окислення (24 ). Таким чином, хоча ефекти дієти з високим вмістом жиру та вуглеводів з низьким вмістом вуглеводів на відбір базального палива порівнянні, ефекти явно різняться щодо периферичного метаболізму глюкози, стимульованого інсуліном.

Високий вміст жиру пов’язаний з резистентністю до інсуліну та діабетом 2 типу. При цукровому діабеті 2 типу найбільш очевидним дефектом периферичного метаболізму глюкози є зменшення стимульованого інсуліном споживання глюкози (27), що призводить до зниження доступності внутрішньоклітинної глюкози. Отже, як синтез глікогену, так і окислення глюкози у пацієнтів з діабетом 2 типу порушені (28). Коли експериментально транспорт глюкози був збільшений до нормальних концентрацій (шляхом гіперінсулінемії або гіперглікемії), лише окислення глюкози залишалося порушеним; синтез глікогену був відновлений (29, 30). На відміну від висновків щодо діабету 2 типу, споживання дієти HFLC у цьому дослідженні не остаточно пригнічувало стимульований інсуліном транспорт глюкози. Хоча на споживання глюкози, виміряне як утилізація глюкози, не впливало високе споживання жиру, окислення глюкози було на ≈90% нижчим після дієти HFLC. Як зазначалось вище, окислення глюкози також порушується при цукровому діабеті, але не в такій мірі (26–28%) (30). Отже, зміни в периферичному метаболізмі глюкози, опосередкованому інсуліном, індуковані дієтою HFLC у цьому дослідженні як якісно, так і кількісно відрізнялися від тих, що характерні для діабету 2 типу.

На закінчення, дієти з високим вмістом жиру та низьким вмістом вуглеводів мають різний вплив на дію інсуліну. Дієти з високим вмістом жирів і низьким вмістом вуглеводів погіршують дію інсуліну на ендогенне вироблення глюкози, окислення глюкози та, ймовірно, ліполіз, тоді як дієти з низьким вмістом вуглеводів з низьким вмістом жиру однозначно не впливають на дію інсуліну на загальну утилізацію глюкози і мають тенденцію до посилення дію інсуліну на зневоднення глюкози. Незважаючи на великі відмінності у вмісті жиру в досліджуваних дієтах, ми не змогли встановити залежність доза-реакція між вмістом жиру в їжі та усіма аспектами чутливості до інсуліну. Примітно, що в контексті ризику діабету 2 аспекти гомеостазу глюкози насправді покращились після споживання дієти HFLC: зменшення базового вироблення ендогенної глюкози та поліпшення знешкоджуваного глюкози, стимульованого інсуліном. Це спостереження може виявитись критичним при розробці майбутніх досліджень.