Фон
В этом пилотном исследовании изучалось, приводит ли добавление к завтраку обычного белка (NP) по сравнению с завтраком с высоким содержанием белка (HP) к изменению аппетита и уровня гомованилиновой кислоты в плазме крови (HVA), которая является показателем центральной выработки дофамина, у молодых женщин с избыточным весом/ожирением, которые "пропускают завтрак" в подростковом возрасте.
Методы
Было проведено рандомизированное перекрестное исследование, в ходе которого 20 девочек (возраст 19 ± 1 год; ИМТ 28,6 ± 0,7 кг/м2) потребляли на завтрак 350 ккал NP (13 г белка), на завтрак 350 ккал HP (35 г белка) или продолжали пропускать завтрак (BS) в течение 6 дней подряд/узор. На 7-й день каждого эксперимента завершался 4-часовой тестовый день, включавший в себя потребление завтрака (или отсутствие завтрака), за которым следовали опросы о пристрастии к еде и взятие проб крови на концентрацию HVA в течение всего утра.
Результаты
Оба приема пищи на завтрак снижали тягу к сладким и соленым продуктам после приема пищи и повышали концентрацию HVA по сравнению с контрольной группой BS (все, p < 0,05). В промежутках между приемами пищи прием HP-завтрака, как правило, приводил к большему снижению тяги к соленым продуктам после приема пищи по сравнению с контрольной группой. NP (p = 0,08) и, как правило, приводили к устойчивому повышению концентрации HVA перед обедом по сравнению с другими приемами пищи. NP (р = 0,09). Наконец, концентрация HVA положительно коррелировала с содержанием белка во время завтрака (r: 0,340; p < 0,03).
Выводы
В совокупности эти результаты свидетельствуют о том, что добавление завтрака снижает тягу к еде после еды и повышает концентрацию гомованилиновой кислоты у молодых людей с избыточным весом/ожирением, при этом более высокое содержание белка вызывает более выраженную реакцию.
Подростковое ожирение продолжает оставаться растущей проблемой общественного здравоохранения в Соединенных Штатах, затрагивая жизни более 25 миллионов молодых людей [1, 2]. Поскольку примерно 36% подростков имеют избыточный вес или страдают ожирением, а до 80%, вероятно, станут взрослыми с избыточным весом, важно уделять особое внимание молодежи чтобы предотвратить распространение этой эпидемии на будущие поколения [2, 3]. Хотя этиология ожирения является многофакторной, в ней участвуют несколько поведенческих факторов и факторов окружающей среды. Особый интерес представляет все более распространенная диетическая привычка пропускать завтрак, которая в точности отражает рост ожирения [4, 5]. В частности, снижение частоты завтрака (т.е. пропуск завтрака) обратно пропорционально связано с увеличением ИМТ, увеличением веса и ожирением у молодых людей [4-6]. Однако из-за отсутствия долгосрочных рандомизированных контролируемых исследований причинно-следственная связь между пропуском завтрака и ожирением в значительной степени не выявлена [7, 8].
Ранее мы обнаружили, что пропуск утреннего приема пищи приводит к усилению ощущения голода и снижению ощущения сытости, а также к большему потреблению энергии при последующих приемах пищи по сравнению с завтраком, особенно богатым пищевым белком [9, 10]. Потенциальные механизмы действия включают заметное повышение уровня гормона голода грелина и снижение концентрации гормона насыщения PYY [10]. Поскольку большинство американцев едят (или перестают есть) по причинам, отличным от "физиологического" голода или насыщения [11], крайне важно расширить эти данные, чтобы изучить сигналы, контролирующие тягу к еде и пищевое вознаграждение.
Дофамин - это мощный нейронный сигнал, участвующий в регуляции потребления пищи путем стимулирования пищевого поведения, обусловленного вознаграждением [12-14]. Сообщалось об отрицательной корреляции между дофамином и ИМТ, при этом у лиц с ожирением наблюдается притупление дофаминовой реакции пропорционально ИМТ [15-17]. У животных, страдающих ожирением, центральная активность дофамина снижена и сопровождается повышенным предпочтением вкусной и высококалорийной пищи по сравнению с нормальными показателями веса [18]. Однако лечение агонистами дофамина позволяет обратить вспять избыточную массу тела и ожирение [17]. Таким образом, эти данные свидетельствуют о том, что стратегии стимуляции активности дофамина могут привести к значительному улучшению состояния при ожирении.
Как правило, дофамин выделяется в ответ на дегустацию очень вкусных продуктов и вызывает чувство повышенного пищевого вознаграждения, удовольствия и хорошего самочувствия [19-21]. Хотя большая часть литературы посвящена пищевым жирам и сахару как ключевым стимуляторам пищевого вознаграждения [22, 23], предполагается, что пищевые белки также вызывают аналогичные реакции вознаграждения [19]. Данные, полученные в нашей лаборатории и других лабораториях, подтверждают преимущества увеличения потребления белка для улучшения контроля аппетита, насыщения и снижения массы тела [24]. Мы хотели бы расширить эти результаты, чтобы изучить роль повышенного содержания белка в рационе за завтраком в сигналах, контролирующих пищевое вознаграждение.
Однако, поскольку центральный дофамин не способен проникать через гематоэнцефалический барьер [25], надлежащим образом измерить его активность сложно. Одной из альтернатив является измерение содержания метаболитов дофамина в жидкостях организма, особенно в плазме [26]. Наиболее распространенным метаболитом является гомованиллиновая кислота плазмы (HVA) [27, 28], которая сильно коррелирует с центральной дофаминергической активностью [29-31] и, как предполагается, является наиболее подходящим показателем центральной активности дофамина [27].
Таким образом, основная цель этого исследования состояла в том, чтобы оценить, влияет ли ежедневное добавление обычного или богатого белком завтрака на тягу к еде и реакцию ЖКТ в течение всего утра у молодых женщин с избыточным весом / ожирением, которые "пропускают завтрак" в подростковом возрасте. Кроме того, была также выявлена взаимосвязь между содержанием белка в рационе и тягой к еде.
Материалы и методы
Схема экспериментаЭто исследование было частью более масштабного исследования, направленного на изучение положительного влияния завтрака с высоким содержанием белка на аппетит, гормональные и нервные сигналы, контролирующие потребление энергии у девочек-подростков с избыточным весом/ожирением, “пропускающих завтрак” [10]. Шестнадцать девушек-подростков с избыточным весом и ожирением, "пропускающих завтрак", приняли участие в следующем рандомизированном исследовании с перекрестным дизайном завтрака. В течение 6 дней участники случайным образом выбирали следующие схемы завтрака дома: 1) Пропуск завтрака (BS); 2) Потребление обычных белковых блюд на завтрак (NP).; и 3) Потребление на завтрак блюд с высоким содержанием белка (HP). На 7-й день каждой программы участники приходили утром в Центр визуализации мозга Университета Миссури (MU-BIC), чтобы завершить соответствующий 4-часовой день тестирования. Участники начали день тестирования с того, что либо пропустили завтрак, либо съели то, что им полагалось на завтрак. Анализы крови и оценка тяги к еде проводились в определенное время в течение утра. Между каждым тестированием был как минимум 7-дневный перерыв. Основное исследование было зарегистрировано по адресу clinicaltrials.gov NCT01192100.
Участники исследования
Для участия в исследовании были привлечены молодые женщины позднего подросткового возраста из Колумбии, штат Миссури, с помощью рекламных объявлений, листовок и рассылок, полученных родителями от Университета Миссури, для участия в исследовании. Соответствие критериям отбора было определено на основании следующих критериев включения: 1) возрастной диапазон от 13 до 20 лет; 2) избыточный вес до ожирения (ИМТ: 25-34,9 кг/м2); 3) отсутствие метаболических или неврологических заболеваний или других осложнений со здоровьем; 4) отсутствие клинического диагноза расстройства пищевого поведения; 5) в настоящее время не имеет или ранее в течение последних 6 месяцев вы придерживались диеты для похудения или другой специальной диеты; 6) подтвержденные регулярные менструальные циклы продолжительностью от 21 до 36 дней за последние 6 месяцев; и 7) нечастое употребление завтрака (т.е. менее 2 раз в неделю).Сто сорок семь подростков выразили заинтересованность в участии в исследовании. Двадцать пять из них соответствовали критериям отбора, у них было три свободные субботы для прохождения 4-часового тестирования, и они приступили к исследованию. Шестнадцать человек выполнили все процедуры исследования. Возраст участников в среднем составлял 19 ± 1 год, ИМТ - 28,6 ± 0,7 г/м2, и они пропускали завтрак в среднем 6 ± 1 раз в неделю. Все участники и их родители (если участнику не исполнилось 18 лет) были проинформированы о цели исследования, процедурах и рисках и подписали формы согласия. Исследование было одобрено Институциональным наблюдательным советом Университета Миссури по медицинским наукам. Участники получили стипендию за прохождение всех процедур исследования.
Особенности завтрака
Участники выполняли каждую из трех схем завтрака в течение семи дней подряд. Что касается схемы BS, то участники продолжали придерживаться своей обычной практики пропуска завтрака и соответственно завершили тестирование на 7-й день. Что касается моделей NP и HP, то участникам были предоставлены специальные блюда на завтрак, которые они должны были потреблять дома (перед школой) с 7:00 до 9:30 утра в течение 6 дней. В течение этого периода участникам разрешалось есть вволю в течение оставшейся части каждого дня. На 7-й день они завершили соответствующий день тестирования. Между каждым из вариантов завтрака был 7-дневный перерыв, в течение которого все участники возвращались к своему прежнему поведению "пропускать завтрак". Дополнительную информацию смотрите в [10].Приёмы пищи на завтрак
Потребление энергии на завтрак составляло 18% от общего потребления энергии (350 ккал), рассчитанного на основе уравнений расхода энергии, характерных для подростков [32]. Макронутриентный состав завтрака NP содержал 15% белка (13 г диетического белка), 65% СН и 20% жира, в то время как завтрак HP содержал 40% белка (35 г белка, 60% белка из яиц и говядины), 40% СН и 20% жира. Блюда на завтрак были одинаковыми не только по содержанию жира, но и по энергетической ценности, содержанию пищевых волокон и сахара. (см. таблицу 1). Кроме того, блюда были подобраны по вкусовым качествам и сенсорным/гедонистическим факторам (данные не приведены).Процедуры дня тестирования
На 7-й день каждого цикла завтрака участники приходили в исследовательский центр MU-BIC между 6 и 9 часами утра после ночного голодания, чтобы завершить 4-часовой день тестирования. Каждого участника усаживали в кресло с откидной спинкой и знакомили с процедурами проведения дня тестирования. Перед завтраком (-30 мин) в предплечную вену руки, не являющейся доминантной, был введен катетер, который поддерживался в чистоте с помощью капельницы с физиологическим раствором в течение оставшейся части дня тестирования. Через 15 минут был взят исходный образец крови (натощак) и заполнен набор компьютеризированных вопросников о пристрастии к пище. В течение 0 минут в дни NP и HP подавался прием пищи, включающий воду, и только вода в течение дня BS. Участников проинструктировали потреблять пищу и/или воду в течение 30 минут, следя за тем, чтобы потребление пищи соответствовало их обычным пищевым привычкам.Время заполнения валидированных компьютеризированных анкет, оценивающих тягу к сладким или соленым продуктам, составляло -30, +0, 30, 60, 120, 180, и 240 минут [33]. Анкеты содержали визуальные аналоговые шкалы, включающие в себя шкалу оценок по горизонтали длиной 100 мм для каждого ответа. Вопросы были сформулированы следующим образом: “насколько сильно ваше ощущение”, с отметками от “не все” до “чрезвычайно”. Для сбора данных использовалось программное обеспечение Adaptive Visual Analog Scale (лаборатория и клиника нейроповеденческих исследований; Сан-Антонио, Техас).
Участники оставались в кресле с откидной спинкой в течение всего дня тестирования, но им разрешалось выполнять школьные задания, работать на портативном компьютере и при необходимости пользоваться туалетом.
Образцы крови (по 4 мл на пробу) также брали через некоторое время +0, 30, 60, 120, 180, и 240 мин. Образцы отбирали в пробирки, содержащие ЭДТА (этилендиаминтетрауксусную кислоту), и помещали в лед на 10 минут. В течение 10 мин после сбора образцы центрифугировали при температуре -4°C, 3500 оборотов в минуту в течение 10 мин. Плазму отделяли и хранили в микроцентрифужных пробирках при температуре -80°C для последующего анализа. Уровень гомованилиновой кислоты (HVA) в плазме крови, основного метаболита дофамина, определяли с помощью иммуноферментного анализа (Cat#: HVA34-K01; Eagle Biosciences, Нашуа, Северная Каролина). Чувствительность анализа составляет 0,035 – 0,125 мкг/мл. Коэффициенты вариации между анализами составляют 6,0 и 8,0% соответственно.
Данные и статистический анализ
Чтобы определить подходящий размер выборки, был проведен анализ питания для оценки тяги к еде. Величина влияния связанных с белком изменений в пристрастии к сладкому и соленому после обычного или высокобелкового завтрака была определена по данным Belza и соавт. [34]. Значения эффекта составили 0,54 и 1,06 для сладких и соленых блюд соответственно. При таких значениях эффекта n = 16 при α = 0,05 обеспечили бы 80%-ную эффективность для выявления различий между вариантами приготовления завтрака. Поскольку на сегодняшний день не опубликовано ни одного известного исследования концентрации HVA на людях после приема пищи, была проведена оценка наблюдаемой мощности (OP), о которой было сообщено в отчете.Для всех результатов исследования были рассчитаны сводные статистические данные (средние значения выборки и/или площадь под кривой (AUC), увеличивающаяся за 4 часа). Для определения основных эффектов времени, лечения и взаимодействий на тягу к еде и концентрацию HVA был проведен анализ с повторными измерениями. Когда были обнаружены основные эффекты, были проведены специальные анализы, включая попарные сравнения, с использованием процедур с наименьшими значимыми различиями для выявления различий между методами лечения. Были проведены корреляции Пирсона для определения связи между концентрациями HVA и следующими факторами: концентрацией белка и тирозина в рационе (за завтраком) и пристрастием к еде. Данные были представлены в виде среднего значения ± SEM. Анализ проводился с использованием последней версии SPSS (Чикаго, Иллинойс). Р < 0,05 считался статистически значимым.
Результаты
Как показано на рисунках 1 и 2, линейные графики иллюстрируют результаты в дни тестирования при отказе от завтрака (BS), повышенном содержании белка (HP) и нормальном содержании белка (NP); на гистограммах показаны результаты 4-часового анализа AUC за этот период.Основные эффекты, связанные со временем (P < 0,001), лечением (P < 0,01) и взаимодействием времени и лечения (P < 0,01), были обнаружены при возникновении тяги к сладкому после приема пищи. Употребление завтрака, независимо от его вида, привело к первоначальному снижению тяги к сладкому, за которым последовало постепенное увеличение в течение утра, в то время как пропуск завтрака привел к постепенному увеличению в течение 4-часового периода. При изучении 4-часового значения AUC выяснилось, что употребление на завтрак продуктов NP и HP привело к снижению 4-часового значения AUC для тяги к сладкому (NP: -1732 ± 848 ммоль/л*240 мин; HP: -2949 ± 995 ммоль/л*240 мин) по сравнению с BS (798 ± 689 ммоль/л*240 мин)., оба р < 0,05; рис. 1а)). Между приемами пищи существенных различий не наблюдалось.Основные эффекты, связанные со временем (P < 0,001), лечением (P < 0,01) и взаимодействием времени и лечения (P < 0,01), были выявлены в отношении тяги к острым продуктам после приема пищи. Употребление завтрака, независимо от его вида, привело к первоначальному снижению тяги к пикантным блюдам, за которым последовало постепенное увеличение в течение утра, в то время как пропуск завтрака привел к постепенному увеличению в течение 4-часового периода. При изучении 4-часовой реакции AUC выяснилось, что употребление обоих блюд на завтрак привело к снижению тяги к пикантным продуктам в течение 4 часов (NP: -93 ± 766 ммоль/л*240 мин; HP: -3185 ± 867 ммоль/л*240 мин) по сравнению с BS (2550 ± 954 мм*240 мин, р = 0,07 и р < 0,01 соответственно). Прием HP breakfast, как правило, приводил к снижению AUC в течение 4 часов для аппетита к пикантным блюдам по сравнению с приемом NP (р = 0,08).Хотя не наблюдалось существенного влияния времени (OP, 0,28) или лечения (OP, 0,48) на концентрацию HVA после приема пищи, была выявлена взаимосвязь между временем и лечением (p < 0,01, OP, 0,90). В частности, только прием НР-завтрака (21,97 ± 22,66 мкг/мл*240 мин) приводил к повышению 4-часовой HVA-AUC по сравнению с BS (-39,64 ± 15,4 мкг/мл*240 мин, p < 0,05), в то время как прием NP-завтрака не приводил (-1,48 ± 12,14 мкг/мл*240 мин)., НС; рис. 2). Хотя 4-часовое значение HVA-AUC не отличалось между приемами пищи на завтрак, прием HP, как правило, приводил к большей концентрации HVA перед обедом (т.е. +240 мин) по сравнению с приемом других препаратов. NP (р = 0,09).
Корреляционный анализ Пирсона
Корреляционный анализ Пирсона показал, что 4-часовая AUC HVA была связана с общим содержанием белка (r: 0,340; p < 0,03) и содержанием тирозина в пище (r: 0,344; p < 0,03). Однако никаких других ассоциаций обнаружено не было.Обсуждение
Добавление завтрака привело к снижению тяги к еде, что сопровождалось повышением концентрации гомованилиновой кислоты, при этом небольшое улучшение наблюдалось после приема пищи с более высоким содержанием белка по сравнению с обычным. В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что ежедневное употребление завтрака, особенно богатого белком, может служить полезной стратегией для снижения тяги к еде и модулирования пищевого вознаграждения у молодых людей с избыточным весом/ожирением.Большая часть работы животных и людей, связанной с диетическими компонентами, которые стимулируют пищевое вознаграждение, тягу к еде и/или определяют пищевые предпочтения, была сосредоточена вокруг очень вкусных продуктов, которые обычно состоят из продуктов с высоким содержанием жиров и сахара. Эти высококалорийные, но не содержащие питательных веществ продукты могут привести к повышенному аппетиту, перееданию и увеличению веса в долгосрочной перспективе [35]. Таким образом, поиск таких же вкусных, но богатых питательными веществами и полезных заменителей может уменьшить некоторые из этих негативных последствий.
Доказано, что диетический белок улучшает контроль аппетита и регуляцию потребления пищи за счет физиологического увеличения чувства сытости и последующего сокращения потребления [24]. Хотя пищевые жиры и сахара, как правило, считаются более полезными и востребованными по сравнению с другими продуктами, аналогичная тяга наблюдается и к продуктам, богатым белком [36]. Кроме того, как обсуждалось в обзоре Journel и соавт. [37], диетический белок также был предложен для модуляции пищевой гедонистики. Однако механизм действия, посредством которого потребление диетического белка вызывает эти реакции, остается неясным, но предполагается, что он связан с выработкой дофамина. В частности, скорость синтеза дофамина чувствительна к локальным концентрациям субстрата, в первую очередь аминокислоты тирозина, на которую влияет содержание белка как в одном приеме пищи, так и в рационе в целом [38]. Поскольку тирозин является субстратом, необходимым на стадии, ограничивающей скорость синтеза дофамина [38, 39], потребление высокобелковых блюд, содержащих повышенное количество тирозина, потенциально приводит к увеличению синтеза дофамина. Это было продемонстрировано в исследовании на животных, в котором у крыс, получавших высокобелковую диету, наблюдалось значительное повышение уровня центрального тирозина, что сопровождалось увеличением синтеза дофамина по сравнению с крысами, получавшими низкобелковую диету [40]. В текущем исследовании мы показали, что концентрация HVA повышается после приема пищи с высоким содержанием белка и связана с содержанием белка и тирозина в завтраке. В совокупности эти данные еще раз подтверждают, что диетический белок может быть важным регулятором как физиологического, так и гедонистического потребления пищи.
Еще одним диетическим фактором, который оказывает существенное влияние на оба аспекта регулирования приема пищи, является распространенная практика пропуска завтрака. В пилотном исследовании, проведенном нашей лабораторией, мы показали, что подростки, пропускающие завтрак, проявляют повышенный аппетит и снижают чувство сытости в течение всего утра, что приводит к увеличению потребления энергии; однако добавление завтрака, особенно блюд, содержащих повышенное количество пищевого белка, обратило эти результаты вспять [9]. В последующем пилотном исследовании мы включили функциональную МРТ для выявления нейронных реакций на визуальные пищевые стимулы перед обедом у девочек-подростков с избыточным весом/ожирением, которые пропускают завтрак [41]. Мы обнаружили, что пропуск завтрака приводил к повышенной нейронной активации в областях мозга, контролирующих пищевую мотивацию и пищевое вознаграждение (например, гиппокамп, миндалевидное тело, передняя поясная извилина и парагиппокамп) перед обедом; однако добавление богатого белком завтрака приводило к снижению активности в этих областях. Текущее исследование расширило наши предыдущие результаты ФМРТ, включив в них концентрацию HVA, которая служит еще одним маркером основной пищевой мотивации и вознаграждения. Мы обнаружили, что добавление завтрака приводило к повышению концентрации HVA в течение всего утра, причем после завтрака с высоким содержанием белка наблюдалась тенденция к большему увеличению HVA по сравнению с обычным белковым вариантом. Эти данные, наряду с положительной корреляцией между концентрацией HVA и количеством белка на завтрак, позволяют предположить, что потребление повышенного количества белка в рационе потенциально стимулирует образование, секрецию и/или утилизацию дофамина. Повышенная концентрация HVA в течение всего утра также сопровождалась снижением тяги к еде, что еще больше подтверждало роль дофамина в пищевом вознаграждении.
Хотя центральный дофамин регулирует ряд процессов в организме, которые влияют на когнитивные способности, двигательный контроль, настроение, восприятие боли и сексуальное поведение [42], было также показано, что он опосредует пищевую мотивацию и вознаграждение посредством различных способов обучения и мотивации [43]. См. обзор Meye & Adan [44]. Хотя дофамин обычно выделяется в ответ на употребление продуктов с высоким содержанием жиров, хроническое употребление этих продуктов, особенно у людей с ожирением, приводит к адаптации нервной системы, включая снижение экспрессии дофаминовых рецепторов и секреции дофамина [15]. У грызунов с ожирением, вызванным диетой, этот сниженный дофаминовый ответ приводит к чрезмерному потреблению продуктов с высоким содержанием жиров, что потенциально может восстановить нормальную концентрацию дофамина [45]. Однако, в отличие от пищевых жиров, постоянное потребление продуктов, богатых белком, по-видимому, оказывает более сбалансированное и устойчивое влияние на пищевую отдачу, о чем свидетельствует снижение потребления продуктов с высоким содержанием жиров и сахара, а также вечерних перекусов после длительного (т.е. 7-дневного) потребления продуктов с высоким содержанием белка по сравнению с обычными белковыми завтраками. [10].
У людей психостимулирующие препараты, такие как амфетамины и кокаин, усиливают секрецию дофамина и, как известно, обладают анорексигенным действием [46]. Кроме того, было показано, что введение агонистов дофамина, таких как бромокриптин и метилфенидат, значительно снижает жировые отложения и массу тела у людей с ожирением [47, 48]. Хотя точные механизмы, лежащие в основе этого явления, не были установлены, в этих исследованиях сообщается о снижении ежедневного потребления энергии при приеме этих агонистов. Взятые вместе, эти данные свидетельствуют о том, что дофамин, по-видимому, играет решающую роль в модулировании усиливающей ценности пищи и ее вознаграждения. Кроме того, выработка дофамина притупляется при ожирении из-за хронического употребления очень вкусных продуктов, но может быть восстановлена с помощью фармацевтических препаратов и, возможно, диетических факторов, включая завтрак и повышенное содержание белка в рационе.