Пропионат — союзник в борьбе с перееданием?

Автор:

07.09.2016

На сайте Examine.com появилась статья, рассказывающая о работе британских ученых под руководством профессора Имперского колледжа Лондона (ImperialCollegeLondon) Гэри Фроста (Gary S Frost). Исследование посвящено влиянию метаболитов кишечной микрофлоры, в частности, жирным кислотам с короткой цепью, на пищевое поведение людей.

Обновлено 07.09.2016 15:09

Пищевая промышленность старается сделать свою продукцию максимально соблазнительной для потребителя. Регулярное потребление «супер-привлекательных» продуктов порой изменяет мозговые биохимические процессы подобно наркотикам. Люди в буквальном смысле приобретают зависимость от этих вкусностей, и у них может возникнуть синдром отмены, если привычные лакомства вдруг станут недоступны.

Наши пищевые предпочтения определяет система внутреннего подкрепления, или система вознаграждения, в которую входят несколько областей мозга (рис. 1), контролирующих эмоции, побуждения и принятие решений: гипоталамус, прилежащее ядро, миндалевидное тело, островок, хвостатое ядро и орбитофронтальная кора (ОФК). Эти области возбуждаются под действием гормонов, вырабатываемых в желудке, тонком кишечнике, поджелудочной железе и ободочной кишке, а также реагируют на вид и запах еды.

Так, при потреблении пищи, особенно углеводов и жиров, клетки подвздошной кишки (концевой части тонкой кишки) и ободочной кишки секретируют глюкагонподобный пептид-1 (ГПП-1) и пептид YY. Введение ГПП-1 сокращает потребление энергии как у худых, так и у людей с избыточным весом, этот эффект, по крайней мере частично, объясняют влиянием ГПП-1 на гипоталамус и хвостатое ядро. Введение пептида YY также снижает потребление пищи и ослабляет чувство голода у людей любой комплекции.

Наряду со значительным количеством исследований, посвященных влиянию гормонов желудочно-кишечного тракта на области мозга, регулирующие аппетит, появляются данные о том, что человеческий организм синтезирует не все вещества, модулирующие работу мозга. На чувство сытости в значительной степени влияют метаболиты кишечной микрофлоры. Как показали исследования на крысах [1], устойчивый крахмал (крахмал, который расщепляют не кишечные ферменты, а ферменты бактерий) влияет на аппетит, регулируя генную экспрессию и действуя на мозг. Сходные результаты получили для волокон бета-глюкана и инулина.

Когда кишечные бактерии ферментируют эти волокна, в качестве побочного продукта образуются жирные кислоты с короткой цепью (короткоцепочечные жирные кислоты, КЦЖК): ацетат, пропионат и бутират. Предварительные исследования, проведенные на животных, показали, что ацетат, циркулирующий в крови, проходит через гематоэнцефалический барьер и непосредственно взаимодействует с центром, регулирующим аппетит. Кроме того, КЦЖК стимулируют выделение гормонов желудочно-кишечного тракта, а они, влияя на мозг, вызывают чувство сытости.

Недавно специалисты нескольких британских университетов под руководством Гэри Фроста установили, что пропионат, введенный непосредственно в ободочную кишку человека, усиливает секрецию пептида YY и ГПП-1, при этом люди, имея свободный доступ к буфетной стойке, съедают меньше [2]. За 24 недели участники исследования значительно сбросили вес. Пропионат вводили в составе инулино-пропионового эфира (ИПЭ). Эфирную связь, соединяющую пропионат с инулином, в организме могут расщепить только бактерии кишечника, и когда это происходит, освобожденный пропионат оказывается непосредственно в ободочной кишке.

Исследование, о котором пойдет речь далее, продолжает эту работу [3]. Ученых интересовало, как резкое увеличение концентрации пропионата в ободочной кишке повлияет на потребление пищи и активность областей мозга, ответственных за внутреннее подкрепление и питание.

Сытость и желание полакомиться — результат сложного взаимодействия множества гормонов желудочно-кишечного тракта, метаболитов кишечной микробиоты и мозга. Предыдущее исследование показало, что повышенная концентрация короткоцепочечной жирной пропионовой кислоты в ободочной кишке человека снижает вес и аппетит. В данной работе ученые выяснят, как увеличение количества пропионата влияет на потребление энергии, то есть количество съеденного, и активность мозга.

Кто и что исследовал?

В этом рандомизированном, слепом, перекрестном исследовании с плацебо- контролем приняло участи 20 здоровых мужчин средних лет, большинство из них (90%) — белые европейцы со средним индексом массы тела (ИМТ) около 25, то есть с избыточным весом. Среднее содержание жира в теле составляло 20,6%.

Каждого участника обследовали дважды с интервалом не менее шести дней. При каждом визите их взвешивали и с помощью импедансометрии определяли состав тела. Во время исследования у испытуемых каждые 30 минут определяли содержание в крови глюкозы, инсулина, ГПП-1, пептида YYи КЦЖК, измеряли содержание водорода в выдыхаемом воздухе для анализа ферментативной активности микробиома ободочной кишки, а также зрительно по аналоговой шкале оценивали настроение и аппетит.

График исследования показан на рисунке 2. В точке 0 участникам предложили молочно-шоколадный коктейль и сухое печеньице, содержащее 10 грамм ИПЭ или 10 грамм чистого инулина в качестве контроля. Спустя 180 минут испытуемые съели сэндвич с сыром и еще одно печенье. На 300-й минуте им устроили часовой сеанс функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). При этом ученые ориентировались на результаты исследования [2], согласно которым ИПЭ достигает ободочной кишки спустя 240 минут. И, наконец, на 390-й минуте, спустя полчаса после фМРТ, участники получили пасту, запеченную с помидорами и моцареллой, которую могли есть без ограничения, Во время сеанса фМРТ участники сначала для тренировки рассматривали на мониторе фотографии животных, затем 10 минут отдыхали, потом им показывали фотографии блюд, использованных в исследовании, другой высококалорийной и низкокалорийной еды, а также предметы домашнего обихода, не имеющие отношения к еде, и размытые изображения всех этих продуктов и предметов. Испытуемых при этом просили оценить привлекательность каждой картинки по шкале Лайкерта от одного до пяти. Затем испытуемые выполняли специальное слухо-двигательно-зрительное задание (СДЗ), позволяющее исключить возможные изменения мозговой активности, произошедшие между исследованиями. Задание заключалось в том, чтобы слушать историю и при этом раз в секунду постукивать указательным пальцем правой руки или наблюдать за изображением шахматной доски, мигающим с частотой 4 Гц.

Двадцать здоровых мужчин дважды посещали лабораторию, где во время стандартизованной трапезы съедали 10 грамм ИПЭили инулина (контроль). Затем они получали стандартный ленч, за которым следовал сеанс фМРТ для измерения активности мозга. И, наконец, испытуемым давали пасту, чтобы определить потребление пищи. В течение всего исследования у испытуемых брали пробы крови и определяли аппетит.

Что обнаружили?

В обеих группах концентрация водорода в выдыхаемом воздухе значительно возрастала по сравнению с базовым уровнем, начиная с 210-й минуты и до конца исследования, указывая на то, что ИПЭ и инулин достигли ободочной кишки, где микроорганизмы благополучно их утилизировали. Однако в контрольной, «инулиновой» группе содержание водорода существенно выше, возможно, из-за того, что ее участники проглотили больше инулина: 10 грамм ИПЭ содержат только 7.3 грамма инулина.

Со слухо-двигательно-зрительной задачей обе группы справились одинаково. Во время разглядывания и оценки картинок двух участников из 20 исключили, поскольку они оставили без оценки более 90% изображений. У оставшихся испытуемых обнаружили небольшую разницу в активности мозга, но статистически значимой она была только в хвостатом и прилежащем ядрах. Кроме того, у членов группы ИПЭ активность в хвостатом ядре заметно снижалась при разглядывании картинок с высококалорийными, но не низкокалорийными продуктами.

Рейтинг высококалорийных продуктов в этой группе также был существенно ниже, чем в контрольной. Кроме того, испытуемые из группы ИПЭ медленнее реагировали на любые «продовольственные» картинки.

После финальной трапезы из анализа исключили данные пяти человек, которые съели всё, по крайней мере при одном испытании. Среди оставшихся 15 человек члены группы ИПЭ потребили меньше калорий, чем члены контрольной группы (711 и 810, соответственно). Содержание глюкозы, инсулина, ГПП-1, пептида YY или КЦЖК в крови были одинаковы в обеих группах, При этом концентрация бутирата в плазме крови значительно возрастала на 240-й минуте, концентрация ацетата и пропионата не изменялась.

Исследователи не обнаружили значимой корреляции между количеством потребленных калорий, аппетитом, оценкой изображений высококалорийной еды и активностью хвостатого и прилежащего ядер. Однако повышенный аппетит коррелирует с бóльшим потреблением калорий во время финальной трапезы.

При рассматривании изображений высококалорийных продуктов активность в хвостатом ядре у членов группы ИПЭ была существенно ниже, чем в контрольной группе, а активность в прилежащем ядре — чрезвычайно низкая. Испытуемые из группы ИПЭ сочли высококалорийные продукты значительно менее привлекательными и потребили гораздо меньше калорий. Однако ученые не обнаружили межгрупповых различий в содержании глюкозы, инсулина ГПП-1, пептида YY или КЦЖК в крови.