Пропионат — союзник в борьбе с перееданием?

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.

Рисунок 1.

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.

Рисунок 2.

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 ИПЭ или 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.

О чем в действительности говорит это исследование?

Исследователи хотели оценить, как повышенный уровень пропионата в ободочной кишке влияет на активность некоторых областей мозга, входящих в систему внутреннего подкрепления и регулирующих пищевое поведение.  Результаты показали, что некоторые, но не все области менее восприимчивы к изображениям высококалорийной еды. Кроме того, участники сочли такую еду менее привлекательной и съели меньше, когда у них была возможность потреблять пасту в неограниченном количестве.

Ученые были уверены, что ИПЭ и инулин достигли ободочной кишки до начала сеанса фМРТ, до того, как испытуемым начали показывать фотографии продуктов, поскольку содержание водорода в выдыхаемом воздухе в это время существенно возросло, что свидетельствует об активной микробной ферментации в кишечнике. Авторы отмечают, что 10 грамм ИПЭ, использованные в этом исследовании, содержали 2.36 грамм пропионата, что в 2.5 раза больше того количества, которое ежедневно оказывается у нас в кишечнике при обычной западной диете с низким содержанием волокон. Но, хотя данное исследование позволяет предположить, что повышенный уровень пропионата в ободочной кишке влияет на работу системы внутреннего подкрепления, оно не говорит нам, как это происходит.

Ученые не обнаружили межгрупповых различий в содержании КЦЖК в крови, как всех вместе, так и ацетата, бутирата или пропионата по отдельности. Фактически, уровень пропионата после приема ИПЭ не вырос. Однако такой результат мог быть вызван небольшим размером выборки (18 человек), а исследователи предварительно не подсчитывали, сколько участников необходимо, чтобы можно было заметить произошедшие изменения.  Кроме того, около 90% пропионата из кишечника поступает в печень, поэтому в кровь попадает лишь очень небольшое его количество. Тем не менее, концентрация пропионата в циркулирующей крови возросла в обеих группах на 13 —15% (результат не достоверен), а это позволяет предположить, что межгрупповые различия в мозговой активности нельзя объяснить прямым действием на мозг. По крайней мере, малый размер выборки не позволяет нам это действие обнаружить.

Содержание глюкозы и инсулина в крови у членов обеих групп также сходно, следовательно, пропионат не влияет на чувствительность к инсулину или метаболическую реакцию на прием пищи таким образом, который позволил бы, в свою очередь, послать мозгу сигнал сытости. Кроме того, уровни двух важных гормонов сытости, ГПП-1 и пептида YY, были примерно равны в обеих группах. Существуют и другие важные гормоны желудочно-кишечного тракта, влияющие на снижение аппетита, которые в данной работе не исследовали: ССК (холецистокиниин), оксинтомодулин и амилин. Возможно, возросшее содержание пропионата в ободочной кишке влияет на активность мозга косвенным образом, повышая секрецию этих гормонов.

Исследование было слепым и рандомизированным, что обеспечивают высокую надежность результатов. Однако выборка была небольшая, включающая только мужчин с избыточным весом, преимущественно европейцев, что не позволяет делать обобщения. Для этого необходимы дальнейшие исследования с участием представителей других этнических групп, женщин, а также людей, страдающих ожирением.

Использование фМРТ имеет и достоинства, и недостатки. Процедура позволяет неизвазивным способом измерить активность мозга. Однако программное обеспечение для фМРТ использует статистические данные о работе мозга, на основании которых создает изображения высокой четкости и определяет изменения мозговой активности. Недавнее исследование [4] показало, что обычные программы для фМРТ, в том числе и те, которые использовала команда Гэри Фроста, могут приводить к ложноположительным результатам чуть ли не в 70% случаев. Таким образом, хотя дизайн эксперимента  хорош, полученные данные, возможно, неточны.

Однако тот факт, что высококалорийные продукты значительно менее привлекательны, а потребление пищи существенно ниже, показывают, что, независимо от активности мозга, ИПЭ действительно влияет на восприятие и потребление пищи. Для обоснования этого вывода необходимы дальнейшие исследования, возможно доз-зависимые, и с привлечением более широкого круга участников.

Повышенная концентрация пропионата в ободочной кишке связана с изменением активности мозга, снижением привлекательности высококалорийных продуктов и пониженным потреблением пищи. Однако эту связь нельзя объяснить изменением в концентрации циркулирующих КЦЖК или гормонов желудочно-кишечного тракта. Чтобы понять, каким образом повышенное содержание пропионата в ободочной кишке приводит к описанным результатам, необходимы дальнейшие исследования.

Большая картинка

Современная пищевая среда богата относительно недорогими, чрезвычайно вкусными и богатыми энергией продуктами, потреблению которых способствует реклама. Хотя роль среды в наборе веса и развитии ожирения окончательно не исследована, скопилось достаточно фактов, побудивших нескольких австралийских исследователей потребовать изменений в политике по отношению к предприятиям пищевой промышленности [5]. Как выразился автор одного обзора, искушаемый мозг ест, и чрезмерное потребление калорий вызвано тем, что еде придают гедонистические формы.

Как уже говорилось, за получение наслаждения от еды и внутреннее подкрепление ответственны определенные районы мозга. За два последних десятилетия ученые получили данные о том, как изменения в этих областях могут привести к ожирению или набору веса. Исследования, подобные работе профессора Фроста с коллегами, представляют собой следующую, очень важную ступень на пути профилактики и лечения ожирения.  То есть, если ученым известно, что система внутреннего подкрепления участвует в переедании, как восстановить ее нормальную работу? Можно ли остановить это гедоническое обжорство?

Рисунок 3.

Обращение за ответом к КЦЖК вполне обосновано. Есть уже много данных о том, что КЦЖК играют заметную роль в регуляции метаболизма, воспаления и развитии разных заболеваний. Как показано не рисунке 3, экспериментальные данные, полученные на людях, животных и клеточных культурах, свидетельствуют о том, что КЦЖК непосредственно влияют на жировую и мышечную ткани, печень и мозг таким образом, чтобы снизить накопление жира и воспаление, усиливая чувствительность к инсулину и ощущение сытости.

Описанное исследование впервые показало, что одна из короткоцепочечных жирных кислот, пропионовая, модулирует внутреннее подкрепление таким образом, что снижает потребление калорий. КЦЖК могут стать нашими союзниками в борьбе с искушениями современной пищевой среды.

Современная пищевая среда провоцирует переедание. В дополнение к известным оздоровляющим эффектам, КЦЖК, оказывается, позволяют сократить потребление пищи.

Частые вопросы

Может ли высоковолокнистая диета заменить прием ИПЭ?

Возможно, хотя для уверенного ответа на этот вопрос нужны дальнейшие исследования. Например, большинство взрослых американцев, задавая подобный вопрос, не получают четких рекомендаций.  Гэри Фрост и его команда отмечают, что принятие 10 грамм ИПЭ вызывает 2.5-кратное увеличение продукции пропионата. Если средний американец потребляет ежедневно 16 грамм пищевых волокон в день, стоит ли ему увеличивать дозу до 40 грамм? Не приведет ли такая диета к неприятным последствиям вроде газообразования и вздутия живота? Эти вопросы еще ждут исследователей.

Что следует знать?

Повышенная концентрация пропионата, короткоцепочечной жирной кислоты, в ободочной кишке связана с ослаблением активности мозга при разглядывании высококалорийных продуктов, снижением субъективной привлекательности такой еды и уменьшенным потреблением калорий. Это исследование, прежде всего, доказывает способность  КЦЖК модулировать активность мозга, связанную с внутренним подкреплением при потреблении пищи, и свидетельствует, что эти молекулы могут стать суперсолдатами в битве против набора веса и ожирения.

Оригинал:  http://examine.com/nutrition/propionate-ally-against-overeating/