Korte keten vetzuur productie en hun effecten op glucosebalans en factoren van overgewicht na koolhydraatinname (inuline)

De darm microbiota spelen een belangrijke rol in metabole ziekten. Een van de
grootste rollen van de darm microbiota is het fermenteren van onverteerd
voedsel, zoals onverteerde koolhydraten, in korte keten vetzuren. De meest
voorkomende korte keten vetzuren zijn acetaat, propionaat en butyraat. Zowel
uit dierproeven als uit humane studies is bekend dat korte keten vetzuren
positieve effecten hebben op lichaamsgewicht en insulinesensitiviteit.
Onderliggende mechanismen hoe korte keten vetzuren het metabolisme kunnen
beinvloeden zijn echter nog niet bekend.

Een voorbeeld van een onverteerbaar koolhydraat is het prebioticum inuline,
welke van nature voorkomt in chicorei-bevattende producten zoals andijvie en
radijs. Prebiotica worden niet verteerd maar worden door bacterien in de darm
gefermenteerd. Uit in vitro modellen blijkt dat inuline gefermenteerd wordt tot
korte keten vetzuren in een ratio van 65:20:15 (acetaat:propionaat:butyraat).
De meeste fermentatie van inuline vindt plaats in het proximale colon, en uit
eigen onderzoek blijkt dat het proximale deel van het colon een positieve
bijdrage kan leveren aan humaan substraat- en energiemetabolisme. Dit blijkt
uit een significante verlaging van plasma glucose en insuline 60 minuten na
acetaat toediening in het proximale colon (METC 11-3-079).

De rol van inuline bij humaan metabolisme wordt door verschillende studies
onderzocht. De meeste studies onderzoeken het chronisch effect van 9-14 gram
inuline supplementatie voor 4 tot 8 weken. Een significante verlaging van
triglyceriden werd in verschillende humane studies aangetoond. Ook verlaging
van insuline, nuchter glucose, LDL-C en totaal cholesterol werd gevonden, net
als een significante verlaging van lichaamsgewicht, BMI en energie-inname en
toaal vet. Een studie in beagle honden vond een verhoogd energieverbruik na een
inuline-dieet van 21 dagen. In mensen zijn er geen directe metingen van
energieverbruik na inuline inname uitgevoerd. Inuline kan ook bifidobacteriën
in de faeces laten toenemen, welke een belangrijke rol spelen voor humane
gezondheid door hun mogelijkheid om butyraat te produceren.

Acute effecten (<8 uur) van 24 gram inuline inname omvatten het verhogen van
plasma GLP-1 en verlagen van plasma ghreline in gezonde vrijwilligers. Ook
serum acetaat, propionaat en butyraat waren significant verhoogd 4-6 uur na
inuline inname, met een acetaat piek na 4.5u, een propionaat piek na 5u en een
butyraat piek na 5.5u. Een vergelijkende studie tussen gezonde en
hyperinsulinemische vrijwilligers vond lager nuchter en post-prandiaal plasma
korte keten vetzuur concentraties in gezonde vrijwilligers, al werd er geen
verschil in korte keten vetzuur formatie na inuline inname gevonden tussen de
twee groepen. Ook werd er geen significante verhoging van plasma korte keten
vetzuren gevonden 4 uur na inuline inname. Een langere studieperiode van 6-8
uur is nodig om deze productie te meten in het plasma.

In deze studie hypothetiseren we dat inuline wordt gefermenteerd tot
verschillende korte keten vetzuren, welke worden opgenomen door het colon, het
bloed bereiken en daardoor verschillende positieve signalerings en/of directe
metabole effecten bewerkstelligen.

Gebaseerd op onze hypothese dat oraal ingenomen inuline gefermenteerd wordt
naar korte keten vetzuren en dat deze korte keten vetzuren positieve metabole
effecten kunnen bewerkstelligen, is ons primaire doel van het onderzoek: De
humane metabole effecten van korte keten vetzuren geproduceerd uit inuline
onderzoeken.

Dit is een dubbelblind gerandomiseerde placebo-gecontroleerde studie.
Na een eerste screening, komen de vrijwilligers voor drie testdagen naar de
universiteit. Elke testdag krijgen ze een hoog-vet milkshake om te nuttigen,
waarna de metingen zullen plaatsvinden. In de milkshake worden de verschillende
testproducten opgelost (inuline of maltodextrine: zie interventie). Metingen
die plaatsvinden tijdens een testdag zijn analyse van uitademingslucht via een
ventilated hood, bloedafnames en andere analyses van uitademingslucht via
exetainers. Tijdens twee van de drie testdagen worden ook vetbiopten en
spierbiopten afgenomen, eenmaal in de ochtend voor de inname van de milkshake,
en eenmaal aan het eind van een testdag. Dit komt neer op een totaal van vier
vetbiopten en vier spierbiopten.

In totaal vinden er drie testdagen plaats, met een wash-out periode van een week ertussen. De interventies worden telkens opgelost in een hoog-vet milkshake. De drie interventies bestaan uit: 1. 13C gelabeld inuline (500mg) + 23,5gram inuline 2. 24 gram inuline (als achtergrond voor 13C inuline metingen in het plasma) 3. 24 gram maltodextrine (placebo)

Alle proefpersonen worden gescreend voorafgaand aan deelname aan het onderzoek
en ontvangen hierdoor informatie over hun gezondheid. Voor de toekomst kan het
onderzoek wel nuttige gegevens opleveren. Het algemene belang van deze studie
is dat er nog nooit humane interventiestudies zijn gedaan met het 13C gelabelde
inuline, gecombineerd met een orale inuline toediening. Dit is de eerste studie
waar 13C incorporatie in veneus plasma wordt gemeten en wordt gelinkt aan
metabole respons na een orale inuline toediening.

Proefpersonen kunnen de tijd die ze in het onderzoek investeren als een
belasting ervaren. De proefpersonen komen in de studie ongeveer 26 uur naar de
universiteit, verdeeld over drie testdagen, met voorafgaand een
screeningsbezoek van 1 uur. Gedurende alle bezoeken zal bloed worden afgenomen
via een infuus. Bloedafnames kunnen een lokaal hematoom veroorzaken. Enkele
deelnemers rapporteren pijn van een bloedafname. De deelnemers moeten een
strikt dieet volgen en mogen niet teveel sporten voorafgaand aan de testdagen.
Ook kan het opvangen van faeces als vervelend worden ervaren door de
proefpersonen, omdat ze dit zelf moeten doen en verwerken.
Net als een infuus, kan het afnemen van een vetbiopt ook een lokaal hematoom
veroorzaken. Sommige deelnemers rapporteren pijn die wordt omschreven als
spierpijn na afname van het spierbiopt. Vaak voelt de spier een aantal dagen
stijf na het spierbiopt. Om het risico op een hematoom te verminderen, wordt de
plaats van biopsie 5 minuten lang afgedrukt. De plaats van incisie zal een
klein litteken vertonen (3mm na een vetbiopt en 8mm na een spierbiopt). Om een
goede wondgenezing te bevorderen, wordt de incisie dichtgemaakt met steriele
steristrips en een waterdichte pleister. De plaats van het spierbiopt wordt
hierna ook nog dichtgedrukt door middel van een drukverband.
Tijdens de metingen met de ventilated hood (indirecte calorimetrie), moeten de
vrijwilligers stil op het bed blijven liggen. Dit kan als vervelend en
vermoeiend worden ervaren. Om de invasiviteit van de testdag te verminderen
wordt de kap van de ventilated hood in blokken van 25-50 minuten op het hoofd
gezet, waarna hij weer voor een aantal minuten af mag. Tussen de blokken door
moet de proefpersoon echter wel op het bed blijven liggen. Andere metingen
zoals het nemen van de losse uitademingslucht en het invullen van een VAS-score
is niet oncomfortabel.

Er zijn enkele bijwerkingen die worden gerapporteerd na chronische inuline
inname. De gerapporteerde bijwerkingen waren buikkrampen en flatulentie, al
vonden deze plaats na dagelijkse inuline inname voor 2 maanden lang. In
geobstipeerde patienten zorgden doseringen tot 40 gram niet voor misselijkheid
of hoofdpijn. De hoeveelheid darmbewegingen waren echter verhoogd, en vier van
de 25 patienten had last van milde buikpijn na de hoge dosis van 40 gram voor
zeven dagen. Bij de dosis van 20 gram werden geen enkele bijwerkingen gemeld.
In twee studies naar acute effecten van eenmaal 24 gram inuline inname werden
geen bijwerkingen gerapporteerd. Het gebruik van 13C gelabeld inuline wordt
niet als nadelig beschouwd. Inuline is een natuurlijk product en 1-2% van de
C-atomen in van nature voorkomende inuline zijn 13C atomen. Deze 13C-atomen
zijn stabiel en degraderen niet tot schadelijke producten. Het afdelingen
Algemene Heelkunde en Humane Biologie hebben beiden ervaring met het gebruik
van stabiele isotopen, zelfs binnen hetzelfde TIFN project (METC-113-072).