Heilkorn - mikilvægur hluti af heilsusamlegu norrænu mataræði. Lífvísar fyrir neyslu heilkornahveitis og -rúgs

Abstract

Inngangur: Faraldsfræðirannsóknir hafa margsinnis sýnt fram á tengsl milli heilkornaneyslu og minni áhættu krónískra sjúkdóma en niðurstöður úr íhlutandi rannsóknum hafa verið misvísandi. Möguleg skýring á mótsagnakenndum niðurstöðum úr íhlutunum er sú að ekki hefur verið til hlutlaus mælikvarði fyrir heilkornaneyslu. Notkun alkýlresorsínóla (AR) sem lífvísa fyrir neyslu á heilkornahveiti og -rúgi lofar góðu en frekari rannsókna er þörf. Meginmarkmið ritgerðarinnar var að auka þekkingu á notkun AR sem lífvísa með því að skoða hvort hægt væri að nota AR í blóðvökva sem lífvísi fyrir heilkornaneyslu í heilsusamlegu norrænu mataræði og með því að meta tengsl milli AR í blóðvökva við sykurefnaskipti og styrk blóðfitu hjá einstaklingum með efnaskiptavillu. Fyrri íhlutanir sem hafa metið heilsufarsleg áhrif heilkornaneyslu, sérstaklega heilkorna rúgs, hafa verið gerðar þar sem neysla á heilu korni er mikil fyrir. Það var því æskilegt að meta fýsileika slíkrar rannsóknar meðal íslenskra karlmanna, sem neyta að jafnaði lítils magns af heilu korni, og nota AR í blóðvökva sem mælikvarða á fylgni.Aðferðir: Doktorsverkefnið er byggt á gögnum frá tveimur öndvegisverkefnum Nordforsk, íhlutunarrannsókn sem er hluti af SYSDIET – Systems biology in controlled dietary interventions and cohort studies og á fýsileikarannsókninni ARI, sem er áframhald af verkefninu HELGA: Nordic Health – Whole Grain Food. SYSDIET íhlutunin var framkvæmd á 6 rannsóknarstofum í fjórum löndum. Þátttakendur voru á aldrinum 30-65 ára, með líkamsþyngdarstuðul 27-40 kg/m2 og tvö önnur einkenni efnaskiptavillu. Þeim var slembiraðað í tvo hópa, hóp sem fylgdi heilsusamlegu norrænu mataræði (ND, N=104) eða hóp sem fylgdi viðmiðunarmataræði (N=96), í 18-24 vikur. Í rannsóknarvikum 0, 12 og 18/24 var AR í blóðvökva mælt (N=158) og næringarefnainntaka metin með fjögurra daga fæðuskráningu. Ákvarðandi þættir fyrir styrk AR í blóðvökva á viku 18/24 voru metnir með línulegri aðhvarfsgreiningu og áreiðanleiki AR mælinga í íhlutuninni var metinn með innanflokks fylgni (ICC). Gögn frá báðum hópunum voru tekin saman og tengsl heildarstyrks AR í blóðvöka og hlutfalls AR raðkvæmana C17:0/C21:0 (sem vísbending um hlutfallslega neyslu heilkorna rúgs af heildar heilkornarúgi og -hveiti) við sykurefnaskipti og blóðfitu í lokaviku íhlutunarrannsóknarinnar voru metin. Í fýsileikarannsókninni ARI voru þátttakendur karlar á aldrinum 42-80 ára með sykursýki af gerð 2. Þeim var slembiraðað í tvo hópa, rúghóp (N=14) eða viðmiðunarhóp (N=9) í 26 vikur. Þátttakendur í rúghópi voru beðnir um að borða 100 g af heilkornarúgi daglega. Ásættanleiki og fylgni við heilkornaneysluna voru metin með spurningalistum, fjögurra daga fæðuskráningu og AR styrk í blóðvökva.Niðurstöður: Í SYSDIET jókst heildarstyrkur AR í blóðvökva úr 73 (88) í 106 (108) nmol/L frá viku 0 til 18/24 (P >0.001). Heildarstyrkur AR var þá marktækt hærri í ND hópi en viðmiðunarhópi (P <0.001) og rannsóknarhópur var ákvarðandi þáttur fyrir heildarstyrk AR í lok rannsóknar (P <0.001). ICC fyrir heildarstyrk AR frá viku 12 til 18/24 var á bilinu 0.44–0.72. Marktækur munur var milli rannsóknarstofa á heildarstyrk AR við upphaf rannsóknar, hæst hjá þáttakendum frá Oulu og Kuopio og lægst hjá þátttakendum frá Reykjavík. Þegar gögn frá bæði ND hópi og viðmiðunarhópi voru sameinuð var AR hlutfallið C17:0/C21:0 neikvætt tengt styrki á fastandi insúlíni (B (95% CI): -0.43 (-0.77 til -0.08)) og jákvætt tengt vísum um insúlínnæmi, Matsuda (0.23 (0.07 til 0.40)) og DI (0.77 (0.11 til 1.43)). Auk þess var AR hlutfallið C17:0/C21:0 neikvætt tengt styrki á LDL kólesteróli (-0.41 (-0.80 til -0.002)), hlutfalli LDL og HDL kólesteróls (-0.20 (-0.37 til -0.03)), ekki-HDL kólesteróli (-0.20 (-0.37 til -0.03)), apólípópróteini B (-0.12 (-0.24 til 0.00)) og þríglýseríðum (-0.35 (-0.59 til -0.12)) og jákvætt tengt HDL-kólesteróli (0.11 (0.00 to 0.21)). Ekki var marktækt samband milli þessarra breyta og heildarstyrks AR í blóðvökva við lok rannsóknar. Tuttugu þátttakendur (87%) kláruðu fýsileikarannsóknina ARA. Neysla á heilkornarúgi og heildarstyrkur AR í blóðvökva jókst marktækt í rúghópi (P=0.003 og 0.004) og meðalneyslan á heilkornarúgi í íhlutuninni var 93 (44) g/dag. Engin breyting varð á rúgneyslu í viðmiðunarhópi. Fjórir þátttakendur fundu fyrir óþægindum í meltingarvegi á fyrstu 13 vikunum og tveir á vikum 13-26.Ályktun: Niðurstöðurnar benda til þess að styrkur AR í blóðvökva geti verið gildur lífvísir í heilsusamlegu norrænu mataræði og að hægt sé að nota AR hlutfallið C17:0/C21:0 sem mælikvarða á hlutfallslega rúgneyslu. Auk þess benda niðurstöðurnar til þess að aukinn hluti heilkornarúgs, mælt með AR hlutfallinu C17:0/C21:0, sé tengt lægra fastandi insúlíni, auknu insúlínnæmi og hagstæðari blóðfitugildum. Þó Íslendingar borði jafnan lítið magn heilkorns bentu lítið brottfall og góð fylgni við mataríhlutunina í fýsileikarannsókninni til þess aðíhlutun af slíku tagi sé möguleg.

Background: Evidence for the health benefits of whole grain consumption are mainly derived from epidemiological studies as findings in intervention studies have been inconsistent. The reason for inconclusive results from intervention studies may relate to lack of objective measures of whole grain intake. Alkylresorcinols (AR) appear to be highly promising biomarkers of whole grain wheat and rye intake but further studies are needed. The main aim of this dissertation was to increase knowledge on the use of plasma AR as dietary biomarkers by assessing whether plasma AR could be used as biomarkers of whole grain intake in the healthy Nordic diet (ND) and to evaluate the association between plasma AR and glucose metabolism and blood lipid concentrations. Most intervention studies evaluating the health effects of whole grain, especially whole grain rye, have been conducted in populations accustomed to high intakes. Therefore, the feasibility of conducting an intervention with high consumption of whole grain rye in a population of Icelandic men, with habitually low whole grain intake, was also evaluated using plasma AR to measure dietary compliance.Methods: The PhD project was based on data from two extensive research projects, an intervention study that was a part of SYSDIET - Systems biology in controlled dietaryinterventions and cohort studies and the feasibility study ARI, conducted as a follow up of HELGA: Nordic Health – Whole grain Food. In the SYSDIET study participants (30–65 years, body mass index 27–40 kg/m2 with two more features of metabolic syndrome) were recruited through six centers in the Nordic countries and randomly assigned to a ND (N=104) or a control diet (N=96) for 18 or 24 weeks. Plasma AR concentrations were analyzed (N=158) and nutrient intake was calculated from 4-day food records at weeks 0, 12 and 18/24. Determinants of AR concentration at 18/24 weeks were assessed using linear regression. Reproducibility of AR measurements between weeks 12 and 18/24 was evaluated using intra-class correlation (ICC). Associations between total plasma AR concentration and AR C17:0/C21:0 homolog ratio, as an indication of the relative whole-grain rye intake, and glucose metabolism and blood lipid measures were investigated in pooled (ND + control group) regression analyses at 18/24 weeks.In the ARI feasibility study participants (males, 42-80 years with type 2 diabetes) were randomized into either a rye group (N=14) or a control group (N=9) for 26 weeks. Participants in the rye group were and asked to consume 100 g/day of whole grain rye. Acceptability and compliance to the whole grain rye intake was assessed with questionnaires, 4-day weighed food record and plasma AR concentrations.Results: Median (IQR) fasting plasma total AR concentration increased from 73(88) to 106(108) nmol/L between week 0 and 18/24 (P<0.001). The AR concentration was higher in the ND group than in the control group at 18/24 weeks (P<0.001) and study group was a determinant for total plasma AR at week 18/24 (P<0.001). The ICCs for total plasma AR between weeks 12 and 18/24 were 0.44–0.72. In a pooled analyses at 18/24 weeks, the AR C17:0/C21:0 ratio with fasting serum insulin concentrations (B(95% CI): -0.43(-0.77 to -0.08)) and the insulin sensitivity indices Matsuda ISI (0.23(0.07 to 0.40)) and disposition index (0.77(0.11 to 1.43)). Additionally, the AR ratio C17:0/C21:0 was associated with LDL cholesterol (-0.41(-0.80 to -0.02)), LDL/HDL cholesterol ratio (-0.20(-0.37 to -0.03)), log non-HDL cholesterol (-0.20(-0.37 to -0.03)), apolipoprotein B (-0.12(-0.24 to 0.00)) triglycerides (-0.35(-0.59 to -0.12)) and HDL cholesterol concentration (0.11(0.00 to 0.21)). Total plasma AR concentration at week 18/24 was neither associated with glucose metabolism outcomes nor blood lipid measurements.Twenty participants (87%) finished the ARI feasibility study. Whole grain rye intake and total plasma AR increased in the rye group (P=0.003 and P=0.004, respectively) but not in the control group. The mean (SD) whole grain rye consumption of the rye group during the intervention was 93(44) g/day. Seven out of 12 participants in the rye group had a mean intake of ≥100 g/day of whole grain rye during the intervention. Four participants in the rye group experienced discomfort in the digestive system in weeks 0-13 weeks and two in weeks 13-26.Conclusion: Total AR concentration may be valid biomarkers for a healthy Nordic diet, in which whole grain wheat and rye are important components, and the AR ratio C17:0/C21:0 may be used as a marker of relative whole grain rye intake. Additionally, the results indicate that increased proportion of whole grain rye is associated with lower fasting insulin, increased insulin sensitivity and favorable blood lipid outcomes. The ARI feasibility study was well received by the population studied, as seen in the low dropout, acceptability and good compliance to the dietary intervention.