Glycemic and Inflammatory Responses in Subjects Healthy or with IFG

Abstract

The aim of this study was to evaluate the effects of a single administration of specially formulated foods differing in Carbohydrate and fat composition on postprandial glucose response, insulin profile and biomarkers of inflammation and oxidative stress in healthy or impaired fasting glucose(IFG) subjects. This study was designed to a double-blind, crossover trial. The study protocol was approved by the Institutional Review Board (IRB) of Seoul St. Mary’s hospital. Catholic University, Korea. The IFG subjects took 2 liquid test formulas (NDM/e, NDM/n) in a crossover design, on 2 days, with washout periods over 3 day between each formula. The contents of study formulas contents are as follows : NDM/e (CHO 45.2g, fat 14g, protein 20g, dietary fiber 4.8g) and NDM/n (CHO 38.8g, fat 16g, protein 20g, dietary fiber 12.2g). The study was designed to NDM/e and NDM/n according their serving size. Blood glucose and insulin responses were compared with healthy subjects in previous study (29). Venous serum glucose and insulin level was measured and incremental area under the curve (IAUC), peak height and peak time were calculated. Postprandial changes of plasma triglycerides were measured. To evaluate the postprandial responses of inflammation and oxidative stress, p-IκB/IκBα ratio expression in mononuclear cells, plasma free fatty acids, sICAM-1, TNF-α, IL-6 level were measured. The IAUC of NDM/e and NDM/n were no significant differences, but IAUC of NDM/n was slightly lower than IAUC of NDM/e in healthy and IFG subjects. The peak height of glucose concentration in NDM/n was also the lowest and there was no significant difference between NDM/e and NDM/n. The IAUC of insulin was not significantly different among test formulas. The net changes at 180 minute of plasma TG concentration were most high in NDM/n. Postprandial level of plasma free fatty acids decreased after consuming each test formula in all subjects. On the other hand, the reduction of NDM/n was significant lower than the NDM/e in healthy subjects. The net change of sICAM-1 was significantly increased after consuming NDM/n at 30, 60 and 120 minutes in healthy and IFG subjects. The net changes of postprandial TNF-α were not constant but decreased rapidly in NDM/n at 180 minute in healthy subjects. In IFG subjects, the net change of TNF-α was significantly decreased after consuming NDM/n at 30 minute. Incremental IL-6 % change between two groups (healthy, IFG) were similar. There were significant differences among NDM/e and NDM/n at 120 minute of incremental IL-6 % change in healthy subjects. Net % change of p-IκB/IκBα ratio at 60 minute after test formula administrations was most high when having NDM/e and low having NDM/n in IFG. Also, there were significant difference among NDM/e and NDM/n at 60 minute in IFG. In conclusion, this study demonstrates that postprandial glucose is influenced by dietary carbohydrate-rich meals or fiber-rich with high fat meals. Single administration of modified product, NDM/n in healthy and IFG individuals decreased postprandial glucose concentrations. These findings suggest that modification of carbohydrate sources and dietary fiber contents can moderate postprandial glucose responses. In addition, plasma level of inflammatory responses changes occured within 60 minute of the liquid formula consumption but reduced within 180 minute. Therefore, it didn’t influence the plasma level of inflammatory responses.;본 연구는 탄수화물과 지방의 함량이 다른 식품이 정상혈당 또는 공복장애혈당을 가진 피험자의 식후 혈당 및 인슐린, 염증 수준에 미치는 영향을 비교하기 위해 수행되었다. 본 연구는 이중맹검, 교차시험으로 서울성모병원과 공동으로 진행되었으며, 모든 과정은 서울성모병원 IRB에 따라 진행되었다. 정상인 피험자의 혈당과 인슐린의 결과는 같은 실험디자인으로 진행된 선 연구를 참고하여 공복혈당장애인과 비교하였다. 공복혈당장애를 가진 피험자는 서울 성모병원의 외래환자를 대상으로 모집되었다. 연구 참여 기준에 의해 적합하다고 판정된 피험자는 적어도 3일 이상의 간격으로 총 2번의 방문을 통해, 시험물질의 투여 후 3시간 동안 연구에 참여하였다. 공복혈당장애인들은 NDM/e, NDM/n를 각각 1회 분량에 해당하는 400mL의 투여량을 조정하여 시험물질의 투여가 식후 혈당 및 인슐린, 염증 지표 수준에 미치는 영향을 알아보았다. 실험에서는 정맥혈을 채취하여 혈당 및 인슐린, TG를 측정하였다. 시간대별 포도당과 인슐린 농도를 통해 농도곡선하면적 (IAUC), 최고 혈당 및 최고 시간을 계산하였다. 식후 염증 및 산화 스트레스 수준의 평가를 위해 정맥혈 단핵세포 내의 p-IκB/IκBα ratio 를 측정하였으며, 혈중 유리지방산 및 sICAM-1, TNF-α, IL-6 농도를 측정하였다. 정상인과 공복혈당장애인 두 그룹 모두 식후 혈당 반응의 IAUC와 식후 최고 혈당은 NDM/n 투여 후가 가장 낮았으나 NDM/e 사이에 통계적으로 유의적인 차이는 없었다. 또한, 인슐린 반응 곡선의 IAUC에도 시험 물질간 유의적인 차이가 없었다. 시험 물질 투여 후 혈중 TG 농도는 NDM/n 투여 후 가장 높았다. 두 그룹 모두 혈중 유리지방산 농도는 각각의 시험 물질 투여 후 감소하였다. 정상인 군에서 NDM/n의 감소는 NDM/e 물질 보다 유의적으로 낮았다. NDM/n 투여 후 sICAM-1의 식후 변화량은 두 그룹 모두 30분과 60분에 유의적으로 높았다. TNF-α의 농도 변화는 정상인 그룹에서 NDM/n 투여 후 180분에서 빠르게 감소하는 것을 볼 수 있었고 공복혈당장애 그룹에서는 30분에서 유의적으로 NDM/e 투여 후 보다 감소하였음을 볼 수 있었다. 혈중 IL-6의 변화량은 두 그룹모두 비슷한 경향을 나타내고 있으며, NDM/n 투여 후 정상인 그룹에서는 120, 180분에서, 공복 혈당 장애인 그룹에서는 60분에서 유의적으로 낮았다. . 세포 내에서의 p-IκB/IκBα ratio 변화량은 공복혈당장애 그룹에서 60분에 NDM/n 투여 후 유의적으로 낮게 분비되었음을 볼 수 있었다. 결론적으로 탄수화물이 풍부하게 함유되어 있는 NDM/e와 식이섬유소와 지방의 함량이 풍부하게 들어있는 NDM/n의 식후 혈당 수준을 비교하였을 때 다소 개선시켰으나 유의적인 개선효과는 없는 것으로 나타났다. 그러나 본 연구를 통해서 탄수화물 급원 및 식이 섬유 함량의 조절은 식후 혈당 반응을 개선시킬 수 있음을 확인 할 수 있었다. 한편 혈장 수준의 염증 반응에는 유의적인 영향을 주지 않는 것으로 나타났다.