The Effect of Nutrient Preload on Glucose Tolerance, Appetite, and Food Intake

Abstract

당뇨병과 비만은 대표적인 비감염성 질환으로 전세계적으로 이로 인한 질병부담이 크게 증가하고 있어 이에 대한 효과적인 예방과 치료가 필요하다. 영양요법은 당뇨병과 비만 관리에서 가장 중요한 부분으로 적절하게 수행될 경우 당뇨병과 비만의 발생 위험을 낮추고 치료 효과를 높여 질병의 예후를 개선할 수 있다. 당뇨병과 비만 환자의 식사요법은 기본적으로 적절한 양의 질 좋은 식사를 섭취하는 것이다. 하지만 최근 음식의 양이나 질에 더해 음식을 섭취하는 시기나 순서가 식사요법에 중요하다는 연구 결과들이 보고되고 있다. 이를 이용한 영양요법은 기존의 식습관을 크게 바꾸지 않으면서 혈당과 체중 조절에 이로운 효과를 기대할 수 있어 향후 효과적인 치료 전략이 될 수 있다. 식전 부하란 식사 전 정해진 시간에 소량의 음식이나 영양소를 섭취하는 것을 말한다. 식전 부하의 대사적인 효과는 주로 우유 단백의 일종인 유청 단백에서 보고되었는데 당뇨병 환자를 포함한 다양한 대상군에서 식후 혈당을 낮추고 음식 섭취량을 감소시켰다. 하지만 이 방법이 임상적으로 유의한 효과를 보이기 위해서는 하루 50 g 정도의 단백 섭취가 필요하였다. 이는 약 200 kcal에 해당하는 양으로써 장기간 섭취할 경우 열량 과잉으로 인해 체중 증가 등의 문제가 발생할 수 있다. 이에 본 연구에서는 이러한 단점을 개선하고 식전 부하의 대사 효과는 유지하기 위해 단백질을 10.7 g으로 감량하는 대신 12.7 g의 식이섬유를 첨가한 강화시리얼바를 개발하여 제2형 당뇨병 환자와 정상인에서 식후 혈당, 식욕 및 음식 섭취에 대한 효과를 평가하였다. 강화시리얼바의 식후 혈당 개선 효과는 제2형 당뇨병 환자와 정상 내당능인 사람 각각 15명(총 30명)을 대상으로 평가하였다. 연구는 무작위 배정 개방 교차연구로 진행되었다. 피험자들은 배정 순서에 따라 30분 전에 강화시리얼바를 섭취한 뒤 시험식을 섭취하거나 시험식을 섭취한 뒤 강화시리얼바를 섭취하도록 하였으며, 혼합식 부하검사를 통해 혈당, 인슐린 및 위장관호르몬의 변화를 측정하였다. 연구 결과 강화시리얼바를 식전에 투여하면 강화시리얼바를 식후에 투여한 경우 비해 제2형 당뇨병 환자(14,723 ± 1,310 mg·min/dL vs. 19,642 ± 1,367 mg·min/dL, P = 0.0002)와 정상 내당능인 사람 (3,943 ± 416 mg·min/dL vs. 4,827 ± 520 mg·min/dL, P = 0.0296) 모두 식후 혈당이 유의하게 감소하였다. 제2형 당뇨병 환자의 경우 식후 혈당 감소와 함께 초기 인슐린 분비와 식후 glucagon-like peptide-1 분비가 유의하게 증가하였다. 강화시리얼바의 식욕 및 음식 섭취량에 대한 효과는 건강 자원자를 대상으로 평가하였다. 연구는 무작위 배정 개방 교차연구로 진행되었으며 총 20명이 연구에 참여하였다. 피험자들은 배정 순서에 따라 식전 부하로 강화시리얼바, 일반 시리얼바 또는 물 중 하나를 섭취한 뒤 15분 후 2시간 동안 시험식을 제한 없이 섭취하도록 하였으며, 식욕, 충만감과 함께 혈당, 인슐린 및 위장관호르몬의 변화를 측정하였다. 연구 결과 강화시리얼바의 식전 섭취는 물을 섭취한 경우에 비해 총 열량 섭취를 유의하게 감소시켰다(904.4 ± 534.9 kcal vs. 1,075.0 ± 508.0 kcal, P = 0.016). 또한 강화시얼바는 일반 시리얼바나 물을 섭취한 경우 비해 충만감을 유의하게 증가시켰으며 식후 혈당을 낮추고 glucagon-like peptide-1 분비를 증가시켰다. 두 연구 모두 위장관불편감을 포함해 강화시리얼바 섭취와 관련된 이상 반응은 발생하지 않았다. 결론적으로 강화시리얼바는 제2형 당뇨병 환자와 정상 내당능인 사람에서 위장관호르몬의 변화와 함께 식후 혈당, 식욕 및 음식 섭취를 감소시킴으로써 혈당과 열량 섭취 조절에 이로운 효과를 보여주었다.

The unprecedented global epidemic of diabetes mellitus and obesity necessitates more effective prevention and treatment to halt the growing burden of diseases. Nutrition therapy is an essential component of the management of these noncommunicable diseases. Recently, besides meal size and composition, meal timing and the order of eating food have been identified as major determinants of postprandial glycemia and food intake. Thus, the nutritional strategies, such as nutrient preload and manipulation of food order, could be a feasible option for the management of diabetes mellitus and obesity. Nutrient preload, which refers to the intake of a small amount of food before a meal, using whey protein has reduced postprandial hyperglycemia and food intake in individuals with varying degrees of glucose intolerance. In previous studies, a high dose of protein, usually 50 g, was required to achieve clinically meaningful improvements in hyperglycemia. However, long-term caloric surplus by protein preload might promote weight gain and offset its beneficial effects. In this regard, we developed a protein-enriched, dietary fiber-fortified bar (PFB), containing 10.7 of protein and 12.7 of dietary fiber, to maintain the metabolic benefits of nutrient preload while decreasing the potential risk of high-dose protein. In the present study, we investigated the effects of the PFB preload on glucose tolerance, appetite, and food intake. The first study evaluated the effect of premeal PFB on postprandial glucose excursions in 15 individuals with type 2 diabetes and 15 individuals with normal glucose tolerance (NGT). This study was a randomized, open-label, crossover study. The participants consumed the PFB at −30 minutes before (premeal) or immediately after (postmeal) a test meal. Plasma levels of glucose, insulin, and gut hormones were measured during a mixed meal tolerance test. The premeal PFB significantly reduced postprandial hyperglycemia compared with the postmeal PFB in individuals with type 2 diabetes (14,723 ± 1,310 mg·min/dL vs. 19,642 ± 1,367 mg·min/dL, P = 0.0002) and NGT (3,943 ± 416 mg·min/dL vs. 4,827 ± 520 mg·min/dL, P = 0.0296). In individuals with type 2 diabetes, the premeal PFB significantly increased early insulin secretion and enhanced postprandial GLP-1 secretion compared with the postmeal PFB. All participants completed the study with no adverse event. The second study evaluated the effect of PFB preload on appetite and food intake in 20 healthy individuals. This study was a randomized, open-label, crossover, and exploratory study. After consuming a PFB, usual cereal bar, or water preload at −15 minutes before a test meal in a randomized order, the participants had an ad libitum test meal for 120 minutes. The amount of food intake, appetite, fullness, and plasma levels of glucose, insulin, and gut hormones were measured. The PFB preload significantly reduced the total energy intake compared with the water preload (904.4 ± 534.9 kcal vs. 1,075.0 ± 508.0 kcal, P = 0.016). In addition, the PFB preload significantly increased fullness, lowered postprandial glucose levels, and enhanced GLP-1 secretion compared with the other two preloads. All participants completed the study with no adverse event. In conclusion, premeal consumption of the PFB improved postprandial glucose excursions in individuals with type 2 diabetes and NGT and reduced appetite and food intake in healthy individuals with changes in gut hormones, which might be beneficial to the management of diabetes mellitus and obesity.