The relevance of bread consumption for body weight and glycaemic control : Epidemiological and clinical studies in humans

Abstract

Bakgrunn: Brød er en høyt konsumert matvare som, avhengig av brødtype og næringsinnhold, kan utgjøre en av våre viktigste kilder til fullkorn og kostfiber – næringsstoffer som er assosiert med en rekke gunstige helseeffekter som bedre regulering av kroppsvekt og redusert risiko for utvikling av fedme og type 2 diabetes mellitus (T2D). Bedre blodsukkerregulering er en av de foreslåtte mekanismene bak de gunstige helseeffektene. Det mangler imidlertid studier som har undersøkt om brødinntak påvirker langsiktig vektregulering samt en oversikt over den potensielle effekten modifiserte og «sunnere» brødtyper, for eksempel brød tilsatt kostfibret β-glukan, kan ha på blodsukkerregulering. Videre er det også usikkerhet knyttet til de mekanistiske prosessene som fører til redusert blodsukkerrespons etter inntak av kostfiber.

Mål: Undersøke om I) brød- og fullkorninntak påvirker vektendringer i løpet av voksenlivet, utforske II) effekten av modifiserte («sunnere») brød på glykemisk kontroll, og undersøke III) magesekktømming og sekresjon av tarmhormoner som mulige mekanismer som forklarer hvordan kostfibret β-glukan reduserer glukoserespons.

Metode: Tre ulike studier ble gjennomført. Artikkel 1 er basert på en prospektiv kohortstudie der menn og kvinner som deltok i den andre og tredje bølgen av Helseundersøkelsen i Hordaland ble inkludert. Eksponering var brødinntak, fullkorninntak, og plasma alkylresorsinol (AR)-konsentrasjoner målt ved start. Utfallet var vektendring i løpet av oppfølgingstiden på 20 år. Artikkel II er en systematisk litteraturgjennomgang og meta-analyse av intervensjonsstudier som evaluerer effekten av regelmessig inntak av modifiserte brødtyper på glykemisk kontroll hos friske voksne eller voksne med økt kardiovaskulær risiko og/eller T2D. Et systematisk litteratursøk ble gjennomført. Studier som kvalifiserte til inklusjon benyttet en brødintervensjon (≥2 uker) og rapporterte glykemiske kontrollmål (fastende blodsukker, fastende insulinnivåer, HOMA-IR, HbA1c, eller glykemisk respons etter måltid). Artikkel III er basert på en randomisert overkrysningsstudie der 22 friske voksne spiste 25 g karbohydrater fra et β-glukan-beriket havrebrød (havrebrød) eller et hvetebasert fullkornbrød (hvetebrød) på to ulike tidspunkter. Magesekktømming (halveringstid (T1/2), forsinkelsesfase (Tlag) og tømningshastighet (GER)) ble estimert basert på ultralydmålinger av antrumarealet i fastende tilstand og 15, 30, 45, 60, 90 og 120 minutter etter inntak av brødmåltidene. Kapillær glukose, serum insulin og plasma glukagon-liknende peptid 1 (GLP-1) ble målt ved samme tidspunkt.

Resultat: Blant 1764 menn og kvinner inkludert i Artikkel I var ikke totalt brødinntak relatert til vektendring gjennom voksenlivet, likevel var inntaket av loff assosiert med vektøkning. Fullkorninntak og plasma AR-konsentrasjoner viste en invers assosiasjon med vektøkning i oppfølgingsperioden. I Artikkel II ble 22 intervensjonsstudier (n = 1037 deltakere) inkludert. Sammenlignet med "vanlig" brød eller kontrollbrød, førte inntak av modifiserte brød til lavere fastende blodsukker, men ingen forskjeller i fastende insulin, HOMA-IR, HbA1c eller glykemisk respons var åpenbare. Subgruppeanalyser avslørte at den gunstige effekten på fastende blodsukker var avgrenset til personer med T2D. I Artikkel III hadde havrebrødet en signifikant effekt magesekktømming der T1/2 og Tlag var økt sammenlignet med hvetebrødet. I tillegg reduserte havrebrødet glukose- og insulinresponsen sammenlignet med hvetebrødet. Det var ingen forskjeller i GLP-1-respons mellom de to brødene.

Konklusjon: Funn fra doktorgradsprosjektet antyder at hvilken brødtype man spiser kan påvirke I) vektregulering og II) glykemisk kontroll, og at brød kan modifiseres for å oppnå mer gunstige helseeffekter. Selv hos friske voksne med normal glukosetoleranse, førte inntak av et β-glukan-beriket brød til redusert glukose- og insulinrespons, en effekt som kan skyldes hvordan β-glukaner påvirker bearbeiding av magesekkinnholdet. Selv om brød bare er én av mange matvarer i kostholdet vårt, kan bevissthet rundt hvilken brødtype man velger og dets karbohydratkvalitet være av relevans for metabolsk helse.

Background: Bread is a commonly consumed staple that can be a source of whole grains and dietary fibres – nutrients associated with a range of beneficial health effects including improved body weight regulation and reduced risk of obesity and type 2 diabetes mellitus (T2D). An improved glycaemic control is one of the potential mechanisms suggested to be partly responsible for these beneficial effects. However, studies investigating the association of bread intake with longer-term weight changes are lacking, and overall, a direct appraisal of the relevance of reformulated bread as a food group, i.e., “healthier” bread types such as β-glucan-enriched breads, on glycaemic control is warranted. Lastly, the underlying mechanisms in which whole grains and dietary fibres may improve glycaemic control and attenuate postprandial glycaemic responses are not fully understood.

Aim: To investigate I) the association of bread and whole grain intake with weight change from middle to late adulthood, to explore II) the effect of reformulated breads on glycaemic control, and to investigate III) possible mechanisms explaining how the dietary fibre β-glucan attenuates postprandial glycaemic responses.

Method: Three distinct studies were conducted. Paper I is based on a prospective cohort study where men and women participating in the second and third wave of the Hordaland Health Studies were included. Exposures were bread intake, whole-grain intake, and plasma alkylresorcinol (AR) concentrations, a biomarker for whole-grain wheat and rye intake, measured at baseline. The outcome variable was weight change (kg) during the approximately 20-year follow-up. Paper II is a systematic review and meta-analysis of intervention trials evaluating the effects of regular consumption of reformulated breads on glycaemic control among healthy adults, adults at cardiometabolic risk or with T2D. A systematic literature search was performed. Eligible studies employed a bread intervention (≥2 wk) in adults and reported glycaemic outcomes (fasting blood glucose, fasting insulin, HOMA-IR, HbA1c, and postprandial glucose response). Data were pooled using a generic inverse variance with a random-effects model and presented as mean difference (MD) or standardised MD between treatments with 95% CIs. Paper III is based on a randomised crossover trial in 22 healthy adults receiving 25 g of available carbohydrates from a β-glucan-enriched oat bread (oat bread) or a control whole-wheat bread (wheat bread) at two non-consecutive days. Gastric emptying parameters (half-time (T1/2), lag phase (Tlag), and gastric emptying rate (GER)) were determined based on ultrasound measures of the gastric antrum area in the fasting state and 15, 30, 45, 60, 90, and 120 min postprandially. Capillary glucose, serum insulin, and plasma glucagon-like peptide-1 (GLP-1) concentrations were measured at the same time points.

Results: In 1764 men and women included in Paper I, total bread intake did not predict body weight change, although intake of refined wheat bread was associated with increased weight gain. There was an inverse association of baseline whole-grain intake and plasma AR concentrations with weight gain during the 20-year follow-up. In Paper II, 22 intervention trials (n = 1037 participants) were included. Compared with “regular” or comparator bread consumption, reformulated intervention breads yielded lower fasting blood glucose, yet no differences in fasting insulin, HOMA-IR, HbA1c, or postprandial glucose response were evident. Subgroup analyses revealed beneficial effects on fasting blood glucose only among people with T2D. In Paper III, consumption of the oat bread significantly increased the T1/2 and Tlag compared with the wheat bread. Additionally, the oat bread significantly reduced postprandial glycaemic and insulinemic responses. No difference in GLP-1 response between the two breads was observed.

Conclusion: Findings from the current thesis suggest that I) weight regulation and II) glycaemic control is influenced by the type of bread consumed, and that bread can be reformulated to achieve beneficial health effects. Even in healthy adults with normal glucose homeostasis, consumption of a β-glucan-enriched bread III) reduced the postprandial glycaemic and insulinemic responses, an effect which might be related to alternations in the gastric emptying pattern following ingestion of β-glucans. Although bread is only one of many food items in our diet, being aware of the type of bread consumed and its carbohydrate quality is of relevance for our metabolic health.