Η επίδραση της κατανάλωσης καφέ στο ενεργειακό ισοζύγιο και σε δείκτες που σχετίζονται με την όρεξη και τη φλεγμονή εθελοντών

Abstract

Introduction: Coffee is one of the most widely consumed beverages all over the world. Itsconsumption has been associated with many health benefits, i.e. the reduction of the risk fordeveloping type 2 diabetes mellitus and some types of cancer. In relation to obesity and energy balance, scientific evidence is scarce and definitely not conclusive, although preliminary data indicate a beneficial effect of coffee consumption on body weight management. Caffeine, a coffee component, has been studied more extensively than coffee, mainly in relation to energy expenditure, whereas little is known about their effects on energy intake and appetite. As obesity, and other chronic diseases are associated with subclinical inflammation, the effect of coffee on inflammation merits investigation: it has been explored mostly from epidemiological studies, and there is scarcity of information from clinical trials. Thus, the main purpose of the present thesis was to examine the effect of coffee, caffeinated and decaffeinated, and/or in different amounts on dietary intake, subjective feelings related to appetite and appetite hormones and secondarily on markers related to inflammation and glucose metabolism in healthy volunteers. Methodology: Two clinical, crossover and randomized studies were conducted. The sample of the first study was 16 male non-obese volunteers, whereas the sample of the second study consisted of 33 individuals, 17 males and 16 females (16 normal-weight and 17 overweight/obese). In the first study, volunteers took part in 3 trials: they had to consume in a random order a standard breakfast along with 200 ml of one of the three experimental drinks: a) instant caffeinated coffee with 3 mg of caffeine/kg body weight (Coffee 3), b) same amount of instant decaffeinated coffee and c) water (Control). The second study had a similar design to the first one and participants had to consume similar experimental drinks but, instead of decaffeinated coffee, had to ingest caffeinated coffee with 6 mg of caffeine/kg body weight (Coffee 6), in order to evaluate a potential dose effect of coffee. In both studies, at fasting and at standard time points for the next 3 hours after consumption participants recorded their appetite feelings (hunger, satiety, desire to eat) and blood samples were collected and analyzed for specific markers: appetite hormones (ghrelin, peptide tyrosine tyrosine, glucagon-like peptide-1), inflammatory markers (c-reactive protein, interleukin-6 and -18, adiponectin) and glucose metabolism markers (glucose, insulin, cortisol) in the first study and for appetite hormones (ghrelin and neuropeptide-Y) and glucose and insulin concentrations in the second study. After the 3-hour period participants consumed an ad libitum lunch meal and the next day they recalled their food intake during the rest of the experimental day after leaving the lab, through a telephone recall. For the statistical analysis, univariate analysis of covariance was used as well as repeated measures analysis of covariance, testing for an intervention effect or for an intervention x time interaction. Total and incremental areas under the curve were calculated and analyzed through univariate analysis of covariance. Results: Data analysis from the first study revealed no significant differences in the dietary intakes of non-obese men between interventions. Furthermore, there was no intervention effect for appetite feelings and hormones, inflammatory markers, glucose and insulin.However, caffeinated coffee consumption resulted in elevated cortisol concentrations during their physiological fall compared to water ingestion (Ρ=0.04). In relation to the second study, Coffee 6 ingestion led to a significantly lower energy intake in the total day compared to Coffee 3 in women (Ρ=0.01) and compared to Coffee 3 (Ρ=0.04) and water (Ρ=0.008) in overweight/obese participants. However, no significant differences were observed either in appetite feelings or in appetite hormones between the three trials. On the other hand, Coffee 6 resulted in lower insulin concentrations immediately after ingestion till maximum levels (30 min) compared to water in the total sample, in males and in overweight/obese individuals (Ρ<0.05, for all cases). This lower increase of insulin concentrations was mirrored in glucose concentrations thereafter (60-120 min). Specifically, Coffee 6 delayed glucose concentrations fall from maximum levels compared to water in the total sample, in males and in overweight/obese participants (Ρ<0.05, for all cases). Furthermore, coffee consumption induced a greater incremental area under the curve of glucose compared to the control intervention, in a dose depended manner in the total sample (Ρ=0.009), in females (Ρ=0.05) and in overweight/obese participants (Ρ=0.03) and only after Coffee 6 consumption in male volunteers (Ρ=0.05). Conclusions: In conclusion, caffeinated coffee can affect energy intake and some glucose metabolism markers. This effect is different between males and females and between normalweight and overweight/obese individuals. It also depends on the amount of coffee consumed. Specifically, a moderate amount of coffee (~2-4 cups) can effectively reduce the daily energy intake of overweight/obese individuals and of women compared to a lower amount of coffee (~1-2 cups) and/or water. Furthermore, this moderate coffee amount increases in a lower extent than water insulin concentrations, immediately after ingestion and until maximumlevels, and then delays glucose concentrations fall from maximum levels in the total sample, in men and in overweight/obese individuals. When baseline glucose concentrations are not taken into account, then coffee delays glucose concentrations fall from maximum levels in women, too. However the effects are transient. Concerning responsible mechanisms, apart from the decreased insulin concentrations, glucose elevations might occurred from potential increases in cortisol levels induced by coffee and/or by alterations at the concentrations of other hormones known to affect glucose metabolism, not investigated here. Further research is needed to replicate these findings and to evaluate these effects on other population groups. Potential mechanisms, as well as the specific compounds of coffee responsible for its actions, should, also, be elucidated.

Εισαγωγή-Σκοπός: Ο καφές αποτελεί ένα ευρέως καταναλισκόμενο ρόφημα παγκοσμίως και η κατανάλωσή του έχει συνδεθεί με ευεργετικές, κυρίως, επιδράσεις στην υγεία. Έχει συσχετισθεί με μείωση του κινδύνου διαφόρων χρόνιων ασθενειών, μεταξύ των οποίων o σακχαρώδης διαβήτης τύπου 2, οι νευροεκφυλιστικές ασθένειες, κάποιες μορφές καρκίνου κ.α.. Όσον αφορά την επίδρασή του στο ισοζύγιο ενέργειας και στην παχυσαρκία, τα αποτελέσματα της βιβλιογραφίας δεν είναι καταληκτικά, ωστόσο διαφαίνεται μία, μάλλον, ωφέλιμη δράση ως προς τη ρύθμιση του σωματικού βάρους. Η καφεΐνη, ως συστατικό του καφέ, έχει εξετασθεί σε μεγαλύτερο βαθμό από τον καφέ ως τρόφιμο, κυρίως ως προς την ενεργειακή δαπάνη, ενώ λίγα είναι γνωστά για την επίδραση τους στη διαιτητική πρόσληψη και στην όρεξη. Δεδομένου ότι η παχυσαρκία, όπως και πολλά χρόνια νοσήματα, συνδέεται με υποβόσκουσα φλεγμονή, ενδιαφέρον προκαλεί η μελέτη της επίδρασης του καφέ σε αυτή τη διεργασία. Η επίδρασή αυτή έχει εξετασθεί σε επιδημιολογικές, κυρίως, μελέτες με αντικρουόμενα αποτελέσματα, καθιστώντας άμεση την ανάγκη διεξαγωγής πειραματικών μελετών. Δεδομένων των παραπάνω βιβλιογραφικών κενών, σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν να εξετάσει την επίδραση του καφέ, με ή χωρίς καφεΐνη, και σε διαφορετικές ποσότητες, πρωτίστως στην διαιτητική πρόσληψη, σε υποκειμενικά αισθήματα της όρεξης και σε ορμονικούς δείκτες που σχετίζονται με την όρεξη, και, δευτερευόντως σε προφλεγμονώδεις και αντιφλεγμονώδεις παράγοντες, καθώς και σε δείκτες του γλυκαιμικού ελέγχου σε υγιείς εθελοντές. Μεθοδολογία: Στην παρούσα διατριβή υλοποιήθηκαν δύο, διασταυρούμενες και τυχαιοποιημένες εργαστηριακές μελέτες. Στην πρώτη μελέτη συμμετείχαν 16 μη παχύσαρκοι άντρες εθελοντές, ενώ στη δεύτερη συμμετείχαν 33 εθελοντές, 17 άντρες και 16 γυναίκες, 16 φυσιολογικού σωματικού βάρους και 17 υπέρβαροι/παχύσαρκοι. Στην πρώτη μελέτη κάθε εθελοντής συμμετείχε σε 3 δοκιμασίες μιας ημέρας όπου κατανάλωνε με τυχαία σειρά ένα τυποποιημένο πρωινό γεύμα μαζί με 200 ml α) στιγμιαίου καφεϊνούχου καφέ με 3 mg καφεΐνης/kg σωματικού βάρους (Καφές 3), β) παρόμοια ποσότητα στιγμιαίου ντεκαφεϊνέ καφέ, γ) νερού. Στη δεύτερη μελέτη, η οποία είχε παρόμοιο σχεδιασμό με την πρώτη, οι εθελοντές κατανάλωσαν ίδια πειραματικά ποτά με εξαίρεση τον ντεκαφεϊνέ καφέ όπου στη θέση του κατανάλωσαν στιγμιαίο καφεϊνούχο καφέ με 6 mg καφεΐνης/kg σωματικού βάρους (Καφές 6). Και στις δύο μελέτες, στη νηστεία και σε τακτά χρονικά διαστήματα, για τις επόμενες 3 ώρες από την κατανάλωση, λαμβάνονταν δείγματα αίματος, ενώ παράλληλα αξιολογούνταν τα υποκειμενικά αισθήματα της όρεξης των εθελοντών που αφορούσαν την πείνα, τον χορτασμό/κορεσμό και την επιθυμία για φαγητό. Μετά τις 3 ώρες χορηγούταν στους εθελοντές ένα κατά βούληση μεσημεριανό γεύμα, στο οποίο καταγραφόταν η διαιτητική τους πρόσληψη. Την επόμενη ημέρα οι ερευνητές τηλεφωνούσαν στους εθελοντές για να ανακαλέσουν τι κατανάλωσαν από τη στιγμή που έφυγαν από το εργαστήριο μέχρι και που κοιμήθηκαν. Η ανάλυση των δειγμάτων αίματος αφορούσε βιοχημικούς δείκτες και ορμόνες που σχετίζονται με την όρεξη (γρελίνη, πεπτίδιο τυροσίνης-τυροσίνης, προσομοιάζον της γλυκαγόνης πεπτίδιο-1), το γλυκαιμικό έλεγχο (γλυκόζη, ινσουλίνη, κορτιζόλη) και τη φλεγμονή (c-αντιδρώσα πρωτεΐνη, ιντερλευκίνη-6 και -18, αδιπονεκτίνη), όσον αφορά την πρώτη μελέτη, ενώ στη δεύτερη μελέτη εξετάσθηκαν ορμόνες που σχετίζονται με την όρεξη (γρελίνη, νευροπεπτίδιο Υ) και οι συγκεντρώσεις γλυκόζης και ινσουλίνης. Η στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων πραγματοποιήθηκε με την ανάλυση της συνδιακύμανσης και με την ανάλυση της συνδιακύμανσης για επαναλαμβανόμενες μετρήσεις για την εύρεση επίδρασης της παρέμβασης ή/και αλληλεπίδρασης της παρέμβασης με το χρόνο. Υπολογίστηκαν, επίσης, η ολική και αυξανόμενη περιοχή κάτω από την καμπύλη, οι οποίες αναλύθηκαν με ανάλυση της συνδιακύμανσης. Αποτελέσματα: Σύμφωνα με την ανάλυση των δεδομένων από την πρώτη μελέτη, δεν υπήρξε σημαντική διαφοροποίηση στη διαιτητική πρόσληψη των εθελοντών μεταξύ των τριών δοκιμασιών. Επιπρόσθετα, δεν βρέθηκε σημαντική επίδραση της παρέμβασης για τα υποκειμενικά αισθήματα και τις ορμόνες της όρεξης, τους δείκτες φλεγμονής, καθώς και τα επίπεδα γλυκόζης και ινσουλίνης. Ωστόσο, ο καφεϊνούχος καφές διατήρησε αυξημένες κατά τη φυσιολογική τους πτώση τις συγκεντρώσεις της κορτιζόλης σε σχέση με τη δοκιμασία ελέγχου (Ρ=0,04). Όσον αφορά τη δεύτερη μελέτη, η κατανάλωση του Καφέ 6 οδήγησε σε χαμηλότερη ενεργειακή πρόσληψη στο σύνολο της ημέρας τις γυναίκες σε σχέση με τον Καφέ 3 (Ρ=0,01) και τα υπέρβαρα/παχύσαρκα άτομα σε σχέση με τον Καφέ 3 (Ρ=0,04) και το νερό (Ρ=0,008). Δεν παρατηρήθηκαν σημαντικές διαφοροποιήσεις μεταξύ των δοκιμασιών όσον αφορά τα αισθήματα και τις ορμόνες της όρεξης. Σχετικά με τις συγκεντρώσεις ινσουλίνης και γλυκόζης, ο Καφές 6 προκάλεσε μικρότερη αύξηση των συγκεντρώσεων της ινσουλίνης μέχρι και τη μέγιστη τιμή, δηλαδή μέχρι τα 30 πρώτα λεπτά από την κατανάλωση, σε σχέση με το νερό στο συνολικό δείγμα, στους άντρες και στα υπέρβαρα/παχύσαρκα άτομα (Ρ<0,05, για όλες τις περιπτώσεις). Η μειωμένη αυτή αύξηση των συγκεντρώσεων της ινσουλίνης βρέθηκε να αντανακλάται στη συνέχεια, δηλαδή από τα 60 λεπτά μέχρι και τα 120 λεπτά, στις συγκεντρώσεις της γλυκόζης, των οποίων η πτώση από τη μέγιστη τιμή καθυστέρησε μετά την κατανάλωση του Καφέ 6 σε σχέση με την κατανάλωση του νερού στο συνολικό δείγμα, στους άντρες και στα υπέρβαρα/παχύσαρκα άτομα (Ρ<0,05, για όλες τις περιπτώσεις). Επιπρόσθετα, ο καφές, προκάλεσε αύξηση της αυξανόμενης περιοχής κάτω από την καμπύλη της γλυκόζης με δοσοεξαρτώμενο τρόπο στο συνολικό δείγμα (Ρ=0,009), στις γυναίκες (Ρ=0,05) και στα υπέρβαρα/παχύσαρκα άτομα (Ρ=0,03) σε σχέση με το νερό, ενώ για τους άντρες η αυξανόμενη περιοχή κάτω από την καμπύλη της γλυκόζης ήταν μεγαλύτερη μόνο στη δοκιμασία του Καφέ 6 συγκριτικά με το νερό (Ρ=0,05). Συμπεράσματα: Τα αποτελέσματα των παραπάνω μελετών υποδεικνύουν ότι η κατανάλωση καφεϊνούχου καφέ επηρεάζει την πρόσληψη ενέργειας και κάποιους δείκτες του μεταβολισμού της γλυκόζης. Η επίδραση αυτή εξαρτάται από το φύλο και την κατηγορία ΔΜΣ, καθώς και από την ποσότητα που ο καφές χορηγείται. Ειδικότερα, παρουσιάζει ευεργετική επίδραση στη μείωση της ημερήσιας πρόσληψης ενέργειας, κυρίως στα υπέρβαρα/παχύσαρκα άτομα και σε μικρότερο βαθμό στις γυναίκες, όταν χορηγείται σε μία μέτρια ποσότητα (~2-4 φλιτζάνια). Ταυτοχρόνως, επάγει, για την πρώτη μισή ώρα από την κατανάλωση, μειωμένη αύξηση των συγκεντρώσεων της ινσουλίνης και στη συνέχεια μια καθυστερημένη πτώση των συγκεντρώσεων της γλυκόζης στο συνολικό δείγμα, στους άντρες και στους υπέρβαρους/παχύσαρκους, αλλά οι επιδράσεις αυτές είναι παροδικές. Όταν δεν λαμβάνονται υπόψη οι συγκεντρώσεις της νηστείας, τότε υπάρχει καθυστέρηση στην πτώση των συγκεντρώσεων της γλυκόζης και στις γυναίκες. Πιθανός μηχανισμός για την επίδραση αυτή ίσως να αποτελεί, πέρα από τις μειωμένες συγκεντρώσεις ινσουλίνης, η αύξηση των συγκεντρώσεων της κορτιζόλης, αλλά και άλλων ορμονών που εμπλέκονται στο γλυκαιμικό έλεγχο και που δεν εξετάσθηκαν στην παρούσα διατριβή. Επιπλέον έρευνα είναι απαραίτητη ώστε να επιβεβαιώσει τα ευρήματα αυτά και να τα επεκτείνει και σε άλλες πληθυσμιακές ομάδες. Η διερεύνηση των υπεύθυνων μηχανισμών, καθώς και των συστατικών που είναι υπεύθυνα για τις δράσεις του καφέ είναι, επίσης, αναγκαία.