聚葡萄糖潤腸通便功能及其有效劑量研究

王學敏,孫豐義+,陳朝青,伍敏暉,王 鑫,何 梅

(北京市營養源研究所,北京 100069)

便秘是腸道功能異常的一種常見病癥,隨著飲食結構改變、生活節奏加快和社會心理等因素的影響,其發病率呈逐年上升趨勢[1]。我國成年人便秘的患病率為3.2%～11.6%,老年人患病率為11.5%,70歲以上患病率為11.7%～19.5%[2-4]。便秘雖不直接導致死亡,危及生命,但對人體危害仍不可輕視,會給人體帶來痛苦、降低生活舒適度,己成為影響現代人生活質量的重要病癥。目前,防治便秘的產品以藥物、潤腸通便中草藥、膳食纖維等為主。但藥物和某些潤腸通便中草藥普遍存在一定的副作用,例如損傷腸道黏膜、影響腸道微生態環境、引起電解質紊亂、具有藥物依賴性等,不適合長期食用。合理調整飲食結構、攝入足量膳食纖維是緩解和預防便秘的重要措施之一[5-6]。

聚葡萄糖是隨機交聯的葡萄糖組成的多糖,由葡萄糖、山梨糖醇、檸檬酸或磷酸按一定比例混合,在高溫下聚合并精制而成[7]。因具有低熱量、調節腸道、促進營養物質吸收、血糖生成指數低等功能[8-11],聚葡萄糖在50多個國家被批準使用,已被廣泛應用于食品、保健食品等領域[12-13]。作為一種水溶性膳食纖維,目前市面上很多膳食纖維類產品均含有聚葡萄糖,但國內關于聚葡萄糖潤腸通便的文獻較少,很多都是含有聚葡萄糖的產品的潤腸功能評價,僅有1篇人群試驗[14],此文采用隨機對照試驗,研究了每天服用10 g聚葡萄糖對功能性便秘患者的改善效果。國外關于聚葡萄糖潤腸通便功能的文獻中[15-19],在人群試驗中的有效劑量在4～20 g,劑量范圍較大。但是,目前缺少關于聚葡萄糖潤腸通便有效劑量的研究。

為進一步研究聚葡萄糖潤腸通便作用的效果及有效劑量,本研究通過建立小鼠便秘模型,利用小腸運動實驗和排便實驗來探討不同劑量聚葡萄糖的潤腸通便效果和有效劑量,為相關功能食品的開發提供劑量設計依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小鼠 選用成年健康昆明雄性小鼠體重在18～22 g(4周齡),共120只,購自北京華阜康實驗動物技術有限公司(實驗動物生產許可證:SCXK(京)2014-0004),正式實驗前3～5 d即購買此批動物,使之適應動物實驗室環境(飼養許可證號:SYXK(京)2014-0047),實驗室溫度(22±1) ℃,濕度60%～70%,每日12 h交替光照與黑暗,動物自由飲食飲水;聚葡萄糖(PDX) 純度≥90%(平均聚合度大于12,分子量大于2000),保齡寶生物股份有限公司;鹽酸洛哌丁胺膠囊 西安楊森制藥有限公司;阿拉伯樹膠 廣西汕頭市西隴化工廠;墨汁 上海精細文化用品有限公司。

手術剪 張家港永協刀剪廠;眼科鑷 張家港永協刀剪廠;直尺 得力集團有限公司;秒表 迪卡儂體育用品有限公司;電子天平 精度0.1 g,量程2000 g英衡電器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 劑量設計及分組 小鼠適應性喂養3～5 d后隨機分成2組,每組60只,分別進行小腸運動實驗和排便實驗。每組實驗分別設空白對照組、模型對照組和聚葡萄糖低、中、高劑量組,共計5組,每組12只。空白對照組和模型對照組灌胃給予蒸餾水,聚葡萄糖低、中、高劑量組灌胃相應濃度的聚葡萄糖,劑量分別為0.5、1.0、3.0 g/kg bw。

1.2.2 聚葡萄糖對小鼠體重影響的測定 小鼠體重分組后,稱量各組小鼠體重,記為初始體重;灌胃給予鹽酸洛哌丁胺造模前,稱量各組小鼠體重,記為最終體重。

1.2.3 小腸運動實驗 灌胃給予聚葡萄糖14 d后,各組小鼠禁食不禁水20 h。模型對照組和聚葡萄糖3個劑量組灌胃給予鹽酸洛哌丁胺8 mg/kg bw,空白對照組給予蒸餾水灌胃。

給予洛哌丁胺0.5 h后,聚葡萄糖低、中、高劑量組分別灌胃給予含相應濃度受試樣品的實驗墨汁(含10%墨汁、10%阿拉伯樹膠),空白對照組和模型對照組給予實驗墨汁灌胃。

25 min后立即脫頸椎處死動物,打開腹腔分離腸系膜,剪取上端自幽門、下端至回盲部的腸管,置于托盤上,輕輕將小腸拉成直線,測量腸管長度為小腸總長度,從幽門至墨汁前沿為墨汁推進長度。按下式計算墨汁推進率:

1.2.4 小腸糞便實驗 聚葡萄糖灌胃14 d后,各組小鼠禁食不禁水20 h。空白對照組灌胃給予蒸餾水,模型對照組和聚葡萄糖三個劑量組灌胃給予洛哌丁胺10 mg/kg bw。

給予鹽酸洛哌丁胺0.5 h后,空白對照組和模型對照組灌胃墨汁、聚葡萄糖各劑量組灌胃給予含相應濃度聚葡萄糖的墨汁,動物均單籠飼養,正常飲水進食。從灌墨汁開始,記錄每只動物首粒排黑便時間、6 h內排黑便粒數及重量。

1.3 數據處理

2 結果與分析

2.1 聚葡萄糖對小鼠體重的影響

由表1可知,實驗前各組小鼠初始體重無顯著差異(P>0.05);灌胃給予不同劑量聚葡萄糖14 d后,各組小鼠最終體重均無顯著差異(P>0.05)。實驗期間各組小鼠皮毛有光澤,飲食和活動正常。

表1 不同劑量聚葡萄糖對小鼠體重的影響Table 1 Effects of different doses of polydextrose on body weight

表2 不同劑量聚葡萄糖對小鼠小腸推進率的影響Table 2 Effects of different doses of polydextrose on intestinal propulsion rate in mice

注:*表示與空白對照組相比,P<0.05;**表示與空白對照組相比,P<0.01;#表示與模型對照組相比,P<0.05;##表示與模型對照組相比,P<0.01;表3同。

表3 不同劑量聚葡萄糖對小鼠排便的影響Table 3 Effects of different doses of polydextrose on defecation in mice

空白對照組和模型對照組糞便形狀正常,均為粒狀便;聚葡萄糖不同劑量組雖糞便與空白對照組和模型對照組相比稍軟,糞便濕潤程度適中,但均未見腹瀉和稀便等現象,表明實驗所用不同劑量聚葡萄糖對小鼠的體重增加無明顯影響。

2.2 聚葡萄糖對小鼠小腸運動的影響

不同劑量聚葡萄糖對小鼠小腸推進運動的影響見表2。與空白對照組相比,模型對照組的小腸推進率極顯著減小(P<0.01),表明給予鹽酸洛哌丁胺后,小鼠小腸蠕動抑制模型建立成功。

與模型對照組相比,隨著聚葡萄糖劑量的增加,小腸墨汁推進率增加;但低、中劑量僅有增加趨勢,差異無統計學意義(P>0.05),高劑量組的小腸墨汁推進率顯著高于模型對照組(P<0.05)。因此,聚葡萄糖高劑量對腸道蠕動抑制模型的小腸運動具有促進作用。

2.3 聚葡萄糖對小鼠排便的影響

不同劑量聚葡萄糖對小鼠小腸排便實驗的影響見表3。與空白對照組相比,模型對照組的首例黑便時間極顯著延長(P<0.01),6 h排黑便粒數極顯著減少(P<0.01),6 h糞便重量極顯著減輕(P<0.01),差異均具有統計學意義。表明小鼠便秘模型建立成功。

在模型成立的條件下,與模型對照組相比,聚葡萄糖低、中、高劑量組首例糞便時間、6 h內排黑便粒數均無顯著差異;聚葡萄糖低、中劑量組的6 h內糞便重量與模型對照組無顯著差異(P>0.05),但高劑量組6 h內糞便重量較模型對照組極顯著升高(P<0.01)。因小鼠排便都是一粒一粒排的,排便粒數在一定程度上可能反映排便頻率,此實驗結果表示,聚葡萄糖對排便頻率無明顯影響,但在高劑量可增加小鼠6 h內糞便重量,從而對小鼠排便有影響。

3 討論與結論

本研究結果表明,高劑量(3.0 g/kg)聚葡萄糖可顯著促進腸道蠕動抑制模型的小腸運動(P<0.05),雖不能顯著縮短首例糞便時間和6 h內排黑便粒數(P>0.05),但可極顯著增加6 h內糞便重量(P<0.01),同時對小鼠的體重增加無明顯影響,由此表明高劑量聚葡萄糖具有一定程度的潤腸通便作用。其機制可能是因聚葡萄糖的復雜結構,使其經過胃和小腸時不被消化酶水解,能夠到達大腸,被腸道菌群發酵,產生大量的短鏈脂肪酸如醋酸、丁酸等,從而降低了腸道pH,刺激腸道蠕動、增加糞便含水量和體積,并保持一定的滲透壓,從而促進糞便排出[14,20-21]。

王瑩等[14]采用自身對照試驗,評價了聚葡萄糖對功能性便秘患者的有效性,結果發現,每天服用10 g聚葡萄糖,治療1周后,排便困難、糞便性狀、排便不盡感、排便頻率均有明顯差異,有效率達73.3%,但腹脹未見改善;服用后隨訪7 d,排便困難、糞便性狀、頻率仍有明顯差異。針對透析便秘患者的人群試驗結果表明[17],每天10 g聚葡萄糖,干預8周,聚葡萄糖可改善腸道功能,排便頻率由每周3次增加至每周7.5次,而且無腹瀉問題出現。Jie等[20]采用隨機對照試驗評價了攝入不同劑量(4、8、12 g/d)聚葡萄糖對健康志愿者機體生理功能的影響,腸道功能評價結果表明,干預28 d后,3個劑量均明顯增加了糞便頻率,改善了排便困難,而且沒有腹痛、腹瀉等不良反應。Adele Costabile等[15]的研究發現,補充聚葡萄糖8 g/d,持續3周,對健康受試者的排便習慣有影響,并且無腹部不適感,排便困難和排便規律有改善。Timm等[18]的研究發現,每天攝入聚葡萄糖20 g,連續10 d,糞便數量和排便量明顯增加,糞便更軟,pH降低,但腸道傳輸時間未發生變化;而且聚葡萄糖干預組腹脹、腸鳴音較對照組嚴重。

根據以上文獻報道,聚葡萄糖在人群試驗中的使用量在8～20 g左右。本研究顯示聚葡萄糖在高劑量3 g/kg時具有潤腸通便功能,若以人60 kg標準體重計算,種屬間換算系數計為10,則人體每天聚葡萄糖劑量為18 g,在人群試驗的使用劑量范圍內,但劑量較高,這可能與種屬差異、聚葡萄糖聚合度差異、干預時間等有關。聚葡萄糖是隨機交聯的葡萄糖組成的多糖,其聚合聚在2～120之間,平均聚合度大于12,不同原料廠家生產的聚葡萄糖,其聚合聚可能存在差異,進而影響其功能。干預時間也影響聚葡萄糖改善腸道的功能,Duncan等研究發現[22],聚葡萄糖短期攝入并不能縮短腸道傳輸時間。

本研究為聚葡萄糖在通便功能食品中的劑量設計提供了一定的依據,但存在一定的局限性。本實驗僅設計了3個劑量組,初步評價了其潤腸通便效果和有效劑量,未探討聚葡萄糖潤腸通便的機制,進一步的實驗可設置多個劑量組,并設置不同干預時間,研究聚葡萄糖潤腸通便功能的最低有效劑量和干預時間,并探討其可能的機制,為聚葡萄糖通便類功能食品的研發提供數據支持。