Aspects of carbohydrate quality and their relevance for risk markers of type 2 diabetes and related health outcomes

Abstract

Concern has been raised that the commonly advocated low-fat, high-carbohydrate diet might be actually detrimental for the growing number of people with impaired IR since it favors postprandial rises in glucose and insulin, which are associated with an increased risk of type 2 diabetes mellitus (T2D). Successful prevention strategies to fight the increasing prevalence rates of obesity, T2D and related chronic diseases are urgently needed. Since insulin-resistant individuals are particularly prone to glycemic excursions, this might also extend to puberty, a period characterized by physiological IR. A further age group, which to date has not been addressed, are elderly people, who represent a growing proportion of our population and for whom specialized prevention strategies might be necessary.<br /> Therefore, the overall aim of the present thesis was to investigate the relevance of different aspects of carbohydrate quality for selected risk markers of T2D. In this regard, prospective associations between puberty and young adulthood as well as 5-year longitudinal relations in older age were examined.<br /> Major data source was the DOrtmund Nutritional and Anthropometric Longitudinally Designed (DONALD) Study, which includes data on dietary intake, anthropometry, and health from birth until adulthood. Moreover, data from the Blue Mountains Eye Study (BMES) was used, where information on nutritional status and markers of liver function was repeatedly collected from an older Australian cohort. Additionally, a systematic literature search was conducted on the association between carbohydrate quality and chronic low-grade inflammation in adults.<br /> Four analyses (Study I, II, III, and V) and one systematic review (Study IV) were performed. Study I, including 262 participants of the DONALD Study, showed that a higher habitual dietary insulin index, but not a higher glycemic index (GI), during puberty was related to a higher percentage body fat in young adulthood. Study II revealed that a habitually higher dietary GI during puberty was the only aspect of carbohydrate nutrition which was consistently related to the analyzed T2D risk markers i.e. homeostasis model assessment IR (HOMA-IR), alanine-aminotransferase (ALT), and gamma-glutamyltransferase (GGT) in a subsample of the DONALD Study (n=226 and n=214, respectively). In Study III, again based on data from the DONALD Study (n=205), a higher habitual pubertal intake of carbohydrates from higher GI food sources and a lower intake of whole grains was associated with higher levels of the pro-inflammatory cytokine interleukin-6 in younger adulthood. In this regard, Study IV showed that the observational evidence in adults is less consistent for a beneficial role of a lower GI or GL compared to dietary fiber/whole grain. However, there is less consistent evidence from intervention studies for anti-inflammatory benefits of higher fiber or whole grain diets than there is for low-GI/GL diets (60 studies were included in the systematic review). Benefits of higher fiber and whole grain intakes suggested by observational studies may hence reflect confounding. Finally, in Study V, including 866 older people from the BMES, no longitudinal relation was observed between the different aspects of carbohydrate quality and liver enzymes and serum lipids.<br /> In conclusion, our results suggest a particular relevance of postprandial glycemic – and also insulinemic – excursions during puberty for risk markers of T2D during adulthood. Overall, efforts to improve carbohydrate quality should not focus solely on a high whole grain intake, but needs to be complemented by an advice for a preferred selection of low-GI foods.

<strong>Aspekte der Kohlenhydratqualität und ihre Relevanz in Bezug auf Risikomarker für Typ 2 Diabetes und assoziierte Erkrankungen</strong><br /> Zunehmend werden Bedenken laut, dass die derzeitige Empfehlung, sich fettarm und kohlenhydratreich zu ernähren, ungünstig für die steigende Zahl an Menschen mit gestörter Insulinresistenz ist, da sie zu postprandialen Blutglukose- und Insulinanstiegen führt, welche wiederum mit einem erhöhtem Risiko für Typ 2 Diabetes mellitus (T2D) verbunden sind. Daher sind vor dem Hintergrund der steigenden Prävalenz von Übergewicht, T2D und weiteren chronischen Erkrankungen erfolgreiche Präventionskonzepte dringend notwendig. Da insbesondere insulinresistente Personen sehr empfindlich auf Blutzuckeranstiege reagieren, könnte dies auch auf die Phase der Pubertät zutreffen, die durch eine physiologische Insulinresistenz gekennzeichnet ist. Eine weitere, bisher kaum berücksichtigte Altersgruppe sind ältere Menschen, die einen immer größeren Anteil in unserer Gesellschaft ausmachen, und für die möglicherweise speziell zugeschnittene Präventionskonzepte erforderlich sind. <br /> Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit war, die Relevanz verschiedener Aspekte der Kohlenhydratzufuhr für Risikomarker von T2D zu untersuchen. Von Interesse waren hierbei prospektive Assoziationen zwischen der Pubertät und dem Erwachsenenalter sowie 5-Jahres-Veränderungen bei älteren Personen.<br /> Daten für diese Untersuchungen lieferte die DOrtmund Nutritional and Anthropometric Longitudinally Designed (DONALD) Study, in der Informationen zur Ernährung, Anthropometrie und dem Gesundheitsstatus von der Geburt bis ins Erwachsenenalter erhoben werden. Außerdem wurden Daten aus der Blue Mountains Eye Study (BMES) herangezogen, in der wiederholt Informationen zur Ernährung und zu Markern der Leberfunktion in einer älteren australischen Kohorte erfasst wurden. Zusätzlich wurde eine systematische Literaturrecherche zum Zusammenhang zwischen der Kohlenhydratqualität und chronisch geringgradiger Entzündungsneigung im Erwachsenenalter durchgeführt.<br /> Vier Auswertungen (Studie I, II, III, V) und eine systematische Literaturrecherche wurden durchgeführt (Studie IV). Studie I, in der 262 Probanden aus der DONALD Studie eingeschlossen wurden, zeigte, dass ein gewohnheitsmäßig höherer Insulin Index, jedoch nicht ein höherer glykämischer Index (GI), in der Pubertät mit einem höheren Körperfettanteil im jungen Erwachsenenalter assoziiert war. In Studie II war ein habituell höherer GI in der Pubertät der einzige Aspekt der Kohlenhydratqualität, der in einer Untergruppe der DONALD Studie (n=226 bzw. n=214) konsistent mit den untersuchten T2D Risikomarkern (Homeostasis model assessment IR (HOMA-IR), Alanin-Aminotransferase (ALT) und Gamma-Glutamyltransferase (GGT)) zusammenhing. Studie III basierte ebenfalls auf Daten der DONALD Studie (n=205) und konnte zeigen, dass eine gewohnheitsmäßig hohe Zufuhr von Kohlenhydraten aus Lebensmitteln mit einem höheren GI sowie eine niedrigere Aufnahme von Vollkorn während der Pubertät mit höheren Werten des proinflammatorischen Cytokins Interleukin 6 assoziiert war. In diesem Zusammenhang wurde aus Studie IV ersichtlich, dass die vorhandene Evidenz aus Beobachtungsstudien weniger eindeutig für den günstigen Einfluss eines niedrigen GI ist als für die Ballaststoff- und Vollkornzufuhr. Im Gegensatz dazu ist die Evidenz aus Interventionstudien weniger konsistent, dass eine ballaststoff- und vollkornreichen Kost verglichen mit einer Kost mit niedrigem GI/GL anti-inflammatorische Effekte hat (60 Studien wurden im systhematischen Review eingeschlossen). Günstige Effekte eines hohen Ballaststoff- und Vollkornverzehrs aus Beobachtungsstudien lassen Confounding vermuten. Schließlich deutete Studie V, basierend auf Daten von 866 Probanden aus der BMES, darauf hin, dass kein longitudinaler Zusammenhang zwischen den verschiedenen Aspekten der Kohlenhydratqualität und den Leberenzymen oder Serumlipiden besteht. <br /> Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass unsere Ergebnisse auf eine besondere Relevanz von postprandialen Blutglukose-, sowie Insulinanstiegen während der Pubertät für verschiedene Risikomarker von T2D im jungen Erwachsenenalter hinweisen. Insgesamt sollten Bemühungen, die Kohlenhydratqualität zu steigern, sich nicht ausschließlich auf Vollkornprodukte fokussieren, sondern um den Hinweis für eine bevorzugte Auswahl von Lebensmitteln mit einem niedrigen GI erweitert werden.