The effect of ω-3 polyunsaturated fatty acids on carbohydrate metabolism in northern men

• Inessa V. Averyanova
• Olga O. Alyoshina

Abstract

Omega-3 polyunsaturated fatty acids (PUFA) are known for being one of the most important classes of bioactive lipids; of them, the long-chain ones, namely eicosapentaenoic (EPA) and docosahexaenoic (DHA) acids, have many positive effects on the human body.

The aim of this study was to assess the carbohydrate metabolism in northern men living in the Magadan Region before and after the administration of a dietary supplement with PUFA.

Material and methods. The study included 45 men (mean age 40.0±0.8 years), of whom 2 groups comparable in age and analyzed parameters were formed by random sampling. The participants of the main group (n=30) consumed PUFA (2 capsules containing 1200 mg, including 660 mg EPA and 440 mg DHA), and the control group (n=15) had no impact on the diet. Fasting venous blood was collected using a vacuum system to determine glycated hemoglobin (HbA1c) using the turbidimetric immunoinhibition, glucose by the hexokinase method, insulin by the immune chemiluminescence using paramagnetic particles at the beginning (late October, 2023) and the end (mid-December, 2023) of the study, and HOMA-IR index was calculated. The daily diet was assessed using the ASPON-nutrition program (St. Petersburg) based on the results of the food diary keeping for 3 days (weekdays).

Results. In men of the main group, positive changes in the carbohydrate profile were noted, associated with the intake of ω-3 PUFAs, manifested in HbA1c decrease (from 5.5±0.1 to 5.2±0.1%, p<0.05) while maintaining blood concentration of glucose and insulin and HOMA-IR at the same level. Unlike the main group, the control group experienced disadaptation in their carbohydrate metabolism as they exhibited the signs of hyperinsulinemia (increased basal fasting insulin level from 8.8±1.2 to 11.4±1.1 mIU/l, p<0.05) and insulin resistance (the increase in the HOMA-IR from 2.0±0.2 to 2.6±0.3, p<0.05), which was apparently due to the autumn-winter period of the study.

Conclusion. Resulting from the data obtained, this study showed the presence of a leveling function and even an optimizing role of additional ω-3 PUFAs intake with respect to seasonal changes in the biochemical parameters of the northern residents during the crucial period of the year with its temperature curve transition through 0 °C.

Keywords: men; omega-3 polyunsaturated fatty acids; carbohydrate metabolism; insulin resistance

References

1. Georgiou M., Prokopiou E. Diabetic retinopathy and the role of Omega-3 PUFAs: a narrative review. Exp Eye Res. 2023; 231: 109494. DOI: https://doi.org/10.1016/j.exer.2023.109494

2. Abbott K.A., Burrows T.L., Thota R.N., Acharya S., Garg M.L. Do ω-3 PUFAs affect insulin resistance in a sex-specific manner? A systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. Am J Clin Nutr. 2016; 104 (5): 1470–84. DOI: https://doi.org/10.3945/ajcn.116.138172

3. Khan I., Hussain M., Jiang B., Zheng L., Pan Y., Hu J. et al. Omega-3 long-chain polyunsaturated fatty acids: metabolism and health implications. Prog Lipid Res. 2023; 92: 101255. DOI: https://doi.org/10.1016/j.plipres.2023.101255

4. Tocher D.R., Betancor M.B., Sprague M., Olsen R.E., Napier J.A. Omega-3 long-chain polyunsaturated fatty acids, EPA and DHA: bridging the gap between supply and demand. Nutrients. 2019; 11 (1): 89. DOI: https://doi.org/10.3390/nu11010089

5. Negi P.C., Sharma C.K., Nihjawan R., Sharma R., Asotra S. Role of omega 3 and omega 6 poly unsaturated fatty acids (PUFA) and vitamin D deficiency as risk determinants of metabolic syndrome in obesity: worksite based case-control observational study. Diabetes Metab Syndr. 2022; 16 (4): 102467. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dsx.2022.102467

6. Giacobbe J., Benoiton B., Zunszain P., Pariante C.M., Borsini A. The anti-inflammatory role of omega-3 polyunsaturated fatty acids metabolites in pre-clinical models of psychiatric neurodegenerative, and neurological disorders. Front. Psychiatry. 2020; 11: 122. DOI: https://doi.org/10.3389/fpsyt.2020.00122

7. Jiang H., Wang L., Wang D., Yan N., Li C., Wu M., et al. Omega-3 polyunsaturated fatty acid biomarkers and risk of type 2 diabetes, cardiovascular disease, cancer, and mortality. Clin Nutr. 2022; 41 (8): 1798–807. DOI: https://doi.org/10.1016/j.clnu.2022.06.034

8. Kotlyarov S., Kotlyarova A. Clinical significance of polyunsaturated fatty acids in the prevention of cardiovascular diseases. Front Nutr. 2022; 6 (9): 998291. DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2022.998291

9. Levant B., Vaváková M., Paduchová Z., Nagyová Z., Garaiova I., Muchová J., et al. N-3 (omega-3) polyunsaturated fatty acids in the pathophysiology and treatment of depression: pre-clinical evidence. CNS Neurol Disord Drug Targets. 2013; 12 (4): 450–9. DOI: https://doi.org/10.2174/1871527311312040003

10. Fan R., Kim J., You M., Giraud D., Toney A.M., Kim S.-H.S., et al. α-Linolenic acid-enriched butter attenuated high fat diet-induced insulin resistance and inflammation by promoting bioconversion of n-3 PUFA and subsequent oxylipin formation. J Nutr Biochem. 2020; 76: 108285. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnutbio.2019.108285

11. World Medical Association Declaration of Helsinki: ethical principles for medical research involving human subjects. JAMA. 2013; 310 (20): 2191–4. DOI: https://doi.org/10.1001/jama.2013.281053

12. Matthews D.R., Hosker J.P., Rudenski A.S. Homeostasis model assessment: insulin resistance and β-cell function from fasting plasma glucose and insulin concentration in man. Diabetologia. 1985; 28: 412–9. DOI: https://doi.org/10.1007/bf00280883

13. Vardeny O., Gupta D.K., Claggett B., Burke S., Shah A., Loehret L., et al. Insulin resistance and incident heart failure. JACC Heart Fail. 2013; 1 (6): 531–6. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jchf.2013.07.006

14. Popova A.Yu., Tutelyan V.A., Nikityuk D.B. On the new (2021) Norms of physiological requirements in energy and nutrients of various groups of the population of the Russian Federation. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2021; 90 (4): 6–19. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2021-90-4-6-19 (in Russian)

15. WHO. Guideline: Sugars intake for adults and children, 2015 [Electronic resource]. URL: https://www.who.int/publications/i/item/9789241549028

16. US Department of Agriculture, Agricultural Research Service, N.D. Laboratory, USDA national nutrient database for standard reference legacy release, 2018. DOI: https://ndb.nal.usda.gov/ndb (date of access January 10, 20240.

17. Rattanatham R., Tangpong J., Chatatikun M., Sun D., Kawakami F., Imai M., Klangbud W.K. Assessment of eight insulin resistance surrogate indexes for predicting metabolic syndrome and hypertension in Thai law enforcement officers. PeerJ. 2023; 11: e15463. DOI: https://doi.org/10.7717/peerj.15463

18. Khan M.A.B., Hashim M.J., King J.K., Govender R.D., Mustafa H., Kaabi J.A. Epidemiology of type 2 diabetes-global burden of disease and forecasted trends. J Epidemiol Glob Health. 2020; 10 (1): 107–11. DOI: https://doi.org/10.2991/jegh.k.191028.001

19. Kumar D. Molecular medicine of diabetes mellitus. In: Clinical Molecular Medicine. Principles and Practice. 2020; 3: 267–88. DOI: https://doi.org/10.1016/b978-0-12-809356-6.00015-0

20. Thornalley P.J., Rabbani N. Detection of oxidized and glycated proteins in clinical samples using mass spectrometry – a user’s perspective. Biochim Biophys Acta. 2014; 1840 (2): 818–29. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2013.03.025

21. Mark A.B., Poulsen M.W., Andersen S., Andersen J.M., Bak M.J., Ritz C., et al. Consumption of a diet low in advanced glycation end products for 4 weeks improves insulin sensitivity in overweight women. Diabetes Care. 2014; 37 (1): 88–95. DOI: https://doi.org/10.2337/dc13-0842

22. Prasanna G., Saraswathi N.T. Linolenic acid prevents early and advanced glycation end-products (AGEs) modification of albumin. Int J Biol Macromol. 2017; 95: 121–5. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2016.11.035

23. Feng N., Feng Y., Tan J., Zhou C., Xu J., Chen Y., et al. Inhibition of advance glycation end products formation, gastrointestinal digestion, absorption and toxicity: a comprehensive review. Int J Biol Macromol. 2023; 249: 125814. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.125814

24. Agadzhanyan N.A., Radysh I.V., Khisamutdinov A.F Lipid and hormone metabolism in healthy men in different year seasons. Kazanskiy meditsinskiy zhurnal [Kazan Medical Journal]. 2009; 90 (6): 776–9. (in Russian)

25. Poteryaeva O.N., Osipova L.P., Russkikh G.S., Biushkina N.G., Rozumenko A.A., Churkina T.V., et al. Analysis of serum insulin, cortisol, and glucose levels in the settlement inhabitants of the Yamalo-Nenets autonomous okrug. Fiziologiya cheloveka [Human Physiology]. 2017; 43 (6): 103–108. DOI: https://doi.org/10.7868/S013116461706008X (in Russian)

26. Bonora E., Targher G., Alberiche M. Homeostasis model assessment closely mirrors the glucose clamp technique in the assessment of insulin sensitivity: studies in subjects with various degrees of glucose tolerance and insulin sensitivity. Diabetes Care. 2000; 23: 57–63. DOI: https://doi.org/10.2337/diacare.23.1.57

27. Abbott K.A., Burrows T.L., Acharya S., Thota R.N., Garg M.L. DHA-enriched fish oil reduces insulin resistance in overweight and obese adults. Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids. 2020; 159: 102154. DOI: https://doi.org/10.1016/j.plefa.2020.102154

28. Averyanova I.V., Vdovenko S.I. Peculiarities of morphological and functional characteristics of residents of the North-East of Russia, depending on background meteorological and heliomagnetic indices. Cardiometry. 2018; 12: 55–65. DOI: https://doi.org/10.12710/cardiometry.2018.12.5565

Результаты данного исследования также позволили выявить значимое повышение концентрации базального инсулина в конце эксперимента лишь в группе сравнения, чего не было отмечено в выборке обследуемых мужчин из основной группы. Накопленные к настоящему времени данные свидетельствуют о том, что как изменение характера питания, так и влияние сезонных перестроек климатических факторов в осенне-зимний период приводит к изменению углеводного профиля за счет активации секреторной активности поджелудочной железы [24]. Сходные данные получены и в другой работе, где у аборигенных и пришлых жителей Ямало-Ненецкого автономного округа в осенне-зимний период были отмечены высокие концентрации инсулина, соответствующие максимально рекомендованному уровню данного показателя [25], что согласуется с нашими результатами, полученными у мужчин в группе сравнения.

Для определения ИР в работе был использован индекс НОМА-IR [26], который в настоящее время является наиболее часто используемым инструментом для ее оценки в клинической практике [12]. Показано, что в группе сравнения по окончании исследования было отмечено значимое возрастание HOMA-IR, числовая величина которого свидетельствовала о наличии признаков ИР, в то время как аналогичной динамики в основной группе обследованных выявлено не было.

Результаты исследований других авторов полностью сопоставимы с нашими данными и указывают на то, что дополнительный прием ПНЖК семейства ω-3 снижает развитие резистентности к инсулину за счет уменьшения воспаления, а также уровня циркулирующих триглицеридов и липопротеинов низкой плотности и улучшения текучести мембран [27].

Таким образом, проведенные нами исследования выявили статистически значимые изменения показателей углеводного обмена, ассоциированные с приемом ПНЖК ω-3, проявляющиеся снижением уровня HbA1с на фоне сохранения концентрации глюкозы, инсулина и индекса НОМА-IR на прежнем уровне (I этап исследований) у лиц основной группы, тогда как лицам из группы сравнения было свойственно напряжение углеводного обмена, выражающееся в возрастании признаков гиперинсулинемии (повышение базального уровня инсулина натощак) и ИР.

Ранее было показано, что критическими периодами для функционального состояния обследуемых жителей-северян являются весенне-летний и осенне-зимний периоды года, связанные с переходом температурной кривой через 0 °С [28]. В данном аспекте необходимо отметить, что выявленное нами возрастание концентрации инсулина, а также индекса HOMA-IR наблюдалось у обследуемых мужчин-северян из группы сравнения на фоне снижения температуры со средней величины в октябре +1,8 °С до среднего значения -17 °С на II этапе исследования (декабрь 2023 г.), в то же время у мужчин с дополнительной дотацией к рациону питания ПНЖК семейства ω-3 данных изменений не наблюдалось и, напротив, были зафиксированы благоприятные перестройки углеводного обмена в виде снижения уровня гликирования гемоглобина.

Заключение

Таким образом, согласно результатам настоящего исследования, установлено, что 1,5-месячный прием 1200 мг ПНЖК (660 мг ЭПК и 440 мг ДГК) у мужчин-северян ассоциирован с благоприятными изменениями ряда показателей углеводного обмена, проявляющимися в снижении гликации белков (патологического склеивания белков углеводами). В группе сравнения, напротив, отмечались дизадаптационные перестройки в углеводном обмене, которые проявлялись в виде нарастания признаков гиперинсулинемии (повышение базального уровня инсулина натощак) и ИР, что, по-видимому, обусловлено периодом исследования, когда в температурной кривой отмечается переход через 0 °С в зону отрицательных значений. По-видимому, такие перестройки инсулярной регуляции в группе сравнения являются определенным фактором, обеспечивающим оптимальный уровень метаболизма в критические периоды, в частности в осеннее-зимний период года при снижении температуры воздуха ниже 0 °С. В целом, учитывая данные факты, можно предположить наличие нивелирующей функции и даже оптимизационной роли дополнительной дотации ПНЖК семейства ω-3 относительно сезонных перестроек биохимических показателей организма жителей-северян в самый критический период года перехода температурной кривой через 0 °С.

Литература

1. Georgiou M., Prokopiou E. Diabetic retinopathy and the role of Omega-3 PUFAs: a narrative review // Exp. Eye Res. 2023. Vol. 231. Article ID 109494. DOI: https://doi.org/10.1016/j.exer.2023.109494

2. Abbott K.A., Burrows T.L., Thota R.N., Acharya S., Garg M.L. Do ω-3 PUFAs affect insulin resistance in a sex-specific manner? A systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials // Am. J. Clin. Nutr. 2016. Vol. 104, N 5. P. 1470-1484. DOI: https://doi.org/10.3945/ajcn.116.138172

3. Khan I., Hussain M., Jiang B., Zheng L., Pan Y., Hu J. et al. Omega-3 long-chain polyunsaturated fatty acids: metabolism and health implications // Prog. Lipid Res. 2023. Vol. 92. Article ID 101255. DOI: https://doi.org/10.1016/j.plipres.2023.101255

4. Tocher D.R., Betancor M.B., Sprague M., Olsen R.E., Napier J.A. Omega-3 long-chain polyunsaturated fatty acids, EPA and DHA: bridging the gap between supply and demand // Nutrients. 2019. Vol. 11, N 1. Article ID 89. DOI: https://doi.org/10.3390/nu11010089

5. Negi P.C., Sharma C.K., Nihjawan R., Sharma R., Asotra S. Role of omega 3 and omega 6 poly unsaturated fatty acids (PUFA) and vitamin D deficiency as risk determinants of metabolic syndrome in obesity: worksite based case-control observational study // Diabetes Metab. Syndr. 2022. Vol. 16, N 4. Article ID 102467. DOI: https://doi.org/10.1016/j.dsx.2022.102467

6. Giacobbe J., Benoiton B., Zunszain P., Pariante C.M., Borsini A. The anti-inflammatory role of omega-3 polyunsaturated fatty acids metabolites in pre-clinical models of psychiatric neurodegenerative, and neurological disorders // Front. Psychiatry. 2020. Vol. 11. Article ID 122. DOI: https://doi.org/10.3389/fpsyt.2020.00122

7. Jiang H., Wang L., Wang D., Yan N., Li C., Wu M. et al. Omega-3 polyunsaturated fatty acid biomarkers and risk of type 2 diabetes, cardiovascular disease, cancer, and mortality // Clin. Nutr. 2022. Vol. 41, N 8. P. 1798-1807. DOI: https://doi.org/10.1016/j.clnu.2022.06.034

8. Kotlyarov S., Kotlyarova A. Clinical significance of polyunsaturated fatty acids in the prevention of cardiovascular diseases // Front. Nutr. 2022. Vol. 6, N 9. Article ID 998291. DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2022.998291

9. Levant B., Vaváková M., Paduchová Z., Nagyová Z., Garaiova I., Muchová J. et al. N-3 (omega-3) polyunsaturated fatty acids in the pathophysiology and treatment of depression: pre-clinical evidence // CNS Neurol. Disord. Drug Targets. 2013. Vol. 12, N 4. P. 450-459. DOI: https://doi.org/10.2174/1871527311312040003

10. Fan R., Kim J., You M., Giraud D., Toney A.M., Kim S.-H.S. et al. α-Linolenic acid-enriched butter attenuated high fat diet-induced insulin resistance and inflammation by promoting bioconversion of n-3 PUFA and subsequent oxylipin formation // J. Nutr. Biochem. 2020. Vol. 76. Article ID 108285. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jnutbio.2019.108285

11. World Medical Association Declaration of Helsinki: ethical principles for medical research involving human subjects // JAMA. 2013. Vol. 310, N 20. P. 2191-2194. DOI: https://doi.org/10.1001/jama.2013.281053

12. Matthews D.R., Hosker J.P., Rudenski A.S. Homeostasis model assessment: insulin resistance and β-cell function from fasting plasma glucose and insulin concentration in man // Diabetologia. 1985. Vol. 28. P. 412-419. DOI: https://doi.org/10.1007/bf00280883

13. Vardeny O., Gupta D.K., Claggett B., Burke S., Shah A., Loehret L. et al. Insulin resistance and incident heart failure // JACC Heart Fail. 2013. Vol. 1, N 6. P. 531-536. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jchf.2013.07.006

14. Попова А.Ю., Тутельян В.А., Никитюк Д.Б. О новых (2021) Нормах физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации // Вопросы питания. 2021. Т 90, № 4. С. 6-19. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2021-90-4-6-19

15. WHO. Guideline: Sugars intake for adults and children, 2015 [Electronic resource]. URL: https://www.who.int/publications/i/item/9789241549028

16. US Department of Agriculture, Agricultural Research Service, N.D. Laboratory, USDA national nutrient database for standard reference legacy release, 2018. DOI: https://ndb.nal.usda.gov/ndb (date of access January 10, 20240.

17. Rattanatham R., Tangpong J., Chatatikun M., Sun D., Kawakami F., Imai M., Klangbud W.K. Assessment of eight insulin resistance surrogate indexes for predicting metabolic syndrome and hypertension in Thai law enforcement officers // PeerJ. 2023. Vol. 11. Article ID e15463. DOI: https://doi.org/10.7717/peerj.15463

18. Khan M.A.B., Hashim M.J., King J.K., Govender R.D., Mustafa H., Kaabi J.A. Epidemiology of type 2 diabetes-global burden of disease and forecasted trends // J. Epidemiol. Glob. Health. 2020. Vol. 10, N 1. P. 107-111. DOI: https://doi.org/10.2991/jegh.k.191028.001

19. Kumar D. Molecular medicine of diabetes mellitus // Clinical Molecular Medicine. Principles and Practice. 2020. Vol. 3. P. 267-288. DOI: https://doi.org/10.1016/b978-0-12-809356-6.00015-0

20. Thornalley P.J., Rabbani N. Detection of oxidized and glycated proteins in clinical samples using mass spectrometry - a user’s perspective // Biochim. Biophys. Acta. 2014. Vol. 1840, N 2. P. 818-829. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2013.03.025

21. Mark A.B., Poulsen M.W., Andersen S., Andersen J.M., Bak M.J., Ritz C. et al. Consumption of a diet low in advanced glycation end products for 4 weeks improves insulin sensitivity in overweight women // Diabetes Care. 2014. Vol. 37, N 1. P. 88-95. DOI: https://doi.org/10.2337/dc13-0842

22. Prasanna G., Saraswathi N.T. Linolenic acid prevents early and advanced glycation end-products (AGEs) modification of albumin // Int. J. Biol. Macromol. 2017. Vol. 95. P. 121-125. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2016.11.035

23. Feng N., Feng Y., Tan J., Zhou C., Xu J., Chen Y. et al. Inhibition of advance glycation end products formation, gastrointestinal digestion, absorption and toxicity: a comprehensive review // Int. J. Biol. Macromol. 2023. Vol. 249. Article ID 125814. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.125814

24. Агаджанян Н.А., Радыш И.В., Хисамутдинов А.Ф. Липидный и гормональный обмен у здоровых мужчин в различные сезоны года // Казанский медицинский журнал. 2009. Т. 90, № 6. С. 776-779.

25. Потеряева О.Н., Осипова Л.П., Русских Г.С., Биушкина Н.Г., Розуменко А.А., Чуркина Т.В. и др. Анализ содержания инсулина, кортизола и глюкозы в сыворотке крови поселковых жителей Ямало-Ненецкого автономного округа // Физиология человека. 2017. Т. 43, № 6. С. 103-108. DOI: https://doi.org/10.7868/S013116461706008X

26. Bonora E., Targher G., Alberiche M. Homeostasis model assessment closely mirrors the glucose clamp technique in the assessment of insulin sensitivity: studies in subjects with various degrees of glucose tolerance and insulin sensitivity // Diabetes Care. 2000. Vol. 23. P. 57-63. DOI: https://doi.org/10.2337/diacare.23.1.57

27. Abbott K.A., Burrows T.L., Acharya S., Thota R.N., Garg M.L. DHA-enriched fish oil reduces insulin resistance in overweight and obese adults // Prostaglandins Leukot. Essent. Fatty Acids. 2020. Vol. 159. Article ID 102154. DOI: https://doi.org/10.1016/j.plefa.2020.102154

28. Averyanova I.V., Vdovenko S.I. Peculiarities of morphological and functional characteristics of residents of the North-East of Russia, depending on background meteorological and heliomagnetic indices // Cardiometry. 2018. Vol. 12. P. 55-65. DOI: https://doi.org/10.12710/cardiometry.2018.12.5565

All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)

© GEOTAR-Media Publishing Group. The use of textual and illustrative content from this publication for the training of any artificial intelligence systems - including machine learning models and neural networks - is strictly prohibited without the prior written consent of the copyright holder.