Nutrition and body composition in young women with various leptin and ghrelin levels

• Ekaterina A. Musikhina
• Lada N. Smelysheva
• Roman V. Sidorov
• Georgy A. Kuznetsov

Abstract

Body mass and its composition depend on the energy equilibrium due to the consumption of energy-intensive macronutrients and energy expenditure under strict neuroendocrine control. Leptin andghrelin are the most important regulators of the energy balance; they modulate the redistribution of substrate flows in metabolic pathways.

The aim of the research was the assessment of nutrient intake in conjunction with the analysis of body composition and primarily hormonal regulators of energy balance in young women with various body mass index (BMI) values.

Material and methods. 88 girls aged 18-22 were examined. Based on the definition of BMI, three groups were formed: group 1 -young women with BMI <18.5 kg/m², underweight (UW); group 2 - BMI of 18.5 to <24.9 kg/m², normal weight (NW); and group 3 - BMI of >24.9 kg/m², overweight (OW). Body composition was determined using bioelectrical impedance analysis. Nutrition was assessed using the 24-hour food recall. Enzyme-linked immunosorbent assay was used to measure leptin and ghrelin concentrations.

Results. The study of nutrition in young women with various energy balances revealed intergroup differences in macronutrient and calorie intake. Underweight students demonstrated insufficient consumption of energy (1267±114 kcal/day) from all macronutrients. Overweight and obese young women ate a lot and consumed higher than daily average amounts of proteins (95.7±8.5 g) and fats (129.5±12.2 g). Young women with normal body weight consumed excess energy from fats - 33.7±1.1% (the same as in overweight subjects - 39.3±2.4%), but the relative carbohydrate and protein intake was below recommended level. An excess of energy consumed with food reflected in the degree of adipose tissue development and the energy balance of the examined persons. Leptin concentration increased at higher BMI values and depended on adipose tissue level, amounting to 5.0 [4.2; 5.7], 14.2 [9.7; 14.7] and 20.3 [14.8; 21.3] pg/ml (p<0.009). Ghrelin level was 13.0-14.2% higher in overweight subjects (2.09 [2.00; 2.27] ng/ml) vs. other groups (p<0.003).

Conclusion. Students with various BMI values demonstrated various dependences between macronutrient consumption and body composition. The results show that fat intake play a more important role in adipose tissue formation in young women than diet carbohydrates. Overweight and obese subjects have additional regulation factors associated with a stressed regulatory system.

Keywords:leptin, ghrelin, dietary intake, body composition, body mass index

REFERENCES

1. Kronenberg G.M., Melmed Sh., Polonsky K.S., Larsen P.R. Obesity and lipid metabolism disorders. Series: Williams endocrinology. Transl. from Engl. Eds by I.I. Dedov, G.A. Mel’nichenko. Moscow: GEOTAR-Media, 2010: 264 p. (in Russian)

2. Turicchi J., O’Driscoll R., Finlayson G., Duarte C, Hopkins M, Martins N., et al. Show more Associations between the proportion of fat-free mass loss during weight loss, changes in appetite, and subsequent weight change: results from a randomized 2-stage dietary intervention trial. Am J Clin Nutr. 2020; 111 (3): 536–44. DOI: https://doi.org/10.1093/ajcn/nqz331

3. Fefelova V.V., Fefelova Yu.A., Kazakova T.V., Koloskova T.P., Sergeeva E.Yu. Changes in the activity of enzymes of the main metabolic pathways of blood lymphocytes during food load in girls with different body composition (fat, muscle, bone). Byulleten’ eksperimental’noi biologii i meditsiny [Bulletin of Experimental Biology and Medicine]. 2015; 159 (3): 285–9. (in Russian)

4. Saraykin D.A., Khusnutdinova A.A., Pavlova V.I., Kamskova Yu.G., Yushkov B.G. Formation of adaptation of highly qualified athletes to physical loads of different sports by changing the ratio of body components. Chelovek. Sport. Meditsina [Human. Sport. Medicine]. 2018; (3): 47–59. DOI: https://doi.org/10.14529/hsm180305 (in Russian)

5. Girsh Ya.V., Gerasimchik O.A. The role and place of bioimpedance analysis in assessing the body composition of children and adolescents with different body weights. Byulleten’ sibirskoy meditsiny [Bulletin of Siberian Medicine]. 2018; (2): 121–32. DOI: https://doi.org/10.20538/1682-0363-2018-2-121-132 (in Russian)

6. Nikolaev V.G., Medvedeva N.N., Sindeeva L.V., Derevtsova S.N. Biophysical markers and their role in assessing the physical status of a person. Sibirskoe meditsinskoe obozrenie [Siberian Medical Review]. 2013; (6): 30–3. (in Russian)

7. Kaygorodtsev A.V., Smelysheva L.N., Musikhina E.A., Artenyan N.A. Stress-induced hormonal indicators of reproductive function in healthy girls with different body mass index. Chelovek. Sport. Meditsina [Human. Sport. Medicine]. 2018; (4): 35–41. DOI: https://doi.org/10.14529/hsm180405 (in Russian)

8. Adamska-Patruno E., Ostrowska L., Goscik J., Pietraszewska B, Kretowski A, Gorska M. The relationship between the leptin/ghrelin ratio and meals with various macronutrient contents in men with different nutritional status: a randomized crossover study. Nutr J. 2018; 17 (1): 118. DOI: https://doi.org/10.1186/s12937-018-0427-x

9. Nikolaev D.V., Smirnov A.V., Bobrinskaya I.G., Rudnev S.G. Bioimpedance analysis of human body composition. Moscow: Nauka, 2009: 392 p. (in Russian)

10. Guidelines for assessing the dietary intake by the 24-hour recall method. Approved Deputy Chief State Sanitary Doctor of the Russian Federation, No. C1-19/14-17 of February 26, 1996. (in Russian)

11. Methodical recommendations MR 2.3.1.0253-21 «Norms of physiological needs for energy and nutrients for various groups of the population of the Russian Federation», approved by the Head of the Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Wellbeing Chief State Sanitary Physician of the Russian Federation 22.07.2021. (in Russian)

12. The chemical composition of Russian food products: Handbook. Eds by I.M. Skurikhin, V.A. Tutelyan. Moscow: DeLiprint, 2002: 236 p. (in Russian)

13. Skurikhin I.M., Nechaev A.P. Everything about food from the point of view of a chemist. Mocow: Vysshaya shkola, 1991: 288 p. (in Russian)

14. Martinchik A.N., Baturin A.K., Kambarov A.O. Analysis of the association between the dietary energy structure by macronutrients and the prevalence of overweight and obesity among the population of Russia. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2020; 89 (3): 40–53. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2020-10028 (in Russian)

15. Álvarez Hernández E., Kahl S., Seelig A., Begovatz P., Irmler M., Kupriyanova Y., et al. Acute dietary fat intake initiates alterations in energy metabolism and insulin resistance. J Clin Invest. 2017; 127 (2): 695–708. DOI: https://doi.org/10.1172/JCI89444

16. Rabadanova A.I. Age features of changes in physiological and biochemical parameters in people with varying degrees of activity of the autonomic nervous system. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya [Modern Problems of Science and Education] 2015; (5): 634. DOI: https://doi.org/10.17513/spno.128-21613 (in Russian)

17. Eisenstein J., Roberts S.B., Dallal G., Saltzman E. High-protein weight-loss diets: are they safe and do they work? A review of the experimental and epidemiologic data. Nutr Rev. 2002; 60 (7): 189–200. DOI: https://doi.org/10.1301/00296640260184264

18. Astrup A., Ryan L., Grunwald G., Storgaard M., Saris W., Melanson E., et al. The role of dietary fat in body fatness: evidence from a preliminary meta-analysis of ad libitum low-fat dietary intervention studies. Br J Nutr. 2000; 83 (Suppl 1): 25–32. DOI: https://doi.org/10.1017/S0007114500000921

19. Korneeva E.V. Role of ghrelin and leptin in body weight regulation in patients with metabolic syndrome. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy [Bulletin of New Medical Technologies]. 2014; (1): 36–9. DOI: https://doi.org/10.12737/3309 (in Russian)

20. Chabanova N.B., Vasil’kova T.N., Polyakova V.A., Mataev S.I. Influence of the mass and nature of the distribution of adipose tissue on the leptin content in pregnant women at different periods of gestation. Ozhirenie i metabolism [Obesity and Metabolism]. 2019; 16 (1): 55–61. DOI: https://doi.org/10.14341/omet9505 (in Russian)

21. BabenkoA.Yu., Matveev G.A., Alekseenko T.I., Derevitskiy I.V., Kokina M.A., Shlyakhto E.V. Relationship between the components of the metabolic syndrome and the level of hormones involved in the regulation of adipose tissue metabolism. Arterial’naya gipertenziya [Arterial Hypertension]. 2019; (6): 639–52. DOI: https://doi.org/10.18705/1607-419X-2019-25-6-639-652 (in Russian)

Таблица 4. Коэффициенты корреляции между показателями состава тела и содержанием белков, жиров и углеводов в суточном рационе у девушек с различным индексом массы тела

Table 4. Correlations between body composition and content of proteins, fats, and carbohydrates in the daily diet of young women with various body mass index values

П р и м е ч а н и е. Б - белки; Ж - жиры; У - углеводы;"-" - отсутствие значимых корреляций. N o t e. P - proteins; F - fats; С - carbohydrates;"-" - no significant correlations.

В группе девушек с ИзбМТ определялась высокая энергетическая ценность суточного рациона, значительно превышающая потребности в энергии. При этом увеличение массы тела происходило за счет тощей и жировой массы с преимущественным влиянием последней (p<0,05). Статистически значимо наименьшая величина основного обмена характерна для девушек с ДМТ, что можно объяснить механизмом адаптации организма к дефицитному типу питания, выражавшемуся в стремлении к консервации энергии.

Наибольшее количество корреляционных связей между содержанием основных нутриентов пищи и компонентами состава тела наблюдается в группе девушек с ИзбМТ, что можно объяснить избыточностью их питания, вызывающей активацию синтетических процессов и накопление компонентов тела за счет перераспределения субстратных потоков по метаболическим путям. В этой же группе девушек определяется наибольшее общее количество корреляций, что свидетельствует о вовлеченности дополнительных факторов регуляции на фоне напряжения регуляторного контура.

Корреляционная связь между потреблением углеводов и жировой тканью у студенток с НМТ и ИзбМТ может указывать на насыщение глюкозой гликогеновых депо и откладывание ее избытка в адипоцитах. В этой связи любое переедание ввиду лептинорезистентности у лиц с ИзбМТ может приводить к отложению жира в организме и увеличению массы тела.

Степень развития активной клеточной массы напрямую ассоциирована с величиной потребления жиров, о чем свидетельствуют прямые корреляционные зависимости во всех группах обследуемых девушек. Такой результат можно объяснить очень низким уровнем физической активности обследованных [11], связанным с этим депонированием липидов покоящейся мускулатурой и использованием их в качестве основного источника энергии.

В группе девушек с ИзбМТ потребление жиров коррелирует с тощей массой в виде отрицательной связи средней силы (p<0,05). Такая ассоциация объяснима возможным участием пищевых жиров в процессах модуляции белкового обмена путем угнетающего воздействия избыточно окисляющихся липидов на метаболизацию белков [1].

В зависимости от значения ИМТ у обследованных девушек были определены разнонаправленные связи между содержанием макронутриентов и показателями водного сектора организма (p<0,05). Наибольшая величина связи между содержанием жидкости в организме и потреблением жиров определялась в группе студенток с ИзбМТ. При оценке роли белка в процессах регуляции водного баланса в группе девушек с НМТ наблюдалась обратная связь с содержанием внеклеточной жидкости, а в группе лиц с ИзбМТ, напротив, - прямая корреляция.

В ходе исследования выявлена взаимосвязь средней силы между величиной фазового угла и уровнем потребления белка в группе девушек с НМТ (r=0,47), что объясняется участием пептидов в каталитических реакциях, обеспечивающих оптимальную скорость протекания метаболических процессов. Среди всех макронутриентов наиболее тесная связь с величиной основного обмена прослеживалась у белков в группе девушек ИзбМТ (r=0,54). Такой результат можно объяснить избыточностью их потребления, высокой энергетической стоимостью процессов биосинтеза и распада, обусловливающих максимальную величину пищевого термогенеза [18].

В литературе описана взаимосвязь между ИМТ и содержанием гормонов, регулирующих энергетический гомеостаз [19-21]. Нами исследованы особенности секреции лептина и грелина у девушек с различным значением ИМТ (табл. 5).

Таблица 5. Концентрация лептина и грелина в плазме крови у девушек с различным индексом массы тела в условиях фоновой нагрузки (Me [25; 75], n=88)

Table 5. Blood plasma leptin and ghrelin levels in young women with various body mass index values at background stress (Me [25; 75], n=88)

П р и м е ч а н и е. p - достоверность межгрупповых различий при множественном сравнении (критерий Краскела-Уоллиса). N o t e. p - reliability of intergroup differences in multiple comparison (Kruskal-Wallis test).

В фоновых условиях концентрация лептина в крови статистически значимо увеличивалась с ростом ИМТ и зависела от количества жировой ткани, являющейся основным местом его секреции. Концентрация грелина у лиц с ИзбМТ была значимо выше по сравнению с показателем в других группах. У девушек с ДМТ и НМТ различий в содержании грелина практически не наблюдалось.

Заключение

В исследованной выборке студенток с различным значением ИМТ определены разнонаправленные связи между содержанием макронутриентов и показателями компонентного состава тела. Полученные результаты свидетельствуют о более существенном вкладе в развитие жировой ткани у девушек жирового компонента рациона питания, в то время как углеводная составляющая имеет менее значимую ассоциацию. Группа лиц с избыточной массой тела и ожирением характеризуется вовлеченностью дополнительных факторов регуляции на фоне напряжения регуляторного контура. Результаты оценки секреции лептина и грелина подтверждают их основную физиологическую роль в регулировании энергетического гомеостаза, которая выражается в первую очередь в модуляции процессов обеспечения пластическими и энергетическими ресурсами всех органов и систем организма.

Литература

1. Кроненберг Г.М., Мелмед Ш., Полонски К.С., Ларсен П.Р. Ожирение и нарушения липидного обмена. Серия: Эндокринология по Вильямсу / пер. с англ. ; под ред. И.И. Дедова, Г.А. Мельниченко. Москва : ГЭОТАР-Медиа, 2010. 264 с.

2. Turicchi J., O’Driscoll R., Finlayson G., Duarte C, Hopkins M, Martins N. et al. Show more Associations between the proportion of fat-free mass loss during weight loss, changes in appetite, and subsequent weight change: results from a randomized 2-stage dietary intervention trial // Am. J. Clin. Nutr. 2020. Vol. 111, N 3. P. 536-544. DOI: https://doi.org/10.1093/ajcn/nqz331

3. Фефелова В.В., Фефелова Ю.А., Казакова Т.В., Колоскова Т.П., Сергеева Е.Ю. Изменение активности ферментов основных метаболических путей лимфоцитов крови при пищевой нагрузке у девушек с разным компонентным составом тела (жировым, мышечным, костным) // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2015. Т. 159, № 3. С. 285-289.

4. Сарайкин Д.А., Хуснутдинова А.А., Павлова В.И., Камскова Ю.Г., Юшков Б.Г. Формирование адаптации спортсменов высокой квалификации к физическим нагрузкам разных видов спорта путем изменения соотношения компонентов тела // Человек. Спорт. Медицина. 2018. № 3. С. 47-59. DOI: https://doi.org/10.14529/hsm180305

5. Гирш Я.В., Герасимчик О.А. Роль и место биоимпедансного анализа в оценке состава тела детей и подростков с различной массой тела // Бюллетень сибирской медицины. 2018. № 2. С. 121-132. DOI: https://doi.org/10.20538/1682-0363-2018-2-121-132

6. Николаев В.Г., Медведева Н.Н., Синдеева Л.В., Деревцова С.Н. Биофизические маркеры и их роль в оценке физического статуса человека // Сибирское медицинское обозрение. 2013. № 6. С. 30-33.

7. Кайгородцев А.В., Смелышева Л.Н., Мусихина Е.А., Артенян Н.А. Стресс-индуцированные гормональные показатели репродуктивной функции у здоровых девушек с различным индексом массы тела // Человек. Спорт. Медицина. 2018. № 4. С. 35-41. DOI: https://doi.org/10.14529/hsm180405

8. Adamska-Patruno E., Ostrowska L., Goscik J., Pietraszewska B, Kretowski A, Gorska M. The relationship between the leptin/ghrelin ratio and meals with various macronutrient contents in men with different nutritional status: a randomized crossover study // Nutr. J. 2018. Vol. 17, N 1. P. 118. DOI: https://doi.org/10.1186/s12937-018-0427-x

9. Николаев Д.В., Смирнов А.В., Бобринская И.Г., Руднев С.Г. Биоимпедансный анализ состава тела человека. Москва : Наука, 2009. 392 c.

10. Методические рекомендации по оценке количества потребляемой пищи методом 24-часового (суточного) воспроизведения питания. Утв. Зам. Главного государственного санитарного врача Российской Федерации, № С1-19/14-17 от 26 февраля 1996 г.

11. Методические рекомендации МР 2.3.1.0253-21 "Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации", утверждены руководителем Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации 22.07.2021.

12. Химический состав российских пищевых продуктов: справочник / под ред. И.М. Скурихина, В.А. Тутельяна. Москва : ДеЛипринт, 2002. 236 с.

13. Скурихин И.М., Нечаев А.П. Все о пище с точки зрения химика. Москва : Высшая школа, 1991. 288 с.

14. Мартинчик А.Н., Батурин А.К., Камбаров А.О. Анализ ассоциации структуры энергии рациона по макронутриентам и распространения избыточной массы тела и ожирения среди населения России // Вопросы питания. 2020. Т. 89, № 3. С. 40-53. DOI: https://doi.org/10.24411/0042-8833-2020-10028

15. Álvarez Hernández E., Kahl S., Seelig A., Begovatz P., Irmler M., Kupriyanova Y. et al. Acute dietary fat intake initiates alterations in energy metabolism and insulin resistance // J. Clin. Invest. 2017. Vol. 127, N 2. P. 695-708. DOI: https://doi.org/10.1172/JCI89444

16. Рабаданова А.И. Возрастные особенности изменения физиологических и биохимических показателей у людей с различной степенью активности вегетативной нервной системы // Современные проблемы науки и образования. 2015 № 5. С. 634. DOI: https://doi.org/10.17513/spno.128-21613

17. Eisenstein J., Roberts S.B., Dallal G., Saltzman E. High-protein weight-loss diets: are they safe and do they work? A review of the experimental and epidemiologic data // Nutr. Rev. 2002. Vol. 60, N 7. P. 189-200. DOI: https://doi.org/10.1301/00296640260184264

18. Astrup A., Ryan L., Grunwald G., Storgaard M., Saris W., Melanson E. et al. The role of dietary fat in body fatness: evidence from a preliminary meta-analysis of ad libitum low-fat dietary intervention studies // Br. J. Nutr. 2000. Vol. 83, suppl. 1. P. 25-32. DOI: https://doi.org/10.1017/S0007114500000921

19. Корнеева Е.В. Роль грелина и лептина в регуляции массы тела у пациентов с метаболическим синдромом // Вестник новых медицинских технологий. 2014. № 1. С. 36-39. DOI: https://doi.org/10.12737/3309

20. Чабанова Н.Б., Василькова Т.Н., Полякова В.А., Матаев С.И. Влияние массы и характера распределения жировой ткани на содержание лeптина у беременных в различные сроки гестации // Ожирение и метаболизм. 2019. Т. 16, № 1. С. 55-61. DOI: https://doi.org/10.14341/omet9505

21. Бабенко А.Ю., Матвеев Г.А., Алексеенко Т.И., Деревицкий И.В., Кокина М.А., Шляхто Е.В. Взаимосвязи компонентов метаболического синдрома с уровнем гормонов, вовлеченных в регуляцию метаболизма жировой ткани // Артериальная гипертензия. 2019. № 6. С. 639-652. DOI: https://doi.org/10.18705/1607-419X-2019-25-6-639-652

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.