Whole grain and the gut-brain axis : The role of microbiota composition, dietary fiber, and metabolites

Whole grain (WG) is rich in dietary fiber, other nutrients, and phytochemicals, and has potential effects on the brain through the gut-brain axis and non-microbiotarelated routes. This thesis explored the interplay between gut microbiota, dietary fiber, and microbiota-derived metabolites during in vitro fermentation of WG oat bread, WG rye bread, and refined bread. The effects of WG rye bread on the gutbrain axis were studied in a three-week dietary intervention study.Differences in short-chain fatty acid (SCFA) production and dietary fiber degradation were observed between two donors with different fecal microbiota composition and between different breads during the 24-h in vitro fermentation experiments. High levels of butyrate were observed especially in fermentation samples with rye substrate in one donor, where a high relative abundance of Subdoligranulum genus was also observed. The metabolite profile of fermentation samples with WG rye differed from that of fermentation samples with WG oats and refined bread. Metabolites showing significant changes included several suggested microbiota-derived metabolites.The three-week intervention with high intake of WG rye bread did not reveal any significant effects on fecal microbiota, SCFA levels, blood markers related to the gut-brain axis, intestinal permeability, stress responses, cognitive performance, or perceived long-term stress and well-being in healthy subjects. However, the abundance of two butyrate-producing taxa, Anaerobutyricum hallii and Eubacterium ventriosum group increased within the group consuming WG rye bread.Altogether, these results indicate that WG rye may have butyrate-promoting effects depending on gut microbiota composition, but effects on the gut-brain axis were not observed

Pyörätuolin harjoitusvastus

Toimeksiantajan Suomen Vammaisurheilu ja -liikunta VAU ry:n tehtävänä on suunnitella, toteuttaa ja kehittää liikunta-, näkö- ja kehitysvammaisille mahdollisuuksia ja olosuhteita liikunnan harrastamiseen ja kilpailemiseen. Opinnäytetyön tavoitteena oli tuottaa proto-tyyppi pyörätuolin harjoitusvastuksesta, joka mahdollistaa pyörätuolissa olevan henkilön pyörätuolikelausharjoittelun kotioloissa. Tuotteesta haluttiin mahdollisimman monelle pyörätuolille sopiva ja sen tuli olla helposti liikuteltavissa ja käytettävissä ilman avustajaa. Tuotteen haluttiin toimivan täysin mekaanisesti ilman ulkopuolista sähkövirtaa. Työ suunniteltiin käyttämällä apuna Karl Ulrichin ja Steven Eppingerin Geneeristä tuote-kehitysprosessia ja käytettävyyden ISO 9241-210-standardia. Tuote mallinnettiin So-lidWorks-ohjelmistolla. Mallista tehtiin alustavat osapiirustukset, joiden pohjalta valmis-tettiin prototyyppi. Prototyypin toiminta perustui lukittavissa oleviin rulliin, joiden päällä pyörätuolilla pystyttiin kelaamaan. Rullille nouseminen tapahtui ramppien avulla. Valmista prototyyppiä testattiin ja tuloksien perusteella laitteen painoa ja rullausvastusta tuli ke-ventää. Näiden ongelmien ratkaisemiseksi suunniteltiin toinen, jalostetumpi malli. Tästä ei kuitenkaan lähdetty työstämään toista prototyyppiä. Prototyypillä pystyttiin todentamaan harjoitusvastuksen toimivuus, mutta tuote vaatisi jatkokehittelyä, ennen kuin se olisi valmis markkinoille. Myöskin osista vaatimuksista jou-dutaan tinkimään, jotta toinen vaatimus saadaan toimimaan paremmin. Esimerkiksi paino ja rullausvastus eivät kulje käsi kädessä, vaan jotta vastusta saataisiin kevennettyä, jou-duttaisiin lisäämään esimerkiksi vauhtipyörä, joka nostaisi taas laitteen painoa. Laitetta voitaisiinkin suunnitella esimerkiksi kuntosaleille, missä sitä ei tarvitsisi liikutella ja painolla ei silloin olisi väliä.Abstract The mission of the assignor, Suomen Vammaisurheilu ja -liikunta VAU ry, is to design, implement and develop opportunities and conditions to train sports for people who has physical, visual and mental disabilities. The objective of the thesis was to produce a prototype of a wheelchair exercise resistor that enables wheelchair rolling at home for person in a wheelchair. The product should be made available as many size of wheelchairs as possible. It should also be easy to move and usable without assistance. The goal was to make it fully mechanically without external electrical power. The product was designed utilizing Karl Ulrich’s and Steven Eppinger’s generic product development process and ISO 9241-210 usability standard. The product was modeled with Solidworks software and preliminary manufacturing drawings were made on based on the models. The prototype was produced following the drawings. The prototype based on lockable rollers. Ramps were used to board on the rollers with a wheelchair. The prototype were tested and based on the results the weight of the machine and rolling resistance were both too heavy. To solve these problems the second, more refined model was designed. The second model was only designed in 3D and it was not produced as another prototype. The functionality of the training resistor was successfully verified with the prototype, but the product would require further development before it is ready for the market. Also some of the requirements would be compromised so other requirement would be better met. For example, rolling resistance and the weight of the machine do not go hand in hand. If rolling resistance was to be decreased, a flywheel should be added, which would increase the weight of the machine. The machine could be design for gyms, where it would not have to moved, and the weight of the product would not matter

Ruisleivän fermentoituvien hiilihydraattien määrän vaikutus aterianjälkeisiin vatsaoireisiin ja suoliston sisäisiin olosuhteisiin ärtyvän suolen oireyhtymässä

Johdanto: Ärtyvän suolen oireyhtymä on toiminnallinen vatsavaiva, johon liittyy kipu tai epämiellyttävä tunne vatsassa ja muuttunut ulostustiheys tai ulosteen koostumus. Viime aikoina on saatu tutkimusnäyttöä paksusuolessa herkästi fermentoituvia FODMAP-hiilihydraatteja (fermentable oligo , di- and monosaccharides and polyols) rajoittavan ruokavalion tehosta ärtyvän suolen oireyhtymän hoidossa. Ruisleipä on keskeinen kuidun ja folaatin lähde suomalaisille, mutta se sisältää runsaasti FODMAP-hiilihydraatteja ja voi sen vuoksi aiheuttaa oireita herkkävatsaisille. Ruisleivän valmistusprosessia muuttamalla voidaan tehdä vähemmän FODMAP-hiilihydraatteja sisältävää ruisleipää. Tavoitteet: Tutkimuksen päätavoitteena oli verrata kahden, FODMAP-hiilihydraattien määrän suhteen toisistaan eroavan ruisleivän vaikutuksia IBS-potilaiden aterianjälkeisiin vatsaoireisiin, uloshengitysilman vetypitoisuuteen ja mahasuolikanavan läpikulkuaikoihin, happamuuteen ja paineeseen. Muina tavoitteina oli saada tietoa SmartPill®-laitteen toimivuudesta vatsaoireiden mittausmenetelmänä ja tutkia vatsaoireiden voimakkuuden ja uloshengitysilman vetypitoisuuden välistä yhteyttä. Aineisto ja menetelmät: Tutkittavana olivat normaalipainoiset ja ylipainoiset naiset, joilla oli IBS (n=7). Tutkimus oli kaksoissokkoutettu, satunnaistettu, vaihtovuoroinen ateriakoe kahdella eri ruisleivällä. Tutkittavat söivät satunnaisessa järjestyksessä kumpaakin leipää erillisillä koejaksoilla, minkä jälkeen heiltä mitattiin vatsaoireita, uloshengitysilman vetypitoisuutta ja suoliston sisäisiä olosuhteita. Suoliston lämpötilaa, painetta ja pH:ta mitattiin SmartPill®-laitteella, joka on pienikokoinen nieltävä kapseli. Kapselin mittaamista tiedoista saadaan läpikulkuajat, pH:n mediaanit, keskipaine ja supistuksien määrät mahasuolikanavan eri osille. Tutkimuksen tulokset esitettiin mm. käyrän alaisina pinta-aloina ja maksimiarvoina. Mittausjaksojen välisiä eroja analysoitiin tilastollisesti Wilcoxonin merkittyjen sijalukujen testillä. Vatsaoireiden voimakkuuden yhteyttä suoliston paineeseen ja uloshengitysilman vetypitoisuuteen analysoitiin Spearmanin järjestyskorrelaatiokertoimen avulla. Tulokset: Uloshengitysilman vetypitoisuuden käyrän alainen pinta-ala (AUC0-630min) erosi koejaksojen välillä (p=0,028). Uloshengitysilman vetypitoisuus oli matalampi tutkittavien syödessä vähemmän FODMAP-hiilihydraatteja sisältävää ruisleipää verrattuna tavalliseen ruisleipään. Ilmavaivojen voimakkuuden maksimiarvo oli suurempi tavallisella ruisleivällä (p=0,034). SmartPill®-kapselilla mitatut läpikulkuajat, pH, paine ja supistuksien määrä eivät eronneet koejaksojen välillä. Vatsaoireiden yhteenlaskettu voimakkuus oli positiivisesti yhteydessä paksusuolen keskipaineeseen toisella koejaksolla (ρ=0,786, p=0,036). Vatsaoireiden voimakkuuden ja uloshengitysilman vetypitoisuuden välillä ei havaittu yhteyttä. Johtopäätökset: Ruisleivän FODMAP-hiilihydraattien määrä saattaa vaikuttaa paksusuolessa tapahtuvaan mikrobifermentaatioon, joka lisää vetykaasun muodostumista suolistossa. Lisääntynyt kaasun määrä suolessa voi aiheuttaa ilmavaivoja ja nostaa paksusuolen painetta, mikä saattaa aiheuttaa myös muita vatsaoireita. Vähemmän fermentoituvia hiilihydraatteja sisältävä ruisleipä voi auttaa hillitsemään kaasun tuotantoa ja siihen liittyviä oireita IBS-potilailla, jotka saavat vatsaoireita tavallisesta ruisleivästä. SmartPill®-kapselin soveltuvuudesta vatsaoireiden mittausmenetelmäksi tarvitaan huomattavasti enemmän tutkimustietoa

At the crossroads - do we really want to serve mental health?

publishedVersionNon peer reviewe