Effekt af mælkefedtkuglemembran (MFGM) på tarmbarrierebeskyttelse hos løbere

Et randomiseret, dobbeltblindt cross-over træningsforsøg blev udført med 14 løbere på Utah State University campus. Denne population på 14 løbere blev udvalgt fra en større population på 20, der blev rekrutteret til at gennemføre to indledende forsøg. I to foreløbige besøg blev de nødvendige parametre for at udføre det eksperimentelle forsøg bestemt. Under det første besøg blev en basislinjeværdi bestemt for tarmpermeabilitet samt aerob kapacitet hos løbere. Ved det andet besøg blev kapaciteten til at gennemføre et løb med 80 % VO2max testet, og effekten af ​​træningsbelastningen på tarmens permeabilitet, plasma LPS og kernetemperatur blev målt.

Når først en testpopulation var udvalgt, blev der udført et randomiseret, dobbeltblindt, cross-over forsøg, hvor MFGM blev testet for evnen til at forhindre en ændring i den træningsinducerede tarmpermeabilitet.

Under hver testsession blev puls (HR), arbejdsoutput og kernetemperatur (CT) overvåget. HR og CT blev overvåget af en CorTemp™ temperaturpille, som blev indtaget af atleterne før forsøget (http://www.hqinc.net/pages/pill_page.html). Derudover blev der udtaget blod ved baseline (før udtømningsforsøg), umiddelbart efter tidsforsøget og igen efter 1 time og 5 timer. Blod blev analyseret for indekser for træningsintensitet (laktat), muskelskade (kreatinkinase, cytokiner) og tarmbarrieredysfunktion (lipopolysaccharid, cytokiner). Derudover indtog atleter umiddelbart efter løbeturen en drik med to kulhydrater (lactulose og rhamnose). I løbet af de følgende seks timer blev urin opsamlet, og disse sukkerarter blev målt ved hjælp af gaskromatografi for at bestemme permeabiliteten af ​​tarmen.

Emnerekruttering Tyve, løbere (alder 18-50) blev oprindeligt rekrutteret via campusfoldere, annoncer i den lokale avis og ugentlige sportsguider. Deltagere, som havde sygehistorier, herunder: hjertesygdomme, ukontrolleret hypertension, diabetes, Crohns sygdom, irritabel tyktarm, colitis, cøliaki, inflammatoriske eller autoimmune sygdomme eller laktoseintolerans blev udelukket fra undersøgelsen. Alle forsøgspersoner blev instrueret i at undgå al antiinflammatorisk medicin i mindst 24 timer før enhver testaktivitet. Om morgenen efter det første besøg fik godkendte forsøgspersoner kropssammensætning målt med BodPod (Life Measurement, Inc., Concord, CA). Deltagerne blev bedt om at afstå fra tung træning i 48 timer før det første besøg. Forsøgspersonerne fik et 50 ml rør indeholdende 5 g lactulose- og 2 g rhamnose-sukkerproben og blev instrueret i at drikke sonden 4 timer efter, at de havde afsluttet morgenmaden for at bestemme tarmpermeabiliteten ved udgangspunktet. Forsøgspersonerne fik en urinopsamlingsbeholder og blev instrueret i at opsamle al urin i 6 timer efter indtagelse af sonden. Forsøgspersonerne måtte ikke spise frokost før 1,5 time efter at have drukket sukkersonden. Efter 6 timers urinopsamling vendte forsøgspersonerne tilbage til teststedet og udførte en løbende VO2 max-test.

Andet besøg (ca. en uge efter første besøg) Ca. 3 timer efter afslutningen af ​​morgenmaden rapporterede forsøgspersoner til teststedet for at få udtaget blod (for at bestemme baseline plasma LPS), vægten målt og for at indtage en temperatursonde. Deltagerne startede træningsudfordringen (60 minutters løb ved 80 % VO2 max) cirka 4 timer efter afslutningen af ​​morgenmaden. Træningsudfordringen blev udført i et klimakontrolleret rum ved 22 °C uden blæser. Forsøgspersonerne blev overvåget for at sikre, at de kørte ved 80 % VO2 max og ikke fik lov til at forbruge vand under udfordringen. Umiddelbart efter træningsudfordringen indtog deltagerne sukkerproberne. Vægten blev målt, blod udtaget (plasma-LPS efter træning), og forsøgspersonerne blev instrueret i at samle deres urin i de næste seks timer. For at lette rehydrering og urinproduktion blev forsøgspersonerne instrueret i at erstatte 150 % af deres væsketab (før til efter træningsvægt) med vandindtag.

Efter screening af 20 forsøgspersoner indvilligede en population på 15 forsøgspersoner i at deltage i cross-over forsøget. Én forsøgsperson faldt fra på grund af en graviditet, og fire forsøgspersoner kunne deltage på grund af skemakonflikter. Et forsøgsperson droppede ud efter at have pådraget sig en brækket ankel, som ikke var relateret til undersøgelsen.

Det tredje og fjerde besøg var crossover-delen af ​​eksperimentet, der sammenlignede MFGM med køretøjet. Det 3. og 4. besøg var identiske med det andet besøg, bortset fra at deltagerne drak enten væskeerstatningsmidlet eller væskeerstatningen + MFGM 1 time før træningsudfordringen og igen umiddelbart efter træningen. Deltagere og personale, der administrerede eksperimentelle protokoller, blev blindet for behandlinger ved brug af kodede, ikke-gennemsigtige drikkebeholdere. Forsøgspersonerne gennemfører det 4. besøg en uge senere og indtager køretøjets drikkevare eller køretøjet + MFGM.

Til crossover-delen af ​​undersøgelsen fik atleter en af ​​to drikkevarer. Kontroldrikken blev formuleret i overensstemmelse med gældende retningslinjer for sportsernæring til både før- og eftertræning af næringsstoffer. Den indeholdt valleprotein, saccharose, maltodextriner, chokoladesmag og en lille mængde smørolie. Testdrikken var identisk med hensyn til makronæringsstofindhold, men indeholdt en mælkebaseret ingrediens kaldet 'mælkefedtkuglemembran'. Dette materiale er isoleret fra et biprodukt fra smørproduktion og er rigt på fosfolipider. Drikkevarerne blev leveret tre timer før træningsforsøget samt umiddelbart efter. Testdrikken indeholdt et pulver rigt på MFGM, som er produceret af Arla Foods (Lacprodan PL-20), som indeholder omkring 20 % fosfolipider og 60 % protein. I undersøgelser med mus har Dial et al bemærket virkninger på tarmbeskyttelse efter 1 time, når dyrene får fosfolipider på 100 mg/kg kropsvægt. Den anden drik blev matchet for indhold af makronæringsstoffer, men indeholdt ikke fosfolipidpulveret.

Målte endepunkter Ændring i tarmpermeabilitet For at bestemme hvile, baseline intestinal permeabilitet, blev metoden fra Pals anvendt. Denne metode bestemmer intestinal permeabilitet ved at tilføre de ikke-fordøjelige sukkerarter lactulose og rhamnose og estimerer intestinal og gastrisk permeabilitet ved at genvinde disse sukkerprober i urinen. I raske tarmepitel har lactulose meget begrænset transport over tarmbarrieren. Rhamnose krydser tyndtarmens epitel via en transcellulær vej og tjener som intern kontrol for at tage højde for mavetømningshastighed, tarmens transittid og nyrefunktion. Det større lactulosemolekyle kan kun krydse tarmepitel via en paracellulær rute gennem tætte forbindelser. Derfor indikerer et højere forhold mellem lactulose og rhamnose genfundet i urinen kompromitteret tarmbarrierefunktion. Træningsstress har vist sig at øge lactulose/rhamnose-forholdet i urinen markant. I lighed med vores foreslåede træningsstressmodel er denne metode blevet brugt til at demonstrere, at løb ved 80 % VO2max i en time fordobler tarmens permeabilitet sammenlignet med baseline.

Ændring i plasma LPS: For at vurdere endotoksæmi blev plasma LPS koncentrationer målt via en kinetisk aktivitet som beskrevet af Nieman. Plasma LPS blev målt fra blod taget før træning (baseline), umiddelbart efter og 1 og 5 timer efter træningsforsøget. Plasma LPS har vist sig at stige efter udholdenhedsøvelser og antages at være resultatet af afvigende bakteriel translokation af tarmbakterier gennem kompromitteret tarmbarriere. Forhøjet plasma-LPS fra baseline umiddelbart efter træning er tidligere blevet påvist efter et halvmaraton, helmaraton. Det blev forventet, at plasma LPS-niveauer ville stige efter træningsstress og vil være korreleret til kernekropstemperaturen og lactulose/rhamnose-indekset for tarmbarriereintegritet.

Ændring i inflammatoriske cytokiner: Plasmaniveauer af IL-6, TNFα, IL-10, IL-17, INFγ, IL-3, MCP-1, IL-15 og GMCSF blev målt i basislinjen og i prøverne 1 time efter træning . Cytokinkoncentrationer blev bestemt ved multipleks enzym-koblet immunosorbent assay (ELISA) af en kommerciel leverandør (Quansys Biosystems, Logan, UT). Disse cytokiner blev udvalgt baseret på en tidligere undersøgelse, der undersøgte tarmlækage og MFGM-forbrug i et LPS-stimuleret tarmlækageforsøg med mus. Alle cytokiner var signifikant opreguleret i dyr med utætte tarme undtagen GMCSF og var signifikant sænket i MFGM-fodrede dyr sammenlignet med kontroller. Desuden påviste Ng et al øgede plasmaniveauer af IL-10 og IL-6 (hhv. 50 % og 65,2 % stigning fra baseline) hos løbere umiddelbart efter et halvmaraton. Tilsvarende er plasmaniveauer af IL-6 og TNFα blevet påvist at være øget fra baseline umiddelbart efter et maraton. Baseret på de foreløbige data og de førnævnte undersøgelser, blev det forventet, at øgede niveauer af inflammatoriske cytokiner ville blive målt efter træningsudfordringen, og det blev antaget, at MFGM ville ophæve denne effekt sammenlignet med de andre genopretningsdrikke.

Ændring i plasma-kreatinkinase: Kreatinkinase blev målt i prøver taget før, umiddelbart efter og 1 time efter træningsudfordringen. Kreatinkinase blev målt ved at anvende et kommercielt kolorimetrisk kit (Sigma) i en 96-brønds UV/vis-pladelæser (Molecular Devices). Forøget plasmakreatinkinase er et veletableret indeks for muskelskader, der er induceret af træning. I en lignende undersøgelse havde cyklister, der kørte ved 85 % VO2 max indtil udmattelse efter glykogenudtømning den foregående dag, mindre plasmakreatinkinase, når de indtog chokolademælk som en restitutionsdrik sammenlignet med en kulhydraterstatningsdrik.

Plasmalaktat: For at vurdere anaerob metabolisme vil plasmalaktat blive målt ved baseline, umiddelbart efter og 2 timer efter træningsstressen. Lactat vil blive målt ved hjælp af et enzymatisk testkit (r-Biopharm, Marshall, MI).

Det primære endepunkt målt i denne undersøgelse var lactulose/rhamnose-forholdet i urin og plasma LPS. Dataene blev analyseret med enkeltfaktor ANOVA, og signifikante forskelle blev undersøgt med post-hoc test. Kernetemperaturen blev målt i realtid og var korreleret med tarmhypoxi og tarmlækage.

Alle komponenter målt i blodet (laktat, LPS, cytokiner og CK) blev analyseret med en tofaktor ANOVA med tid og behandling som variable. Lactat blev inkluderet, da det generelt anses for at være et indeks for anaerob aktivitet. En anden parameter, der var interesseret i, er kreatinkinase. Som nævnt i indledningen påvises dette enzym i blodet efter intens træning og menes at hænge sammen med skader på muskler. Desuden har mindst to undersøgelser med chokolademælk bemærket, at plasma CK er lavere hos atleter, der drikker chokolademælk, sammenlignet med andre restitutionsdrikke.

Ledelsesplan Alle tre PI'er var aktivt involveret i planlægningen og udførelsen af ​​denne undersøgelse, såvel som i prøvebehandlingen og analysen. Dr. Ward var ansvarlig for formuleringen af ​​MFGM-drikken. Derudover var Dr. Ward ansvarlig for GC-FID-analysen af ​​urinen. Derudover vil Dr. Ward vejlede en kandidatstuderende støttet af dette projekt.

Dr. Bressel rekrutterede atleterne og hjalp med at organisere testene. Derudover overvågede Dr. Bressel alle præstationsforsøg og indsamlingen af ​​træningsdata.

Dr. Hintze var ansvarlig for blod- og urinprøverne. Den studerende (og måske Dr. Hintze) udførte LPS, laktat- og CK-assays. Derudover var Dr. Hintze ansvarlig for korrekt prøveudlevering af blodet og for prøveleveringen til Quansys Biosystems til cytokinanalysen.

Alle tre PI'er samarbejdede om dataanalysen og om manuskriptforberedelse.