Wirkung der Milchfettkügelchenmembran (MFGM) auf den Schutz der Darmbarriere bei Läufern

Ein randomisierter, doppelblinder Crossover-Trainingsversuch wurde mit 14 Läufern auf dem Campus der Utah State University durchgeführt. Diese Population von 14 Läufern wurde aus einer größeren Population von 20 ausgewählt, die rekrutiert wurde, um zwei anfängliche Versuche zu absolvieren. In zwei Vorbesichtigungen wurden die für die Versuchsdurchführung notwendigen Parameter ermittelt. Beim ersten Besuch wurde ein Basiswert für die Darmdurchlässigkeit sowie die aerobe Kapazität der Läufer bestimmt. Beim zweiten Besuch wurde die Fähigkeit getestet, einen Lauf bei 80 % VO2max zu absolvieren, und die Wirkung der körperlichen Belastung auf Darmpermeabilität, Plasma-LPS und Kerntemperatur gemessen.

Nachdem eine Testpopulation ausgewählt worden war, wurde eine randomisierte, doppelblinde Crossover-Studie durchgeführt, in der MFGM auf seine Fähigkeit getestet wurde, eine Veränderung der durch körperliche Betätigung verursachten Darmpermeabilität zu verhindern.

Während jeder Testsitzung wurden Herzfrequenz (HR), Arbeitsleistung und Kerntemperatur (CT) überwacht. HF und CT wurden mit einer CorTemp™ Temperaturpille überwacht, die von den Athleten vor dem Versuch eingenommen wurde (http://www.hqinc.net/pages/pill_page.html). Zusätzlich wurde Blut bei der Grundlinie (vor dem Erschöpfungsversuch), unmittelbar nach dem Zeitversuch und erneut bei 1 h und 5 h entnommen. Das Blut wurde auf Indizes für Trainingsintensität (Laktat), Muskelschädigung (Kreatinkinase, Zytokine) und Darmbarrierestörung (Lipopolysaccharid, Zytokine) analysiert. Zusätzlich konsumierten die Athleten unmittelbar nach dem Lauf ein Getränk mit zwei Kohlenhydraten (Lactulose und Rhamnose). Während der folgenden sechs Stunden wurde Urin gesammelt und diese Zucker wurden mittels Gaschromatographie gemessen, um die Permeabilität des Darms zu bestimmen.

Probandenrekrutierung Zwanzig Läufer (Alter 18-50) wurden zunächst über Campus-Flyer, Anzeigen in der Lokalzeitung und wöchentlichen Sportführern rekrutiert. Teilnehmer mit folgenden medizinischen Vorgeschichten: Herzerkrankungen, unkontrollierter Bluthochdruck, Diabetes, Morbus Crohn, Reizdarmsyndrom, Kolitis, Zöliakie, entzündliche oder Autoimmunerkrankungen oder Laktoseintoleranz wurden von der Studie ausgeschlossen. Alle Probanden wurden angewiesen, alle entzündungshemmenden Medikamente mindestens 24 Stunden vor jeder Testaktivität zu vermeiden. Am Morgen des ersten Besuchs wurde die Körperzusammensetzung zugelassener Probanden von BodPod (Life Measurement, Inc., Concord, CA) gemessen. Die Teilnehmer wurden gebeten, vor dem ersten Besuch 48 Stunden lang auf schwere Übungen zu verzichten. Die Probanden erhielten ein 50-ml-Röhrchen mit 5 g Lactulose und 2 g Rhamnose-Zuckersonde und wurden angewiesen, die Sonde 4 Stunden nach Beendigung des Frühstücks zu trinken, um die Grundlinie der Darmpermeabilität zu bestimmen. Die Probanden erhielten einen Urinsammelbehälter und wurden angewiesen, den gesamten Urin 6 Stunden lang nach Einnahme der Sonde zu sammeln. Die Probanden sollten erst 1,5 Stunden nach dem Trinken der Zuckerprobe zu Mittag essen. Nach 6 Stunden Urinsammlung kehrten die Probanden zum Testort zurück und führten einen laufenden VO2max-Test durch.

Zweiter Besuch (ungefähr eine Woche nach dem ersten Besuch) Ungefähr 3 Stunden nach Abschluss des Frühstücks meldeten sich die Probanden an der Teststelle, um Blut abgenommen zu bekommen (um den Plasma-LPS-Basiswert zu bestimmen), das Gewicht gemessen und eine Temperatursonde eingenommen. Die Teilnehmer begannen mit der Übungsherausforderung (60-minütiger Lauf bei 80 % VO2 max) etwa 4 Stunden nach Beendigung des Frühstücks. Die Übungsherausforderung wurde in einem klimatisierten Raum bei 22 °C ohne Ventilator durchgeführt. Die Probanden wurden überwacht, um sicherzustellen, dass sie mit 80 % VO2 max liefen und während der Herausforderung kein Wasser zu sich nehmen durften. Unmittelbar nach der Übungsherausforderung konsumierten die Teilnehmer die Zuckersonden. Das Gewicht wurde gemessen, Blut entnommen (Plasma-LPS nach dem Training) und die Probanden wurden angewiesen, ihren Urin für die nächsten sechs Stunden zu sammeln. Um die Rehydrierung und Urinproduktion zu erleichtern, wurden die Probanden angewiesen, 150 % ihrer Flüssigkeitsverluste (Gewicht vor und nach dem Training) durch Wasseraufnahme zu ersetzen.

Nach dem Screening von 20 Probanden erklärte sich eine Population von fünfzehn Probanden bereit, an der Crossover-Studie teilzunehmen. Ein Proband brach aufgrund einer Schwangerschaft ab, und vier Probanden konnten aufgrund von Terminüberschneidungen teilnehmen. Ein Proband brach die Studie ab, nachdem er sich einen Knöchelbruch zugezogen hatte, der nichts mit der Studie zu tun hatte.

Der dritte und der vierte Besuch waren der Crossover-Teil des Experiments, bei dem MFGM mit dem Fahrzeug verglichen wurde. Der 3. und 4. Besuch waren identisch mit dem 2. Besuch, außer dass die Teilnehmer 1 Stunde vor der Übungsherausforderung und erneut unmittelbar nach der Übung entweder das Flüssigkeitsersatzfahrzeug oder Flüssigkeitsersatz + MFGM tranken. Teilnehmer und Personal, das Versuchsprotokolle durchführte, wurden durch die Verwendung von codierten, nicht transparenten Getränkebehältern gegenüber den Behandlungen geblendet. Die Probanden schließen den 4. Besuch eine Woche später ab und konsumieren das Fahrzeuggetränk oder das Fahrzeug + MFGM.

Für den Crossover-Teil der Studie wurde den Athleten eines von zwei Getränken zur Verfügung gestellt. Das Kontrollgetränk wurde gemäß den aktuellen Sporternährungsrichtlinien sowohl für die Nährstoffzufuhr vor als auch nach dem Training formuliert. Es enthielt Molkeprotein, Saccharose, Maltodextrine, Schokoladenaroma und eine kleine Menge Butteröl. Das Testgetränk war in Bezug auf den Makronährstoffgehalt identisch, enthielt jedoch einen auf Milch basierenden Inhaltsstoff namens „Milchfettkügelchenmembran“. Dieses Material wird aus einem Nebenprodukt der Butterherstellung isoliert und ist reich an Phospholipiden. Die Getränke wurden drei Stunden vor dem Belastungsversuch sowie unmittelbar danach bereitgestellt. Das Testgetränk enthielt ein an MFGM reiches Pulver, das von Arla Foods (Lacprodan PL-20) hergestellt wird und ungefähr 20 % Phospholipide und 60 % Protein enthält. In Studien mit Mäusen haben Dial et al. Wirkungen auf den Darmschutz in 1 h festgestellt, wenn den Tieren Phospholipide von 100 mg/kg Körpergewicht verabreicht wurden. Das zweite Getränk war auf den Makronährstoffgehalt abgestimmt, enthielt aber kein Phospholipidpulver.

Gemessene Endpunkte Veränderung der Darmpermeabilität Um die Darmpermeabilität im Ruhezustand zu bestimmen, wurde die Methode von Pals verwendet. Dieses Verfahren bestimmt die intestinale Permeabilität, indem es die unverdaulichen Zucker Lactulose und Rhamnose liefert, und schätzt die intestinale und gastrische Permeabilität durch die Wiederfindung dieser Zuckerproben im Urin. In gesunden Darmepithelien hat Lactulose einen sehr begrenzten Transport durch die Darmbarriere. Rhamnose durchquert das Dünndarmepithel auf transzellulärem Weg und dient als interne Kontrolle zur Berücksichtigung der Magenentleerungsrate, der Darmpassagezeit und der Nierenfunktion. Das größere Lactulosemolekül kann das Darmepithel nur über einen parazellulären Weg durch Tight Junctions durchqueren. Daher weist ein höheres Verhältnis von Lactulose zu Rhamnose, das im Urin wiedergefunden wird, auf eine beeinträchtigte Darmbarrierefunktion hin. Es hat sich gezeigt, dass Belastungsstress das Lactulose/Rhamnose-Verhältnis im Urin signifikant erhöht. Ähnlich wie bei unserem vorgeschlagenen Übungsstressmodell wurde diese Methode verwendet, um zu zeigen, dass das Laufen bei 80 % VO2max für eine Stunde die Darmpermeabilität im Vergleich zum Ausgangswert verdoppelt.

Veränderung des Plasma-LPS: Zur Beurteilung der Endotoxämie wurden die Plasma-LPS-Konzentrationen über eine kinetische Aktivität gemessen, wie von Nieman beschrieben. Plasma-LPS wurde aus Blut gemessen, das vor dem Training (Grundlinie), unmittelbar nach und 1 und 5 Stunden nach dem Trainingsversuch entnommen wurde. Es wurde gezeigt, dass Plasma-LPS nach Ausdauerübungen ansteigt, und es wird angenommen, dass es das Ergebnis einer fehlerhaften bakteriellen Translokation von Darmbakterien durch eine beeinträchtigte Darmbarriere ist. Erhöhte Plasma-LPS vom Ausgangswert unmittelbar nach dem Training wurden zuvor nach einem Halbmarathon oder einem ganzen Marathon nachgewiesen. Es wurde erwartet, dass die Plasma-LPS-Spiegel nach körperlicher Belastung ansteigen und mit der Körperkerntemperatur und dem Lactulose/Rhamnose-Index der Integrität der Darmbarriere korrelieren würden.

Veränderung der entzündlichen Zytokine: Die Plasmaspiegel von IL-6, TNFα, IL-10, IL-17, INFγ, IL-3, MCP-1, IL-15 und GMCSF wurden in der Grundlinie und in den Proben 1 Stunde nach dem Training gemessen . Zytokinkonzentrationen wurden durch Multiplex-Enzyme-linked Immunosorbent Assay (ELISA) von einem kommerziellen Anbieter (Quansys Biosystems, Logan, UT) bestimmt. Diese Zytokine wurden basierend auf einer früheren Studie ausgewählt, in der die Darmdurchlässigkeit und der MFGM-Verbrauch in einer LPS-stimulierten Darmdurchlässigkeitsstudie mit Mäusen untersucht wurden. Alle Zytokine außer GMCSF waren bei Tieren mit Leaky Guts signifikant hochreguliert und bei mit MFGM gefütterten Tieren im Vergleich zu Kontrolltieren signifikant erniedrigt. Darüber hinaus zeigten Ng et al. erhöhte Plasmaspiegel von IL-10 und IL-6 (50 % bzw. 65,2 % Anstieg gegenüber dem Ausgangswert) bei Läufern unmittelbar nach einem Halbmarathon. In ähnlicher Weise wurde gezeigt, dass die Plasmaspiegel von IL-6 und TNFα unmittelbar nach einem Marathon gegenüber dem Ausgangswert angestiegen sind. Basierend auf den vorläufigen Daten und den oben genannten Studien wurde erwartet, dass nach der körperlichen Herausforderung erhöhte Konzentrationen an entzündlichen Zytokinen gemessen werden würden, und es wurde die Hypothese aufgestellt, dass MFGM diesen Effekt im Vergleich zu anderen Erholungsgetränken aufheben würde.

Veränderung der Plasma-Kreatinkinase: Die Kreatinkinase wurde in Proben gemessen, die vor, unmittelbar nach und 1 Stunde nach der Trainingsbelastung entnommen wurden. Kreatinkinase wurde unter Verwendung eines kommerziellen kolorimetrischen Kits (Sigma) in einem UV/Vis-Plattenlesegerät mit 96 Vertiefungen (Molecular Devices) gemessen. Erhöhte Plasma-Kreatinkinase ist ein gut etablierter Index für Muskelschäden, die durch körperliche Betätigung verursacht werden. In einer ähnlichen Studie hatten Radfahrer, die nach einem Glykogenabbau am Vortag mit 85 % VO2max bis zur Erschöpfung fuhren, weniger Plasma-Kreatinkinase, wenn sie Schokoladenmilch als Erholungsgetränk konsumierten, verglichen mit einem Kohlenhydratersatzgetränk.

Plasmalaktat: Um den anaeroben Stoffwechsel zu beurteilen, wird das Plasmalaktat zu Studienbeginn, unmittelbar nach und 2 Stunden nach der Trainingsbelastung gemessen. Laktat wird unter Verwendung eines enzymatischen Testkits (r-Biopharm, Marshall, MI) gemessen.

Der in dieser Studie gemessene primäre Endpunkt war das Lactulose/Rhamnose-Verhältnis in Urin und Plasma-LPS. Die Daten wurden durch Einzelfaktor-ANOVA analysiert und signifikante Unterschiede wurden mit Post-hoc-Tests untersucht. Die Körperkerntemperatur wurde in Echtzeit gemessen und mit Darmhypoxie und Darmleckage korreliert.

Alle im Blut gemessenen Komponenten (Laktat, LPS, Zytokine und CK) wurden durch eine Zwei-Faktor-ANOVA mit Zeit und Behandlung als Variablen analysiert. Laktat wurde aufgenommen, da es allgemein als Index für anaerobe Aktivität angesehen wird. Ein weiterer Parameter, an dem wir interessiert waren, ist Kreatinkinase. Wie eingangs erwähnt, wird dieses Enzym nach intensivem Training im Blut nachgewiesen und steht im Zusammenhang mit Muskelschäden. Darüber hinaus haben mindestens zwei Studien mit Schokoladenmilch festgestellt, dass die Plasma-CK bei Sportlern, die Schokoladenmilch trinken, im Vergleich zu anderen Erholungsgetränken niedriger ist.

Managementplan Alle drei PIs waren aktiv an der Planung und Durchführung dieser Studie sowie an der Probenaufbereitung und -analyse beteiligt. Dr. Ward war für die Formulierung des MFGM-Getränks verantwortlich. Darüber hinaus war Dr. Ward für die GC-FID-Analyse des Urins verantwortlich. Darüber hinaus wird Dr. Ward einen von diesem Projekt unterstützten Doktoranden betreuen.

Dr. Bressel rekrutierte die Athleten und half bei der Organisation der Tests. Darüber hinaus betreute Dr. Bressel alle Leistungsprüfungen und die Erfassung der Belastungsdaten.

Dr. Hintze war für die Blut- und Urinproben zuständig. Der Student (und vielleicht Dr. Hintze) führte die LPS-, Laktat- und CK-Tests durch. Darüber hinaus war Dr. Hintze für die ordnungsgemäße Probenübergabe des Blutes und für die Probenlieferung an Quansys Biosystems für die Zytokinanalyse verantwortlich.

Alle drei PIs arbeiteten bei der Datenanalyse und der Erstellung des Manuskripts zusammen.