Kognition, Flavonoide, Bewegung, Darmmikrobiom

Diese randomisierte klinische Studie (RCT) soll die Wirkung einer 12-wöchigen Einnahme von Blaubeeren (52 g gefriergetrocknetes Pulver pro Tag, entspricht 2 Tassen frischen Blaubeeren pro Tag) mit oder ohne zügigem Gehen (fünf 45-minütige beaufsichtigte Sitzungen pro Tag) untersuchen Woche) zur kognitiven Funktion bei gesunden älteren erwachsenen Teilnehmern. Ein wichtiges Ziel besteht darin, festzustellen, ob dieser potenzielle Nutzen durch Veränderungen im Darmmikrobiomprofil und einen Anstieg der aus dem Darm stammenden Phenole vermittelt wird. Ältere erwachsene Teilnehmer (n=240, mit dem Ziel, dass 200 alle Verfahren abschließen) werden randomisiert einer von vier Gruppen zugeteilt: Blueberry-Walking, Blueberry-Stretching, Placebo-Walking und Placebo-Stretching. Die Blaubeer- und Placebopulver-Ergänzungsmittel werden im Doppelblindverfahren eingenommen. Blut-, Urin- und Stuhlproben werden vor der Studie und dann noch einmal nach 6 und 12 Wochen entnommen. Kognitive Funktion und kardiorespiratorische Fitness werden zu den gleichen Zeitpunkten gemessen. Die Verarbeitungsgeschwindigkeit, das episodische Gedächtnis, das Arbeitsgedächtnis und die anhaltende Aufmerksamkeit der Teilnehmer werden mithilfe der Cambridge Neuropsychological Test Assessment Battery (CANTAB, Cambridge Cognition, Ltd) (Labor von Dr. Carol Cheatham, UNC Chapel Hill) beurteilt. Urinproben werden mittels Flüssigchromatographie-Tandem-MS/MS (Labor von Dr. Mary Ann Lila, NCSU) auf aus dem Darm stammende phenolische Metaboliten analysiert. Es werden taxonomische und funktionelle Profile aus der metagenomischen Sequenzierung der Stuhlproben erfasst (UNC Chapel Hill).

Rekrutierung. Gesunde ältere erwachsene Teilnehmer (240 zu Beginn, 200 zu Ende) werden aus der Metropolregion Charlotte, North Carolina, rekrutiert. Es werden gesunde, nicht rauchende, körperlich inaktive männliche und weibliche Teilnehmer (Zielgruppe: 65–85 Jahre, BMI unter 35) mit kognitiven Veränderungen ausgewählt, die den Einschluss- und Ausschlusskriterien entsprechen.

Design. Diese Studie wird ein randomisiertes, doppelblindes, placebokontrolliertes Parallelgruppen-Forschungsdesign verwenden, wobei die Teilnehmer (60) für den 12-wöchigen Testzeitraum einem von vier Armen zugeordnet werden: Blaubeere und Gehen; Blaubeere und Dehnung; Placebo und Gehen; Placebo und Dehnung.

Planen Sie LABORTESTBESUCH Nr. 1: Orientierung und Zustimmung/Basis-Kognitionstests (ca. 2 Stunden).

A. ORIENTIERUNG UND ZUSTIMMUNG (15 Min.): Potenzielle Studienteilnehmer, die auf Rekrutierungsnachrichten antworten, kommen zu einem festgelegten Zeitpunkt zum AppState Human Performance Lab. Die Studienabläufe werden vom Forschungsleiter (Dr.) ausführlich erklärt. Camila Olson, Human Performance Lab, HPL) während des Einwilligungsprozesses. Die Probanden unterschreiben das Einverständnisformular freiwillig.

B. MoCA (5 Min.): Die Teilnehmer melden sich im Labor von Dr. Cheatham (UNC Chapel Hill, Nutrition Research Institute, NCRC), wo sie mithilfe des MoCA kognitiven Tests unterzogen werden. Die Teilnehmer werden mithilfe des Montreal Cognitive Assessment (MoCA) auf kognitiven Verfall getestet. MoCA besteht aus acht Abschnitten zum Testen des Erinnerungsgedächtnisses, der exekutiven Funktion, der Aufmerksamkeit, der Orientierung, der Abstraktion, der visuell-räumlichen Fähigkeiten und der Benennung. Ein leichter kognitiver Rückgang wird als ein Wert definiert, der 1–1,5 SD unter der Norm im MoCA liegt. Dieses Kriterium wurde in früheren Arbeiten am NCRC mit großem Erfolg eingesetzt (PMID: 36066009). Diejenigen, deren Wert unter dem Grenzwert von 1,5 SD liegt, werden an ihren Hausarzt überwiesen. Probanden, deren Punktzahl innerhalb von 1 Standardabweichung der Norm liegt, dürfen nicht an der Studie teilnehmen und werden von der weiteren Teilnahme ausgeschlossen. C. CANTAB (30 Min.): Probanden, die sich anhand der MoCA-Kriterien für die Studie qualifizieren, werden im Labor von Cheatham mithilfe der Cambridge Neuropsychological Test Assessment Battery (CANTAB, Cambridge Cognition, Ltd) weiter auf kognitive Funktionen getestet. Das CANTAB ist ein standardisiertes und computergestütztes Instrument mit automatisierter Datenerfassung. Bei den Teilnehmern werden Verarbeitungsgeschwindigkeit, episodisches Gedächtnis, Arbeitsgedächtnis und anhaltende Aufmerksamkeit beurteilt. Das CANTAB wurde für die Beurteilung des kognitiven Rückgangs validiert und wird zur Validierung der Ergebnisse der anderen Beurteilungen verwendet. Die ausgewählte CANTAB-Untertestsammlung (siehe unten) wurde in Cambridge zur Beurteilung des kognitiven Verfalls entwickelt und hat sich als empfindlich gegenüber einer Verschlechterung der kognitiven Fähigkeiten erwiesen, selbst kurzfristig. Die Bearbeitung der 5 Untertests dauert etwa 30 Minuten. Die Aufgaben werden auf einem Touchscreen-Computer erledigt. Untertests des CANTAB, die in die Batterie aufgenommen werden sollen: Motorsteuerungsaufgabe – um den Teilnehmer mit dem Touchscreen vertraut zu machen; Schnelle visuelle Informationsverarbeitung – Test der anhaltenden visuellen Aufmerksamkeit; Paired Associate Learning – Gedächtnis- und Lerntest; Reaktionszeit – Test der einfachen und gewählten Reaktionszeit; Räumliches Arbeitsgedächtnis – Test der räumlichen Informationsspeicherung.

D. ERP (30 Min.): Die Probanden werden auch mithilfe elektrophysiologischer Verfahren (ERP) in Cheathams Labor beurteilt. Um ERP-Daten zu sammeln, wird der Teilnehmer mit einem Geodätischen Sensornetz (GSN; Electrical Geodesic, Inc.) ausgestattet, das aus einem 128-Sensor-Array besteht. Das GSN ist einfach anzuwenden, komfortabel und relativ nicht-invasiv. Das GSN besteht aus Ag/AgCl-Sensoren in einer elastischen geodätischen Spannungsstruktur. Der Kopf des Teilnehmers wird gemessen, um sicherzustellen, dass das richtige Netz verwendet wird, und um die Kopfhaut am Scheitelpunkt für die richtige Platzierung des Netzes zu markieren. Das GSN wird in einer Lösung aus Kaliumchlorid und warmem Wasser eingeweicht.

Überschüssige Lösung wird vom Netz abgetupft, damit sie nicht in die Augen des Teilnehmers tropft. Das Netz wird vorsichtig über den Kopf des Teilnehmers gespannt, wobei die Scheitelelektrode an der Scheitelpunktmarkierung und die Ohrelektroden an den präaurikulären Punkten ausgerichtet werden. Der Kinnriemen und die seitlichen Spanngurte werden festgezogen und alle Sensoren werden überprüft, um sicherzustellen, dass sie senkrecht zur Kopfhaut stehen und Kontakt mit dieser haben. Die Anwendung des Netzes dauert nur ca. 5 Minuten und ist gut verträglich. Von der Platzierung des Netzes wird ein Foto gemacht und anschließend die Impedanzen überprüft. Alle Sensoren, die nicht gut ablesen, werden justiert und mit einer Pipette wird eine kleine Menge Elektrolytlösung auf den Schwamm des Sensors aufgetragen. Wenn die Impedanzen innerhalb der zulässigen Grenzen liegen, sitzt der Teilnehmer vor dem Monitor im Teilnehmerraum (getrennt vom Kontrollraum). Eine Kamera, die zeitlich an die erfassten Daten gekoppelt ist, zeichnet den Teilnehmer während der Präsentation der Bilder auf. Mithilfe des Smart-Eye-Eye-Tracking-Systems sammeln wir Informationen über Blickrichtung und Augenzwinkern. Dieses System ist das einzige System auf dem Markt, das ein integriertes Dense-Array-EEG und Remote-Head- und Eye-Tracking bietet, um Aufmerksamkeit, Arbeitszeit, Pupillometrie und Augenzwinkern mit dem laufenden EEG zu verknüpfen. Die Daten werden kontinuierlich aufgezeichnet und offline in Fenstern rund um die Reizpräsentation eingeprägt. Sobald das Netz eingerichtet ist, nimmt der Teilnehmer an den drei kognitiven Tests teil. Bei der N-Back-Arbeitsgedächtnisaufgabe beobachten die Teilnehmer eine Reihe von Buchstaben, die auf dem Computerbildschirm erscheinen, und drücken eine Taste, wenn das Ziel erkannt wird. Das Ziel in einer 2-Rücken-Aufgabe wird als ein Buchstabe identifiziert, der mit dem vorletzten Buchstaben (2-Rücken) übereinstimmt. Briefe, die nicht der Definition entsprechen, erfordern keine Antwort. Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung dieser Aufgabe dazu dient, diejenigen vorherzusagen, bei denen der kognitive Abbau schnell erfolgt. Um die Negativitätskomponente der visuellen Nichtübereinstimmung des N200 (Aufmerksamkeit) zu beurteilen, wird der Teilnehmer angewiesen, sich auf die Mitte des Bildschirms zu konzentrieren. Bei einem Verhältnis von 16:1:1 (Standards:Ziele:Abweichungen) durchläuft der Computer die Aufgabe nach dem Zufallsprinzip. Wenn ein definiertes Ziel erscheint, drückt der Teilnehmer die Taste. Alle anderen Reize erfordern keine Reaktion. Diese Aufgabe erfordert einen starken Aufmerksamkeitsfokus und hat sich als empfindlich gegenüber leichten kognitiven Beeinträchtigungen erwiesen.

E. Stressfragebögen (15 Min.): Die Probanden füllen Fragebögen aus, in denen Ängste und stressige Lebensereignisse bewertet werden.

F. Fragebögen und Kits zum Human Performance Lab (15 Min.): Die Probanden kehren zum Human Performance Lab zurück und füllen eine Umfrage zur körperlichen Aktivität (International Physical Activity Questionnaire, IPAQ) und den Fragebogen zur medizinischen Gesundheit (MHQ) aus. Die Probanden erhalten (von Dr. Olson) ein 3-Tage-Ernährungsprotokoll, ein Stuhlsammelset und das 24-Stunden-Urinsammelset mit vollständigen Anweisungen (siehe beigefügte Dokumente). Die 3-Tage-Ernährungsaufzeichnung wird am Donnerstag, Freitag und Samstag vor Laborbesuch Nr. 2 ausgefüllt. Am Tag vor Laborbesuch Nr. 2 werden Urin- und Stuhlproben entnommen. Die Probanden erhalten Termine/Zeiten für zusätzliche Laborbesuche.

LABORTESTBESUCH Nr. 2: Fitnesstests und Probenentnahme vor dem Studium sowie Beginn der Blaubeer-/Placebo-Supplementierung (1,5 Stunden).

A. BLUT-, URIN-, STUHLPROBEN: Ungefähr eine Woche nach Laborbesuch Nr. 2 melden sich die Teilnehmer morgens im nüchternen Zustand zu den ihnen zugewiesenen Zeiten beim HPL. Die Teilnehmer werden ihre 3-Tage-Ernährungsaufzeichnungen sowie Stuhl- und 24-Stunden-Urinproben abgeben. Blutproben (maximal 35 ml) werden von einem ausgebildeten Phlebotomiker aus einer Armvene entnommen, während die Teilnehmer sitzen.

B. KÖRPERZUSAMMENSETZUNG: Größe und Gewicht werden mit einem Stadiometer und einer Schwebebalkenwaage gemessen. Der Körperzusammensetzungsanalysator (mBCA) von seca Medical (Hanover, MD) wird zur Messung der Körperzusammensetzung mittels 8-Punkt-BIA verwendet, während die Teilnehmer barfuß auf Fußelektroden stehen und die Elektroden mit beiden Händen an Seitenschienen greifen. Der seca mBCA liefert mehrere interessante Messungen, darunter Fettmasse, fettfreie Masse, Skelettmuskelmasse, viszerales Fett, Gesamtkörperwasser und extrazelluläres Wasser.

C. Abgestufter Übungstest: Die Teilnehmer werden während eines abgestuften Laufbandtests mit dem Cosmed CPET Stoffwechselwagen auf ihre maximale aerobe Kapazität (VO2max) getestet. Die Teilnehmer wärmen sich zunächst auf dem Laufband auf, um zu zeigen, dass sie auf dem Laufband frei laufen können. Die Teilnehmer laufen gegen eine allmählich zunehmende Arbeitsbelastung (Bruce-Protokoll), bis die maximale Anstrengung erreicht ist und der Teilnehmer freiwillig mit dem Training aufhört. Das wichtigste Ergebnismaß ist der VO2-Spitzenwert oder die Milliliter Sauerstoff, die pro Kilogramm Körpermasse bei Spitzenanstrengung verbraucht werden können. Das Cosmed CPET-Stoffwechselsystem (Rom, Italien) wird über eine Gesichtsmaske an den Teilnehmer angeschlossen, um die Stoffwechselfaktoren (Sauerstoffverbrauch, Beatmungsfrequenz, Atemfrequenz, Atemaustauschverhältnis) kontinuierlich zu messen. Ein Brust-Herzfrequenzmesser liefert die Herzfrequenz in Schlägen pro Minute. Die Bewertung der wahrgenommenen Anstrengung (RPE) wird anhand einer Skala von 6 bis 20 bewertet. Die Daten werden am Ende jeder 3-Minuten-Phase und am Punkt der maximalen Anstrengung aufgezeichnet, und submaximale/maximale Veränderungen vor bis nach dem 12-wöchigen Training werden als Kriterien für die Beurteilung von Veränderungen der kardiorespiratorischen Fitness verwendet. Das Aerobic-Trainingsrezept für das 12-wöchige Trainingsprogramm basiert auf der maximalen Herzfrequenz (MHR) und der Ruheherzfrequenz (RHR), die während des Basistests gemessen wurden. Test- und Sicherheitsverfahren unterliegen der Anleitung des IRB für gesunde ältere Teilnehmer, und der Studienleiter wird die Aufsicht über die Testverfahren übernehmen.

D. ERGÄNZUNGSMITTEL: Jeder Teilnehmer erhält einen 6-wöchigen Vorrat an vakuumversiegelten Päckchen mit codiertem lyophilisiertem Wildheidelbeerpulver oder Placebo (52 g täglich). Das gefriergetrocknete Lowbush-Wildblaubeerpulver wird von der Wild Blueberry Association of North America, Old Town, ME, bereitgestellt und von FutureCeuticals (Momence, IL) gefriergetrocknet. Das auf Ballaststoffe und Kohlenhydrate abgestimmte Placebo-Blaubeerpulver wird von NCSU unter Verwendung einer Formel aus früheren Studien entwickelt: Blaubeergeschmack und -aroma (8,9 %), Farbstoff (1,05 % Purple Lake, 0,75 % Red Lake, 0,45 % Blue 2 Lake, 0,03 %). roter Farbstoff, 0,008 % blauer 2-Farbstoff), Glucose (32 %), Fructose (35,5 %), Zitronensäure (0,77 %), Cellulose (15 %), Fibersol-2 (1,8 %), Xanthangummi (1 %), Pektin (1,09 %) und Kieselsäure (0,99 %). Die Blaubeer- und Placebopulver werden im NCRC NC Food Innovation Lab verpackt. Die Teilnehmer werden darüber informiert, dass die Blaubeer- oder Placebo-Pulver bis zur Verwendung in den mitgelieferten Packungen im Gefrierschrank aufbewahrt werden sollten. Es werden Anweisungen gegeben, die Nahrungsergänzungsmittel in aufgeteilten Dosen (die Hälfte zum Frühstück und die andere Hälfte zum Mittagessen) gemischt mit Getränken, Joghurt oder anderen Lebensmitteln einzunehmen. Wenn ein Studienteilnehmer die Ergänzungsdosis an einem oder zwei Tagen nicht einnimmt, wird er gebeten, eine zusätzliche Packung pro Tag hinzuzufügen, bis er wieder im Zeitplan ist. Studienteilnehmer wenden sich an den Forschungsmanager (ASU-NCRC@appstate.edu). wenn sie das Nahrungsergänzungsmittel 3 Tage oder länger nicht einnehmen, und besprechen Sie, ob sie die Studie abbrechen möchten oder nicht. Die Einhaltung des Ergänzungsplans wird anhand regelmäßiger E-Mail-Nachrichten und einer Zählung der zurückgegebenen Pakete zum Zeitpunkt 6 und 12 Wochen beurteilt.

LABORTESTBESUCHE Nr. 3, 4 und Nr. 5, 6 Dieselben grundlegenden Verfahren werden nach 6 und 12 Wochen wiederholt, mit der Ausnahme, dass bei den Besuchen Nr. 3 und Nr. 5 keine Probanden das Einwilligungsverfahren durchlaufen und den Fragebogen zur medizinischen Gesundheit ausfüllen , und dieser Besuch Nr. 6 beinhaltet nicht die Bereitstellung zusätzlicher Ergänzungspakete für die Probanden.

12-WÖCHIGER RANDOMISIERTER KLINISCHER STUDIE: 60 SCHULUNGSSITZUNGEN AUF DEM NORTH CAROLINA RESEARCH CAMPUS (NCRC, Kannapolis, NC)

• Die Teilnehmer nehmen an beaufsichtigten körperlichen Aktivitätssitzungen teil (5 SITZUNGEN PRO WOCHE, 45 MIN. PRO SITZUNG) und konsumieren 52 Gramm gefriergetrocknetes Blaubeerpulver oder Placebo pro Tag.
• Die Teilnehmer absolvieren über einen Zeitraum von 12 Wochen an 5 Tagen pro Woche 45 Minuten pro Tag unter Aufsicht (zügiges Gehen mit Herzfrequenzmessern oder nicht-aerobe Dehnübungen am Boden). Die Übungseinheiten werden in Kleingruppen unter Aufsicht durchgeführt. Übungsleiter werden in der Herz-Lungen-Wiederbelebung geschult und ein AED-Gerät wird an der Tür des Human Performance Lab (im Gebäude neben dem Laufoval) aufgestellt.
• Auf der NCRC-Strecke finden unter Aufsicht Wandersitzungen im Freien statt. Die Trainingsherzfrequenz und die zurückgelegte Gesamtstrecke werden aufgezeichnet. An Tagen mit schlechtem Wetter laufen die Probanden im Human Performance Lab unter Deck (NCRC-Parkhaus) oder auf Laufbändern.
• Die Herzfrequenz während der körperlichen Aktivitätssitzungen wird mit einem FitBit Inspire überwacht. Walker steigern die Intensität schrittweise mit dem Ziel, 60 % der Herzfrequenzreserve zu erreichen (basierend auf den Daten des abgestuften Belastungstests).
• Das Dehnprogramm wird im Human Performance Lab auf Matten betreut und durchgeführt. Die Sitzung beginnt mit einem 5 bis 10-minütigen Aufwärmen bei leichter Aktivität (z. B. leichtes Gehen mit leichtem Calisthenics). Nach dem Aufwärmen absolvieren die Teilnehmer unter Anleitung eines Übungsleiters 8 bis 10 Dehnübungen pro Sitzung. Jede Dehnübung wird an der Stelle, an der leichte Beschwerden auftreten, 10 bis 30 Sekunden lang gehalten. Die Beweglichkeitsübung wird für zwei bis vier Wiederholungen wiederholt, wobei die Teilnehmer eine Gesamtdehnungszeit von 60 Sekunden pro Beweglichkeitsübung anstreben (z. B. vier 15-sekündige Dehnübungen). Die Übungsleiter geben Ihnen in der ersten Sitzung eine umfassende Einweisung in die Dehnübungen.
• Zwei primäre Kohorten (jeweils 40, Geh- und Dehngruppen) werden jedes Semester über einen Zeitraum von drei Monaten (September bis November und Februar bis April) während eines Zeitraums von drei Jahren geplant. Von den 240 Teilnehmern, die jedes Jahr an der Studie teilnehmen, wird erwartet, dass 200 alle Phasen erfolgreich abschließen. Die Bindung wird durch regelmäßigen Kontakt mit den Teilnehmern während betreuter Übungssitzungen und durch regelmäßige E-Mail-Nachrichten maximiert. An jedem Tag der Arbeitswoche werden drei Übungszeiten angeboten (7:00, 9:00, 16:00 Uhr). Sollten Teilnehmer eine Trainingseinheit verpassen, gibt es wöchentlich die Möglichkeit, an Nachholeinheiten teilzunehmen (Samstagvormittag). Wenn ein Studienteilnehmer drei oder mehr Tage Training verpasst, wird der Forschungsmanager den Teilnehmer kontaktieren und besprechen, ob er die Studie abbrechen möchte oder nicht.