Kognition, flavonoidit, liikunta, suoliston mikrobiomi

Tämä satunnaistettu kliininen tutkimus (RCT) on suunniteltu tutkimaan 12 viikon mustikan nauttimisen vaikutusta (52 g pakastekuivattua jauhetta päivässä, mikä vastaa 2 kupillista tuoreita mustikoita päivässä) reipasta kävelyä tai ilman (viisi 45 minuutin valvottua istuntoa per päivä) viikko) kognitiivisista toiminnoista terveillä iäkkäillä osallistujilla. Tärkeä tavoite on määrittää, välittyykö tämä mahdollinen hyöty suoliston mikrobiomiprofiilin muutoksista ja suolistosta peräisin olevien fenolien lisääntymisestä. Vanhemmat aikuiset osallistujat (n = 240, tavoitteena 200 kaikkien toimenpiteiden suorittamista) satunnaistetaan yhteen neljästä ryhmästä: mustikkakävely, mustikkavenyttely, lumelääkekävely ja plasebovenyttely. Mustikka- ja lumelääkejauheet nautitaan kaksoissokkomenetelmillä. Veri-, virtsa- ja ulostenäytteet otetaan ennen tutkimusta ja sitten uudelleen 6 ja 12 viikon kuluttua. Kognitiivinen toiminta ja kardiorespiratorinen kunto mitataan samoissa pisteissä. Osallistujien prosessointinopeutta, episodista muistia, työmuistia ja jatkuvaa tarkkaavaisuutta arvioidaan käyttämällä Cambridge Neuropsychological Test Assessment Batterya (CANTAB, Cambridge Cognition, Ltd) (tohtori Carol Cheathamin laboratorio, UNC Chapel Hill). Virtsanäytteistä analysoidaan suolistosta peräisin olevat fenoliset metaboliitit nestekromatografian tandem MS/MS avulla (Dr. Mary Ann Lilan laboratorio, NCSU). Ulostenäytteiden metagenomisesta sekvensoinnista hankitaan taksonomiset ja toiminnalliset profiilit (UNC Chapel Hill).

Rekrytointi. Terveet vanhemmat aikuiset osallistujat (240 lähtöön, 200 loppuun) rekrytoidaan Charlottesta, NC, pääkaupunkiseudulta. Terveet, tupakoimattomat, fyysisesti passiiviset mies- ja naispuoliset osallistujat (kohteena 65-85 vuotta, BMI alle 35), joilla on kognitiivisia muutoksia, valitaan, jotka täyttävät osallistumis- ja poissulkemiskriteerit.

Design. Tässä tutkimuksessa käytetään satunnaistettua, kaksoissokkoutettua, lumekontrolloitua, rinnakkaisryhmätutkimusta, jossa osallistujat (60) jaetaan yhteen neljästä haarasta 12 viikon koejakson ajaksi: mustikka ja kävely; mustikka ja venyttely; lumelääke ja kävely; lumelääkettä ja venyttelyä.

Aikataulu LAB-TESTAUSKÄYNTI #1: Orientaatio ja suostumus/Kognitiivinen perustesti (noin 2 tuntia).

A. SUUNTAUTUMINEN JA SUOSTUMUS (15 min): Mahdolliset tutkimukseen osallistujat, jotka vastaavat rekrytointiviesteihin, tulevat AppState Human Performance Labiin määrättynä aikana. Tutkimuspäällikkö (Dr. Camila Olson, Human Performance Lab, HPL) suostumusprosessin aikana. Tutkittavat allekirjoittavat suostumuslomakkeen vapaaehtoisesti.

B. MoCA (5 min): Osallistujat raportoivat tohtori Cheathamin laboratorioon (UNC Chapel Hill, Nutrition Research Institute, NCRC), jossa heille tehdään kognitiivinen testaus MoCA:ta käyttäen. Osallistujia testataan kognitiivisen heikkenemisen varalta Montreal Cognitive Assessment (MoCA) -testillä. MoCA koostuu kahdeksasta osasta, joilla testataan muistamismuistia, toimeenpanotoimintoja, huomiokykyä, suuntautumista, abstraktiota, visuaalisia taitoja ja nimeämistä. Lievä kognitiivinen heikkeneminen määritellään pisteeksi, joka on 1–1,5 SD alle MoCA:n normin. Tätä kriteeriä käytettiin aiemmassa työssä NCRC:ssä suurella menestyksellä (PMID: 36066009). Ne, jotka saavat alle 1,5 SD-rajan, ohjataan perhelääkäriin. Koehenkilöt, jotka saavat pisteet 1 SD:n sisällä normista, eivät voi osallistua tutkimukseen, ja heidät vapautetaan jatkosta. C. CANTAB (30 min): MoCA-kriteerien mukaan tutkimukseen kelpuutettujen koehenkilöiden kognitiiviset toiminnot testataan edelleen Cheathamin laboratoriossa Cambridge Neuropsychological Test Assessment Battery -paristolla (CANTAB, Cambridge Cognition, Ltd). CANTAB on standardoitu ja tietokoneistettu laite, jossa on automaattinen tiedonkeruu. Osallistujien prosessointinopeus, episodinen muisti, työmuisti ja jatkuva tarkkaavaisuus arvioidaan. CANTAB on validoitu kognitiivisen heikkenemisen arviointiin, ja sitä käytetään validoimaan muiden arvioiden tulokset. Valittu CANTAB-osatestien kokoelma (katso alla) on suunniteltu Cambridgessa arvioimaan kognitiivista heikkenemistä, ja sen on osoitettu olevan herkkä kognitiivisten kykyjen heikkenemiselle jopa lyhyellä aikavälillä. Viiden osatestin suorittaminen kestää noin 30 minuuttia. Tehtävät suoritetaan kosketusnäytöllisellä tietokoneella. CANTAB:n osatestit akkuun sisällytettäväksi: Moottorin ohjaustehtävä - perehdyttää osallistuja kosketusnäyttöön; Rapid Visual Information Processing - jatkuvan visuaalisen huomion testi; Paired Associate Learning -muistin ja oppimisen testi; Reaktioaika - yksinkertaisen & valinnan reaktioajan testi; Spatial Working Memory - paikkatietojen säilymisen testi.

D. ERP (30 min): Koehenkilöt arvioidaan myös käyttämällä sähköfysiologisia menetelmiä (ERP) Cheathamin laboratoriossa. ERP-tietojen keräämistä varten osallistuja varustetaan geodeettisella anturiverkolla (GSN; Electrical Geodesic, Inc.), joka koostuu 128 anturin ryhmästä. GSN on helppo käyttää, mukava ja suhteellisen ei-invasiivinen. GSN koostuu Ag/AgCl-antureista elastisessa geodeettisessa jännitysrakenteessa. Osallistujan pää mitataan sen varmistamiseksi, että oikeaa verkkoa käytetään ja että päänahka merkitään kärjessä verkon oikeaa sijoittamista varten. GSN liotetaan kaliumkloridi- ja lämminvesiliuoksessa.

Ylimääräinen liuos pyyhitään pois verkosta, jotta se ei tippu osallistujan silmiin. Verkko venytetään varovasti osallistujan pään yli sovittamalla kärkielektrodi kärkimerkkiin ja korvaelektrodit preaurikulaaristen pisteiden kanssa. Leukahihna ja sivukiristyshihnat kiristetään ja anturit tarkastetaan sen varmistamiseksi, että ne ovat kohtisuorassa päänahan kanssa ja koskettavat sitä. Verkon levitys kestää vain noin 5 minuuttia ja on hyvin siedetty. Verkon sijoittelusta otetaan kuva ja impedanssit tarkistetaan. Kaikki huonosti luettavat anturit säädetään ja pipetillä annostellaan pieni määrä elektrolyyttiliuosta anturin sienelle. Kun impedanssit ovat hyväksytyissä rajoissa, osallistuja istuu monitorin edessä osallistujahuoneessa (erillään valvomosta). Kamera, joka on aikalukittu kerättäville tiedoille, tallentaa osallistujan kuvien esittämisen aikana. Smart-Eye katseenseurantajärjestelmän avulla keräämme tietoa katseen suunnasta ja silmänräpäyyksistä. Tämä järjestelmä on markkinoiden ainoa järjestelmä, joka tarjoaa integroidun tiheän EEG:n sekä pään ja katseen etäseurannan huomion, tehtävän ajan, pupillimetrian ja silmänräpäysten yhdistämiseksi käynnissä olevaan EEG:hen. Tietoja tallennetaan jatkuvasti ja jaetaan ikkunoihin ärsykkeiden esityksen ympärillä offline-tilassa. Kun verkko on paikallaan, osallistuja osallistuu kolmeen kognitiiviseen testiin. N-back-työmuistitehtävässä osallistujat katsovat sarjan kirjaimia, jotka ilmestyvät tietokoneen näytölle, ja painavat painiketta, kun kohde havaitaan. 2-back-tehtävän kohde tunnistetaan kirjaimeksi, joka vastaa kirjainta, joka ilmestyi kirjain ennen viimeistä (2-takaisin). Kirjeet, jotka eivät vastaa määritelmää, eivät vaadi vastausta. Tämän tehtävän käytön on osoitettu ennustavan niitä, joissa kognitiivinen heikkeneminen on nopeaa. N200:n visuaalisen yhteensopimattomuuden negatiivisuuden (attention) arvioimiseksi osallistujaa kehotetaan keskittymään näytön keskelle. Suhteessa 16:1:1 (standardit:kohteet:poikkeamat) tietokone selaa tehtävää satunnaisesti. Kun määritetty kohde tulee näkyviin, osallistuja painaa -painiketta. Kaikki muut ärsykkeet eivät vaadi vastausta. Tämä tehtävä vaatii terävää huomion keskittymistä, ja sen on osoitettu olevan herkkä lieville kognitiivisille häiriöille.

E. Stressikyselyt (15 min): Koehenkilöt täyttävät kyselylomakkeet, jotka arvioivat ahdistusta ja stressaavia elämäntapahtumia.

F. Human Performance Lab -kyselylomakkeet ja -sarjat (15 min): Koehenkilöt palaavat Human Performance Labiin ja täyttävät fyysisen aktiivisuuden kyselyn (International Physical Activity Questionnaire, IPAQ) ja lääketieteellisen terveyskyselyn (MHQ). Koehenkilöt saavat (tohtori Olsonilta) 3 päivän ruokaselvityksen, ulosteenkeräyssarjan ja 24 tunnin virtsankeräyspakkauksen täydelliset ohjeet (katso liitteenä olevat asiakirjat). Kolmiulotteinen ruokatietue valmistuu torstaina, perjantaina ja lauantaina ennen laboratoriokäyntiä #2. Virtsa- ja ulostenäytteet otetaan päivää ennen laboratoriokäyntiä #2. Koehenkilöt saavat päivämäärät/ajat lisälaboratoriokäynneille.

LABATESTAUKSELLINEN KÄYTTÖ #2: Tutkimusta edeltävä kuntotestaus ja näytteenotto sekä mustikka/plasebo-lisähoidon aloittaminen (1,5 tuntia).

A. VERI-, virtsa-, ulostenäytteet: Noin viikko laboratorion 2. käynnin jälkeen osallistujat raportoivat HPL:lle aamulla yön yli paastotilassa niille määrättyinä aikoina. Osallistujat palauttavat 3 päivän ruokatietonsa sekä uloste- ja 24 tunnin virtsanäytteensä. Koulutetut flebotomistit keräävät verinäytteitä (enintään 35 ml) käsivarren suonesta osallistujien istuessa.

B. RUNGON KOOSTUMUS: Pituus ja paino mitataan stadiometrillä ja tasapainopuomin painoasteikolla. seca Medical Body Composition Analyzer (mBCA) (Hanover, MD) mittaa kehon koostumusta 8 pisteen BIA:n kautta, kun osallistujat seisovat jalkaelektrodien päällä paljain jaloin ja pitävät elektrodeja molemmin käsin sivukaiteista. seca mBCA tarjoaa useita kiinnostavia mittauksia, mukaan lukien rasvamassa, rasvaton massa, luustolihasmassa, viskeraalinen rasva, koko kehon vesi ja solunulkoinen vesi.

C. LUOKITETTU HARJOITUSTESTI: Osallistujien maksimaalinen aerobinen kapasiteetti (VO2max) testataan juoksumattotestissä Cosmed CPET -aineenvaihduntakärryllä. Osallistujat lämmittelevät ensin juoksumatolla osoittaakseen, että he voivat kävellä vapaasti juoksumatolla. Osallistujat kävelevät asteittain kasvavaa työmäärää (Bruce-protokolla) vastaan, kunnes maksimiponnistus on saavutettu ja osallistuja lopettaa harjoittelun vapaaehtoisesti. Pääasiallinen tulosmitta on VO2-huippu tai se millilitra happea, joka voidaan kuluttaa jokaista painokiloa kohti huippuponnistelulla. Cosmed CPET -aineenvaihduntajärjestelmä (Rooma, Italia) kiinnitetään kasvonaamion kautta osallistujaan aineenvaihduntatekijöiden jatkuvaa mittaamista varten (hapenkulutus, hengitysnopeus, hengitystiheys, hengitysteiden vaihtosuhde). Rintakehäsykemittari näyttää sykettä lyönteinä minuutissa. Koetun rasituksen luokitus (RPE) arvioidaan asteikolla 6–20. Tiedot tallennetaan jokaisen 3 minuutin vaiheen lopussa ja maksimaalisen rasituksen kohdalla, ja submaksimaalisia/maksimimuutoksia ennen 12 viikon harjoittelua sen jälkeen käytetään kriteereinä arvioitaessa muutoksia sydän-hengityskunnossa. Aerobisen harjoituksen resepti 12 viikon harjoitusohjelmalle perustuu perustestauksen aikana mitattuun maksimisykkeeseen (MHR) ja leposykkeeseen (RHR). Testaus- ja turvallisuusmenettelyt ovat IRB-ohjauksessa terveille iäkkäille osallistujille, ja tutkimuksen MD valvoo testausmenettelyjä.

D. LISÄTIEDOT: Jokaiselle osallistujalle annetaan 6 viikoksi tyhjiösuljettuja pakkauksia koodattua lyofilisoitua villimustikkajauhetta tai lumelääkettä (52 g päivässä). Lowbush villimustikan pakastekuivattu jauhe toimittaa Wild Blueberry Association of North America, Old Town, ME ja pakastekuivattu FutureCeuticals (Momence, IL). NCSU kehittää kuitua ja hiilihydraattia vastaavan lumemustikkajauheen käyttämällä aikaisempien tutkimusten kaavaa: mustikan maku ja aromi (8,9 %), väriaine (1,05 % purppura lake, 0,75 % red lake, 0,45 % blue 2 lake, 0,03 % punainen väriaine, 0,008 % sininen 2 väriaine, glukoosi (32 %), fruktoosi (35,5 %), sitruunahappo (0,77 %), selluloosa (15 %), fibersol-2 (1,8 %), ksantaanikumi (1 %), pektiini (1,09 %) ja piidioksidi (0,99 %). Mustikka- ja plasebojauheet pakataan NCRC NC Food Innovation Labissa. Osallistujia ohjeistetaan, että mustikka- tai plasebojauheet tulee säilyttää pakastimessa mukana toimitetuissa pakkauksissa käyttöön asti. Ohjeet lisäravinteiden nauttimiseen jaetuissa annoksissa (puolet aamiaisella ja puolet lounaalla) juomiin, jogurttiin tai muihin ruokiin sekoitettuna. Jos tutkimukseen osallistuja ei ota lisäannosta tiettynä päivänä tai kahtena, häntä pyydetään lisäämään yksi ylimääräinen paketti päivässä, kunnes hän palaa aikatauluun. Tutkimukseen osallistujat ottavat yhteyttä tutkimusjohtajaan (ASU-NCRC@appstate.edu) jos he eivät käytä lisäravintoa 3 päivää tai pidempään, ja keskustele siitä, haluavatko he keskeyttää tutkimuksen. Täydennysohjelman noudattaminen arvioidaan säännöllisillä sähköpostiviesteillä ja palautettujen pakettien määrällä 6 ja 12 viikon ajankohtina.

LABATESTAUSKÄYNNIT 3, 4 ja 5, 6 Nämä samat perustoimenpiteet toistetaan 6 ja 12 viikon kuluttua, paitsi että käynnit 3 ja 5 eivät koske koehenkilöitä, jotka käyvät läpi suostumusprosessin ja täyttävät lääketieteellisen terveyskyselyn , ja tämä vierailu #6 ei sisällä lisälisäpakettien tarjoamista koehenkilöille.

12 VIIKKO satunnaistettu KLIININEN KOKEILU: 60 KOULUTUSistuntoa POHJOIS-CAROLINA-TUTKIMUSKAMPUKSESSA (NCRC, Kannapolis, NC)

• Osallistujat osallistuvat valvotuille fyysisille harjoituksille (5 KUNTOA VIIKOSSA, 45 MIN TUNNUSSA) ja kuluttavat 52 grammaa päivässä pakastekuivattua mustikkajauhetta tai lumelääkettä.
• Osallistujat harjoittavat 45 minuuttia päivässä valvottua liikuntaa (reipasta kävelyä sykemittarilla tai ei-aerobisia venyttelyharjoituksia) 5 päivänä viikossa 12 viikon ajan. Harjoitukset suoritetaan pienryhmissä ohjattuna. Harjoituksen ohjaajia koulutetaan elvytystoimintaan, ja AED-laite sijoitetaan Human Performance Labin ovelle (kävelyovaalin viereiseen rakennukseen).
• Kävelytunnit pidetään ulkona valvonnassa NCRC-radalla. Harjoittelusyke ja kävelty kokonaismatka tallennetaan. Huonon sään päivinä koehenkilöt kävelevät suojan alla (NCRC-parkkihallissa) tai juoksumatoilla Human Performance Labissa.
• Sykettä seurataan liikunnan aikana FitBit Inspirellä. Kävelejät lisäävät asteittain intensiteettiä tavoitteenaan 60 % sykereservistä (perustuu asteittaisesta rasitustestistä saatuihin tietoihin).
• Venytysohjelma ohjataan ja toteutetaan Human Performance Labissa matoilla. Harjoitus alkaa 5-10 minuutin lämmittelyllä kevyellä liikunnalla (esim. kevyt kävely ja kevyt liikunta). Lämmittelyn jälkeen osallistujat tekevät 8-10 venytysharjoitusta harjoituksen aikana harjoitusohjaajan ohjauksessa. Jokaista venytysharjoitusta pidetään 10-30 sekuntia siinä kohdassa, jossa on lievää epämukavuutta. Joustavuusharjoitus toistetaan kahdesta neljään toistoa, jolloin osallistujien tavoitteena on 60 sekuntia kokonaisvenytysaikaa joustavuusharjoitusta kohden (esim. neljä 15 sekunnin venytystä). Harjoitusohjaajat antavat täydellisen perehdytyksen venytysharjoituksiin ensimmäisen harjoituksen aikana.
• Kaksi ensisijaista kohorttia (kukin 40, kävely- ja venyttelyryhmät) ajoitetaan joka lukukausi 3 kuukauden ajanjaksolle (syyskuusta marraskuuhun ja helmikuusta huhtikuuhun) 3 vuoden aikana. Vuosittain tutkimukseen osallistuneesta 240 osallistujasta 200:n odotetaan läpäisevän menestyksekkäästi kaikki vaiheet. Säilytys maksimoi säännöllisen yhteydenpidon osallistujien kanssa ohjattujen harjoitusten aikana ja säännöllisillä sähköpostiviesteillä. Jokaiselle työviikon päivälle tarjotaan kolme harjoituskertaa (klo 7.00, 9.00, 16.00). Jos osallistujat jäävät väliin harjoituksista, on viikoittain mahdollisuus osallistua meikkausistuntoihin (lauantai-aamuisin). Jos tutkimukseen osallistuja jättää väliin 3 tai useamman päivän harjoittelun, tutkimuspäällikkö ottaa osallistujaan yhteyttä ja keskustelee, haluaako hän keskeyttää tutkimuksen vai ei.