Effet de la membrane des globules gras du lait (MFGM) sur la protection de la barrière intestinale chez les coureurs

Un essai d'exercice croisé randomisé en double aveugle a été mené avec 14 coureurs sur le campus de l'Université d'État de l'Utah. Cette population de 14 coureurs a été sélectionnée parmi une population plus large de 20 qui a été recrutée pour compléter deux essais initiaux. Lors de deux visites préliminaires, les paramètres nécessaires à la réalisation de l'essai expérimental ont été déterminés. Lors de la première visite, une valeur de référence a été déterminée pour la perméabilité intestinale ainsi que la capacité aérobie des coureurs. Lors de la deuxième visite, la capacité à effectuer une course à 80 % de VO2max a été testée et l'effet du stress d'exercice sur la perméabilité intestinale, le LPS plasmatique et la température centrale a été mesuré.

Une fois qu'une population test a été sélectionnée, un essai croisé randomisé en double aveugle a été mené dans lequel MFGM a été testé pour sa capacité à empêcher un changement dans la perméabilité intestinale induite par l'exercice.

Au cours de chaque session de test, la fréquence cardiaque (FC), la production de travail et la température centrale (CT) ont été surveillées. La fréquence cardiaque et la tomodensitométrie ont été surveillées par une pilule de température CorTemp™ qui a été ingérée par les athlètes avant l'essai (http://www.hqinc.net/pages/pill_page.html). De plus, du sang a été prélevé au départ (avant l'essai d'épuisement), immédiatement après l'essai contre la montre, et de nouveau à 1h et 5h. Le sang a été analysé pour les indices d'intensité d'entraînement (lactate), de dommages musculaires (créatine kinase, cytokines) et de dysfonctionnement de la barrière intestinale (lipopolysaccharide, cytokines). De plus, immédiatement après la course, les athlètes ont consommé une boisson contenant deux glucides (lactulose et rhamnose). Au cours des six heures suivantes, l'urine a été recueillie et ces sucres ont été mesurés par chromatographie en phase gazeuse pour déterminer la perméabilité de l'intestin.

Recrutement des sujets Vingt, les coureurs (âgés de 18 à 50 ans) ont d'abord été recrutés via des dépliants du campus, des annonces dans le journal local et un guide sportif hebdomadaire. Les participants qui avaient des antécédents médicaux, notamment : maladie cardiaque, hypertension non contrôlée, diabète, maladie de Crohn, syndrome du côlon irritable, colite, maladie cœliaque, maladies inflammatoires ou auto-immunes ou intolérance au lactose ont été exclus de l'étude. Tous les sujets ont reçu pour instruction d'éviter tous les médicaments anti-inflammatoires pendant au moins 24 h avant toute activité de test. Le matin de la première visite, la composition corporelle des sujets approuvés a été mesurée par BodPod (Life Measurement, Inc., Concord, CA). Les participants ont été invités à s'abstenir de tout exercice physique intense pendant 48 heures avant la première visite. Les sujets ont reçu un tube de 50 ml contenant la sonde de sucre de 5 g de lactulose et de 2 g de rhamnose et ont reçu l'instruction de boire la sonde 4 heures après avoir fini le petit-déjeuner pour déterminer la perméabilité intestinale de base. Les sujets ont reçu un récipient de collecte d'urine et ont reçu l'instruction de collecter toute l'urine pendant 6 heures après l'ingestion de la sonde. Les sujets ne devaient pas déjeuner avant 1,5 heure après avoir bu la sonde de sucre. Après 6 heures de collecte d'urine, les sujets sont retournés sur le site de test et ont effectué un test de VO2 max en cours d'exécution.

Deuxième visite (environ une semaine après la première visite) Environ 3 heures après la fin du petit-déjeuner, les sujets se sont présentés au site de test pour avoir une prise de sang (pour déterminer le LPS plasmatique de base), un poids mesuré et pour ingérer une sonde de température. Les participants ont commencé le défi de l'exercice (course de 60 minutes à 80 % de VO2 max) environ 4 heures après la fin du petit-déjeuner. L'épreuve d'exercice a été réalisée dans une pièce climatisée à 22 °C sans ventilateur. Les sujets ont été surveillés pour s'assurer qu'ils couraient à 80 % de VO2 max et qu'ils n'étaient pas autorisés à consommer de l'eau pendant le défi. Immédiatement après le défi de l'exercice, les participants ont consommé les sondes à sucre. Le poids a été mesuré, le sang a été prélevé (LPS plasmatique post-exercice) et les sujets ont reçu l'instruction de recueillir leur urine pendant les six heures suivantes. Pour faciliter la réhydratation et la production d'urine, les sujets ont reçu pour instruction de remplacer 150 % de leurs pertes de liquide (poids avant et après l'exercice) par un apport en eau.

Après avoir sélectionné 20 sujets, une population de quinze sujets a accepté de participer à l'essai croisé. Un sujet a abandonné en raison d'une grossesse et quatre sujets ont pu participer en raison de conflits d'horaire. Un sujet a abandonné après avoir subi une fracture de la cheville qui n'était pas liée à l'étude.

Les troisième et quatrième visites étaient la partie croisée de l'expérience comparant MFGM au véhicule. Les 3e et 4e visites étaient identiques à la 2e visite, sauf que les participants ont bu soit le véhicule de remplacement liquidien, soit le remplacement liquidien + MFGM 1 heure avant le défi de l'exercice et à nouveau immédiatement après l'exercice. Les participants et le personnel administrant les protocoles expérimentaux ont été aveuglés aux traitements en utilisant des contenants de boisson codés et non transparents. Les sujets terminent la 4ème visite une semaine plus tard et consomment la boisson du véhicule ou le véhicule + MFGM.

Pour la partie croisée de l'étude, les athlètes ont reçu l'une des deux boissons. La boisson témoin a été formulée selon les directives actuelles de nutrition sportive pour l'apport de nutriments avant et après l'entraînement. Il contenait des protéines de lactosérum, du saccharose, des maltodextrines, des arômes de chocolat et une petite quantité d'huile de beurre. La boisson testée était identique en termes de teneur en macronutriments, mais contenait un ingrédient à base de lait appelé « membrane de globule gras du lait ». Ce matériau est isolé d'un sous-produit de la production de beurre et est riche en phospholipides. Les boissons ont été fournies trois heures avant l'épreuve d'exercice ainsi qu'immédiatement après. La boisson testée contenait une poudre riche en MFGM produite par Arla Foods (Lacprodan PL-20) qui contient environ 20 % de phospholipides et 60 % de protéines. Dans des études sur des souris, Dial et al ont noté des effets sur la protection intestinale en 1 h lorsque les animaux reçoivent des phospholipides à 100 mg/kg de poids corporel. La deuxième boisson était appariée pour la teneur en macronutriments, mais ne contenait pas la poudre de phospholipides.

Paramètres mesurés Modification de la perméabilité intestinale Pour déterminer la perméabilité intestinale de base au repos, la méthode de Pals a été utilisée. Cette méthode détermine la perméabilité intestinale en apportant les sucres non digestibles lactulose, et rhamnose et estime la perméabilité intestinale et gastrique par récupération de ces sucres sondes dans les urines. Dans les épithéliums intestinaux sains, le lactulose a un transport très limité à travers la barrière intestinale. Le rhamnose traverse l'épithélium de l'intestin grêle via une voie transcellulaire et sert de contrôle interne pour tenir compte du taux de vidange gastrique, du temps de transit intestinal et de la fonction rénale. La plus grande molécule de lactulose ne peut traverser les épithéliums intestinaux que par une voie paracellulaire à travers des jonctions serrées. Par conséquent, un rapport plus élevé de lactulose au rhamnose récupéré dans l'urine indique une fonction de barrière intestinale compromise. Il a été démontré que le stress lié à l'exercice augmente significativement le rapport lactulose/rhamnose urinaire . Semblable à notre modèle de stress d'exercice proposé, cette méthode a été utilisée pour démontrer que courir à 80 % de VO2max pendant une heure double la perméabilité intestinale par rapport à la ligne de base.

Modification du LPS plasmatique : pour évaluer l'endotoxémie, les concentrations plasmatiques de LPS ont été mesurées via une activité cinétique telle que décrite par Nieman. Le LPS plasmatique a été mesuré à partir de sang prélevé avant l'exercice (ligne de base), immédiatement après et 1 et 5 heures après l'essai d'exercice. Il a été démontré que le LPS plasmatique augmente après des séances d'exercices d'endurance et on suppose qu'il est le résultat d'une translocation bactérienne aberrante des bactéries intestinales à travers une barrière intestinale compromise. LPS plasmatique élevé par rapport à la ligne de base immédiatement après l'exercice a été démontré précédemment après un semi-marathon ou un marathon complet. Il était prévu que les niveaux plasmatiques de LPS augmenteraient après un effort physique et seraient corrélés à la température corporelle centrale et à l'indice lactulose/rhamnose de l'intégrité de la barrière intestinale.

Modification des cytokines inflammatoires : les taux plasmatiques d'IL-6, de TNFα, d'IL-10, d'IL-17, d'INFγ, d'IL-3, de MCP-1, d'IL-15 et de GMCSF ont été mesurés au départ et dans les échantillons 1 heure après l'exercice . Les concentrations de cytokines ont été déterminées par dosage immuno-enzymatique multiplex (ELISA) par un fournisseur commercial (Quansys Biosystems, Logan, UT). Ces cytokines ont été sélectionnées sur la base d'une étude précédente portant sur la fuite intestinale et la consommation de MFGM dans un essai de fuite intestinale stimulée par le LPS avec des souris. Toutes les cytokines étaient significativement régulées à la hausse chez les animaux ayant des fuites intestinales, à l'exception du GMCSF, et étaient significativement réduites chez les animaux nourris au MFGM par rapport aux témoins. De plus, Ng et al ont démontré une augmentation des taux plasmatiques d'IL-10 et d'IL-6 (augmentation de 50 % et 65,2 % par rapport au départ, respectivement) chez les coureurs immédiatement après un semi-marathon. De même, il a été démontré que les taux plasmatiques d'IL-6 et de TNFα étaient augmentés par rapport à la ligne de base immédiatement après un marathon. Sur la base des données préliminaires et des études susmentionnées, il a été prévu que des niveaux accrus de cytokines inflammatoires seraient mesurés après le défi de l'exercice et il a été émis l'hypothèse que le MFGM annulerait cet effet par rapport aux autres boissons de récupération.

Modification de la créatine kinase plasmatique : la créatine kinase a été mesurée dans des échantillons prélevés avant, immédiatement après et 1 heure après l'épreuve d'exercice. La créatine kinase a été mesurée en utilisant un kit colorimétrique commercial (Sigma) dans un lecteur de plaque UV/vis à 96 puits (Molecular Devices). L'augmentation de la créatine kinase plasmatique est un indice bien établi des dommages musculaires induits par l'exercice. Dans une étude similaire, les cyclistes roulant à 85 % de VO2 max jusqu'à l'épuisement après l'épuisement du glycogène la veille avaient moins de créatine kinase plasmatique lorsqu'ils consommaient du lait au chocolat comme boisson de récupération par rapport à une boisson de remplacement des glucides.

Lactate plasmatique : Pour évaluer le métabolisme anaérobie, le lactate plasmatique sera mesuré au départ, immédiatement après et 2 heures après l'effort d'exercice. Le lactate sera mesuré à l'aide d'un kit de test enzymatique (r-Biopharm, Marshall, MI).

Le critère d'évaluation principal mesuré dans cette étude était le rapport lactulose/rhamnose dans les LPS urinaires et plasmatiques. Les données ont été analysées par ANOVA à facteur unique et les différences significatives ont été explorées avec des tests post-hoc. La température corporelle centrale a été mesurée en temps réel et corrélée à l'hypoxie intestinale et à la fuite intestinale.

Tous les composants mesurés dans le sang (lactate, LPS, cytokines et CK) ont été analysés par une ANOVA à deux facteurs avec le temps et le traitement comme variables. Le lactate a été inclus car il est généralement considéré comme un indice d'activité anaérobie. Un autre paramètre qui nous intéresse est la créatine kinase. Comme mentionné dans l'introduction, cette enzyme est détectée dans le sang après un exercice intense et on pense qu'elle est corrélée aux lésions musculaires. De plus, au moins deux études avec du lait au chocolat ont noté que la CK plasmatique est plus faible chez les athlètes buvant du lait au chocolat par rapport aux autres boissons de récupération.

Plan de gestion Les trois PI ont participé activement à la planification et à l'exécution de cette étude, ainsi qu'au traitement et à l'analyse des échantillons. Le Dr Ward était responsable de la formulation de la boisson MFGM. De plus, le Dr Ward était responsable de l'analyse GC-FID de l'urine. De plus, le Dr Ward supervisera un étudiant diplômé soutenu par ce projet.

Le Dr Bressel a recruté les athlètes et a aidé à organiser les tests. De plus, le Dr Bressel a supervisé tous les essais de performance et la collecte des données d'exercice.

Le Dr Hintze était responsable des échantillons de sang et d'urine. L'étudiant (et peut-être le Dr Hintze) a effectué les dosages LPS, lactate et CK. De plus, le Dr Hintze était responsable de la bonne manipulation des échantillons de sang et de la livraison des échantillons à Quansys Biosystems pour l'analyse des cytokines.

Les trois CP ont collaboré à l'analyse des données et à la préparation du manuscrit.