Effetto della membrana dei globuli di grasso del latte (MFGM) sulla protezione della barriera intestinale nei corridori

È stata condotta una prova di esercizi incrociati randomizzati in doppio cieco con 14 corridori nel campus della Utah State University. Questa popolazione di 14 corridori è stata selezionata da una popolazione più ampia di 20 che è stata reclutata per completare due prove iniziali. In due visite preliminari sono stati determinati i parametri necessari per condurre la prova sperimentale. Durante la prima visita, è stato determinato un valore basale per la permeabilità intestinale e la capacità aerobica dei corridori. Nella seconda visita è stata testata la capacità di completare una corsa all'80% di VO2max e sono stati misurati l'effetto dello stress da esercizio sulla permeabilità intestinale, LPS plasmatico e temperatura interna.

Una volta selezionata una popolazione di prova, è stato condotto uno studio incrociato randomizzato, in doppio cieco in cui è stata testata la capacità di MFGM di prevenire un cambiamento nella permeabilità intestinale indotta dall'esercizio.

Durante ogni sessione di test sono stati monitorati la frequenza cardiaca (FC), l'output di lavoro e la temperatura interna (CT). HR e CT sono stati monitorati da una pillola termica CorTemp™ che è stata ingerita dagli atleti prima della prova (http://www.hqinc.net/pages/pill_page.html). Inoltre, il sangue è stato prelevato al basale (prima della prova di deplezione), immediatamente dopo la prova a tempo e di nuovo a 1 e 5 ore. Il sangue è stato analizzato per indici di intensità di allenamento (lattato), danno muscolare (creatina chinasi, citochine) e disfunzione della barriera intestinale (lipopolisaccaride, citochine). Inoltre, subito dopo la corsa gli atleti hanno consumato una bevanda con due carboidrati (lattulosio e ramnosio). Durante le sei ore successive è stata raccolta l'urina e questi zuccheri sono stati misurati tramite gascromatografia per determinare la permeabilità dell'intestino.

Reclutamento del soggetto Venti, corridori (età 18-50) sono stati inizialmente reclutati tramite volantini del campus, annunci sul giornale locale e guida sportiva settimanale. I partecipanti che avevano storie mediche tra cui: malattie cardiache, ipertensione incontrollata, diabete, morbo di Crohn, sindrome dell'intestino irritabile, colite, malattia celiaca, malattie infiammatorie o autoimmuni o intolleranza al lattosio sono stati esclusi dallo studio. Tutti i soggetti sono stati istruiti a evitare tutti i farmaci antinfiammatori per almeno 24 ore prima di qualsiasi attività di test. La mattina della prima visita, ai soggetti approvati è stata misurata la composizione corporea mediante BodPod (Life Measurement, Inc., Concord, CA). Ai partecipanti è stato chiesto di astenersi da qualsiasi esercizio pesante per 48 ore prima della prima visita. Ai soggetti è stata data una provetta da 50 ml contenente la sonda da 5 g di lattulosio e 2 g di ramnosio e gli è stato chiesto di bere la sonda 4 ore dopo aver terminato la colazione per determinare la permeabilità intestinale di base. Ai soggetti è stato fornito un contenitore per la raccolta delle urine e istruiti a raccogliere tutta l'urina per 6 ore dopo l'ingestione della sonda. I soggetti non dovevano pranzare fino a 1,5 ore dopo aver bevuto la sonda di zucchero. Dopo 6 ore di raccolta delle urine, i soggetti sono tornati al sito del test ed hanno eseguito un test VO2 max in esecuzione.

Seconda visita (circa una settimana dopo la prima visita) Circa 3 ore dopo il completamento della colazione, i soggetti si sono presentati al sito del test per sottoporsi a prelievo di sangue (per determinare l'LPS plasmatico basale), misurare il peso e ingerire una sonda di temperatura. I partecipanti hanno iniziato la sfida dell'esercizio (60 minuti di corsa all'80% del VO2 max) circa 4 ore dopo il completamento della colazione. La prova di esercizio è stata condotta in una stanza climatizzata a 22 °C senza ventilatore. I soggetti sono stati monitorati per assicurarsi che stessero correndo all'80% di VO2 max e non fosse loro permesso di consumare acqua durante la sfida. Subito dopo la sfida dell'esercizio, i partecipanti hanno consumato le sonde di zucchero. È stato misurato il peso, prelevato il sangue (LPS plasmatico post-esercizio) e ai soggetti è stato chiesto di raccogliere l'urina per le successive sei ore. Per facilitare la reidratazione e la produzione di urina, i soggetti sono stati istruiti a sostituire il 150% delle loro perdite di liquidi (da prima a dopo il peso dell'esercizio) con l'assunzione di acqua.

Dopo lo screening di 20 soggetti, una popolazione di quindici soggetti ha accettato di partecipare allo studio cross-over. Un soggetto ha abbandonato a causa di una gravidanza e quattro soggetti hanno potuto partecipare a causa di conflitti di programmazione. Un soggetto ha abbandonato dopo aver subito una frattura alla caviglia che non era correlata allo studio.

La terza e la quarta visita sono state la parte crossover dell'esperimento che confrontava MFGM con il veicolo. La 3a e la 4a visita sono state identiche alla 2a visita, tranne per il fatto che i partecipanti hanno bevuto il veicolo per la sostituzione dei fluidi o la sostituzione dei fluidi + MFGM 1 ora prima della sfida dell'esercizio e di nuovo immediatamente dopo l'esercizio. I partecipanti e il personale che somministrava i protocolli sperimentali erano all'oscuro dei trattamenti mediante l'uso di contenitori per bevande codificati e non trasparenti. I soggetti completano la 4a visita una settimana dopo e consumano la bevanda del veicolo o il veicolo + MFGM.

Per la parte crossover dello studio, agli atleti è stata fornita una delle due bevande. La bevanda di controllo è stata formulata secondo le attuali linee guida sulla nutrizione sportiva per la somministrazione di nutrienti sia prima che dopo l'allenamento. Conteneva proteine ​​del siero di latte, saccarosio, maltodestrine, aroma di cioccolato e una piccola quantità di olio di burro. La bevanda di prova era identica per quanto riguarda il contenuto di macronutrienti, ma conteneva un ingrediente a base di latte chiamato "membrana dei globuli di grasso del latte". Questo materiale è isolato da un sottoprodotto della produzione di burro ed è ricco di fosfolipidi. Le bevande sono state fornite tre ore prima della prova di esercizio e subito dopo. La bevanda di prova conteneva una polvere ricca di MFGM prodotta da Arla Foods (Lacprodan PL-20) che contiene circa il 20% di fosfolipidi e il 60% di proteine. Negli studi sui topi, Dial et al. hanno notato effetti sulla protezione dell'intestino in 1 ora quando agli animali vengono forniti fosfolipidi a 100 mg/kg di peso corporeo. La seconda bevanda è stata abbinata per il contenuto di macronutrienti, ma non conteneva la polvere di fosfolipidi.

Endpoint misurati Variazione della permeabilità intestinale Per determinare la permeabilità intestinale basale a riposo è stato utilizzato il metodo di Pals. Questo metodo determina la permeabilità intestinale fornendo gli zuccheri non digeribili lattulosio e ramnosio e stima la permeabilità intestinale e gastrica mediante il recupero di queste sonde zuccherine nelle urine. Negli epiteli intestinali sani, il lattulosio ha un trasporto molto limitato attraverso la barriera intestinale. Il ramnosio attraversa gli epiteli dell'intestino tenue attraverso una via transcellulare e funge da controllo interno per tenere conto della velocità di svuotamento gastrico, del tempo di transito intestinale e della funzione renale. La molecola di lattulosio più grande può attraversare gli epiteli intestinali solo attraverso un percorso paracellulare attraverso giunzioni strette. Pertanto, un rapporto più elevato tra lattulosio e ramnosio recuperato nelle urine indica una funzione di barriera intestinale compromessa. È stato dimostrato che lo stress da esercizio aumenta significativamente il rapporto lattulosio/ramnosio urinario. Simile al nostro modello di stress da esercizio proposto, questo metodo è stato utilizzato per dimostrare che correre all'80% di VO2max per un'ora raddoppia la permeabilità intestinale rispetto al basale.

Variazione dell'LPS plasmatico: per valutare l'endotossiemia, le concentrazioni plasmatiche di LPS sono state misurate tramite un'attività cinetica come descritto da Nieman. L'LPS plasmatico è stato misurato dal sangue prelevato prima dell'esercizio (basale), immediatamente dopo e 1 e 5 ore dopo la prova di esercizio. È stato dimostrato che l'LPS plasmatico aumenta dopo periodi di esercizio di resistenza e si ipotizza che sia il risultato di una traslocazione batterica aberrante dei batteri intestinali attraverso una barriera intestinale compromessa. L'LPS plasmatico elevato rispetto al basale immediatamente dopo l'esercizio è stato dimostrato in precedenza dopo una mezza maratona o una maratona completa. È stato previsto che i livelli plasmatici di LPS aumenterebbero dopo lo stress da esercizio e saranno correlati alla temperatura corporea interna e all'indice di lattulosio/ramnosio dell'integrità della barriera intestinale.

Variazione delle citochine infiammatorie: i livelli plasmatici di IL-6, TNFα, IL-10, IL-17, INFγ, IL-3, MCP-1, IL-15 e GMCSF sono stati misurati al basale e nei campioni di 1 ora dopo l'esercizio . Le concentrazioni di citochine sono state determinate mediante saggio di immunoassorbimento enzimatico multiplex (ELISA) da parte di un fornitore commerciale (Quansys Biosystems, Logan, UT). Queste citochine sono state selezionate sulla base di uno studio precedente che studiava la perdita intestinale e il consumo di MFGM in uno studio di perdita intestinale stimolato da LPS con topi. Tutte le citochine erano significativamente sovraregolate negli animali con permeabilità intestinale eccetto GMCSF, ed erano significativamente abbassate negli animali alimentati con MFGM rispetto ai controlli. Inoltre, Ng et al hanno dimostrato un aumento dei livelli plasmatici di IL-10 e IL-6 (rispettivamente aumento del 50% e 65,2% rispetto al basale) nei corridori subito dopo una mezza maratona. Allo stesso modo, è stato dimostrato che i livelli plasmatici di IL-6 e TNFα sono aumentati rispetto al basale subito dopo una maratona. Sulla base dei dati preliminari e degli studi sopra menzionati, si prevedeva che dopo la sfida dell'esercizio sarebbero stati misurati livelli aumentati di citochine infiammatorie e si ipotizzava che MFGM avrebbe abrogato questo effetto rispetto alle altre bevande di recupero.

Variazione della creatina chinasi plasmatica: la creatina chinasi è stata misurata in campioni prelevati prima, immediatamente dopo e 1 ora dopo la sfida dell'esercizio. La creatina chinasi è stata misurata utilizzando un kit colorimetrico commerciale (Sigma) in un lettore di piastre UV/vis a 96 pozzetti (Molecular Devices). L'aumento della creatina chinasi plasmatica è un indice consolidato del danno muscolare indotto dall'esercizio. In uno studio simile, i ciclisti che pedalavano all'85% di VO2 max fino all'esaurimento dopo l'esaurimento del glicogeno il giorno precedente avevano meno creatina chinasi plasmatica quando consumavano latte al cioccolato come bevanda di recupero rispetto a una bevanda sostitutiva dei carboidrati.

Lattato plasmatico: per valutare il metabolismo anaerobico, il lattato plasmatico sarà misurato al basale, immediatamente dopo e 2 ore dopo lo sforzo fisico. Il lattato sarà misurato utilizzando un kit di test enzimatico (r-Biopharm, Marshall, MI).

L'endpoint primario misurato in questo studio era il rapporto lattulosio/ramnosio nell'LPS nelle urine e nel plasma. I dati sono stati analizzati mediante ANOVA a fattore singolo e le differenze significative sono state esplorate con test post-hoc. La temperatura corporea interna è stata misurata in tempo reale ed è stata correlata con l'ipossia intestinale e con la perdita intestinale.

Tutti i componenti misurati nel sangue (lattato, LPS, citochine e CK) sono stati analizzati mediante ANOVA a due fattori con tempo e trattamento come variabili. Il lattato è stato incluso poiché è generalmente considerato un indice di attività anaerobica. Un altro parametro a cui eravamo interessati è la creatina chinasi. Come accennato nell'introduzione, questo enzima viene rilevato nel sangue dopo un intenso esercizio fisico e si ritiene che sia correlato al danno muscolare. Inoltre, almeno due studi con latte al cioccolato hanno notato che la CK plasmatica è più bassa negli atleti che bevono latte al cioccolato rispetto ad altre bevande per il recupero.

Piano di gestione Tutti e tre i PI sono stati coinvolti attivamente nella pianificazione e nell'esecuzione di questo studio, nonché nell'elaborazione e nell'analisi del campione. Il Dr. Ward era responsabile della formulazione della bevanda MFGM. Inoltre, il Dr. Ward era responsabile dell'analisi GC-FID delle urine. Inoltre, il dottor Ward supervisionerà uno studente laureato supportato da questo progetto.

Il dottor Bressel ha reclutato gli atleti e ha contribuito all'organizzazione dei test. Inoltre, il Dr. Bressel ha supervisionato tutte le prove delle prestazioni e la raccolta dei dati sugli esercizi.

Il dottor Hintze era incaricato dei campioni di sangue e di urina. Lo studente (e forse il dottor Hintze) ha condotto i test LPS, lattato e CK. Inoltre, il Dr. Hintze era responsabile della corretta consegna del campione di sangue e della consegna del campione a Quansys Biosystems per l'analisi delle citochine.

Tutti e tre i PI hanno collaborato all'analisi dei dati e alla preparazione del manoscritto.