Oligosaccaridi del latte umano (HMO) e microbiota intestinale, sistema immunitario in Antartide

Lo scopo di questo studio è quello di indagare l'effetto dell'integrazione con prebiotici, una miscela specifica di carboidrati presenti nel latte materno (HMO), come misura per migliorare la flora intestinale, i processi infiammatori nell'intestino, lo stato immunitario generale, la regolazione dei carboidrati, il grasso e metabolismo osseo e cambiamenti neurologici in Antartide. Il soggiorno di circa un anno alla Stazione Concordia (Antartide) ad un'altitudine di circa 3200 m comprende un lungo viaggio e le conseguenti condizioni ambientali estreme nonché corrispondenti meccanismi di adattamento ed è quindi un ottimo modello terrestre (modello analogico) per studiare i cambiamenti durante soggiorni spaziali. A lungo termine (es. > 6 mesi) l'esposizione alla microgravità porta a numerose risposte fisiologiche, tra cui una ridotta tolleranza al glucosio, una ridotta funzione immunitaria e perdita ossea, che possono portare a conseguenze sulla salute piuttosto gravi. In questo modello analogo si osservano cambiamenti simili, anche se meno gravi, per quanto riguarda il sistema immunitario o la tolleranza al glucosio, come nel volo spaziale.

La composizione della dieta influenza in modo significativo la composizione della flora intestinale. In particolare, i carboidrati alimentari forniscono il substrato per alcuni batteri che potrebbero avere un effetto positivo sulla salute. I prebiotici sono definiti come substrati che vengono utilizzati selettivamente dai microrganismi ospiti e che apportano benefici alla salute. I prebiotici vengono digeriti solo dai microrganismi intestinali e stimolano la crescita o l’attività dei batteri nell’intestino che hanno mostrato benefici per la salute o migliorato il benessere. I principali nutrienti per la crescita batterica sono i carboidrati non digeribili, che per definizione non vengono digeriti dall'ospite, in questo caso l'organismo umano (ospite). I carboidrati non digeribili includono, ad esempio, amido resistente e destrine, polisaccaridi non amidacei (NSP) (ad es. pectine) e oligosaccaridi non digeribili (es. raffinosio, inulina, ecc.). Questi carboidrati vengono fermentati dai batteri intestinali in acidi grassi a catena corta (SCFA), principalmente acido acetico, acido propionico e acido butirrico. Questo processo avviene principalmente nell'intestino crasso, ma anche nell'intestino tenue. Gli SCFA vengono rapidamente assorbiti dalla mucosa dell'intestino crasso ed esercitano effetti su tutto il corpo, contribuendo, ad esempio, al fabbisogno energetico dell'ospite o mediando la comunicazione intestino-cervello, che ha un impatto importante sulla fisiologia e sulla salute dell'ospite.

Gli HMO sono anche prebiotici e rappresentano il terzo componente solido più abbondante nel latte materno. La maggior parte delle ricerche finora pubblicate sugli effetti degli HMO sono state quindi condotte sui neonati. Gli HMO non vengono digeriti nell'intestino e vengono utilizzati principalmente nell'intestino crasso dai batteri che vi risiedono. Nei neonati è stato dimostrato che gli HMO non solo promuovono una composizione sana della flora intestinale, ma ostacolano anche la crescita degli agenti patogeni e modulano l’espressione dei geni coinvolti nell’infiammazione. Numerosi studi in vitro e in vivo hanno dimostrato proprietà antivirali degli HMO contro vari virus come il rotavirus, il norovirus, l’HIV e l’influenza. Gli HMO svolgono un ruolo significativo nel sistema immunitario migliorando la risposta immunitaria. Le prime applicazioni degli HMO negli adulti hanno supportato questi risultati.

Pertanto, questo studio si propone di indagare in che modo la somministrazione giornaliera di 5,5 g di una miscela di HMO durante l'ibernazione presso la Stazione Concordia in Antartide influisce:

• tolleranza al glucosio
• processi infiammatori
• Funzione immunitaria
• metabolismo dei grassi e delle ossa e
• Benessere

Procedura dello studio Si tratta di un cosiddetto studio di intervento randomizzato, controllato con placebo, con disegno parallelo. Ciò significa che i soggetti verranno selezionati in modo casuale per ricevere quotidianamente la miscela di HMO o un placebo. La durata dello studio per una persona sottoposta al test è di ca. 20 mesi. Si articola in una fase di esame prima della partenza per l'Antartide, circa nel mese di settembre di un anno, sei fasi durante lo svernamento in Antartide e una fase circa 6 mesi dopo il ritorno.

Ogni singola fase è identica, un esempio è mostrato nella Figura 1.

Giorno 1 (giorno del fine settimana) Giorno 2 Giorno 3 Giorno 4 Giorno 5 Prelievo di sangue a digiuno X Test di tolleranza al glucosio orale X Campione di saliva X Campione di feci X X X (X) Registro della dieta X X X Integrazione di HMO Giornaliera, inizio dopo la prima sessione al Concordia

Figura 1: Rappresentazione di ciascuna fase (U come in figura 1) del test

Intervento L'intervento, cioè la misura di trattamento utilizzata in questo studio, in un gruppo consiste nella somministrazione giornaliera di 5,5 g di una miscela di carboidrati analoga al latte umano ma prodotta da batteri. Questa quantità è certificata dall'Autorità europea di controllo come sicura per il consumo umano. L'altro gruppo riceve un placebo corrispondente, il maltosio.

Metodo di misurazione Esame del sangue e accesso venoso Il prelievo di sangue dalla vena periferica è associato ai normali rischi della venipuntura. Si tratta di ematomi o infezioni nel sito di puntura. Quando viene posizionato un accesso venoso periferico, in rari casi si possono verificare lesioni alla vena (scleroterapia) e ai nervi periferici. Il prelievo del sangue e l’accesso venoso vengono eseguiti da un medico esperto, il che riduce al minimo il rischio.

Prelievi di sangue a digiuno I campioni di sangue a digiuno per l'analisi di vari parametri ematici vengono prelevati lo stesso giorno del test di tolleranza al glucosio orale (OGTT) (vedere figura 1). Poiché per l'OGTT vengono prelevati diversi campioni di sangue, anche dopo aver bevuto la bevanda verrà posizionato un accesso venoso sotto forma di cannula venosa fissa (piccolo tubo di plastica) nella zona dell'avambraccio per evitare ripetute punture del sangue. le vene del braccio.

Tolleranza al glucosio mediante test di tolleranza al glucosio orale Il cosiddetto test di tolleranza al glucosio orale (OGTT) può essere utilizzato per determinare le differenze nel metabolismo del glucosio (metabolismo dello zucchero) tra la fase di intervento e quella di controllo. Approssimativamente il terzo giorno di ciascuna fase di studio, al mattino, a digiuno, verrà consumata una bevanda preparata con 75 g di glucosio (polvere Medicalfox Gluko 75) e 300 ml di acqua potabile. Il sangue viene prelevato ogni 15 minuti nella prima ora dopo la somministrazione della bevanda e ogni 30 minuti nella seconda ora.

Campione di saliva Verranno prelevati campioni di saliva per testare alcuni ormoni che riflettono i livelli di stress, nonché la reattività di alcuni virus (virus dell'herpes, rotavirus). A questo scopo, un piccolo batuffolo di cotone prelevato da un contenitore preparato (salivetta) viene masticato in bocca per diversi minuti e reimmesso nella provetta di raccolta una volta durante la fase di esame. La saliva ottenuta viene congelata e successivamente analizzata in laboratorio.

Raccolta delle feci Per esaminare le variazioni della flora intestinale, in ciascuna fase vengono prelevati campioni di feci per 3 giorni consecutivi. A questo scopo sopra la toilette viene posizionato un cosiddetto “Feces Catcher” per raccogliere meglio le feci. Da queste feci vengono quindi prelevati tre campioni in tre provette diverse. Il cucchiaino contenuto in ciascuna provetta viene riempito con le feci, rimesso nella provetta, chiuso e congelato.

Documentazione della dieta Per poter valutare l'influenza della composizione alimentare sulla flora intestinale, il cibo consumato viene documentato in 2 giorni lavorativi e un giorno festivo. Questo viene fatto in un diario dietetico preparato.