Cognizione, flavonoidi, esercizio fisico, microbioma intestinale

Questo studio clinico randomizzato (RCT) è progettato per studiare l'effetto dell'assunzione di mirtilli per 12 settimane (52 g di polvere liofilizzata al giorno, equivalenti a 2 tazze di mirtilli freschi al giorno) con o senza camminata veloce (cinque sessioni supervisionate da 45 minuti al giorno) settimana) sulla funzione cognitiva in partecipanti anziani sani. Un obiettivo importante è determinare se questo potenziale beneficio è mediato da cambiamenti nel profilo del microbioma intestinale e da un aumento dei fenoli di origine intestinale. I partecipanti adulti più anziani (n = 240, con un obiettivo di 200 che completano tutte le procedure) saranno randomizzati in uno dei quattro gruppi: camminata con mirtilli, stretching con mirtilli, camminata con placebo e stretching con placebo. Gli integratori di mirtillo e polvere placebo verranno assunti utilizzando procedure in doppio cieco. Campioni di sangue, urina e feci verranno raccolti prima dello studio e poi di nuovo dopo 6 e 12 settimane. La funzione cognitiva e l'idoneità cardiorespiratoria saranno misurate negli stessi punti temporali. I partecipanti verranno valutati per la velocità di elaborazione, la memoria episodica, la memoria di lavoro e l'attenzione sostenuta utilizzando la Cambridge Neuropsychological Test Assessment Battery (CANTAB, Cambridge Cognition, Ltd) (laboratorio della Dott.ssa Carol Cheatham, UNC Chapel Hill). I campioni di urina verranno analizzati per i metaboliti fenolici derivati ​​dall'intestino tramite cromatografia liquida tandem MS/MS (laboratorio della Dott.ssa Mary Ann Lila, NCSU). Verranno acquisiti profili tassonomici e funzionali dal sequenziamento metagenomico dei campioni di feci (UNC Chapel Hill).

Reclutamento. Verranno reclutati partecipanti adulti anziani sani (240 all'inizio, 200 alla fine) dall'area metropolitana di Charlotte, Carolina del Nord. Verranno selezionati partecipanti maschi e femmine sani, non fumatori, fisicamente inattivi (di età compresa tra 65 e 85 anni, BMI inferiore a 35) con cambiamenti cognitivi che soddisfano i criteri di inclusione ed esclusione.

Progetto. Questo studio utilizzerà un disegno di ricerca randomizzato, in doppio cieco, controllato con placebo, a gruppi paralleli, con i partecipanti (60) assegnati a uno dei 4 bracci per il periodo di prova di 12 settimane: mirtillo e camminata; mirtillo e stretching; placebo e camminare; placebo e stretching.

Programma VISITA TEST DI LABORATORIO n. 1: Orientamento e consenso/test cognitivo di base (circa 2 ore).

A. ORIENTAMENTO E CONSENSO (15 minuti): i potenziali partecipanti allo studio che rispondono ai messaggi di reclutamento verranno all'AppState Human Performance Lab all'orario assegnato. Le procedure dello studio verranno spiegate approfonditamente dal Responsabile della Ricerca (Dr. Camila Olson, Human Performance Lab, HPL) durante il processo di consenso. I soggetti firmeranno volontariamente il modulo di consenso.

B. MoCA (5 min): i partecipanti si presenteranno al laboratorio del Dr. Cheatham (UNC Chapel Hill, Nutrition Research Institute, NCRC) dove saranno sottoposti a test cognitivi utilizzando il MoCA. I partecipanti verranno testati per il declino cognitivo utilizzando il Montreal Cognitive Assessment (MoCA). Il MoCA è composto da otto sezioni per testare la memoria di richiamo, la funzione esecutiva, l'attenzione, l'orientamento, l'astrazione, le abilità visuospaziali e la denominazione. Il declino cognitivo lieve sarà definito come un punteggio di 1 - 1,5 SD inferiore alla norma sul MoCA. Questo criterio è stato utilizzato con grande successo in precedenti lavori presso l'NCRC (PMID: 36066009). Coloro che ottengono un punteggio inferiore al limite di 1,5 DS verranno indirizzati ai propri medici di famiglia. I soggetti che ottengono un punteggio entro 1 DS dalla norma non saranno ammessi allo studio e saranno esentati da ulteriore partecipazione. C. CANTAB (30 min): i soggetti che si qualificano per lo studio utilizzando i criteri MoCA verranno ulteriormente testati presso il laboratorio di Cheatham per la funzione cognitiva utilizzando la Cambridge Neuropsychological Test Assessment Battery (CANTAB, Cambridge Cognition, Ltd). Il CANTAB è uno strumento standardizzato e computerizzato con acquisizione automatizzata dei dati. I partecipanti saranno valutati per velocità di elaborazione, memoria episodica, memoria di lavoro e attenzione sostenuta. Il CANTAB è stato convalidato per la valutazione del declino cognitivo e verrà utilizzato per convalidare i risultati delle altre valutazioni. La raccolta di sottotest CANTAB scelta (vedi sotto) è stata progettata a Cambridge per valutare il declino cognitivo e ha dimostrato di essere sensibile al deterioramento delle capacità cognitive, anche a breve termine. Il completamento dei 5 sottotest richiede circa 30 minuti. Le attività vengono completate su un computer touch screen. Sottotest del CANTAB da includere nella batteria: Compito di controllo motorio -familiarizzare il partecipante con il touch screen; Elaborazione rapida delle informazioni visive: test di attenzione visiva sostenuta; Apprendimento associato in coppia - test di memoria e apprendimento; Tempo di reazione: test del tempo di reazione semplice e scelto; Memoria di lavoro spaziale: test di ritenzione delle informazioni spaziali.

D. ERP (30 min): i soggetti verranno valutati anche utilizzando procedure elettrofisiologiche (ERP) nel laboratorio di Cheatham. Per raccogliere dati ERP, al partecipante verrà fornita una rete di sensori geodetici (GSN; Electrical Geodesic, Inc.) costituita da un array di 128 sensori. Il GSN è facile da applicare, comodo e relativamente non invasivo. Il GSN è composto da sensori Ag/AgCl in una struttura di tensione geodetica a rete elastica. La testa del partecipante viene misurata per garantire che venga utilizzata la rete corretta e per contrassegnare il cuoio capelluto al vertice per il corretto posizionamento della rete. Il GSN è immerso in una soluzione di cloruro di potassio e acqua calda.

La soluzione in eccesso viene asciugata dalla rete in modo che non goccioli negli occhi del partecipante. La rete viene tesa con cura sopra la testa del partecipante facendo corrispondere l'elettrodo del vertice al segno del vertice e gli elettrodi dell'orecchio ai punti preauricolari. Il sottogola e le cinghie di tensione laterali vengono tesi e i sensori vengono tutti controllati per garantire che siano perpendicolari e in contatto con il cuoio capelluto. L'applicazione della rete richiede solo circa 5 minuti ed è ben tollerata. Verrà scattata una foto del posizionamento della rete e verranno quindi controllate le impedenze. Eventuali sensori che non leggono bene vengono regolati e una piccola quantità di soluzione elettrolitica viene applicata alla spugna del sensore con una pipetta. Quando le impedenze rientrano nei limiti accettati, il partecipante sarà seduto davanti al monitor nella sala partecipante (separata dalla sala di controllo). Una telecamera, sincronizzata con i dati acquisiti, registrerà il partecipante durante la presentazione delle immagini. Utilizzando il sistema di tracciamento oculare Smart-Eye, raccoglieremo informazioni sulla direzione dello sguardo e sui battiti delle palpebre. Questo sistema è l'unico sul mercato a offrire un EEG ad array denso integrato e il tracciamento remoto della testa e degli occhi per collegare l'attenzione, il tempo dedicato all'attività, la pupillometria e il battito delle palpebre all'EEG in corso. I dati verranno registrati continuamente e inseriti in finestre attorno alla presentazione degli stimoli offline. Una volta posizionata la rete, il partecipante parteciperà ai tre test cognitivi. Per l'attività di memoria di lavoro n-back, i partecipanti guarderanno una serie di lettere che appaiono sullo schermo del computer e premeranno un pulsante quando viene rilevato il bersaglio. L'obiettivo in un'attività 2-back viene identificato come una lettera che corrisponde alla lettera apparsa come penultima (2-back). Le lettere che non corrispondono alla definizione non richiedono risposta. È stato dimostrato che l'uso di questo compito prevede quelli in cui il declino cognitivo sarà rapido. Per valutare la componente di negatività del disadattamento visivo dell'N200 (attenzione), al partecipante verrà chiesto di concentrarsi sul centro dello schermo. Con un rapporto di 16:1:1 (standard:obiettivi:devianti), il computer eseguirà ciclicamente l'attività in modo casuale. Quando viene visualizzato un obiettivo definito, il partecipante premerà il pulsante. Tutti gli altri stimoli non richiedono una risposta. Questo compito richiede una forte attenzione e ha dimostrato di essere sensibile al lieve deterioramento cognitivo.

E. Questionari sullo stress (15 min): i soggetti completeranno questionari che valutano l'ansia e gli eventi stressanti della vita.

F. Questionari e kit Human Performance Lab (15 minuti): i soggetti torneranno allo Human Performance Lab e completeranno un sondaggio sull'attività fisica (International Physical Activity Questionnaire, IPAQ) e il questionario sulla salute medica (MHQ). I soggetti riceveranno (dal Dr. Olson) un registro alimentare di 3 giorni, un kit per la raccolta delle feci e il kit per la raccolta delle urine delle 24 ore, con istruzioni complete (vedere documenti allegati). La registrazione alimentare 3-d verrà completata nel periodo di giovedì, venerdì e sabato prima della visita al laboratorio n. 2. I campioni di urina e feci verranno raccolti il ​​giorno prima della visita di laboratorio n. 2. I soggetti riceveranno date/orari per ulteriori visite al laboratorio.

VISITA DI TEST DI LABORATORIO n. 2: test di idoneità pre-studio, raccolta di campioni e inizio dell'integrazione di mirtillo/placebo (1,5 ore).

A. CAMPIONI DI SANGUE, URINA, FECI: circa una settimana dopo la visita di laboratorio n. 2, i partecipanti si presenteranno all'HPL al mattino in uno stato di digiuno notturno agli orari assegnati. I partecipanti consegneranno i loro registri alimentari di 3 giorni e campioni di feci e urine delle 24 ore. I campioni di sangue (massimo 35 ml) verranno raccolti da una vena del braccio da prelievi addestrati mentre i partecipanti sono seduti.

B. COMPOSIZIONE CORPOREA: altezza e peso verranno misurati utilizzando uno stadiometro e una bilancia a trave di equilibrio. Il seca medical Body Composition Analyser (mBCA) (Hannover, MD) verrà utilizzato per misurare la composizione corporea attraverso 8 punti BIA mentre i partecipanti stanno sugli elettrodi a piedi nudi e afferrano gli elettrodi con entrambe le mani sulle sponde laterali. Il seca mBCA fornisce diverse misurazioni di interesse, tra cui massa grassa, massa magra, massa muscolare scheletrica, grasso viscerale, acqua corporea totale e acqua extracellulare.

C. TEST DI ESERCIZIO GRADATO: i partecipanti verranno testati per la capacità aerobica massima (VO2max) durante un test graduale su tapis roulant con il carrello metabolico Cosmed CPET. I partecipanti faranno prima un riscaldamento sul tapis roulant per dimostrare che possono camminare liberamente sul tapis roulant. I partecipanti cammineranno contro un carico di lavoro gradualmente crescente (protocollo Bruce) fino al raggiungimento dello sforzo massimo e il partecipante interrompe volontariamente l'esercizio. La principale misura del risultato è il picco VO2 o i millilitri di ossigeno che possono essere consumati per ogni chilogrammo di massa corporea al massimo sforzo. Il sistema metabolico Cosmed CPET (Roma, Italia) verrà attaccato al partecipante tramite una maschera facciale per la misurazione continua dei fattori metabolici (consumo di ossigeno, frequenza di ventilazione, frequenza respiratoria, rapporto di scambio respiratorio). Un cardiofrequenzimetro a torace fornirà la frequenza cardiaca in battiti al minuto. La valutazione dello sforzo percepito (RPE) sarà valutata utilizzando una scala da 6 a 20. I dati verranno registrati alla fine di ogni fase di 3 minuti e al momento dello sforzo massimo, e i cambiamenti submassimali/massimali prima e dopo le 12 settimane di allenamento verranno utilizzati come criteri per valutare i cambiamenti nell'idoneità cardiorespiratoria. La prescrizione dell'esercizio aerobico per il programma di allenamento di 12 settimane si baserà sulla frequenza cardiaca massima (MHR) e sulla frequenza cardiaca a riposo (RHR) misurate durante i test di base. Le procedure di test e sicurezza saranno sotto la guida dell'IRB per i partecipanti anziani sani e il medico dello studio fornirà la supervisione delle procedure di test.

D. SUPPLEMENTI: a ciascun partecipante verrà fornita una fornitura per 6 settimane di confezioni sottovuoto di polvere di mirtillo selvatico liofilizzata codificata o placebo (52 g al giorno). La polvere liofilizzata di mirtilli selvatici a basso fusto sarà fornita dalla Wild Blueberry Association of North America, Old Town, ME e liofilizzata da FutureCeuticals (Momence, IL). La polvere di mirtillo placebo abbinata a fibre e carboidrati sarà sviluppata dall'NCSU utilizzando una formula di studi precedenti: aroma e aroma di mirtillo (8,9%), colorante (1,05% lacca viola, 0,75% lacca rossa, 0,45% lacca blu 2, 0,03% colorante rosso, 0,008% colorante blu 2), glucosio (32%), fruttosio (35,5%), acido citrico (0,77%), cellulosa (15%), fibresol-2 (1,8%), gomma xanthan (1%), pectina (1,09%) e silice (0,99%). Le polveri di mirtillo e placebo saranno confezionate presso l'NCRC NC Food Innovation Lab. Ai partecipanti verrà spiegato che le polveri di mirtillo o placebo devono essere conservate in un congelatore nelle confezioni fornite fino al momento dell'uso. Verranno fornite istruzioni per consumare gli integratori in dosi frazionate (metà a colazione e metà a pranzo) mescolati a bevande, yogurt o altri alimenti. Se un partecipante allo studio non riesce ad assumere la dose di integratore in un determinato giorno o due, gli verrà chiesto di aggiungere 1 pacchetto extra al giorno fino al rientro nei tempi previsti. I partecipanti allo studio contatteranno il responsabile della ricerca (ASU-NCRC@appstate.edu) se non riescono a consumare l'integratore per 3 giorni o più e discutere se desiderano o meno abbandonare lo studio. La conformità al regime di integrazione sarà valutata tramite regolari messaggi di posta elettronica e un conteggio dei pacchetti restituiti nei punti temporali di 6 e 12 settimane.

VISITE DI TEST DI LABORATORIO N. 3, 4 e N. 5, 6 Queste stesse procedure di base verranno ripetute dopo 6 e 12 settimane, tranne per il fatto che le visite n. 3 e n. 5 non coinvolgeranno i soggetti che attraversano il processo di consenso e completano il questionario medico-sanitario e la visita n. 6 non includerà la fornitura ai soggetti di pacchetti di integratori aggiuntivi.

STUDIO CLINICO RANDOMIZZATO DI 12 SETTIMANE: 60 SESSIONI DI FORMAZIONE PRESSO IL CAMPUS DI RICERCA DELLA CAROLINA DEL NORD (NCRC, Kannapolis, NC)

• I partecipanti si impegneranno in sessioni di attività fisica supervisionate (5 SESSIONI A SETTIMANA, 45 MINUTI PER SESSIONE) e consumeranno 52 grammi al giorno di polvere di mirtillo liofilizzata o placebo.
• I partecipanti si impegneranno in esercizi supervisionati di 45 minuti al giorno (camminata veloce con cardiofrequenzimetri o esercizi di stretching non aerobico a terra) per 5 giorni alla settimana durante un periodo di 12 settimane. Le sessioni di esercizi saranno condotte in piccoli gruppi sotto supervisione. I supervisori dell'esercizio saranno addestrati alla RCP e un dispositivo DAE sarà posizionato all'ingresso dello Human Performance Lab (nell'edificio adiacente all'ovale pedonale).
• Le sessioni di camminata si svolgeranno all'aperto sotto supervisione sulla pista NCRC. Verranno registrate la frequenza cardiaca dell'allenamento e la distanza totale percorsa. Nelle giornate con tempo inclemente, i soggetti cammineranno al coperto (parcheggio NCRC) o sui tapis roulant nello Human Performance Lab.
• La frequenza cardiaca durante le sessioni di attività fisica verrà monitorata con un FitBit Inspire. I camminatori aumenteranno gradualmente l'intensità con un obiettivo del 60% della riserva di frequenza cardiaca (sulla base dei dati del test da sforzo graduale).
• Il programma di stretching sarà supervisionato e condotto nello Human Performance Lab su tappetini. La sessione inizierà con 5-10 minuti di riscaldamento di attività leggere (ad esempio, camminata facile con ginnastica ritmica leggera). Dopo il riscaldamento, i partecipanti si impegneranno in 8-10 esercizi di stretching per sessione sotto la guida di un supervisore degli esercizi. Ogni esercizio di stretching verrà mantenuto per 10-30 secondi nel momento in cui avverti un leggero disagio. L'esercizio di flessibilità verrà ripetuto per due o quattro ripetizioni, con i partecipanti che mirano a 60 secondi di tempo di stretching totale per esercizio di flessibilità (ad esempio, quattro allungamenti da 15 secondi). I supervisori degli esercizi forniranno un orientamento completo sugli esercizi di stretching durante la prima sessione.
• Due gruppi primari (40 ciascuno, gruppi di camminata e stretching) saranno programmati ogni semestre durante un periodo di 3 mesi (da settembre a novembre e da febbraio ad aprile) durante un periodo di 3 anni. Dei 240 partecipanti inseriti nello studio ogni anno, si prevede che 200 completeranno con successo tutte le fasi. La fidelizzazione sarà massimizzata attraverso contatti regolari con i partecipanti durante le sessioni di esercizi supervisionati e tramite regolari messaggi di posta elettronica. Verranno offerti tre orari di sessione di allenamento ogni giorno della settimana lavorativa (7:00, 9:00, 16:00). Se i partecipanti saltano una sessione di esercizi, ci saranno opportunità settimanali di partecipare a sessioni di recupero (sabato mattina). Se un partecipante allo studio perde 3 o più giorni di allenamento fisico, il responsabile della ricerca contatterà il partecipante e discuterà se desidera o meno abbandonare lo studio.