Effect van Milk Fat Globule Membrane (MFGM) op de bescherming van de darmbarrière bij hardlopers

Een gerandomiseerde, dubbelblinde cross-over oefeningsproef werd uitgevoerd met 14 hardlopers op de campus van de Utah State University. Deze populatie van 14 hardlopers werd geselecteerd uit een grotere populatie van 20 die werd aangeworven om twee eerste proeven te voltooien. In twee voorbereidende bezoeken werden de parameters bepaald die nodig zijn voor het uitvoeren van de experimentele proef. Tijdens het eerste bezoek werd een basiswaarde bepaald voor zowel de darmpermeabiliteit als de aërobe capaciteit van hardlopers. Bij het tweede bezoek werd het vermogen om een ​​run op 80% VO2max te voltooien getest en werd het effect van de inspanningsstress op de darmpermeabiliteit, plasma LPS en kerntemperatuur gemeten.

Nadat een testpopulatie was geselecteerd, werd een gerandomiseerde, dubbelblinde, cross-over-studie uitgevoerd waarin MFGM werd getest op het vermogen om een ​​verandering in de door inspanning veroorzaakte darmpermeabiliteit te voorkomen.

Tijdens elke testsessie werden hartslag (HR), werkoutput en kerntemperatuur (CT) gecontroleerd. HR en CT werden gecontroleerd door een CorTemp™-temperatuurpil die voorafgaand aan de proef door de atleten werd ingenomen (//www.hqinc.net/pages/pill_page.html). Bovendien werd bloed afgenomen bij baseline (vóór depletieproef), onmiddellijk na de tijdrit en opnieuw om 1 uur en 5 uur. Bloed werd geanalyseerd op indices van trainingsintensiteit (lactaat), spierbeschadiging (creatinekinase, cytokines) en disfunctie van de darmbarrière (lipopolysaccharide, cytokines). Daarnaast consumeerden atleten direct na het hardlopen een drankje met twee koolhydraten (lactulose en rhamnose). Gedurende de volgende zes uur werd urine verzameld en deze suikers werden gemeten via gaschromatografie om de doorlaatbaarheid van de darm te bepalen.

Onderwerp Werving Twintig hardlopers (18-50 jaar) werden in eerste instantie geworven via flyers op de campus, advertenties in de plaatselijke krant en wekelijkse sportgids. Deelnemers met een medische geschiedenis, waaronder: hartaandoeningen, ongecontroleerde hypertensie, diabetes, de ziekte van Crohn, prikkelbare darmsyndroom, colitis, coeliakie, ontstekings- of auto-immuunziekten of lactose-intolerantie, werden uitgesloten van het onderzoek. Alle proefpersonen kregen de instructie om alle ontstekingsremmende medicijnen gedurende ten minste 24 uur voorafgaand aan enige testactiviteit te vermijden. Op de ochtend van het eerste bezoek werd de lichaamssamenstelling van goedgekeurde proefpersonen gemeten door BodPod (Life Measurement, Inc., Concord, CA). Deelnemers werd gevraagd om 48 uur voor het eerste bezoek af te zien van zware oefeningen. De proefpersonen kregen een tube van 50 ml met de 5 g lactulose- en 2 g rhamnosesuikersonde en kregen de instructie om de sonde 4 uur na het ontbijt op te drinken om de basislijn van de darmpermeabiliteit te bepalen. De proefpersonen kregen een urine-opvangcontainer en kregen de instructie om gedurende 6 uur na inname van de sonde alle urine op te vangen. De proefpersonen mochten pas 1,5 uur na het drinken van de suikersonde lunchen. Na 6 uur urineverzameling keerden de proefpersonen terug naar de testplaats en voerden een lopende VO2 max-test uit.

Tweede bezoek (ongeveer een week na het eerste bezoek) Ongeveer 3 uur na voltooiing van het ontbijt meldden proefpersonen zich op de testlocatie om bloed te laten afnemen (om basislijn plasma LPS te bepalen), gewicht te meten en een temperatuursonde in te nemen. De deelnemers begonnen ongeveer 4 uur na het ontbijt aan de inspanningsuitdaging (60 minuten hardlopen met 80% VO2 max). De inspanningsuitdaging werd uitgevoerd in een geklimatiseerde ruimte bij 22 °C zonder ventilator. De proefpersonen werden gemonitord om er zeker van te zijn dat ze op 80% VO2 max liepen en geen water mochten drinken tijdens de challenge. Onmiddellijk na de inspanningsuitdaging consumeerden de deelnemers de suikersondes. Het gewicht werd gemeten, er werd bloed afgenomen (post-exercise plasma LPS) en de proefpersonen kregen de instructie om hun urine gedurende de volgende zes uur op te vangen. Om rehydratatie en urineproductie te vergemakkelijken, kregen proefpersonen de instructie om 150% van hun vochtverlies (vóór tot post-trainingsgewicht) te vervangen door waterinname.

Na screening van 20 proefpersonen stemde een populatie van vijftien proefpersonen ermee in om deel te nemen aan de cross-over studie. Eén proefpersoon viel uit vanwege een zwangerschap en vier proefpersonen konden deelnemen vanwege planningsconflicten. Eén proefpersoon viel uit na een gebroken enkel die geen verband hield met het onderzoek.

De derde en vierde bezoeken waren het crossover-gedeelte van het experiment waarin MFGM werd vergeleken met het voertuig. Het 3e en 4e bezoek waren identiek aan het 2e bezoek, behalve dat de deelnemers ofwel het vloeistofvervangende voertuig ofwel de vloeistofvervangende vloeistof + MFGM dronken 1 uur voor de inspanningsuitdaging en opnieuw onmiddellijk na de oefening. Deelnemers en personeel dat experimentele protocollen beheerde, waren blind voor behandelingen door gebruik te maken van gecodeerde, niet-transparante drankcontainers. Proefpersonen voltooien het 4e bezoek een week later en consumeren de autodrank of de auto + MFGM.

Voor het crossover-gedeelte van het onderzoek kregen atleten een van de twee dranken. De controledrank is geformuleerd volgens de huidige richtlijnen voor sportvoeding voor zowel pre- als post-workout-toediening van voedingsstoffen. Het bevatte wei-eiwit, sucrose, maltodextrine, chocoladesmaak en een kleine hoeveelheid boterolie. De testdrank was identiek wat betreft het gehalte aan macronutriënten, maar bevatte een op melk gebaseerd ingrediënt genaamd 'melkvetbolletjesmembraan'. Dit materiaal wordt geïsoleerd uit een bijproduct van de boterproductie en is rijk aan fosfolipiden. De drankjes werden drie uur voorafgaand aan de inspanningsproef en onmiddellijk erna verstrekt. De testdrank bevatte een poeder rijk aan MFGM dat wordt geproduceerd door Arla Foods (Lacprodan PL-20) dat ongeveer 20% fosfolipiden en 60% eiwit bevat. In studies met muizen hebben Dial et al effecten waargenomen op de darmbescherming in 1 uur wanneer dieren fosfolipiden kregen van 100 mg/kg lichaamsgewicht. De tweede drank was afgestemd op het gehalte aan macronutriënten, maar bevatte geen fosfolipidenpoeder.

Gemeten eindpunten Verandering in darmpermeabiliteit Om de rust, baseline darmpermeabiliteit te bepalen, werd de methode van Pals gebruikt. Deze methode bepaalt de darmpermeabiliteit door de niet-verteerbare suikers lactulose en rhamnose te leveren en schat de darm- en maagpermeabiliteit door terugwinning van deze suikersondes in de urine. In gezond darmepitheel wordt lactulose zeer beperkt door de darmbarrière getransporteerd. Rhamnose passeert het epitheel van de dunne darm via een transcellulaire route en dient als interne controle om rekening te houden met de maagledigingssnelheid, de darmtransittijd en de nierfunctie. Het grotere lactulosemolecuul kan het darmepitheel alleen passeren via een paracellulaire route via nauwe overgangen. Daarom duidt een hogere verhouding van lactulose tot rhamnose die in de urine wordt teruggevonden op een aangetaste darmbarrièrefunctie. Er is aangetoond dat inspanningsstress de lactulose/rhamnose-ratio in de urine aanzienlijk verhoogt. Vergelijkbaar met ons voorgestelde oefeningsstressmodel, is deze methode gebruikt om aan te tonen dat een uur hardlopen op 80% VO2max de darmpermeabiliteit verdubbelt in vergelijking met de basislijn.

Verandering in plasma-LPS: om endotoxemie te beoordelen, werden plasma-LPS-concentraties gemeten via een kinetische activiteit zoals beschreven door Nieman. Plasma LPS werd gemeten aan de hand van bloed afgenomen vóór inspanning (baseline), onmiddellijk daarna en 1 en 5 uur na de inspanningsproef. Het is aangetoond dat plasma-LPS toeneemt na periodes van duurtraining en er wordt verondersteld dat dit het resultaat is van afwijkende bacteriële translocatie van darmbacteriën door een aangetaste darmbarrière. Verhoogde plasma-LPS vanaf de basislijn direct na inspanning is eerder aangetoond na een halve marathon, een hele marathon. Er werd verwacht dat plasma-LPS-niveaus zouden stijgen na inspanningsstress en gecorreleerd zullen zijn met de kerntemperatuur van het lichaam en de lactulose/rhamnose-index van de integriteit van de darmbarrière.

Verandering in inflammatoire cytokines: plasmaspiegels van IL-6, TNFα, IL-10, IL-17, INFγ, IL-3, MCP-1, IL-15 en GMCSF werden gemeten in de basislijn en in de monsters van 1 uur na inspanning . Cytokineconcentraties werden bepaald door multiplex enzym-gekoppelde immunosorbent assay (ELISA) door een commerciële verkoper (Quansys Biosystems, Logan, UT). Deze cytokines werden geselecteerd op basis van een eerder onderzoek naar darmlekkage en MFGM-consumptie in een LPS-gestimuleerde darmlektest met muizen. Alle cytokines waren significant opgereguleerd bij dieren met lekkende darmen behalve GMCSF, en waren significant verlaagd bij MFGM-gevoede dieren in vergelijking met controles. Bovendien toonden Ng et al verhoogde plasmaspiegels van IL-10 en IL-6 aan (respectievelijk 50% en 65,2% toename ten opzichte van baseline) bij hardlopers direct na een halve marathon. Evenzo is aangetoond dat de plasmaspiegels van IL-6 en TNFα direct na een marathon ten opzichte van de uitgangswaarde zijn verhoogd. Op basis van de voorlopige gegevens en de bovengenoemde onderzoeken werd verwacht dat verhoogde niveaus van inflammatoire cytokines zouden worden gemeten na de inspanningsuitdaging en er werd verondersteld dat MFGM dit effect zou opheffen in vergelijking met de andere hersteldranken.

Verandering in plasmacreatinekinase: Creatinekinase werd gemeten in monsters genomen vóór, onmiddellijk na en 1 uur na de inspanningsuitdaging. Creatinekinase werd gemeten met behulp van een in de handel verkrijgbare colorimetrische kit (Sigma) in een UV/vis-plaatlezer met 96 putjes (Molecular Devices). Verhoogde plasmacreatinekinase is een gevestigde index van door inspanning veroorzaakte spierbeschadiging. In een vergelijkbaar onderzoek hadden fietsers die op 85% VO2 max reden tot uitputting na glycogeendepletie de vorige dag minder plasmacreatinekinase wanneer ze chocolademelk consumeerden als hersteldrank in vergelijking met een koolhydraatvervangende drank.

Plasmalactaat: Om het anaerobe metabolisme te beoordelen, wordt plasmalactaat gemeten bij baseline, onmiddellijk na en 2 uur na de inspanningsstress. Lactaat zal worden gemeten met behulp van een enzymatische testkit (r-Biopharm, Marshall, MI).

Het primaire eindpunt dat in deze studie werd gemeten, was de lactulose/rhamnose-ratio's in urine en plasma-LPS. De gegevens werden geanalyseerd door middel van single-factor ANOVA en significante verschillen werden onderzocht met post-hoc testen. De kerntemperatuur van het lichaam werd in realtime gemeten en was gecorreleerd met darmhypoxie en met darmlekkage.

Alle in het bloed gemeten componenten (lactaat, LPS, cytokines en CK) werden geanalyseerd met een tweefactor-ANOVA met tijd en behandeling als variabelen. Lactaat werd opgenomen omdat het algemeen wordt beschouwd als een index van anaërobe activiteit. Een andere parameter waarin we geïnteresseerd waren, is creatinekinase. Zoals vermeld in de inleiding, wordt dit enzym na intensieve training in het bloed gedetecteerd en wordt verondersteld dat het correleert met schade aan spieren. Bovendien hebben ten minste twee onderzoeken met chocolademelk vastgesteld dat plasma-CK lager is bij sporters die chocolademelk drinken in vergelijking met andere hersteldranken.

Beheersplan Alle drie de PI's waren actief betrokken bij de planning en uitvoering van dit onderzoek, evenals bij de monsterverwerking en de analyse. Dr. Ward was verantwoordelijk voor de formulering van de MFGM-drank. Daarnaast was dr. Ward verantwoordelijk voor de GC-FID-analyse van de urine. Daarnaast zal Dr. Ward een afgestudeerde student begeleiden die door dit project wordt ondersteund.

Dr. Bressel rekruteerde de atleten en hielp met het organiseren van de proeven. Daarnaast begeleidde dr. Bressel alle prestatieproeven en het verzamelen van de inspanningsgegevens.

Dr. Hintze had de leiding over de bloed- en urinemonsters. De student (en misschien Dr. Hintze) voerden de LPS-, lactaat- en CK-testen uit. Daarnaast was dr. Hintze verantwoordelijk voor de juiste monsteroverdracht van het bloed en voor de levering van de monsters aan Quansys Biosystems voor de cytokine-analyse.

Alle drie de PI's werkten mee aan de data-analyse en aan de voorbereiding van het manuscript.