Menselijke melkoligosacchariden (HMO's) en darmmicrobiota, immuunsysteem op Antarctica

Het doel van deze studie is om het effect te onderzoeken van suppletie met prebiotica, een specifiek mengsel van koolhydraten dat wordt aangetroffen in moedermelk (HMO's), als maatregel om de darmflora, ontstekingsprocessen in de darmen, de algemene immuunstatus, koolhydraatregulatie, vetweefsel en vetweefsel te verbeteren. en botmetabolisme en neurologische veranderingen op Antarctica. Het ongeveer een jaar durende verblijf in Concordia Station (Antarctica) op een hoogte van ongeveer 3200 m omvat een lange reis en daaropvolgende extreme omgevingsomstandigheden en bijbehorende aanpassingsmechanismen en is daarom een ​​zeer goed landmodel (analoog model) voor het onderzoeken van veranderingen tijdens ruimte blijft. Op lange termijn (bijv. > 6 maanden) blootstelling aan microzwaartekracht leidt tot talrijke fysiologische reacties, waaronder verminderde glucosetolerantie, verminderde immuunfunctie en botverlies, wat tot vrij ernstige gevolgen voor de gezondheid kan leiden. In dit analoge model worden soortgelijke veranderingen, zij het minder ernstig, waargenomen met betrekking tot het immuunsysteem of de glucosetolerantie als bij ruimtevluchten.

De samenstelling van de voeding heeft een grote invloed op de samenstelling van de darmflora. Met name koolhydraten uit de voeding vormen het substraat voor bepaalde bacteriën die een positief effect op de gezondheid kunnen hebben. Prebiotica worden gedefinieerd als substraten die selectief worden gebruikt door gastheermicro-organismen en die gezondheidsvoordelen bieden. Prebiotica worden alleen verteerd door darmmicro-organismen en stimuleren de groei of activiteit van bacteriën in de darmen die gezondheidsvoordelen of een verbeterd welzijn hebben aangetoond. De belangrijkste voedingsstoffen voor bacteriegroei zijn niet-verteerbare koolhydraten, die per definitie niet worden verteerd door de gastheer, in dit geval het menselijke organisme (gastheer). Niet-verteerbare koolhydraten omvatten bijvoorbeeld resistent zetmeel en dextrinen, niet-zetmeelpolysachariden (NSP's) (bijv. pectines) en niet-verteerbare oligosachariden (bijv. Raffinose, inuline, enz.). Deze koolhydraten worden door de darmbacteriën gefermenteerd tot vetzuren met een korte keten (SCFA's), voornamelijk azijnzuur, propionzuur en boterzuur. Dit proces vindt vooral plaats in de dikke darm, maar ook in de dunne darm. SCFA's worden snel geabsorbeerd door het slijmvlies van de dikke darm en oefenen effecten uit op het hele lichaam, waarbij ze bijvoorbeeld bijdragen aan de energiebehoeften van de gastheer of de communicatie tussen de darmen en de hersenen bemiddelen, wat een grote impact heeft op de fysiologie en gezondheid van de gastheer.

HMO's zijn ook prebiotica en zijn de derde meest voorkomende vaste component in moedermelk. Het grootste deel van het tot nu toe gepubliceerde onderzoek naar de effecten van zorginstellingen is daarom uitgevoerd op zuigelingen. HMO's worden niet verteerd in de darm en worden voornamelijk in de dikke darm gebruikt door de bacteriën die daar verblijven. Bij zuigelingen is aangetoond dat HMO's niet alleen een gezonde samenstelling van de darmflora bevorderen, maar ook de groei van ziekteverwekkers belemmeren en de expressie moduleren van genen die betrokken zijn bij ontstekingen. Verschillende in vitro en in vivo onderzoeken hebben antivirale eigenschappen van HMO's aangetoond tegen verschillende virussen zoals het rotavirus, norovirus, HIV en influenza. HMO's spelen een belangrijke rol in het immuunsysteem door de immuunrespons te versterken. De eerste toepassingen van HMO's bij volwassenen hebben deze bevindingen ondersteund.

Daarom heeft deze studie tot doel te onderzoeken hoe de dagelijkse toediening van 5,5 g van een HMO-mengsel tijdens de winterslaap op Concordia Station op Antarctica invloed heeft op:

• glucosetolerantie
• ontstekingsprocessen
• immuunfunctie
• vet- en botmetabolisme en
• Welzijn

Onderzoeksprocedure Dit is een zogenaamde placebogecontroleerde, gerandomiseerde interventiestudie in parallel design. Dit betekent dat proefpersonen willekeurig worden geselecteerd om dagelijks het mengsel van HMO's of een placebo te ontvangen. De onderzoeksduur voor een proefpersoon bedraagt ​​ca. 20 maanden. Het is verdeeld in een onderzoeksfase vóór vertrek naar Antarctica, ongeveer in september van een jaar, zes fasen tijdens de overwintering op Antarctica en één fase ongeveer 6 maanden na terugkeer.

Elke afzonderlijke fase is identiek, één voorbeeld weergegeven in figuur 1.

Dag 1 (weekenddag) Dag 2 Dag 3 Dag 4 Dag 5 Nuchtere bloedafname X Orale glucosetolerantietest X Speekselmonster X Fecesmonster X X X (X) Dieetlogboek X X X HMO-suppletie Dagelijks, aanvang na eerste sessie bij Concordia

Figuur 1: Weergave van elke testfase (U zoals in figuur 1).

Interventie De interventie, dat wil zeggen de behandelingsmaatregel die in dit onderzoek is gebruikt, bij één groep is de dagelijkse toediening van 5,5 g van een koolhydraatmengsel analoog aan moedermelk, maar geproduceerd door bacteriën. Deze hoeveelheid is door de Europese Controleautoriteit gecertificeerd als veilig voor menselijke consumptie. De andere groep krijgt een overeenkomstig placebo, Maltose.

Meetmethode Bloedonderzoek en veneuze toegang Bloedafname uit de perifere ader gaat gepaard met de gebruikelijke risico's van venapunctie. Dit zijn hematomen of infecties op de prikplaats. Wanneer een perifere veneuze toegang wordt geplaatst, kan er in zeldzame gevallen sprake zijn van letsel aan de ader (sclerotherapie) en de perifere zenuwen. Bloedafname en veneuze toegang worden uitgevoerd door een ervaren arts, waardoor het risico tot een minimum wordt beperkt.

Nuchtere bloedafnames Nuchtere bloedmonsters voor analyse van verschillende bloedparameters worden op dezelfde dag afgenomen als de orale glucosetolerantietest (OGTT) (zie figuur 1). Omdat voor de OGTT meerdere bloedmonsters worden afgenomen, wordt ook na het drinken een veneuze toegang in de vorm van een verblijfsveneuze canule (klein plastic buisje) in het gebied van de onderarm geplaatst om herhaald prikken van de onderarm te voorkomen. de armaders.

Glucosetolerantie door middel van een orale glucosetolerantietest Met de zogenaamde orale glucosetolerantietest (OGTT) kunnen verschillen in het glucosemetabolisme (suikermetabolisme) tussen de interventie- en controlefase worden vastgesteld. Op ongeveer dag 3 van elke onderzoeksfase wordt 's ochtends in nuchtere toestand een drankje genuttigd, bereid uit 75 g glucose (Medicalfox Gluko 75 poeder) en 300 ml drinkwater. Er wordt elke 15 minuten bloed afgenomen in het eerste uur nadat het drankje is gegeven, en elke 30 minuten in het tweede uur.

Speekselmonster Er worden speekselmonsters genomen om bepaalde hormonen te testen die de stressniveaus weerspiegelen, evenals de reactiviteit van bepaalde virussen (herpesvirus, rotavirus). Hiervoor wordt een klein rolletje watten uit een voorbereid bakje (salivette) enkele minuten in de mond gekauwd en tijdens de onderzoeksfase één keer terug in de opvangbuis gedaan. Het verkregen speeksel wordt ingevroren en later in het laboratorium geanalyseerd.

Fecale verzameling Om de veranderingen in de darmflora te onderzoeken, worden in elke fase op 3 aaneengesloten dagen fecesmonsters genomen. Hiervoor wordt boven het toilet een zogenaamde ‘Feces Catcher’ geplaatst om de ontlasting beter op te vangen. Van deze feces worden vervolgens in 3 verschillende buizen drie monsters genomen. Het kleine lepeltje in elk buisje wordt gevuld met ontlasting, terug in het buisje gedaan, afgesloten en ingevroren.

Documentatie van het dieet Om de invloed van de voedselsamenstelling op de darmflora te kunnen inschatten, wordt het geconsumeerde voedsel gedocumenteerd op 2 werkdagen en één weekenddag. Dit gebeurt in een opgesteld voedingslogboek.