Effekten av Milk Fat Globule Membrane (MFGM) på tarmbarrierebeskyttelse hos løpere

En randomisert, dobbeltblind cross-over treningsforsøk ble utført med 14 løpere på Utah State University campus. Denne populasjonen på 14 løpere ble valgt fra en større populasjon på 20 som ble rekruttert til å fullføre to innledende forsøk. I to foreløpige besøk ble parametrene som var nødvendige for å gjennomføre den eksperimentelle forsøket bestemt. Under det første besøket ble en grunnlinjeverdi bestemt for tarmpermeabilitet samt aerob kapasitet til løpere. I det andre besøket ble kapasiteten til å fullføre en løpetur med 80 % VO2max testet og effekten av treningsbelastningen på tarmens permeabilitet, plasma LPS og kjernetemperatur ble målt.

Når en testpopulasjon ble valgt, ble det utført en randomisert, dobbeltblind, cross-over-forsøk der MFGM ble testet for evnen til å forhindre en endring i den treningsinduserte tarmens permeabilitet.

Under hver testøkt ble hjertefrekvens (HR), arbeidseffekt og kjernetemperatur (CT) overvåket. HR og CT ble overvåket av en CorTemp™ temperaturpille som ble inntatt av idrettsutøverne før forsøket (http://www.hqinc.net/pages/pill_page.html). I tillegg ble det tappet blod ved baseline (før uttømmingsforsøk), umiddelbart etter tidsprøven, og igjen etter 1 time og 5 timer. Blod ble analysert for indekser for treningsintensitet (laktat), muskelskade (kreatinkinase, cytokiner) og tarmbarrieredysfunksjon (lipopolysakkarid, cytokiner). I tillegg, umiddelbart etter løpeturen konsumerte idrettsutøvere en drikk med to karbohydrater (laktulose og rhamnose). I løpet av de følgende seks timene ble urin samlet og disse sukkerene ble målt via gasskromatografi for å bestemme permeabiliteten til tarmen.

Emnerekruttering Tjue, løpere (alder 18-50) ble opprinnelig rekruttert via campusflyers, annonser i lokalavisen og ukentlige sportsguider. Deltakere som hadde medisinske historier inkludert: hjertesykdom, ukontrollert hypertensjon, diabetes, Crohns sykdom, irritabel tarmsyndrom, kolitt, cøliaki, inflammatoriske eller autoimmune sykdommer eller laktoseintoleranse ble ekskludert fra studien. Alle forsøkspersoner ble instruert om å unngå alle anti-inflammatoriske medisiner i minst 24 timer før noen testaktivitet. På morgenen etter det første besøket fikk godkjente forsøkspersoner kroppssammensetning målt med BodPod (Life Measurement, Inc., Concord, CA). Deltakerne ble bedt om å avstå fra tung trening i 48 timer før det første besøket. Forsøkspersonene fikk et 50 ml rør som inneholdt 5 g laktulose og 2 g rhamnose sukkerprobe og ble instruert om å drikke sonden 4 timer etter at de hadde fullført frokosten for å bestemme tarmpermeabiliteten ved utgangspunktet. Forsøkspersonene ble gitt en urinoppsamlingsbeholder og instruert om å samle all urin i 6 timer etter inntak av sonden. Forsøkspersonene skulle ikke spise lunsj før 1,5 timer etter å ha drukket sukkersonden. Etter 6 timers urinsamling, returnerte forsøkspersonene til teststedet og utførte en løpende VO2 max-test.

Andre besøk (omtrent en uke etter første besøk) Omtrent 3 timer etter fullført frokost rapporterte forsøkspersonene til teststedet for å få tatt blod (for å bestemme baseline plasma LPS), vektmålt og for å innta en temperatursonde. Deltakerne startet treningsutfordringen (60 minutters løp med 80 % VO2 max) omtrent 4 timer etter fullført frokost. Treningsutfordringen ble utført i et klimakontrollert rom ved 22 °C uten vifte. Forsøkspersonene ble overvåket for å sikre at de kjørte på 80 % VO2 maks og ikke fikk konsumere vann under utfordringen. Umiddelbart etter treningsutfordringen spiste deltakerne sukkerprobene. Vekten ble målt, blod tappet (plasma-LPS etter trening) og forsøkspersonene ble bedt om å samle urinen de neste seks timene. For å lette rehydrering og urinproduksjon, ble forsøkspersonene bedt om å erstatte 150 % av væsketapet (før til etter treningsvekt) med vanninntak.

Etter screening av 20 forsøkspersoner, gikk en populasjon på femten forsøkspersoner med på å delta i cross-over-forsøket. Ett forsøksperson falt fra på grunn av en graviditet, og fire forsøkspersoner kunne delta på grunn av timeplankonflikter. En forsøksperson droppet etter å ha fått en brukket ankel som ikke var relatert til studien.

Det tredje og fjerde besøket var crossover-delen av eksperimentet som sammenlignet MFGM med kjøretøyet. Det 3. og 4. besøket var identisk med det andre besøket, bortsett fra at deltakerne drakk enten væskeerstatning eller væskeerstatning + MFGM 1 time før treningsutfordringen og igjen umiddelbart etter treningen. Deltakere og personell som administrerte eksperimentelle protokoller ble blindet for behandlinger ved bruk av kodede, ugjennomsiktige drikkebeholdere. Forsøkspersonene fullfører det fjerde besøket en uke senere og inntar kjøretøydrikken eller kjøretøyet + MFGM.

For crossover-delen av studien fikk idrettsutøvere en av to drikkevarer. Kontrolldrikken ble formulert i henhold til gjeldende retningslinjer for sportsernæring både før og etter trening. Den inneholdt myseprotein, sukrose, maltodekstrin, sjokoladesmak og en liten mengde smørolje. Testdrikken var identisk med hensyn til makronæringsstoffinnhold, men inneholdt en melkebasert ingrediens kalt "melkfettkulemembran". Dette materialet er isolert fra et biprodukt fra smørproduksjon, og er rikt på fosfolipider. Drikkene ble gitt tre timer før treningsforsøket samt umiddelbart etter. Testdrikken inneholdt et pulver rikt på MFGM som er produsert av Arla Foods (Lacprodan PL-20) som inneholder omtrent 20 % fosfolipider og 60 % protein. I studier med mus har Dial et al notert effekter på tarmbeskyttelse i løpet av 1 time når dyrene får fosfolipider med 100 mg/kg kroppsvekt. Den andre drikken ble matchet for innhold av makronæringsstoffer, men inneholdt ikke fosfolipidpulveret.

Målte endepunkter Endring i tarmpermeabilitet For å bestemme hvile, baseline intestinal permeabilitet ble metoden til Pals brukt. Denne metoden bestemmer intestinal permeabilitet ved å tilføre de ikke-fordøyelige sukkerene laktulose og rhamnose og estimerer intestinal og gastrisk permeabilitet ved å gjenvinne disse sukkerprobene i urinen. I friskt tarmepitel har laktulose svært begrenset transport over tarmbarrieren. Rhamnose krysser tynntarmsepitel via en transcellulær rute og fungerer som intern kontroll for å ta hensyn til gastrisk tømmehastighet, tarmpassasjetid og nyrefunksjon. Det større laktulosemolekylet kan bare krysse tarmepitel via en paracellulær rute gjennom tette veikryss. Derfor indikerer et høyere forhold mellom laktulose og rhamnose gjenvunnet i urinen nedsatt tarmbarrierefunksjon. Treningsstress har vist seg å øke andelen laktulose/rhamnose i urinen betydelig. I likhet med vår foreslåtte treningsstressmodell, har denne metoden blitt brukt for å demonstrere at løping med 80 % VO2max i en time dobler tarmens permeabilitet sammenlignet med baseline.

Endring i plasma-LPS: For å vurdere endotoksemi ble plasma-LPS-konsentrasjoner målt via en kinetisk aktivitet som beskrevet av Nieman. Plasma LPS ble målt fra blod tatt før trening (baseline), umiddelbart etter og 1 og 5 timer etter treningsforsøket. Plasma LPS har vist seg å øke etter utholdenhetstreningsanfall og antas å være et resultat av avvikende bakteriell translokasjon av tarmbakterier gjennom kompromittert tarmbarriere. Forhøyet plasma-LPS fra baseline umiddelbart etter trening har blitt påvist tidligere etter et halvmaraton, helmaraton. Det ble forventet at plasma LPS-nivåer ville øke etter treningsstress og vil være korrelert til kjernekroppstemperaturen og laktulose/rhamnose-indeksen for integritet av tarmbarrieren.

Endring i inflammatoriske cytokiner: Plasmanivåer av IL-6, TNFα, IL-10, IL-17, INFγ, IL-3, MCP-1, IL-15 og GMCSF ble målt i grunnlinjen og i prøvene etter trening 1 time . Cytokinkonsentrasjoner ble bestemt ved multipleks enzymbundet immunosorbentanalyse (ELISA) av en kommersiell leverandør (Quansys Biosystems, Logan, UT). Disse cytokinene ble valgt basert på en tidligere studie som undersøkte tarmlekkasje og MFGM-forbruk i en LPS-stimulert tarmlekkasjeforsøk med mus. Alle cytokiner ble signifikant oppregulert i dyr med lekk tarm bortsett fra GMCSF, og ble signifikant senket i MFGM-forede dyr sammenlignet med kontroller. Dessuten demonstrerte Ng et al økte plasmanivåer av IL-10 og IL-6 (henholdsvis 50 % og 65,2 % økning fra baseline) hos løpere umiddelbart etter en halvmaraton. På samme måte har plasmanivåer av IL-6 og TNFα vist seg å øke fra baseline umiddelbart etter et maraton. Basert på de foreløpige dataene og de nevnte studiene, ble det forventet at økte nivåer av inflammatoriske cytokiner ville bli målt etter treningsutfordringen, og det ble antatt at MFGM ville oppheve denne effekten sammenlignet med de andre gjenopprettingsdrikkene.

Endring i plasmakreatinkinase: Kreatinkinase ble målt i prøver tatt før, umiddelbart etter og 1 time etter treningsutfordringen. Kreatinkinase ble målt ved å bruke et kommersielt kolorimetrisk sett (Sigma) i en 96-brønners UV/vis plateleser (Molecular Devices). Økt plasmakreatinkinase er en veletablert indeks for muskelskade på grunn av trening. I en lignende studie hadde syklister som syklet på 85 % VO2 maks til utmattelse etter glykogenmangel dagen før, mindre plasmakreatinkinase når de inntok sjokolademelk som en restitusjonsdrikk sammenlignet med en karbohydraterstatningsdrikk.

Plasmalaktat: For å vurdere anaerob metabolisme, vil plasmalaktat bli målt ved baseline, umiddelbart etter og 2 timer etter treningsstresset. Laktat vil bli målt ved hjelp av et enzymatisk testsett (r-Biopharm, Marshall, MI).

Det primære endepunktet som ble målt i denne studien var laktulose/rhamnose-forhold i urin og plasma LPS. Dataene ble analysert med enkeltfaktor ANOVA og signifikante forskjeller ble utforsket med post-hoc testing. Kjernekroppstemperatur ble målt i sanntid og var korrelert med hypoksi i tarmen og med lekkasje i tarmen.

Alle komponenter målt i blodet (laktat, LPS, cytokiner og CK) ble analysert med en tofaktor ANOVA med tid og behandling som variabler. Laktat ble inkludert da det generelt anses å være en indeks for anaerob aktivitet. En annen parameter var interessert i er kreatinkinase. Som nevnt innledningsvis, oppdages dette enzymet i blodet etter intens trening og antas å korrelere med skade på muskler. Videre har minst to studier med sjokolademelk bemerket at plasma CK er lavere hos idrettsutøvere som drikker sjokolademelk sammenlignet med andre restitusjonsdrikker.

Forvaltningsplan Alle tre PI-er var aktivt involvert i planleggingen og gjennomføringen av denne studien, samt i prøvebehandlingen og analysen. Dr. Ward var ansvarlig for formuleringen av MFGM-drikken. I tillegg var Dr. Ward ansvarlig for GC-FID-analysen av urinen. I tillegg vil Dr. Ward veilede en doktorgradsstudent støttet av dette prosjektet.

Dr. Bressel rekrutterte utøverne og hjalp til med å organisere testene. I tillegg overvåket Dr. Bressel alle ytelsesforsøkene og innsamlingen av treningsdata.

Dr. Hintze hadde ansvaret for blod- og urinprøvene. Studenten (og kanskje Dr. Hintze) utførte LPS-laktat- og CK-analysene. I tillegg var Dr. Hintze ansvarlig for riktig prøveutlevering av blodet og for prøvelevering til Quansys Biosystems for cytokinanalyse.

Alle tre PI-er samarbeidet om dataanalysen og om manuskriptforberedelse.