Human Milk Oligosaccharides (HMOs) og tarmmikrobiota, immunsystemet i Antarktis

Målet med denne studien er å undersøke effekten av tilskudd med prebiotika, en spesifikk blanding av karbohydrater som finnes i morsmelk (HMO), som et tiltak for å forbedre tarmfloraen, inflammatoriske prosesser i tarmen, generell immunstatus, karbohydratregulering, fett og benmetabolisme og nevrologiske endringer i Antarktis. Det ca ettårige oppholdet på Concordia Station (Antarktis) i en høyde av ca. 3200 m inkluderer en lang reise og påfølgende ekstreme miljøforhold samt tilsvarende tilpasningsmekanismer og er derfor en meget god terrestrisk modell (analog modell) for å undersøke endringer i løpet av plass blir igjen. Langsiktig (dvs. > 6 måneder) fører eksponering for mikrogravitasjon til mange fysiologiske responser, inkludert nedsatt glukosetoleranse, redusert immunfunksjon og bentap, noe som kan føre til ganske alvorlige helsekonsekvenser. I denne analoge modellen observeres lignende endringer, om enn mindre alvorlige, med hensyn til immunsystemet eller glukosetoleranse som i romflukt.

Sammensetningen av kostholdet påvirker sammensetningen av tarmfloraen betydelig. Spesielt kostholdskarbohydrater gir substratet for visse bakterier som kan ha en positiv effekt på helsen. Prebiotika er definert som substrater som brukes selektivt av vertsmikroorganismer og som gir helsemessige fordeler. Prebiotika fordøyes kun av tarmmikroorganismer og stimulerer veksten eller aktiviteten til bakterier i tarmen som har vist helsemessige fordeler eller forbedret velvære. Hovednæringsstoffene for bakterievekst er ikke-fordøyelige karbohydrater, som per definisjon ikke fordøyes av verten, i dette tilfellet den menneskelige organismen (verten). Ikke-fordøyelige karbohydrater inkluderer for eksempel resistent stivelse og dekstriner, ikke-stivelsespolysakkarider (NSP) (f.eks. pektiner) og ikke-fordøyelige oligosakkarider (f.eks. Raffinose, inulin, etc.). Disse karbohydratene fermenteres av tarmbakteriene til kortkjedede fettsyrer (SCFA), hovedsakelig eddiksyre, propionsyre og smørsyre. Denne prosessen foregår hovedsakelig i tykktarmen, men også i tynntarmen. SCFA-er absorberes raskt av slimhinnen i tykktarmen og utøver effekter på hele kroppen, og bidrar for eksempel til vertens energibehov eller medierer tarm-hjerne-kommunikasjon, noe som har stor innvirkning på fysiologien og helsen til verten.

HMO er også prebiotika og er den tredje mest tallrike faste komponenten i morsmelk. Det meste av forskningen som hittil er publisert om effekten av HMO-er har derfor blitt utført på spedbarn. HMOs fordøyes ikke i tarmen og brukes hovedsakelig i tykktarmen av bakteriene som oppholder seg der. Hos spedbarn har det vist seg at HMO ikke bare fremmer en sunn sammensetning av tarmfloraen, men også svekker veksten av patogener og modulerer uttrykket av gener involvert i betennelse. Flere in vitro og in vivo studier har vist antivirale egenskaper til HMOs mot ulike virus som rotavirus, norovirus, HIV og influensa. HMO spiller en betydelig rolle i immunsystemet ved å forsterke immunresponsen. Innledende bruk av HMO hos voksne har støttet disse funnene.

Derfor har denne studien som mål å undersøke hvordan daglig administrering av 5,5 g av en HMO-blanding under dvalemodus på Concordia Station i Antarktis påvirker:

• glukosetoleranse
• inflammatoriske prosesser
• immunfunksjon
• fett- og benmetabolisme og
• Velvære

Studieprosedyre Dette er en såkalt placebokontrollert, randomisert intervensjonsstudie i parallell design. Dette betyr at forsøkspersoner vil bli tilfeldig valgt for å motta enten en blanding av HMO daglig eller en placebo. Studievarigheten for en testperson er ca. 20 måneder. Det er delt inn i en undersøkelsesfase før avreise til Antarktis, omtrent i september i året, seks faser under overvintringen i Antarktis og en fase omtrent 6 måneder etter hjemkomst.

Hver enkelt fase er identisk, ett eksempel vist i figur 1.

Dag 1 (helgdag) Dag 2 Dag 3 Dag 4 Dag 5 Fastende blodprøvetaking X Oral glukosetoleransetest X Spyttprøve X Avføringsprøve X X X (X) Diettlogg X X X HMO-tilskudd Daglig, oppstart etter første økt på Concordia

Figur 1: Representasjon av hver fase (U som i figur 1) av testingen

Intervensjon Intervensjonen, dvs. behandlingstiltaket brukt i denne studien, i en gruppe er daglig administrering av 5,5 g av en karbohydratblanding analog med morsmelk, men produsert av bakterier. Denne mengden er sertifisert av European Control Authority som trygg for konsum. Den andre gruppen får en tilsvarende placebo, maltose.

Målemetode Blodprøve og venetilgang Blodprøvetaking fra den perifere venen er forbundet med de vanlige risikoene ved venepunktur. Dette er hematomer eller infeksjoner på stikkstedet. Når en perifer venøs tilgang er plassert, kan det i sjeldne tilfeller være skader på venen (skleroterapi) og de perifere nervene. Blodinnsamling og venetilgang utføres av en erfaren lege, noe som minimerer risikoen.

Fastende blodprøver Fastende blodprøver for analyse av ulike blodparametre tas samme dag som oral glukosetoleransetest (OGTT) (se figur 1). Siden det tas flere blodprøver for OGTT, også etter at drikken er tatt, vil en veneadkomst i form av en inneliggende venekanyle (liten plastslange) plasseres i området av underarmen for å unngå gjentatt punktering av armårene.

Glukosetoleranse ved hjelp av en oral glukosetoleransetest Den såkalte orale glukosetoleransetesten (OGTT) kan brukes til å bestemme forskjeller i glukosemetabolismen (sukkermetabolismen) mellom intervensjons- og kontrollfasen. På ca. dag 3 i hver studiefase vil det bli konsumert en drink om morgenen, fastende, som er tilberedt av 75 g glukose (Medicalfox Gluko 75-pulver) og 300 ml drikkevann. Blod tas hvert 15. minutt den første timen etter at drikken er gitt, og hvert 30. minutt i den andre timen.

Spyttprøve Det vil bli tatt spyttprøver for å teste visse hormoner som reflekterer stressnivåer, samt reaktiviteten til visse virus (herpesvirus, rotavirus). For dette formålet tygges en liten bomullsrull fra en forberedt beholder (salivette) i munnen i flere minutter og returneres til oppsamlingsrøret én gang under undersøkelsesfasen. Spyttet som oppnås fryses og analyseres senere i laboratoriet.

Avføringsoppsamling For å undersøke endringene i tarmfloraen tas det avføringsprøver 3 påfølgende dager i hver fase. Til dette formålet plasseres en såkalt 'Feces Catcher' over toalettet for bedre å samle opp avføringen. Tre prøver tas deretter av denne avføringen i 3 forskjellige rør. Den lille skjeen i hvert rør fylles med avføring, settes tilbake i røret, lukkes og fryses.

Dokumentasjon av kostholdet For å kunne anslå matsammensetningens påvirkning på tarmfloraen, dokumenteres inntatt mat på 2 virkedager og en helgedag. Dette gjøres i en utarbeidet diettlogg.