Kognisjon, flavonoider, trening, tarmmikrobiom

Denne randomiserte kliniske studien (RCT) er designet for å undersøke effekten av 12 ukers blåbærinntak (52 g frysetørket pulver per dag, tilsvarende 2 kopper friske blåbær per dag) med eller uten rask gange (fem 45-minutters veilede økter pr. uke) om kognitiv funksjon hos friske eldre voksne deltakere. Et viktig mål er å finne ut om denne potensielle fordelen er mediert gjennom endringer i tarmmikrobiomets profil og en økning i tarm-avledede fenoler. Eldre voksne deltakere (n=240, med et mål om 200 som fullfører alle prosedyrer) vil bli randomisert til en av fire grupper: blåbær-gåing, blåbær-stretching, placebo-walking og placebo-stretching. Blåbær- og placebopulvertilskuddene vil bli inntatt ved hjelp av dobbeltblindprosedyrer. Blod-, urin- og avføringsprøver vil bli tatt før studien, og deretter igjen etter 6 og 12 uker. Kognitiv funksjon og kardiorespiratorisk kondisjon vil bli målt på samme tidspunkt. Deltakerne vil bli vurdert for prosesseringshastighet, episodisk minne, arbeidsminne og vedvarende oppmerksomhet ved å bruke Cambridge Neuropsychological Test Assessment Battery (CANTAB, Cambridge Cognition, Ltd) (laboratoriet til Dr. Carol Cheatham, UNC Chapel Hill). Urinprøver vil bli analysert for tarm-avledede fenoliske metabolitter via væskekromatografi tandem MS/MS (lab av Dr. Mary Ann Lila, NCSU). Taksonomiske og funksjonelle profiler fra metagenomisk sekvensering av avføringsprøvene vil bli innhentet (UNC Chapel Hill).

Rekruttering. Friske eldre voksne deltakere (240 til start, 200 til slutt) vil bli rekruttert fra Charlotte, NC, hovedstadsområdet. Friske, røykfrie, fysisk inaktive mannlige og kvinnelige deltakere (målrettet 65-85 år, BMI mindre enn 35) med kognitive endringer vil bli valgt ut som samsvarer med inkluderings- og eksklusjonskriteriene.

Design. Denne studien vil bruke et randomisert, dobbeltblindt, placebokontrollert, parallellgruppeforskningsdesign, med deltakere (60) tildelt en av 4 armer for den 12 ukers prøveperioden: blåbær og gåing; blåbær og stretching; placebo og gåing; placebo og tøying.

Planlegg LAB TESTBESØK #1: Orientering og samtykke/Baseline kognitiv testing (ca. 2 timer).

A. ORIENTERING OG SAMTYKKE (15 min): Potensielle studiedeltakere som svarer på rekrutteringsmeldinger vil komme til AppState Human Performance Lab på et angitt tidspunkt. Studieprosedyrer vil bli grundig forklart av forskningssjefen (Dr. Camila Olson, Human Performance Lab, HPL) under samtykkeprosessen. Forsøkspersonene vil frivillig signere samtykkeskjemaet.

B. MoCA (5 min): Deltakerne vil rapportere til laboratoriet til Dr. Cheatham (UNC Chapel Hill, Nutrition Research Institute, NCRC) hvor de vil gjennomgå kognitiv testing ved hjelp av MoCA. Deltakerne vil bli testet for kognitiv svikt ved hjelp av Montreal Cognitive Assessment (MoCA). MoCA består av åtte seksjoner for å teste huskeminne, eksekutiv funksjon, oppmerksomhet, orientering, abstraksjon, visuospatiale ferdigheter og navngivning. Mild kognitiv nedgang vil bli definert som en score på 1 - 1,5 SD under normen på MoCA. Dette kriteriet ble brukt i tidligere arbeid ved NCRC med stor suksess (PMID: 36066009). De som skårer under 1,5 SD-grensen vil bli henvist til familieleger. Emner som skårer innenfor 1 SD av normen vil ikke få delta i studien, og vil bli fritatt for videre deltakelse. C. CANTAB (30 min): Emner som kvalifiserer til studien ved å bruke MoCA-kriteriene vil bli testet videre ved Cheathams laboratorium for kognitiv funksjon ved bruk av Cambridge Neuropsychological Test Assessment Battery (CANTAB, Cambridge Cognition, Ltd). CANTAB er et standardisert og datastyrt instrument med automatisert datafangst. Deltakerne vil bli vurdert for prosesseringshastighet, episodisk hukommelse, arbeidsminne og vedvarende oppmerksomhet. CANTAB er validert for vurdering av kognitiv svikt og vil bli brukt til å validere funnene fra de andre vurderingene. Den valgte CANTAB-samlingen av undertester (se nedenfor) er designet ved Cambridge for å vurdere kognitiv tilbakegang og har vist seg å være følsom for svekkelse av kognitive evner, selv på kort sikt. Gjennomføring av de 5 delprøvene krever ca 30 minutter. Oppgavene utføres på en datamaskin med berøringsskjerm. Undertester av CANTAB som skal inkluderes i batteriet: Motorkontrolloppgave -for å gjøre deltakeren kjent med berøringsskjermen; Rask visuell informasjonsbehandling -test av vedvarende visuell oppmerksomhet; Paired Associate Learning -test av hukommelse og læring; Reaksjonstid -test av enkel & valg reaksjonstid; Spatial Working Memory -test for oppbevaring av romlig informasjon.

D. ERP (30 min): Emner vil også bli vurdert ved hjelp av elektrofysiologiske prosedyrer (ERP) i Cheathams lab. For å samle inn ERP-data vil deltakeren være utstyrt med et Geodesic Sensor Net (GSN; Electrical Geodesic, Inc.) som består av en 128-sensor-array. GSN er enkel å påføre, komfortabel og relativt ikke-invasiv. GSN består av Ag/AgCl-sensorer i en geodesisk strekkstruktur med elastisk nett. Deltakerens hode måles for å sikre at riktig nett brukes og for å merke hodebunnen ved toppunktet for riktig plassering av nettet. GSN er dynket i en løsning av kaliumklorid og varmt vann.

Overflødig løsning strykes fra nettet slik at det ikke drypper i øynene til deltakeren. Nettet strekkes forsiktig over deltakerens hode, slik at toppunktet passer til toppunktet og øreelektrodene med de preaurikulære punktene. Hakestroppen og sidespenningsstroppene strammes og sensorene kontrolleres for å sikre at de er vinkelrett på og i kontakt med hodebunnen. Påføring av nettet tar kun ca. 5 minutter og tolereres godt. Et bilde vil bli tatt av nettplasseringen og impedansene blir deretter kontrollert. Eventuelle sensorer som ikke leser godt, justeres og en liten mengde elektrolyttløsning påføres sensorens svamp med en pipette. Når impedansene er innenfor aksepterte grenser, vil deltakeren sitte foran monitoren i deltakerrommet (atskilt fra kontrollrommet). Et kamera, som er tidslåst til dataene som innhentes, vil ta opp deltakeren under presentasjonen av bildene. Ved å bruke Smart-Eye øyesporingssystemet vil vi samle inn informasjon om blikkretning og øyeblink. Dette systemet er det eneste systemet på markedet som tilbyr integrert tett array EEG og ekstern hode- og øyesporing for å koble oppmerksomhet, time-on-task, pupillometri og øyeblink til det pågående EEG. Data vil bli registrert kontinuerlig og epokert inn i vinduer rundt stimuli-presentasjonen offline. Når nettet er på plass, vil deltakeren delta i de tre kognitive testene. For n-back arbeidsminneoppgaven vil deltakerne se en serie bokstaver som vises på dataskjermen og vil trykke på en knapp når målet oppdages. Målet i en 2-back-oppgave identifiseres som en bokstav som samsvarer med bokstaven som dukket opp bokstav-før-sist (2-back). Bokstaver som ikke samsvarer med definisjonen krever ingen respons. Bruk av denne oppgaven har vist seg å forutsi de der kognitiv nedgang vil være rask. For å vurdere den visuelle mismatch negativitetskomponenten til N200 (oppmerksomhet), vil deltakeren bli bedt om å fokusere på midten av skjermen. Ved et forhold på 16:1:1 (standarder:mål:avvik), vil datamaskinen gå tilfeldig gjennom oppgaven. Når et definert mål vises, vil deltakeren trykke på knappen. Alle andre stimuli krever ikke respons. Denne oppgaven krever skarp oppmerksomhetsfokus og har vist seg å være følsom for mild kognitiv svikt.

E. Stress spørreskjema (15 min): Forsøkspersonene skal fylle ut spørreskjemaer som vurderer angst og stressende livshendelser.

F. Human Performance Lab-spørreskjemaer og -sett (15 min): Deltakerne vil returnere til Human Performance Lab og fylle ut en fysisk aktivitetsundersøkelse (International Physical Activity Questionnaire, IPAQ) og det medisinske helsespørreskjemaet (MHQ). Forsøkspersonene vil motta (fra Dr. Olson) en 3-dagers matjournal, avføringsoppsamlingssett og 24-timers urinoppsamlingssett, med fullstendige instruksjoner (se vedlagte dokumenter). 3-d matrekorden vil bli fullført torsdag, fredag ​​og lørdag før laboratoriebesøk nr. 2. Urin- og avføringsprøver vil bli samlet inn dagen før laboratoriebesøk #2. Forsøkspersoner vil motta datoer/klokkeslett for ytterligere laboratoriebesøk.

LABETESTBESØK #2: Pre-Studie Fitness Testing og prøvesamling, og initiering av Blueberry/Placebo Supplement (1,5 timer).

A. BLOD-, URIN-, AVFØRINGSPRØVER: Omtrent en uke etter laboratoriebesøk nr. 2, vil deltakerne rapportere til HPL om morgenen i fastetilstand over natten på de tildelte tidspunktene. Deltakerne vil levere inn sine 3-dagers matjournaler, og avførings- og 24-timers urinprøver. Blodprøver (maksimalt 35 ml) vil bli tatt fra en armvene av en utdannet phlebotomist mens deltakerne sitter.

B. KROPPENS KOMPOSISJON: Høyde og vekt vil bli målt ved hjelp av et stadiometer og en balansestrålevektskala. Seca Medical Body Composition Analyzer (mBCA) (Hanover, MD) vil bli brukt til å måle kroppssammensetning gjennom 8-punkts BIA mens deltakerne står på fotelektroder med bare føtter og tar tak i elektroder med begge hender på sideskinner. Seca mBCA gir flere målinger av interesse, inkludert fettmasse, fettfri masse, skjelettmuskelmasse, visceralt fett, totalt kroppsvann og ekstracellulært vann.

C. GRADERET TRENINGSTEST: Deltakerne vil bli testet for maksimal aerob kapasitet (VO2max) under en gradert tredemølletest med Cosmed CPET metabolske vogn. Deltakerne vil først varme opp på tredemøllen for å demonstrere at de kan gå fritt på tredemøllen. Deltakerne vil gå mot en gradvis økende arbeidsbelastning (Bruce-protokollen) til maksimal innsats er nådd og deltakeren frivillig slutter å trene. Hovedresultatmålet er topp VO2 eller millilitrene oksygen som kan konsumeres for hvert kilo kroppsmasse ved maksimal innsats. Cosmed CPET metabolske system (Roma, Italia) vil festes via en ansiktsmaske til deltakeren for kontinuerlig måling av metabolske faktorer (oksygenforbruk, ventilasjonshastighet, respirasjonsfrekvens, respirasjonsbytteforhold). En brystpulsmåler vil gi hjertefrekvenser i slag per minutt. Rangeringen av opplevd anstrengelse (RPE) vil bli vurdert ved hjelp av en skala fra 6 til 20. Data vil bli registrert ved slutten av hvert 3-minutters trinn og ved maksimal anstrengelse, og submaksimale/maksimale endringer før til etter 12 ukers trening vil bli brukt som kriterier for å vurdere endringer i kardiorespiratorisk kondisjon. Resepten for aerobic trening for det 12 uker lange treningsprogrammet vil være basert på maksimal hjertefrekvens (MHR) og hvilepuls (RHR) målt under baseline testing. Testing og sikkerhetsprosedyrer vil være under IRB-veiledning for friske eldre deltakere, og studiens MD vil gi tilsyn med testprosedyrer.

D. TILLEGG: Hver deltaker vil få en 6-ukers forsyning av vakuumforseglede pakker med kodet frysetørret villblåbærpulver eller placebo (52 g daglig). Lowbush villblåbær frysetørket pulver vil bli levert fra Wild Blueberry Association of North America, Old Town, ME og frysetørket av FutureCeuticals (Momence, IL). Det fiber- og karbohydrattilpassede placebo-blåbærpulveret vil bli utviklet av NCSU ved å bruke en formel fra tidligere studier: blåbærsmak og aroma (8,9 %), fargestoff (1,05 % lilla lake, 0,75 % rød lake, 0,45 % blå 2 lake, 0,03 % rødt fargestoff, 0,008 % blått 2 fargestoff), glukose (32 %), fruktose (35,5 %), sitronsyre (0,77 %), cellulose (15 %), fibersol-2 (1,8 %), xantangummi (1 %), pektin (1,09%) og silika (0,99%). Blåbær- og placebopulveret vil bli pakket på NCRC NC Food Innovation Lab. Deltakerne vil bli instruert om at blåbær- eller placebopulveret bør oppbevares i en fryser i de medfølgende pakkene frem til bruk. Instruksjoner vil bli gitt for å konsumere kosttilskudd i delte doser (halvparten med frokost og halvparten med lunsj) blandet i drikkevarer, yoghurt eller annen mat. Hvis en studiedeltaker ikke klarer å ta tilskuddsdosen på en gitt dag eller to, vil de bli bedt om å legge til 1 ekstra pakke per dag til de er tilbake i rute. Studiedeltakere vil kontakte forskningssjefen (ASU-NCRC@appstate.edu) hvis de unnlater å konsumere tilskuddet i 3 dager eller lenger, og diskuter om de ønsker å droppe ut av studien. Overholdelse av tilskuddsregimet vil bli vurdert gjennom vanlige e-postmeldinger og en telling av returnerte pakker på 6- og 12-ukers tidspunkt.

LABETESTBESØK #3, 4 og #5, 6 De samme grunnleggende prosedyrene vil bli gjentatt etter 6 og 12 uker, bortsett fra at besøk #3 og #5 ikke vil involvere forsøkspersoner som går gjennom samtykkeprosessen og fyller ut spørreskjemaet for medisinsk helse , og det besøk nr. 6 vil ikke inkludere å gi emner tilleggspakker.

12-UKERS RANDOMISERT KLINISK FORSØK: 60 TRENINGSØTER PÅ FORSKNINGSKAMPUSET I NORTH CAROLINA (NCRC, Kannapolis, NC)

• Deltakerne vil delta i overvåket fysisk aktivitetsøkter (5 ØKTER PER UKE, 45 MIN. PER ØKT) og innta 52 gram per dag med frysetørket blåbærpulver eller placebo.
• Deltakerne vil delta i 45 minutter per dag overvåket trening (rask gange med pulsmålere, eller ikke-aerobe øvelser for å strekke gulv) i 5 dager per uke i løpet av en 12-ukers periode. Øvelser vil bli gjennomført i små grupper under veiledning. Treningsveiledere vil bli opplært i HLR, og en AED-enhet vil være plassert ved døren til Human Performance Lab (i bygningen ved siden av gangovalen).
• Gangøkter vil bli holdt utendørs under tilsyn på NCRC-banen. Treningspuls og totalt gått distanse vil bli registrert. På dager med dårlig vær vil forsøkspersonene gå under tak (NCRC parkeringshus) eller på tredemøller i Human Performance Lab.
• Pulsen under de fysiske aktivitetsøktene vil bli overvåket med en FitBit Inspire. Turgåere vil gradvis øke intensiteten med et mål på 60 % av pulsreserven (basert på data fra den graderte treningstesten).
• Strekkprogrammet vil bli overvåket og gjennomført i Human Performance Lab på matter. Økten starter med 5 til 10 minutters oppvarming med lett aktivitet (f.eks. lett gange med lett trening). Etter oppvarmingen vil deltakerne delta i 8 til 10 tøyningsøvelser per økt under veiledning av en treningsveileder. Hver strekkøvelse vil bli holdt i 10 til 30 sekunder ved et punkt med lett ubehag. Fleksibilitetsøvelsen vil bli gjentatt i to til fire repetisjoner, med deltakerne som sikter på 60 sekunders total strekktid per fleksibilitetsøvelse (f.eks. fire strekk på 15 sekunder). Treningsveiledere vil gi en fullstendig orientering til tøyningsøvelsene under den første økten.
• To primærkull (40 hver, gå- og tøyningsgrupper) vil bli planlagt hvert semester i løpet av en 3-måneders periode (september til november og februar til april) i løpet av en 3-års periode. Av 240 deltakere som deltar i studien hvert år, forventes 200 å fullføre alle faser. Oppbevaring vil bli maksimert ved regelmessig kontakt med deltakerne under veiledede treningsøkter og gjennom vanlige e-postmeldinger. Tre treningsøkter vil bli tilbudt hver dag i arbeidsuken (07:00, 9:00, 16:00). Dersom deltakerne går glipp av en treningsøkt, vil det være ukentlige muligheter til å delta på sminkeøkter (lørdag morgen). Hvis en studiedeltaker går glipp av 3 eller flere dager med treningstrening, vil forskningslederen kontakte deltakeren og diskutere hvorvidt de ønsker å droppe ut av studien.