Funkcje poznawcze, flawonoidy, ćwiczenia, mikrobiom jelitowy

To randomizowane badanie kliniczne (RCT) ma na celu zbadanie wpływu spożywania borówek amerykańskich przez 12 tygodni (52 g liofilizowanego proszku dziennie, co odpowiada 2 filiżankom świeżych jagód dziennie) z lub bez szybkiego marszu (pięć 45-minutowych nadzorowanych sesji na osobę) tydzień) na funkcje poznawcze u zdrowych, starszych dorosłych uczestników. Ważnym celem jest ustalenie, czy na tę potencjalną korzyść wpływają zmiany w profilu mikrobiomu jelitowego i wzrost zawartości fenoli pochodzących z jelit. Starsi dorośli uczestnicy (n=240, z celem 200, którzy ukończą wszystkie procedury) zostaną losowo przydzieleni do jednej z czterech grup: spacer po jagodach, rozciąganie po jagodach, spacer po placebo i rozciąganie po placebo. Suplementy w proszku z jagodami i placebo będą przyjmowane metodą podwójnie ślepej próby. Próbki krwi, moczu i kału zostaną pobrane przed badaniem, a następnie ponownie po 6 i 12 tygodniach. Funkcje poznawcze i wydolność krążeniowo-oddechowa będą mierzone w tych samych punktach czasowych. Uczestnicy zostaną poddani ocenie szybkości przetwarzania, pamięci epizodycznej, pamięci roboczej i ciągłej uwagi przy użyciu zestawu Cambridge Neuropsychological Test Assessment Battery (CANTAB, Cambridge Cognition, Ltd) (laboratorium dr Carol Cheatham, UNC Chapel Hill). Próbki moczu będą analizowane pod kątem metabolitów fenolowych pochodzących z jelit za pomocą tandemowej chromatografii cieczowej MS/MS (laboratorium dr Mary Ann Lila, NCSU). Zostaną uzyskane profile taksonomiczne i funkcjonalne z sekwencjonowania metagenomicznego próbek kału (UNC Chapel Hill).

Rekrutacja. Zdrowi uczestnicy w starszym wieku (240 na początek, 200 na koniec) zostaną rekrutowani z obszaru metropolitalnego Charlotte w Północnej Karolinie. Zostaną wybrani zdrowi, niepalący, nieaktywni fizycznie uczestnicy i kobiety (docelowo w wieku 65–85 lat, BMI poniżej 35) ze zmianami poznawczymi, którzy spełniają kryteria włączenia i wykluczenia.

Projekt. W tym badaniu zostanie zastosowany randomizowany, podwójnie ślepy, kontrolowany placebo, projekt badawczy w grupach równoległych, z uczestnikami (60) przydzielonymi do jednego z 4 ramion na 12-tygodniowy okres próbny: jagody i piesi; borówka i rozciąganie; placebo i chodzenie; placebo i rozciąganie.

Zaplanuj Wizytę TESTOWĄ w LABORATORIUM nr 1: Orientacja i zgoda/wyjściowe badanie poznawcze (około 2 godziny).

A. ORIENTACJA I ZGODA (15 min): Potencjalni uczestnicy badania odpowiadający na wiadomości rekrutacyjne będą zgłaszać się do AppState Human Performance Lab w wyznaczonym czasie. Procedury badania zostaną dokładnie wyjaśnione przez kierownika badań (dr. Camila Olson, Human Performance Lab, HPL) podczas procesu uzyskiwania zgody. Uczestnicy dobrowolnie podpiszą formularz zgody.

B. MoCA (5 min): Uczestnicy udają się do laboratorium dr Cheathama (UNC Chapel Hill, Instytut Badań nad Żywieniem, NCRC), gdzie zostaną poddani testom funkcji poznawczych przy użyciu MoCA. Uczestnicy zostaną przebadani pod kątem pogorszenia funkcji poznawczych za pomocą Montrealskiej Oceny Poznawczej (MoCA). MoCA składa się z ośmiu sekcji testujących pamięć przywoławczą, funkcje wykonawcze, uwagę, orientację, abstrakcję, umiejętności wzrokowo-przestrzenne i nazewnictwo. Łagodny spadek funkcji poznawczych zostanie zdefiniowany jako wynik o 1–1,5 SD poniżej normy w skali MoCA. Kryterium to zostało zastosowane w poprzednich pracach w NCRC z dużym sukcesem (PMID: 36066009). Osoby, które uzyskają wynik poniżej wartości odcięcia 1,5 SD, zostaną skierowane do lekarzy rodzinnych. Pacjenci, którzy uzyskają wynik w zakresie 1 SD od normy, nie zostaną wpuszczeni do badania i zostaną zwolnieni z dalszego udziału. C. CANTAB (30 min): Osoby, które zakwalifikują się do badania na podstawie kryteriów MoCA, zostaną poddane dalszym badaniom funkcji poznawczych w laboratorium Cheathama przy użyciu zestawu Cambridge Neuropsychological Test Assessment Battery (CANTAB, Cambridge Cognition, Ltd). CANTAB jest znormalizowanym i skomputeryzowanym instrumentem umożliwiającym automatyczne gromadzenie danych. Uczestnicy zostaną ocenieni pod kątem szybkości przetwarzania, pamięci epizodycznej, pamięci roboczej i trwałej uwagi. Skala CANTAB została zatwierdzona do oceny pogorszenia funkcji poznawczych i zostanie wykorzystana do potwierdzenia wyników innych ocen. Wybrany zbiór podtestów CANTAB (patrz poniżej) został zaprojektowany w Cambridge w celu oceny pogorszenia funkcji poznawczych i wykazano, że jest wrażliwy na pogorszenie zdolności poznawczych, nawet w krótkim okresie. Wykonanie 5 podtestów zajmuje około 30 minut. Zadania wykonywane są na komputerze z ekranem dotykowym. Podtesty CANTAB, które mają być zawarte w baterii: Zadanie Sterowanie Motorem - zapoznanie uczestnika z ekranem dotykowym; Szybkie Przetwarzanie Informacji Wizualnej – test ciągłej uwagi wzrokowej; Sparowane uczenie się stowarzyszone – test pamięci i uczenia się; Czas Reakcji - test czasu reakcji prostej i wyboru; Przestrzenna pamięć robocza - test retencji informacji przestrzennej.

D. ERP (30 min): Pacjenci będą również oceniani przy użyciu procedur elektrofizjologicznych (ERP) w laboratorium Cheathama. Aby zebrać dane ERP, uczestnik zostanie wyposażony w sieć czujników geodezyjnych (GSN; Electrical Geodesic, Inc.) składającą się z układu 128 czujników. GSN jest łatwy w zastosowaniu, wygodny i stosunkowo nieinwazyjny. GSN składa się z czujników Ag/AgCl umieszczonych w geodezyjnej strukturze naprężającej z elastyczną siecią. Głowa uczestnika jest mierzona, aby upewnić się, że używana jest właściwa siatka i aby oznaczyć skórę głowy na wierzchołku w celu prawidłowego umieszczenia siatki. GSN moczy się w roztworze chlorku potasu i ciepłej wody.

Nadmiar roztworu odsącza się z siatki, aby nie kapał do oczu uczestnika. Siatkę starannie naciąga się na głowę uczestnika dopasowując elektrodę wierzchołkową do znacznika wierzchołkowego, a elektrody uszne do punktów przedusznych. Pasek podbródkowy i boczne paski napinające są napięte, a wszystkie czujniki są sprawdzane, aby upewnić się, że są ustawione prostopadle do skóry głowy i stykają się z nią. Założenie siatki wymaga jedynie około 5 minut i jest dobrze tolerowane. Zostanie zrobione zdjęcie rozmieszczenia sieci, a następnie sprawdzone zostaną impedancje. Wszelkie czujniki, które nie odczytują dobrze, reguluje się i za pomocą pipety nanosi się niewielką ilość roztworu elektrolitu na gąbkę czujnika. Gdy impedancje mieszczą się w akceptowalnych granicach, uczestnik usiądzie przed monitorem w pokoju uczestnika (oddzielnym od sterowni). Kamera zsynchronizowana czasowo z pozyskiwanymi danymi będzie nagrywać uczestnika podczas prezentacji zdjęć. Wykorzystując system śledzenia wzroku Smart-Eye, będziemy zbierać informacje dotyczące kierunku spojrzenia i mrugnięć. System ten jest jedynym systemem na rynku oferującym zintegrowany gęsty układ EEG oraz zdalne śledzenie głowy i oczu w celu powiązania uwagi, czasu wykonania zadania, źrenicometrii i mrugnięć oczami z bieżącym EEG. Dane będą rejestrowane w sposób ciągły i umieszczane w oknach prezentacji bodźców w trybie offline. Po umieszczeniu sieci uczestnik weźmie udział w trzech testach poznawczych. W przypadku zadania z pamięcią roboczą n-back uczestnicy obserwują serię liter pojawiających się na ekranie komputera i naciskają przycisk po wykryciu celu. Cel w zadaniu 2-back jest identyfikowany jako litera odpowiadająca literze, która pojawiła się przed ostatnią (2-back). Listy niepasujące do definicji nie wymagają odpowiedzi. Wykazano, że użycie tego zadania pozwala przewidzieć te, u których pogorszenie funkcji poznawczych będzie szybkie. Aby ocenić komponent niedopasowania wizualnego N200 (uwaga), uczestnik zostanie poinstruowany, aby skupił się na środku ekranu. Przy stosunku 16:1:1 (standardy:cele:dewianci) komputer będzie losowo przełączał się między zadaniami. Gdy pojawi się zdefiniowany cel, uczestnik wciśnie przycisk. Wszystkie inne bodźce nie wymagają reakcji. Zadanie to wymaga dużej koncentracji uwagi i, jak wykazano, jest wrażliwe na łagodne zaburzenia poznawcze.

E. Kwestionariusze dotyczące stresu (15 min): Uczestnicy wypełniają kwestionariusze oceniające stany lękowe i stresujące wydarzenia życiowe.

F. Kwestionariusze i zestawy do Laboratorium Wydolności Człowieka (15 min): Uczestnicy powrócą do Laboratorium Wydolności Człowieka i wypełnią ankietę dotyczącą aktywności fizycznej (Międzynarodowy Kwestionariusz Aktywności Fizycznej, IPAQ) oraz kwestionariusz zdrowia medycznego (MHQ). Pacjenci otrzymają (od dr Olsona) 3-dniowy zapis posiłków, zestaw do pobierania kału i 24-godzinny zestaw do pobierania moczu, wraz z pełnymi instrukcjami (patrz załączone dokumenty). Trójwymiarowy zapis żywności zostanie ukończony w czwartek, piątek i sobotę przed wizytą w laboratorium nr 2. Próbki moczu i kału zostaną pobrane dzień przed wizytą laboratoryjną nr 2. Pacjenci otrzymają daty/godziny dodatkowych wizyt laboratoryjnych.

WIZYTA TESTOWA W LABORATORIUM nr 2: Przed badaniem badanie sprawności i pobranie próbek oraz rozpoczęcie suplementacji jagodami/placebo (1,5 godz.).

A. PRÓBKI KRWI, MOCZU, KALU: Około tydzień po wizycie w laboratorium nr 2 uczestnicy zgłaszają się do HPL rano na czczo przez noc o wyznaczonych porach. Uczestnicy oddają 3-dniową kartę posiłków oraz próbki kału i moczu z 24 godzin. Próbki krwi (maksymalnie 35 ml) zostaną pobrane z żyły ramienia przez przeszkolonego flebotomistę, podczas gdy uczestnicy siedzą.

B. SKŁAD CIAŁA: Wzrost i masa ciała będą mierzone za pomocą stadiometru i wagi na równoważni. Analizator składu ciała seca Medical (mBCA) (Hanover, Maryland) będzie używany do pomiaru składu ciała w 8-punktowym BIA, podczas gdy uczestnicy stoją na elektrodach stóp bosymi stopami i chwytają elektrody obiema rękami na bocznych szynach. seca mBCA zapewnia kilka interesujących pomiarów, w tym masę tłuszczową, masę beztłuszczową, masę mięśni szkieletowych, tłuszcz trzewny, całkowitą wodę w organizmie i wodę zewnątrzkomórkową.

C. STOPNIOWANY TEST WYsiłkowy: Uczestnicy zostaną zbadani pod kątem maksymalnej wydolności tlenowej (VO2max) podczas stopniowanego testu na bieżni z wózkiem metabolicznym Cosmed CPET. Uczestnicy najpierw rozgrzeją się na bieżni, aby zademonstrować, że mogą swobodnie chodzić po bieżni. Uczestnicy będą chodzić przy stopniowo rosnącym obciążeniu (protokół Bruce'a), aż do osiągnięcia maksymalnego wysiłku i uczestnik dobrowolnie zaprzestanie ćwiczeń. Główną miarą wyniku jest szczytowy VO2, czyli mililitry tlenu, które można spożyć na każdy kilogram masy ciała przy maksymalnym wysiłku. System metaboliczny Cosmed CPET (Rzym, Włochy) zostanie przymocowany do uczestnika za pomocą maski twarzowej w celu ciągłego pomiaru czynników metabolicznych (zużycie tlenu, częstość wentylacji, częstość oddechów, współczynnik wymiany oddechowej). Pulsometr na klatce piersiowej podaje tętno w uderzeniach na minutę. Ocena postrzeganego wysiłku (RPE) będzie oceniana w skali od 6 do 20. Dane będą rejestrowane na końcu każdego 3-minutowego etapu oraz w momencie maksymalnego wysiłku, a submaksymalne/maksymalne zmiany przed i po 12 tygodniach treningu zostaną wykorzystane jako kryteria oceny zmian w wydolności krążeniowo-oddechowej. Zalecenia ćwiczeń aerobowych dla 12-tygodniowego programu treningowego będą oparte na tętnie maksymalnym (MHR) i tętnie spoczynkowym (RHR) zmierzonymi podczas testów podstawowych. Testowanie i procedury bezpieczeństwa będą podlegać wytycznym IRB dla zdrowych starszych uczestników, a lekarz medycyny będzie nadzorował procedury testowania.

D. DODATKI: Każdy uczestnik otrzyma zapas na 6 tygodni w zapieczętowanych próżniowo opakowaniach kodowanego liofilizowanego proszku z dzikich borówek lub placebo (52 g dziennie). Liofilizowany proszek z dzikiej borówki niskiej zostanie dostarczony przez Wild Blueberry Association of North America, Old Town, ME, a liofilizowany przez FutureCeuticals (Momence, IL). Dopasowany do błonnika i węglowodanów proszek jagodowy placebo zostanie opracowany przez NCSU przy użyciu formuły z poprzednich badań: aromat i aromat jagodowy (8,9%), barwnik (1,05% fioletowe jezioro, 0,75% czerwone jezioro, 0,45% niebieskie jezioro 2, 0,03% barwnik czerwony, 0,008% barwnik blue 2), glukoza (32%), fruktoza (35,5%), kwas cytrynowy (0,77%), celuloza (15%), Fibersol-2 (1,8%), guma ksantanowa (1%), pektyna (1,09%) i krzemionka (0,99%). Proszki z jagodami i placebo będą pakowane w laboratorium innowacji żywności NCRC NC. Uczestnicy zostaną poinstruowani, że proszek z jagodami lub placebo należy przechowywać w zamrażarce w dostarczonych opakowaniach do czasu użycia. Otrzymasz instrukcje dotyczące spożywania suplementów w podzielonych dawkach (połowa ze śniadaniem, połowa z obiadem) zmieszanych z napojami, jogurtem lub innymi produktami spożywczymi. Jeżeli uczestnik badania nie przyjmie dawki suplementu w danym dniu lub dwóch, zostanie poproszony o dodanie 1 dodatkowego opakowania dziennie, aż do powrotu do harmonogramu. Uczestnicy badania skontaktują się z kierownikiem ds. badań (ASU-NCRC@appstate.edu) jeśli nie będą przyjmować suplementu przez 3 dni lub dłużej i omówią, czy chcą zrezygnować z badania. Zgodność ze schematem suplementacji będzie oceniana na podstawie regularnych wiadomości e-mail i liczby zwróconych pakietów po 6 i 12 tygodniach.

WIZYTY BADAWCZE LABORATORYJNE #3, 4 i #5, 6 Te same podstawowe procedury zostaną powtórzone po 6 i 12 tygodniach, z tym wyjątkiem, że wizyty #3 i #5 nie będą obejmować osób przechodzących przez proces zgody i wypełniających kwestionariusz medyczny , a wizyta nr 6 nie będzie obejmowała zapewnienia uczestnikom dodatkowych pakietów suplementów.

12-TYGODNIOWE RANDOMIZOWANE BADANIE KLINICZNE: 60 SESJI SZKOLENIOWYCH W KAMPUSIE BADAWCZYM W KAROLENIE PÓŁNOCNEJ (NCRC, Kannapolis, Karolina Północna)

• Uczestnicy będą brać udział w nadzorowanych sesjach aktywności fizycznej (5 SESJI W TYGODNIU, 45 MIN NA SESJĘ) i spożywać 52 gramy dziennie liofilizowanego proszku z jagód lub placebo.
• Uczestnicy będą wykonywać 45 minut dziennie ćwiczeń pod nadzorem (szybki marsz z czujnikiem tętna lub nieaerobowe ćwiczenia rozciągające na podłodze) przez 5 dni w tygodniu przez okres 12 tygodni. Ćwiczenia będą prowadzone w małych grupach pod nadzorem. Osoby nadzorujące ćwiczenia zostaną przeszkolone w zakresie resuscytacji krążeniowo-oddechowej, a przy drzwiach Laboratorium Sprawności Człowieka (w budynku sąsiadującym z owalem spacerowym) znajdować się będzie urządzenie AED.
• Sesje spacerowe będą odbywały się na świeżym powietrzu pod nadzorem na torze NCRC. Rejestrowane będzie tętno treningowe i całkowity przebyty dystans. W niesprzyjające dni uczestnicy będą spacerować pod osłoną (parking NCRC) lub na bieżni w laboratorium Human Performance Lab.
• Tętno podczas sesji aktywności fizycznej będzie monitorowane za pomocą FitBit Inspire. Piechurowie będą stopniowo zwiększać intensywność, osiągając cel wynoszący 60% rezerwy tętna (na podstawie danych ze stopniowanego testu wysiłkowego).
• Program rozciągania będzie nadzorowany i prowadzony w Laboratorium Sprawności Człowieka na matach. Sesja rozpocznie się od 5 do 10 minut rozgrzewki składającej się z lekkich ćwiczeń (np. łatwego chodzenia z lekką gimnastyką). Po rozgrzewce uczestnicy wykonają od 8 do 10 ćwiczeń rozciągających na sesję pod okiem osoby nadzorującej ćwiczenia. Każde ćwiczenie rozciągające będzie trwało od 10 do 30 sekund w miejscu lekkiego dyskomfortu. Ćwiczenie elastyczności będzie powtarzane w dwóch do czterech powtórzeń, przy czym uczestnicy będą dążyć do całkowitego czasu rozciągania wynoszącego 60 sekund na każde ćwiczenie elastyczności (np. cztery rozciągania po 15 sekund). Opiekunowie ćwiczeń zapewnią pełną orientację w ćwiczeniach rozciągających podczas pierwszej sesji.
• Dwie główne kohorty (po 40 osób, grupy spacerowe i rozciągające) będą zaplanowane w każdym semestrze w okresie 3 miesięcy (od września do listopada oraz od lutego do kwietnia) w okresie 3 lat. Oczekuje się, że spośród 240 uczestników biorących udział w badaniu każdego roku 200 pomyślnie ukończy wszystkie etapy. Retencja zostanie zmaksymalizowana dzięki regularnemu kontaktowi z uczestnikami podczas nadzorowanych sesji ćwiczeń i poprzez regularne wiadomości e-mail. W każdym dniu tygodnia pracy oferowane będą trzy godziny sesji ćwiczeń (7:00, 9:00 i 16:00). Jeśli uczestnicy opuszczą sesję ćwiczeń, co tydzień będzie możliwość wzięcia udziału w sesjach uzupełniających (sobotowe poranki). Jeśli uczestnik badania opuści 3 lub więcej dni treningu fizycznego, Kierownik ds. badań skontaktuje się z uczestnikiem i omówi, czy chce zrezygnować z badania.