Effekt av mjölkfettkulamembran (MFGM) på skydd av tarmbarriären hos löpare

En randomiserad, dubbelblind cross-over träningsförsök genomfördes med 14 löpare på Utah State University campus. Denna population på 14 löpare valdes ut från en större population på 20 som rekryterades för att genomföra två första försök. Vid två preliminära besök bestämdes de parametrar som var nödvändiga för att genomföra det experimentella försöket. Under det första besöket bestämdes ett baslinjevärde för tarmpermeabilitet samt aerob kapacitet hos löpare. I det andra besöket testades kapaciteten att genomföra en körning med 80 % VO2max och effekten av träningsbelastningen på tarmpermeabilitet, plasma-LPS och kärntemperatur mättes.

När en testpopulation väl valts utfördes en randomiserad, dubbelblind, cross-over-studie där MFGM testades för förmågan att förhindra en förändring i den träningsinducerade tarmpermeabiliteten.

Under varje testsession övervakades hjärtfrekvens (HR), arbetseffekt och kärntemperatur (CT). HR och CT övervakades av ett CorTemp™ temperaturpiller som intogs av idrottarna före försöket (http://www.hqinc.net/pages/pill_page.html). Dessutom togs blod vid baslinjen (före utarmningsförsöket), omedelbart efter tidsförsöket och igen vid 1 h och 5 h. Blod analyserades för index för träningsintensitet (laktat), muskelskador (kreatinkinas, cytokiner) och tarmbarriärdysfunktion (lipopolysackarid, cytokiner). Dessutom, direkt efter löpningen konsumerade idrottare en dryck med två kolhydrater (laktulos och rhamnos). Under de följande sex timmarna uppsamlades urin och dessa sockerarter mättes via gaskromatografi för att bestämma tarmens permeabilitet.

Ämnesrekrytering Tjugo löpare (åldrar 18-50) rekryterades till en början via campusflygblad, annonser i lokaltidningen och veckovis sportguide. Deltagare som hade medicinsk historia inklusive: hjärtsjukdom, okontrollerad hypertoni, diabetes, Crohns sjukdom, colit irritabile, celiaki, inflammatoriska eller autoimmuna sjukdomar eller laktosintolerans exkluderades från studien. Alla försökspersoner instruerades att undvika alla antiinflammatoriska läkemedel i minst 24 timmar före någon testaktivitet. På morgonen för det första besöket hade godkända försökspersoner kroppssammansättning mätt med BodPod (Life Measurement, Inc., Concord, CA). Deltagarna ombads att avstå från all tung träning i 48 timmar före det första besöket. Försökspersonerna gavs ett 50 ml rör innehållande 5 g laktulos- och 2 g rhamnossockerprob och instruerades att dricka sonden 4 timmar efter att de hade avslutat frukosten för att bestämma baslinjetarmpermeabiliteten. Försökspersonerna gavs en urinuppsamlingsbehållare och instruerades att samla upp all urin under 6 timmar efter intag av sonden. Försökspersonerna fick inte äta lunch förrän 1,5 timmar efter att de druckit sockersonden. Efter 6 timmars urinsamling återvände försökspersonerna till testplatsen och utförde ett löpande VO2 max-test.

Andra besöket (ungefär en vecka efter första besöket) Ungefär 3 timmar efter avslutad frukost rapporterade försökspersonerna till testplatsen att de hade tagit blod (för att bestämma baslinjeplasma LPS), vikten mätt och att inta en temperatursond. Deltagarna startade träningsutmaningen (60 minuters löpning med 80 % VO2 max) cirka 4 timmar efter att frukosten var klar. Träningsutmaningen genomfördes i ett klimatkontrollerat rum vid 22 °C utan fläkt. Försökspersoner övervakades för att säkerställa att de körde på 80 % VO2 max och inte fick konsumera vatten under utmaningen. Omedelbart efter träningsutmaningen konsumerade deltagarna sockersonderna. Vikten mättes, blod togs (plasma-LPS efter träning) och försökspersonerna instruerades att samla upp sin urin under de kommande sex timmarna. För att underlätta återhydrering och urinproduktion instruerades försökspersonerna att ersätta 150 % av sina vätskeförluster (före till efter träningsvikten) med vattenintag.

Efter screening av 20 försökspersoner gick en population på femton försökspersoner med på att delta i korsningsstudien. En försöksperson hoppade av på grund av en graviditet och fyra försökspersoner kunde delta på grund av schemaläggningskonflikter. En försöksperson hoppade av efter att ha fått en bruten fotled som inte var relaterad till studien.

Det tredje och fjärde besöket var crossover-delen av experimentet som jämförde MFGM med fordonet. Det 3:e och det fjärde besöket var identiska med det andra besöket förutom att deltagarna drack antingen vätskeersättningsmedlet eller vätskeersättningen + MFGM 1 timme före träningsutmaningen och igen omedelbart efter träningen. Deltagare och personal som administrerade experimentella protokoll förblindades för behandlingar med hjälp av kodade, icke-transparenta dryckesbehållare. Försökspersonerna genomför det fjärde besöket en vecka senare och konsumerar fordonsdrycken eller fordonet + MFGM.

För crossover-delen av studien fick idrottare en av två drycker. Kontrolldrycken formulerades enligt gällande riktlinjer för sportnäring för både näringstillförsel före och efter träning. Den innehöll vassleprotein, sackaros, maltodextriner, chokladsmak och en liten mängd smörolja. Testdrycken var identisk med avseende på makronäringsinnehåll, men innehöll en mjölkbaserad ingrediens som kallas "mjölkfettkulamembran". Detta material är isolerat från en biprodukt från smörproduktion och är rikt på fosfolipider. Dryckerna tillhandahölls tre timmar före träningsprovet såväl som omedelbart efter. Testdrycken innehöll ett pulver rikt på MFGM som produceras av Arla Foods (Lacprodan PL-20) som innehåller ungefär 20 % fosfolipider och 60 % protein. I studier med möss har Dial et al noterat effekter på tarmskyddet inom 1 timme när djuren förses med fosfolipider vid 100 mg/kg kroppsvikt. Den andra drycken matchades för innehåll av makronäringsämnen, men innehöll inte fosfolipidpulvret.

Uppmätta ändpunkter Förändring i tarmpermeabilitet För att bestämma tarmpermeabilitet vid baslinje, användes Pals-metoden. Denna metod bestämmer intestinal permeabilitet genom att tillföra de icke-smältbara sockerarna laktulos och rhamnos och uppskattar intestinal och gastrisk permeabilitet genom återvinning av dessa sockersonder i urinen. I friskt tarmepitel har laktulos mycket begränsad transport över tarmbarriären. Rhamnos passerar tunntarmsepitel via en transcellulär väg och fungerar som intern kontroll för att ta hänsyn till magtömningshastighet, tarmens transittid och njurfunktion. Den större laktulosmolekylen kan endast passera tarmepitel via en paracellulär väg genom täta korsningar. Därför indikerar ett högre förhållande mellan laktulos och rhamnos som återvinns i urinen nedsatt tarmbarriärfunktion. Träningsstress har visat sig signifikant öka förhållandet mellan laktulos och ramnos i urinen. I likhet med vår föreslagna träningsstressmodell har denna metod använts för att visa att löpning med 80 % VO2max under en timme fördubblar tarmens permeabilitet jämfört med baslinjen.

Förändring i plasma-LPS: För att bedöma endotoxemi, mättes plasma-LPS-koncentrationer via en kinetisk aktivitet som beskrivits av Nieman. Plasma LPS mättes från blod som tagits före träning (baslinje), omedelbart efter och 1 och 5 timmar efter träningsförsöket. Plasma-LPS har visat sig öka efter uthållighetsträningspass och antas vara resultatet av avvikande bakteriell translokation av tarmbakterier genom komprometterad tarmbarriär. Förhöjd plasma-LPS från baslinjen omedelbart efter träning har visats tidigare efter ett halvmaraton, helmaraton. Det förutsågs att plasma-LPS-nivåer skulle öka efter träningsstress och kommer att vara korrelerade till kroppstemperaturen och laktulos/ramnosindexet för tarmbarriärens integritet.

Förändring i inflammatoriska cytokiner: Plasmanivåer av IL-6, TNFα, IL-10, IL-17, INFγ, IL-3, MCP-1, IL-15 och GMCSF mättes i baslinjen och i proverna 1 timme efter träning . Cytokinkoncentrationer bestämdes genom multiplex enzymkopplad immunosorbentanalys (ELISA) av en kommersiell leverantör (Quansys Biosystems, Logan, UT). Dessa cytokiner valdes baserat på en tidigare studie som undersökte tarmläckage och MFGM-konsumtion i en LPS-stimulerad tarmläckageförsök med möss. Alla cytokiner var signifikant uppreglerade i djur med läckande tarmar förutom GMCSF, och sänktes signifikant i MFGM-matade djur jämfört med kontroller. Dessutom visade Ng et al ökade plasmanivåer av IL-10 och IL-6 (50 % respektive 65,2 % ökning från baslinjen) hos löpare omedelbart efter ett halvmaraton. På liknande sätt har plasmanivåer av IL-6 och TNFα visat sig öka från baslinjen omedelbart efter ett maratonlopp. Baserat på de preliminära uppgifterna och de ovannämnda studierna förutsågs det att ökade nivåer av inflammatoriska cytokiner skulle mätas efter träningsutmaningen och det antogs att MFGM skulle upphäva denna effekt jämfört med de andra återhämtningsdryckerna.

Förändring i plasmakreatinkinas: Kreatinkinas mättes i prover tagna före, omedelbart efter och 1 timme efter träningsutmaningen. Kreatinkinas mättes med användning av ett kommersiellt kolorimetriskt kit (Sigma) i en 96-brunnars UV/vis-plattläsare (Molecular Devices). Ökat plasmakreatinkinas är ett väletablerat index för muskelskada som orsakas av träning. I en liknande studie hade cyklister som cyklade på 85 % VO2 max fram till utmattning efter glykogenbrist dagen innan mindre plasmakreatinkinas när de konsumerade chokladmjölk som återhämtningsdryck jämfört med en kolhydratersättningsdryck.

Plasmalaktat: För att bedöma anaerob metabolism kommer plasmalaktat att mätas vid baslinjen, omedelbart efter och 2 timmar efter träningsstressen. Laktat kommer att mätas med hjälp av ett enzymtestkit (r-Biopharm, Marshall, MI).

Det primära effektmåttet som mättes i denna studie var laktulos/ramnos-förhållandena i urin och plasma LPS. Data analyserades med enkelfaktor ANOVA och signifikanta skillnader undersöktes med post-hoc-testning. Kärnkroppstemperaturen mättes i realtid och korrelerades med hypoxi i tarmen och med tarmläckage.

Alla komponenter som mättes i blodet (laktat, LPS, cytokiner och CK) analyserades med en tvåfaktors ANOVA med tid och behandling som variabler. Laktat inkluderades eftersom det allmänt anses vara ett index för anaerob aktivitet. En annan parameter som man var intresserad av är kreatinkinas. Som nämnts i inledningen detekteras detta enzym i blodet efter intensiv träning och tros korrelera med skador på muskler. Dessutom har minst två studier med chokladmjölk noterat att plasma CK är lägre hos idrottare som dricker chokladmjölk jämfört med andra återhämtningsdrycker.

Förvaltningsplan Alla tre PI:erna var aktivt involverade i planeringen och genomförandet av denna studie, såväl som i provbearbetningen och analysen. Dr Ward var ansvarig för formuleringen av MFGM-drycken. Dessutom var Dr Ward ansvarig för GC-FID-analysen av urinen. Dessutom kommer Dr Ward att handleda en doktorand som stöds av detta projekt.

Dr. Bressel rekryterade idrottarna och hjälpte till med att organisera testerna. Dessutom övervakade Dr. Bressel alla prestationsförsök och insamlingen av träningsdata.

Dr Hintze var ansvarig för blod- och urinproverna. Studenten (och kanske Dr. Hintze) utförde LPS, laktat- och CK-analyserna. Dessutom ansvarade Dr Hintze för korrekt provöverföring av blodet och för provleveransen till Quansys Biosystems för cytokinanalys.

Alla tre PI:er samarbetade om dataanalysen och om manuskriptförberedelser.