Människomjölk Oligosackarider (HMO) och tarmmikrobiota, immunsystemet i Antarktis

Syftet med denna studie är att undersöka effekten av tillskott med prebiotika, en specifik blandning av kolhydrater som finns i bröstmjölk (HMO), som en åtgärd för att förbättra tarmfloran, inflammatoriska processer i tarmen, allmänt immunförsvar, kolhydratreglering, fett och benmetabolism och neurologiska förändringar i Antarktis. Den cirka ettåriga vistelsen på Concordia Station (Antarktis) på ca 3200 m höjd inkluderar en lång resa och efterföljande extrema miljöförhållanden samt motsvarande anpassningsmekanismer och är därför en mycket bra landmodell (analog modell) för att undersöka förändringar under tiden utrymme stannar. Långsiktigt (dvs. > 6 månader) leder exponering för mikrogravitation till många fysiologiska reaktioner, inklusive nedsatt glukostolerans, nedsatt immunförsvar och benförlust, vilket kan leda till ganska allvarliga hälsokonsekvenser. I denna analoga modell observeras liknande förändringar, om än mindre allvarliga, med avseende på immunsystemet eller glukostolerans som vid rymdflygning.

Kostens sammansättning påverkar avsevärt sammansättningen av tarmfloran. I synnerhet kolhydrater i kosten utgör substratet för vissa bakterier som kan ha en positiv effekt på hälsan. Prebiotika definieras som substrat som används selektivt av värdmikroorganismer och som ger hälsofördelar. Prebiotika smälts endast av tarmmikroorganismer och stimulerar tillväxten eller aktiviteten av bakterier i tarmen som har visat hälsofördelar eller förbättrat välbefinnande. De viktigaste näringsämnena för bakterietillväxt är icke-smältbara kolhydrater, som per definition inte smälts av värden, i detta fall den mänskliga organismen (värden). Osmältbara kolhydrater inkluderar till exempel resistent stärkelse och dextriner, icke-stärkelsepolysackarider (NSP) (t.ex. pektiner) och icke-smältbara oligosackarider (t.ex. Raffinos, inulin, etc.). Dessa kolhydrater fermenteras av tarmbakterierna till kortkedjiga fettsyror (SCFA), främst ättiksyra, propionsyra och smörsyra. Denna process sker främst i tjocktarmen, men även i tunntarmen. SCFA absorberas snabbt av tjocktarmens slemhinna och utövar effekter på hela kroppen, vilket till exempel bidrar till värdens energibehov eller förmedlar kommunikation mellan tarm och hjärna, vilket har stor inverkan på värdens fysiologi och hälsa.

HMO är också prebiotika och är den tredje vanligaste fasta komponenten i bröstmjölk. Det mesta av den forskning som hittills publicerats om effekterna av HMO har därför utförts på spädbarn. HMO smälts inte i tarmen och används främst i tjocktarmen av bakterierna som vistas där. Hos spädbarn har det visat sig att HMO inte bara främjar en hälsosam sammansättning av tarmfloran, utan även försämrar tillväxten av patogener och modulerar uttrycket av gener som är involverade i inflammation. Flera in vitro- och in vivo-studier har visat antivirala egenskaper hos HMO mot olika virus som rotavirus, norovirus, HIV och influensa. HMO spelar en betydande roll i immunsystemet genom att förstärka immunsvaret. Initiala tillämpningar av HMO hos vuxna har stött dessa fynd.

Därför syftar denna studie till att undersöka hur daglig administrering av 5,5 g av en HMO-blandning under viloläge vid Concordia Station i Antarktis påverkar:

• glukostolerans
• inflammatoriska processer
• immun funktion
• fett- och benmetabolism och
• Välbefinnande

Studieförfarande Detta är en så kallad placebokontrollerad, randomiserad interventionsstudie i parallell design. Detta innebär att försökspersoner kommer att väljas ut slumpmässigt för att antingen få en blandning av HMO dagligen eller en placebo. Studietiden för en testperson är ca. 20 månader. Den är uppdelad i en undersökningsfas före avresan till Antarktis, ungefär i september ett år, sex faser under övervintringen i Antarktis och en fas ungefär 6 månader efter hemkomsten.

Varje enskild fas är identisk, ett exempel visas i figur 1.

Dag 1 (helgdag) Dag 2 Dag 3 Dag 4 Dag 5 Fastande blodprov X Oralt glukostoleranstest X Salivprov X Avföringsprov X X X (X) Dietlogg X X X HMO-tillskott Dagligen, debut efter första sessionen på Concordia

Figur 1: Representation av varje fas (U som i figur 1) av testningen

Intervention Interventionen, d.v.s. behandlingsmåttet som används i denna studie, i en grupp är den dagliga administreringen av 5,5 g av en kolhydratblandning analog med bröstmjölk men producerad av bakterier. Denna mängd är certifierad av den europeiska kontrollmyndigheten som säker för mänsklig konsumtion. Den andra gruppen får en motsvarande placebo, Maltose.

Mätmetod Blodprov och venåtkomst Blodprovtagning från den perifera venen är förknippad med de vanliga riskerna med venpunktion. Dessa är hematom eller infektioner vid punkteringsstället. När en perifer venös åtkomst placeras kan det i sällsynta fall uppstå skador på venen (skleroterapi) och de perifera nerverna. Bloduppsamling och venös åtkomst utförs av en erfaren läkare, vilket minimerar risken.

Fastande blodprovtagningar Fastande blodprover för analys av olika blodparametrar tas samma dag som det orala glukostoleranstestet (OGTT) (se figur 1). Eftersom flera blodprover tas för OGTT, även efter att drycken tagits, kommer en venåtkomst i form av en innestående venkanyl (litet plaströr) att placeras i området av underarmen för att undvika upprepad punktering av armvenerna.

Glukostolerans med hjälp av ett oralt glukostoleranstest Det så kallade orala glukostoleranstestet (OGTT) kan användas för att fastställa skillnader i glukosmetabolism (sockermetabolism) mellan interventions- och kontrollfasen. På ungefär dag 3 i varje studiefas, kommer en drink att drickas på morgonen, fastande, som är beredd av 75 g glukos (Medicalfox Gluko 75-pulver) och 300 ml dricksvatten. Blod tas var 15:e minut under den första timmen efter att drycken har getts, och var 30:e minut under den andra timmen.

Salivprov Salivprover kommer att tas för att testa vissa hormoner som speglar stressnivåer, samt reaktiviteten hos vissa virus (herpesvirus, rotavirus). För detta ändamål tuggas en liten bomullsrulle från en förberedd behållare (salivette) i munnen i flera minuter och återförs till uppsamlingsröret en gång under undersökningsfasen. Den erhållna saliven fryses och analyseras senare i laboratoriet.

Avföringsuppsamling För att undersöka förändringarna i tarmfloran tas avföringsprover 3 dagar i följd i varje fas. För detta ändamål placeras en så kallad 'Feces Catcher' över toaletten för att bättre samla upp avföringen. Tre prover tas sedan från denna avföring i 3 olika rör. Den lilla skeden i varje rör fylls med avföring, sätts tillbaka i röret, stängs och fryses.

Dokumentation av kosten För att kunna uppskatta födosammansättningens inverkan på tarmfloran dokumenteras den konsumerade maten på 2 arbetsdagar och en helgdag. Detta görs i en förberedd dietlogg.