Ziel

Das Projekt soll dazu beitragen, bei Ausdauersportlern die Vorbereitung auf Wettkämpfe bei Hitze in einem personalisierten Ansatz zu optimieren. Im Kern wollen wir der Frage nachgehen, inwieweit sich in der Hitze zum einen bei einer trainingstypischen und zum anderen bei wettkampfspezifischen Belastungen eine Störung der Barrierefunktion des Darmes, eine Freisetzung von Bakterienbestandteilen (Endotoxin) in die Blutbahn und daraus resultierend eine nachfolgende systemisch-entzündliche Reaktion beobachten lässt und ob die Zusammensetzung des Darmmikrobioms hier modulierende Effekte ausübt. 24 TriathletInnen absolvieren sowohl im Labor (Laufband) als auch im Rahmen eines Wettkampfes (Halbdistanz) Ausdauerbelastungen unter erhöhten Temperaturen. Neben Markern der Endotoxinämie und Inflammation erfolgt aus dem Stuhl eine taxonomische und funktionelle Mikrobiomuntersuchung. Geklärt werden soll, ob eine Endotoxinämie, die resultierende systemische Inflammation und die Diversität des Darmmikrobioms mit Symptomen einer Hitzekrankheit, Leistungsverlust und gastrointestinalen Beschwerden (akut) und/oder einer anschließenden passageren Abnahme der Belastbarkeit (chronisch) im Zusammenhang steht und wie dieser sich im Verlauf der Hitzeakklimatisation verändert. Geplant ist die Integration der Mikrobiom-, Endotoxin- und Inflammations-Daten über Regressionsmodelle, die unter Nutzung weiterer physiologischer Parameter (z.b. Körperkerntemperatur) mit den Composite-Scores für die Beschwerdesymptomatik und Leistungseinschränkung verglichen werden. Dabei soll die Gesamtprädiktionskraft der Mikrobiom, Endotoxin- und Inflammations-Daten sowie deren Beitrag zur Vorhersage des Composite-Werts erhoben werden. Wir erhoffen uns daraus, zukünftig über ein Prädiktorenprofil individualisiertere Ansätze in der Trainingsplanung und Hitzeakklimatisation verfolgen zu können.

Planung

Im Modul I des Projektes werden im Frühjahr im unakklimatisiertem Zustand eine Dauer-belastung auf dem Laufband (60 min, bei 18°C Raumtemperatur und nach 7 – 10 Tagen eine identische Belastung bei 30°C und 60-70% Luftfeuchtigkeit durchgeführt. Zwei Wochen vor dem geplanten Triathlonwettkampf auf der Halbdistanz (Modul II) im Sommer erfolgt eine erneute Laufbandbelastung bei 30°C, nachdem zuvor in der Vorbereitung durch Training unter erhöhten Umgebungstemperaturen eine Hitzeakklimatisation provoziert worden ist. Sämtliche Laufbandbelastungen werden bei 90% der individuellen anaeroben Schwelle durchgeführt. Im Modul II anschließend von den Probanden ein Triathlonwettkampf über die Halbdistanz als repräsentative Wettkampfbelastung absolviert. Der Wettkampf liegt in der Terminierung in den Monaten Juni oder Juli um eine hohe Wahrscheinlichkeit erhöhter Umgebungstemperaturen zu haben. Neben den vor und nach Belastung gewonnenen Blutproben werden das Plasma-LPS, die bakterielle und zellfreie DNA sowie das Cytokinprofil erfasst sowie aus der vor Belastung abgegebenen Stuhlprobe eine Amplifizerung des 16S Gens sowie eine metagenomischen Analyse durchgeführt. Die taxonomische und funktionelle Mikrobiom-Analyse erfolgt mithilfe der bioinformatischen Pipelines QIIME2, Humann und Metaphlan. Die Integration der Mikrobiom-Daten mit verschiedenen Trainingsvariablen und physiologischen Parametern erfolgt dann im 2-Stufen Schema: Zunächst werden Regressionsmodelle verwendet um die Mikrobiom-Paramater zu identifizieren, die am stärksten mit dem Composite-Wert eines Sportlers korrelieren. Zum zweiten wird ein computergesteuerter Algorithmus mit den erhobenen Mikrobiom-Daten trainiert (random forest classification mit gradient boosting regression). Zahlreiche Iternationen nach dem „leave-one-out cross-validation" Prinzip resultieren dann in einem Vorhersagewert für jeden Studienteilnehmer, der dann mit dem tatsächlich erhobenen Compositewert verglichen wird.

Ergebnisse

Die wissenschaftliche Ergebnisverwertung geschieht in Form von ...
1) internen Ergebnisdiskussionen,
2) Präsentation auf nationalen und internationalen Kongressen und ...
3) Publikation in peer-review Zeitschriften (international).
Eine wirtschaftliche Nutzbarkeit der Ergebnisse ist derzeit offen.
Der Wissenstransfer in die Praxis hat folgende Ansätze zum Ziel:
1) Umgang mit AthletInnen, die Hinweise für eine reduzierte Anpassungsfähigkeit der Hitzetoleranz gezeigt haben, u.a. mit Erarbeitung spezifischer und / oder prolongierterer Anpassungskonzepte
2) Trainingsmodifikation während der Phase der Hitzeanpassung bei AthetInnen, die eine ausgeprägtere Endotoxin- und Cytokinreaktion bei Belastung in der Hitze gezeigt haben.
3) Prüfung einer möglichen Ernährungsintervention (z.b. Probiotika) bei AthletInnen mit einem für eine geringere Hitzetoleranz prädisponierendem Darmmikrobiom
Im weiteren Verlauf soll dann auch ein weiterer Kreis an Trainern sowie auch von AthletInnen in den Wissenstransfer einbezogen werden, wobei neben den bereits bekannten Empfehlungen zum Umgang mit erhöhten Umgebungstemperaturen die neuen Ergebnisse mit einfließen sollen.