Effects of iron supplementation on systemic inflammation and iron homeostasis in young female athletes

Abstract

Background and aim: While excess of iron may lead to toxicity and organ damage, iron deficiency is related to anemia and a compromised immune defense. The main objective in this master thesis was to investigate whether a low-dose iron supplementation in young female athletes during an intensive training season would compromise the gut health with detectable increase in two serum biomarkers of inflammation; LBP and NGAL/LCN-2. Because our previous findings indicate a potential beneficial effect on iron homeostasis by the intervention, an additional goal was to investigate effects on hepcidin, the key regulator of systemic iron. Correlations between hepcidin, other iron homeostasis biomarkers, fecal- and serum NGAL/LCN-2, LBP and micro-CRP were also investigated. Subjects and method: The 23 female football players, aged 17-32, were randomized into an intervention group or a control group as part of the Oslo-FIT intervention study. The intervention group (n=12) received a low-dose iron supplementation (27 mg), while the control group (n=11) did not receive iron supplementation. Per-protocol analysis included nine participants in each of the two groups. NGAL/LCN-2, LBP and hepcidin were measured in serum using ELISA. Other biomarkers of iron status were measured by an accredited laboratory (Fürst, Norway). The effects of the intervention were investigated by comparing the groups using ANCOVA based on follow-up values adjusted for baseline values. All statistics were performed using R-studio. Results: There were no significant differences between the intervention group and the control group after 3 months for the systemic inflammation biomarkers NGAL/LCN-2 (p-value=0.508) and LBP (p-value=0.618) in serum. Fecal NGAL/LCN-2, but not serum NGAL/LCN-2, was correlated with LBP at baseline (rho=0.62, p-value=0.00165). Moreover, inverse correlations were found between two inflammatory biomarkers; LBP and fecal NGAL/LCN-2, and biomarkers of iron status (e.g. ferritin). Furthermore, no difference was found between the groups for effects of the intervention on hepcidin (p-value=0.338). However, the serum levels of hepcidin were strongly correlated with serum ferritin both at baseline and when correlating the change during the intervention (rho=0.85, p-value<0.001, rho=0.64, p-value=0.00184, respectively). Conclusion: The results indicate that low-dose iron supplementation is well tolerated in the current population of young female athletes with no effects on gut integrity as measured by circulating LBP, or serum NGAL/LCN-2. The inverse correlation between biomarkers of inflammation and iron stores, might indicate improved immunity with better iron status, at least in the current population having moderate to low iron stores. Whether the intervention affects other biomarkers of systemic inflammation or have adverse impact on the gut microbiota awaits further investigation. Our results encourage the design of larger clinical studies to investigate the impact of iron storages in response to various doses of iron supplements.

Bakgrunn og målsetning: Mens for høyt inntak av jern kan føre til toksisitet og organskade, er jernmangel relatert til anemi og nedsatt immunforsvar. Hovedmålet i denne masteroppgaven var å undersøke om et lavdosetilskudd av jern ville kompromittere tarmhelsen, hos unge kvinnelige idrettsutøvere i løpet av en intensiv treningssesong, med påviselig økning i to serumbiomarkører for betennelse; LBP og NGAL/LCN-2. Fordi våre tidligere funn indikerer en potensiell gunstig effekt av intervensjonen på jernhomeostase, ønsket vi i tillegg å undersøke effekter på hepcidin som er en viktig jernregulator. Korrelasjoner mellom hepcidin, andre biomarkører for jernhomeostase, fekal- og serum-NGAL/LCN-2, LBP og micro-CRP ble også undersøkt. Forsøkspersoner og metode: De 23 kvinnelige fotballspillerne i alderen 17-32 år ble randomisert til en intervensjonsgruppe eller en kontrollgruppe som en del av Oslo-FIT intervensjonsstudien. Intervensjonsgruppen (n=12) fikk lavdose jerntilskudd (27 mg), mens kontrollgruppen (n=11) ikke fikk jerntilskudd. Per-protokollanalyse inkluderte ni deltakere i hver av de to gruppene. NGAL/LCN-2, LBP og hepcidin ble målt i serum ved bruk av ELISA. Andre biomarkører for jernstatus ble målt av et akkreditert laboratorium (Fürst, Norge). Effektene av intervensjonen ble undersøkt ved å sammenligne gruppene ved bruk av ANCOVA basert på oppfølgingsverdier justert for baseline verdier. All statistikk ble utført ved hjelp av R-studio. Resultater: Det var ingen signifikante forskjeller mellom intervensjonsgruppen og kontrollgruppen etter 3 måneder på de systemiske inflammasjonsbiomarkørene NGAL/LCN-2 (p-verdi=0,508) og LBP (p-verdi=0,618) i serum. Fekal NGAL/LCN-2, men ikke serum NGAL/LCN-2, var korrelert med LBP ved baseline (rho=0,62, p-verdi=0,00165). Dessuten ble det funnet inverse korrelasjoner mellom to inflammatoriske biomarkører; LBP og fecal NGAL/LCN-2, og biomarkører for jernstatus (f.eks. ferritin). Videre ble det ikke funnet noen forskjell mellom gruppene for effekter av intervensjonen på hepcidin (p-verdi=0,338). Serumnivåene av hepcidin var imidlertid sterkt korrelert med serum ferritin både ved baseline og for endringen under intervensjonen (henholdsvis rho=0,85, p-verdi <0,001 og rho=0,64, p-verdi=0,00184). Konklusjon: Resultatene indikerer at lavdose jerntilskudd er godt tolerert i den undersøkte populasjonen av unge kvinnelige idrettsutøvere uten uønskede effekter på tarmintegriteten målt ved sirkulerende LBP eller serum NGAL/LCN-2. Den inverse korrelasjonen mellom biomarkører for betennelse og jernlagre kan indikere forbedret immunitet med bedre jernstatus, i alle fall i vårt individutvalg med moderate til lave jernlagre. Om intervensjonen påvirker andre biomarkører for systemisk betennelse eller har negativ innvirkning på tarmmikrobiotaen, avventer videre undersøkelse. Resultatene våre oppmuntrer til design av større kliniske studier for å undersøke virkningen av jernlagring som respons på ulike doser av jerntilskudd.