Вправи змінюють наші мікроби в кишечнику, але як це ще не ясно

Фізична активність, незалежно від дієти, змінює склад бактерій у кишечнику, спонукаючи дослідників до пошуку видів, які можуть забезпечити переваги, подібні до розробки.

Ешлі Йегер

15 серпня 2019 р

ВГОРО: ВЧЕНИЙ ПЕРСОНАЛ

Коли Сара Кемпбелл вперше набрала "фізичні вправи та мікробіом" у PubMed у 2010 році та натиснула клавішу Enter, "пошук буквально сказав нуль", - каже вона The Scientist. Кемпбелл тільки розпочинав асистентуру професора з фізичних вправ в Університеті Рутгерса. Будучи самою спортсменкою, вивчаючи обмін холестерину та фізичні вправи та дієту під час доктора філософії та докторантури, вона почала замислюватися, чи можуть вправи впливати на мікроби в кишечнику.

"Ми знаємо, що фізичні вправи роблять все це неймовірне", - говорить Кемпбелл, наприклад, зменшує запалення та посилює антиоксидантний захист. І тому вона подумала: «ну, якщо між господарем і мікробами існує симбіоз та мутуалізм, то щось має відбуватися. . . щось змінюється в мікробах ”під час фізичних вправ. Коли її пошук у PubMed виявився порожнім, вона вирішила: "Я повинна це вивчити".

Об’єднавшись з мікробіологами та токсикологами з Рутгерса та патологоанатомом з Оклахоми-Сіті, Кемпбелл розробив експеримент для аналізу зразків фекалій мишей-самців, які харчувались нормальним або жирним раціоном протягом 12 тижнів. Деяким мишам у кожній групі дозволялося займатися, тоді як інші залишалися сидячими. Результати показали, що фізична активність генерувала унікальний мікробіом в кишках мишей, незалежно від раціону тварин: зокрема, миші, які вправляли Faecalibacterium, Clostridium та Allobaculum, тоді як у сидячих мишей - ні. Дієта з високим вмістом жиру також спричинила запалення в кишечнику сидячих мишей, чого не спостерігалося у мишей, які харчувались жирною дієтою і займались спортом.

Однією з провідних ідей у галузі впливу фізичних вправ на мікробіом є те, що тренування підвищує рівень мікробів у кишечнику, які виробляють бутират.

Опубліковані в березні 2016 року, результати підтвердили висновки, які з’явилися за кілька років до того, як показали, що фізичні вправи запобігають набору ваги та змінюють мікроби кишечника у мишей, які страждають ожирінням і харчуються жирною дієтою. Вони також добре поєдналися з лонгітюдним дослідженням на людях, опублікованим у 2018 році, яке виявило, що худі, сидячі люди, які займалися фізичними вправами протягом шести тижнів, також розвинули більш високий рівень Clostridiales, Lachnospira, Roseburia та Faecalibacterium у своїх кишках, але ці мікроби повернулись до вихідних рівнів, коли особи припинили фізичні вправи. Люди з ожирінням, які почали займатися фізичними вправами, також змінили свої мікроби в кишечнику, але ці зміни були іншими, ніж те, що спостерігалося у худих осіб.

Хоча причини різниці в змінах між худорлявими та ожирілими людьми ще не зрозумілі, результати дають зрозуміти, що фізичні вправи, незалежно від дієти або складу тіла, змінюють мікробіоти кишечника людини, говорить Джеффрі Вудс, дослідник університету Іллінойсу, Урбана-Шампейн та співавтор газети 2018 року.

"Це взагалі досить нова сфера і, безумовно, нова область науки про фізичні вправи", - говорить він, пояснюючи, що, хоча зв'язок між фізичними вправами та змінами мікробів кишечника встановлений, "як фізичні вправи змінюють мікроби, ми не знаємо". Також поки не ясно, чи корисні зміни для здоров’я, але є підказки, що вони можуть бути.

Підказки до зв’язку між вправами та кишечником

Однією з провідних ідей у галузі впливу фізичних вправ на мікробіом є те, що тренування підвищує рівень мікроорганізмів, що виробляють бутират - коротколанцюгову жирну кислоту, яка має цілу низку корисних властивостей для людини, завдяки виробленню гормонів ситості, які стримують голод відігравати роль у підтримці виживання існуючих нейронів та сприянні зростанню нових.

Див. “Мікробіом та здоров’я людини”

Faecalibacterium, поряд з іншими бактеріями, такими як Lachnospiraceae, які, як видається, збільшуються в кишечнику після фізичних вправ, зазвичай виробляють коротколанцюгові жирні кислоти у відповідь на перетравлення харчових волокон. В огляді експериментів тварин та людини над фізичною активністю та складом мікробіомів кишечника, опублікованому в квітні в Exercise and Sport Science Reviews, Вудс та його колеги припускають, що фізичні вправи можуть змінити експресію генів імунних клітин у тканинах кишечника, що призведе до виробництва з меншою кількістю прозапальних білків, що сигналізують про клітини, і більше протизапальних, а також антиоксидантних ферментів. Імунні клітини розташовуються біля мікробних спільнот в кишечнику і можуть виробляти протимікробні сполуки, які утрамбовують певні таксони, одночасно сприяючи зростанню бактерій, що продукують бутират. Вправи можуть також змінити склад слизу в кишечнику, що вплине на види бактерій, які там мешкають, такі як Akkermansia muciniphila - бактерія з протизапальними властивостями, яка, як видається, збільшується в кількості у відповідь на фізичні вправи.

Див. “Бактерія комменсалу зменшує симптоми ALS у мишей”

Вправи також підвищують температуру в організмі людини і зменшують приплив крові до кишечника, що може призвести до більш прямого контакту між кишковими мікробами та імунними клітинами в слизі кишечника - і може змінити мікробний склад. Циркуляція жовчних кислот, яка може змінити мікробну спільноту кишечника, також збільшується під час фізичних вправ, як і лактат, який може змінити рН кишечника, змінюючи різноманітність мікробної спільноти. "Це деякі можливі механізми, які ми могли б перевірити, - говорить Вудс, - але перевірити їх непросто, оскільки важко виділити когось із них".

Фізичні вправи, мікроби та здоров’я кишечника

Ці потенційні механізми допомагають пояснити деякі зв’язки, які спостерігали вчені між мікробіомом та здоров’ям кишечника. Наприклад, у хворих на рак прямої і прямої кишки знижується кількість бактерій, що продукують бутират, таких як Roseburia та Lachnospiraceae. Бутират у здорових клітинах стимулює епігенетичні модифікації, що призводять до клітинного обороту і проліферації, тоді як у клітинах раку товстої кишки жирні кислоти працюють за допомогою епігенетики, пригнічуючи проліферацію клітин і сприяючи загибелі клітин, що свідчить про користь для пацієнтів з раком товстої кишки, які займаються спортом.

Щоб виміряти користь фізичних вправ проти запалення в кишечнику, Вудс та його колеги виконали першу вправу на трансплантацію мікробіома калу у мишей та опублікували результати в 2017 році. Вони взяли кал у мишей, які тренувались, та тих, хто цього не робив, і переносили матеріал у миші без мікробів. Потім, як тільки мікробіота закріпилася серед реципієнтів, команда давала тваринам препарати, викликаючи сильне запалення в товстій кишці. Миші, які отримали кишкові мікроби від активних донорів, втрачають менше маси тіла і мають менше симптомів запального захворювання, порівняно з мишами, які отримували мікроби від сидячих тварин. Чи може подібний протокол допомогти людям, які страждають на синдром подразненого кишечника - що відзначається постійним запаленням - ще залишається перевірити.

Окрема група дослідників також використовувала трансплантацію калових мікробіомів, щоб перевірити його вплив на ожиріння. У дослідженні, опублікованому в жовтні минулого року, вони повідомляють, що пересадка калових речовин мишам, які здійснювали фізичні вправи на мишей з ожирінням, які харчувались жирною дієтою, призвела до втрати ваги, зниження рівня глюкози в крові натще і зниження рівня протизапальних цитокінів у мишей, які отримували пересадка. Результати, зазначають дослідники, припускають, що трансплантація мікробіома калу від донорів зі збалансованим харчуванням, регулярними фізичними вправами або, в найкращому випадку, поєднанням обох, може полегшити шкідливі наслідки ожиріння у людей.

Недавнє дослідження показало, що мами-пацюки із зайвою вагою та ожирінням, які займаються фізичними вправами під час вагітності, також передавали своїм дітям мікроби, корисні для здоров'я кишечника. І є попередні докази, які вказують на попередній зв’язок між фізичною активністю, мікробами кишечника та психічним здоров’ям, зазначає Кемпбелл. "Ці співвідношення є", - каже вона. “Механізми. . . ось на що ми почнемо дивитись ".