Связь между физической активностью и изменениями состава кишечной микробиоты: систематический обзор

PLoS ONE 16(2): e0247039.

Association between physical activity and changes in intestinal microbiota composition: A systematic review

Viviana Aya, Alberto Floґ rez, Luis Perez, Juan David Ramıґrez

Связь между физической активностью и изменениями состава кишечной микробиоты: систематический обзор

Аннотация

Актуальность исследования: Кишечная микробиота включает бактерии, грибы, археи, простейшие, гельминты и вирусы, которые, находясь в симбиозе, населяют пищеварительную систему человека, причем пять типов бактерий — Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria, Proteobacteria и Verrucomicrobia — представляют преобладающие микроорганизмы в кишечнике. Термин «микробиом» относится к коллективному геному этих микробов.

Несмотря на скоординированные усилия нескольких международных консорциумов по определению состава здоровой микробиоты, этот термин в настоящее время остается неполным, учитывая множество внутренних и внешних факторов, связанных с экосистемами кишечника.

Многочисленные исследования были направлены на установление роли факторов окружающей среды в изменениях состава микробиоты. Диета в настоящее время считается основным внешним фактором, за которым следуют сон, циркадные ритмы и физическая активность. Аналогичным образом наличие и прогрессирование заболевания может изменить численность и разнообразие бактерий: хронические заболевания, такие как синдром раздраженного кишечника (СРК), диабет 2-го типа (СД2), гипертония и рак, связаны с аномальными составом и функцией микробиоты. Изменения в разнообразии микробиоты могут уменьшить разнообразие полезных бактерий, одновременно способствуя росту потенциально патогенных микроорганизмов, процесс, известный как «дисбактериоз», который может еще больше повлиять на метаболизм хозяина. Например, при ожирении изменения количества Bacteroides и Firmicutes (соотношение B/F) может способствовать накоплению жировой ткани, увеличивать объем потребляемой энергии из питательных веществ и снижать энергетические затраты. Стабильность и разнообразие микробиоты также варьируются в зависимости от возраста, причем большее разнообразие микроорганизмов связано со взрослым возрастом и здоровыми привычками.

Активный образ жизни улучшает некоторые параметры, связанные с метаболическими и воспалительными процессами при хронических заболеваниях: физические упражнения, использовались в качестве терапевтических стратегий против ожирения и СД2. Физическая активность способствует адаптационным изменениям метаболических способностей человека для достижения конкретной цели, которая может быть соревновательной в случае спортсменов или рекреационной и эстетической у населения в целом. Диета также является основой для достижения этих целей, поскольку потребление пищевых добавок распространено среди активных людей, а потребление пробиотиков становится прибыльным рынком из-за их возможного воздействия на гомеостаз эпителия кишечника, особенно для соревнующихся спортсменов. Однако это только лишь растущая область исследований, и все еще существуют некоторые опасения по поводу положительного влияния физических нагрузок на микробиоту кишечника человека.

До сих пор неясно, могут ли активный образ жизни, здоровое питание или сочетание того и другого повлиять на микробиоту кишечника в сторону укрепления здоровья. Модели на животных позволили исследователям разработать физиологические и биохимические протоколы для изучения функционального воздействия физических упражнений на микробиом, а поперечные и лонгитюдные исследования попытались описать влияние физической активности на состав микробиома активных и неактивных взрослых людей. Неоднородность методологических подходов и отсутствие стандартизированных критериев для активных/неактивных людей является одной из самых больших проблем в этой области исследований.

Цель данного обзора – обобщить результаты всех исследований, проведенных на людях и сравнивающих состав микробиома здоровых людей с различным уровнем физической активности (PAA).

Методы: Был выполнен поиск в Medline/Ovid, NIH/PubMed и Academic Search в период с августа по октябрь 2020 года. Критерии включения:

(а) перекрестные исследования, направленные на сравнение кишечного микробиома у испытуемых с разным уровнем физической активности;

(б) исследования, описывающие реакцию кишечного микробиома человека на любой тип физических нагрузок;

(в) исследования с участием здоровых взрослых женщин и мужчин.

Были исключены исследования, содержащие изменения рациона питания, потребление пробойников или пребиотиков пребиотической группы, а также исследования, посвященные диабету, гипертонии, раку, гормональной дисфункции. Методологическое качество и риск предвзятости для каждого исследования оценивались с использованием инструмента «Риск предвзятости в нерандомизированных исследованиях – о вмешательствах». Результаты поперечных и лонгитюдных исследований представлены независимо друг от друга.

Результаты: В общей сложности 17 статей подходили критериям отбора и имели право на включение: десять поперечных и семь лонгитюдных исследований. Основные результаты лонгитюдных исследований значительно различаются в зависимости от объема физической активности. Мы выявили дискретные изменения в индексах разнообразия и относительной численности определенных бактерий у неактивных людей.

Заметные различия были описаны между соревнующимися спортсменами и неактивными людьми:

(а) сообщалось о большем разнообразии микробиоты у спортсменов, что в значительной степени связано с режимом питания и объемом потребляемого белка;

(b) у активных женщин было зарегистрировано значительное количество бактерий Lachnospiraceae, Akkermansiaceae и Faecalibacterium в сочетании с меньшим количеством бактерий типа

Важно отметить, что в области микробиоты кишечника не было зарегистрировано никаких различий, связанных с полом и потреблением кислорода.

На рисунке 1 показано, что фенотипические характеристики хозяина и время воздействия стимула могут вызывать изменения в определенных группах бактерий при запуске программы упражнений.

Физические упражнения вызывают изменения в микробиоте кишечника за счет повышения физической активности (кардиреспираторного фитнеса, CRF) у ранее неактивных испытуемых. Как только у субъекта повышается объем физической активности (PAA), индуцируется ряд полезных молекулярных адаптаций, позволяющих усилить CRF. Значительное потребление кислорода связано со снижением кардиометаболического риска, который может возникнуть при постепенном увеличении энергозатратных видов деятельности, основанных на тренировках на выносливость. Происходят физиологические изменения, и кишечная микробиота, по-видимому, не играет никакой роли в этом процессе. Недавние исследования позволили получить представление о постепенном увеличении числа полезных представителей различных типов бактерий. Однако эти изменения могут зависеть от индекса массы тела (ИМТ), потребности в энергии и времени, которое затрачивается на физические упражнения. Рисунок создан с помощью Biorender.com

Индекс массы тела (ИМТ), по-видимому, является определяющим фактором реакции микробиоты на физическую нагрузку. Некоторые исследования показывают, что фекальная микробиота практически здоровых людей с ИМТ ≥ 25 кг/м 2 демонстрирует дискретные постепенные изменения в отношении относительной численности типов Actinobacteria , Bacteroides , Firmicutes , Proteobacteria и Verrucomicrobia после 6 недель контролируемых аэробных тренировок.

Микробиота кишечника худощавых людей реагирует на аэробные упражнения увеличением количества видов Faecalibacteriumи Lachnospira spp., а также путем сокращения членов Bacteroides.

Упражнения у физически неактивных людей вызывают изменения в составе микробиома и улучшают синтез метаболитов, связанных с кишечной микробиотой.

Информация об адаптации кишечной микробиоты спортсменов к метасообществу. Большинство физиологических систем человека приспосабливаются к физической выносливости, особенно у профессиональных спортсменов и тех, кто принимают участие в соревнованиях. Ранее были описаны четкие различия между физически неактивными и спортивными людьми, особенно в отношении кардиореспираторной адаптации, учитывая, что занятия на выносливость требуют значительного объема кислорода для транспортировки его к различным органам, включая мышцы и печень. Эффективный метаболизм глюкозы и жирных кислот необходим для получения субстратов, которые в конечном итоге преобразуются митохондриями в энергию. Недавние исследования показывают, что уникальная кишечная микробиота может присутствовать у профессиональных спортсменов, а особые и неповторимые бактерии могут положительно влиять на организм хозяина, обеспечивая его питательным веществами. Здесь предполагается, что модификации экосистемы кишечной микробиоты необходимы для создания сетей для улучшения метаболических функций, в частности для производства биометаболитов, которые могут быть использованы хозяином (в данном случае, во время энергозатратных мероприятий). Стрелки обозначают увеличение (↑) или уменьшение (↓). Рисунок создан с помощью Biorender.com

Взгляд на адаптацию метасообщества кишечной микробиоты у спортсменов.

Большинство физиологических систем человека адаптируются к выносливости, особенно у профессионально и соревнующихся спортсменов. Очевидные различия между физически неактивными и спортивными людьми были описаны ранее, особенно в отношении кардиореспираторной адаптации, учитывая, что виды деятельности на выносливость требуют большой кислородной емкости для транспортировки кислорода к различным органам, включая мышцы и печень. Эффективный метаболизм глюкозы и жирных кислот необходим для обеспечения субстратов, которые в конечном итоге превращаются в энергию митохондриями. Недавние исследования показывают, что у профессиональных спортсменов может присутствовать уникальная микробиота кишечника, а особые и уникальные бактерии могут положительно влиять на хозяина, обеспечивая его субстратами из рациона.

Выводы: Объем литературы в этой области быстро растет, поэтому важно, чтобы исследования включали различные методы для оценки других аспектов, связанных с активным образом жизни, таких как режим сна и питания. Изучение других групп, таких как вирусы, археи и паразиты, может привести к лучшему пониманию адаптации кишечной микробиоты к физической активности и спорту и ее потенциально благотворного воздействия на метаболизм и выносливость хозяина.

doi.org