Účinky 12týdenní intervence kombinovaného cvičení na střevní mikrobiom starších dospělých

Gastrointestinální (GI) trakt, stejně jako mikroby, které tam žijí a prosperují, byly kdysi považovány za součást orgánu, jehož jedinou funkcí bylo trávení potravy. Během posledního desetiletí však stále více důkazů ukazuje, že mikroby, které sídlí v GI traktu, dělají mnohem víc než jen trávení potravy. Mají schopnost formovat řadu fyziologických systémů hostitele, jako je imunitní funkce, a přispívat ke zdravému procesu stárnutí. Navíc se mohou podílet na patofyziologii několika onemocnění jak akutního (např. akutní respirační infekce, otrava jídlem), tak chronického (např. zánětlivé onemocnění střev, astma, deprese, metabolické onemocnění) povahy. Klíčem k tomuto vlivu na zdraví hostitele je složení a funkční aktivita střevní mikrobiální komunity. Obě tyto vlastnosti jsou ovlivněny faktory, jako je věk, strava, stres a léky. Střevní mikrobiom je tedy modifikovatelný a má potenciál ovlivnit mnoho aspektů zdraví a pohody, a to jak prospěšně, tak nepříznivě.

Diverzita a složení střevní mikroflóry se v průběhu života mění. Počáteční kolonizace začíná při narození a vyvíjí se v průběhu života hostitele (Larrosa, 2016) a dosahuje raného stadia dozrávání kolem 2-3 let a poté zůstává relativně stabilní během dospělosti. Jak hostitel začíná stárnout, mění se složení a aktivita střevní mikroflóry (Kundu et al., 2017). Stárnoucí střevní mikroflóra se vyznačuje sníženou diverzitou, sníženou odolností (Claesson et al., 2012) a velkou interindividuální variabilitou (Claesson et al., 2011, 2012; The Human Microbiome Project Consortium, 2012). Specifický zájem o zdraví hostitele je snížený výskyt bifidobakterií (Biagi et al., 2010; Gueimonde et al., 2010; Hopkins, 2001; Salazar et al., 2013) a Lactobaccilli (Kim & Benayoun), a 2020 zvýšené množství patobiontů. Tyto změny mají za následek nevyvážené složení střevní mikroflóry – nazývané dysbióza – a jsou spojeny s nezdravým stárnutím.

Existuje několik faktorů, které mohou přispívat k dysbióze ve vyšším věku, jako jsou změny ve vnímání chuti (Doty et al., 1984), snížení produkce slin (Salazar et al., 2017) a oslabená síla žvýkání (Choi & Lee, 2016; Newton et al., 1993), což může celkově vést ke konzumaci monotónnější stravy (Rinninella et al., 2019). To v kombinaci se sníženou chutí k jídlu a tím i sníženým příjmem živin a energie (fenomén zvaný „anorexie stárnutí“) (Landi et al., 2016), změny ve fyziologii střev (snížená střevní motilita) (Lovat, 1996), přítomnost antibiotická léčba (Bartosch et al., 2004; Iizumi et al., 2017; Pérez-Cobas et al., 2013), konzumace NSAID (Mäkivuokko et al., 2010), polyfarmacie (Ticinesi et al., 2017), a. oslabený imunitní systém (Nagpal et al., 2018) a životní uspořádání (Haran et al., 2018) nakonec povedou k nevyvážené mikrobiotě, což povede k dysbióze.

V dysbiotickém střevě může mít na zdraví hostitele vliv řada mikrobiálně zprostředkovaných změn. Například patogenní bakterie mohou narušit střevní bariéru a jejich vedlejší produkty, jako je bakteriální lipopolysacharid (LPS), se mohou dostat do systémové cirkulace a způsobit chronický zánět (Shimizu, 2018). To v kombinaci s přetrvávajícím chronickým zánětem nízkého stupně, který se vyskytuje s věkem (známým jako „zánětlivý“), a imunosenescencí, ke které dochází během procesu stárnutí, zvýší zánětlivý stav a může přispět k řadě onemocnění/stavů, jako je obezita (Ley a kol., 2006), diabetes typu 1 (Wen a kol., 2008), diabetes typu 2 (Larsen a kol., 2010), zánětlivá onemocnění střev (IBD) (Frank a kol., 2007), křehkost (Claesson a kol. al., 2012), inzulinová rezistence (Cani et al., 2007), kardiovaskulární onemocnění (CVD) (Wang et al., 2011; W. Zhu et al., 2016), astma (Arrieta et al., 2015), kolorektální karcinom (Sobhani et al., 2011), poruchy související se stresem (Burokas et al., 2017), demence (Cattaneo et al., 2017), hypertenze (Yan et al., 2017), Alzheimerova choroba (Vogt et al. ., 2017), Parkinsonova nemoc (Santos et al., 2019) a revmatoidní artritida (Kishikawa et al., 2020). Kromě toho poruchy v tomto přísně regulovaném ekosystému ovlivní energetický metabolismus, absorpci živin, regulaci chuti k jídlu, imunitní systém a syntézu několika klíčových metabolitů, jako jsou mastné kyseliny s krátkým řetězcem (SCFA) a vitamíny. Proto jsou u starších dospělých v rámci úspěšného stárnutí žádoucí zásahy ke změně střevního mikrobiomu na „mladší“, méně dysbiotický profil.

V současném projektu, který je součástí doktorského výzkumného programu, nás zajímá, zda cvičení/fyzická aktivita (PA) může pozitivně ovlivnit složení a funkční aktivitu střevního mikrobiomu starších dospělých. Ačkoli jde o relativně novou oblast výzkumu, několik studií ukázalo, že PA a cvičení jsou spojeny se změněným střevním mikrobiomem jak z hlediska mikrobiálního složení, tak funkční aktivity u mladších populací. Barton et al., (2017) například porovnávali složení střevní mikroflóry profesionálních ragbyových sportovců se sedavými kontrolami a ověřili, že jejich mikroflóra byla výrazně odlišná. Sportovci měli vyšší mikrobiální diverzitu, vyšší produkci bakterií SCFA a zvýšený výskyt cest souvisejících se zdravím ve srovnání se sedavými kontrolami. Ke stejnému závěru došli Bressa et al., (2017), kteří zjistili, že ženy před menopauzou, které byly aktivní, měly jiné složení mikroflóry ve srovnání se ženami, které byly sedavé. Přesněji řečeno, zdravé ženy měly vyšší množství zdraví prospěšných bakteriálních druhů, jako je Faecalibacterium prausnitzi, Roseburia hominis a Akkermansia muciniphila. Kromě toho také zjistili inverzní vztah mezi mikrobiální diverzitou a sedavým chováním a korelaci mezi tělesným tukem, věkem, svalovou hmotou a fyzickou aktivitou s několika bakteriálními populacemi. Tyto předchozí studie ukazují, že fyzická aktivita je spojena se zdravím spojenou střevní mikroflórou, avšak žádná z nich nekontrolovala vliv stravy jako matoucího faktoru. Ve skutečnosti je možné, že lidé, kteří jsou fyzicky aktivní, mají tendenci mít zdravější stravu ve srovnání s neaktivními nebo sedavými lidmi, a to může ovlivnit výsledky. Allen et al., (2018) však prokázali, že 6 týdnů vytrvalostního cvičení dokázalo vyvolat změny střevní mikroflóry u hubených, ale ne u obézních subjektů nezávisle na stravě, což naznačuje, že cvičení/PA může skutečně vyvolat změny složení střevního mikrobiomu jako takové. V předchozí studii bylo cvičení schopné zvýšit koncentraci SCFA a bakterií, které je produkují. Cvičením vyvolané změny střevní mikroflóry se však vrátily na výchozí hodnoty po 6týdenním vymývacím období, kdy se účastníci vrátili ke svému sedavému životnímu stylu. Tato zjištění naznačují, že k udržení nebo zlepšení prospěšných změn, k nimž dochází ve střevní mikrobiotě, může být zapotřebí trvalé cvičení.

Zaměřujeme se nyní na studie provedené u starších dospělých, o účincích cvičení/PA nebo sedavého chování na střevní mikrobiom je známo jen málo, dosud bylo publikováno pouze 9 publikací, které se skládají ze 3 intervenčních studií, z nichž dvě byly provedeny v Asii (Taniguchi et al., 2018 ; F. Zhong et al., 2020) a jedna v USA (Erlandson et al., 2021) a 6 observačních studií, provedených ve Švédsku (Fart et al., 2020), USA (Langsetmo et al., 2019; Q Zhu a kol., 2020), Izrael (Magzal a kol., 2022), Irsko (X. Zhong et al., 2021) a Slovensko (Šoltys et al., 2021). Intervenční studie trvaly 5 (Taniguchi et al., 2018), 8 (F. Zhong a kol., 2020) a 24 týdnů (Erlandson a kol., 2021). Kromě toho existovala nerandomizovaná intervenční studie, která trvala 12 týdnů (Morita et al., 2019). Nedávno publikovaný systematický přehled účinků cvičení a PA na střevní mikrobiom starších dospělých vytvořený naší výzkumnou skupinou (Ramos et al., 2022), jehož cílem bylo shrnout výsledky studií na lidech provedených na toto téma, zjistil, že cvičení/ PA dokázala zvýšit množství bakterií souvisejících se zdravím a snížit množství škodlivých bakterií a že starší lidé, kteří byli aktivnější, měli tendenci mít lepší složení střevní mikroflóry obsahující více bakterií souvisejících se zdravím než ve srovnání s jejich neaktivními protějšky. Kvůli metodologickým rozdílům mezi studiemi však bylo těžké najít shodu na tom, které taxony nejvíce reagují na PA/cvičení/souvisejí s nimi. Na základě informací shromážděných na základě tohoto systematického přehledu byla učiněna některá doporučení týkající se budoucích studií v této oblasti, jako je potřeba provádět více pozorovacích studií u západních populací (protože většina publikací je v asijských populacích), potřeba provádět vysoké kvalitní intervenční studie cvičení kontrolou některých důležitých matoucích faktorů (jako je strava a složení těla) u starších dospělých a zahrnutím různých typů cvičení. Dalším způsobem by bylo posouzení účinků sedavého chování na střevní mikrobiom starších dospělých, protože již dříve bylo prokázáno, že neaktivní lidé mají ve srovnání s jejich aktivními protějšky jiné složení střevního mikrobiomu.

Naše výzkumná skupina v současné době provádí observační studii, jejímž cílem je porovnat složení střevního mikrobiomu fyzicky aktivních a fyzicky neaktivních starších lidí žijících v komunitě. Chceme prozkoumat, zda má cvičení/PA příznivý účinek na střevní mikrobiom vzorku 100 starších dospělých ve Spojeném království, a posoudit, zda existuje nějaká souvislost mezi složením těla, kardiorespirační zdatností a fyzickou funkcí s určitými bakteriálními taxony.