Die Auswirkungen einer 12-wöchigen kombinierten Trainingsintervention auf das Darmmikrobiom älterer Erwachsener

Der Magen-Darm-Trakt (GI) und die dort lebenden und gedeihenden Mikroben galten einst nur als Teil eines Organs, dessen einzige Funktion die Nahrungsverdauung war. Doch im letzten Jahrzehnt gibt es immer mehr Beweise dafür, dass die im Magen-Darm-Trakt lebenden Mikroben viel mehr tun, als nur Nahrung zu verdauen. Sie haben die Fähigkeit, zahlreiche physiologische Systeme des Wirts zu beeinflussen, beispielsweise die Immunfunktion, und zu einem gesunden Alterungsprozess beizutragen. Darüber hinaus können sie an der Pathophysiologie verschiedener Erkrankungen sowohl akuter (z. B. akute Atemwegsinfektion, Lebensmittelvergiftung) als auch chronischer (z. B. entzündliche Darmerkrankung, Asthma, Depression, Stoffwechselerkrankung) Natur beteiligt sein. Ausschlaggebend für diesen Einfluss auf die Gesundheit des Wirts sind die Zusammensetzung und die funktionelle Aktivität der mikrobiellen Gemeinschaft im Darm. Beide Merkmale werden durch Faktoren wie Alter, Ernährung, Stress und Medikamente beeinflusst. Daher ist das Darmmikrobiom veränderbar und kann viele Aspekte der Gesundheit und des Wohlbefindens sowohl positiv als auch negativ beeinflussen.

Die Vielfalt und Zusammensetzung der Darmmikrobiota verändert sich im Laufe des Lebens. Die anfängliche Besiedlung beginnt bei der Geburt und entwickelt sich im Laufe des Lebens des Wirts weiter (Larrosa, 2016). Sie erreicht ihr frühes Reifestadium im Alter von etwa 2–3 Jahren und bleibt dann im Erwachsenenalter relativ stabil. Wenn der Wirt zu altern beginnt, verändert sich die Zusammensetzung und Aktivität der Darmmikrobiota (Kundu et al., 2017). Eine alternde Darmmikrobiota ist durch eine verringerte Diversität, eine verringerte Widerstandsfähigkeit (Claesson et al., 2012) und eine große interindividuelle Variabilität (Claesson et al., 2011, 2012; The Human Microbiome Project Consortium, 2012) gekennzeichnet. Von besonderem Interesse für die Gesundheit des Wirts ist die verringerte Häufigkeit von Bifidobakterien (Biagi et al., 2010; Gueimonde et al., 2010; Hopkins, 2001; Salazar et al., 2013) und Laktobazillen (Kim & Benayoun, 2020) und an erhöhte Häufigkeit von Pathobionten. Diese Veränderungen führen zu einer unausgewogenen Zusammensetzung der Darmmikrobiota – einer sogenannten Dysbiose – und werden mit ungesundem Altern in Verbindung gebracht.

Es gibt mehrere Faktoren, die zu einer Dysbiose im höheren Alter beitragen können, wie z. B. Veränderungen im Geschmacksempfinden (Doty et al., 1984), eine Abnahme der Speichelproduktion (Salazar et al., 2017) und eine geschwächte Kaukraft (Choi & Lee, 2016; Newton et al., 1993), die insgesamt zu einer eintönigeren Ernährung führen können (Rinninella et al., 2019). Dies, verbunden mit vermindertem Appetit und damit verminderter Nährstoff- und Energieaufnahme (Phänomene, die als „Anorexie des Alterns“ bezeichnet werden) (Landi et al., 2016), Veränderungen in der Darmphysiologie (verminderte Darmmotilität) (Lovat, 1996), dem Vorhandensein von Antibiotikabehandlungen (Bartosch et al., 2004; Iizumi et al., 2017; Pérez-Cobas et al., 2013), Konsum von NSAIDs (Mäkivuokko et al., 2010), Polypharmazie (Ticinesi et al., 2017), a Ein geschwächtes Immunsystem (Nagpal et al., 2018) und Lebensumstände (Haran et al., 2018) führen letztendlich zu einem Ungleichgewicht der Mikrobiota und damit zu einer Dysbiose.

In einem dysbiotischen Darm können eine Reihe mikrobiell vermittelter Veränderungen Auswirkungen auf die Gesundheit des Wirts haben. Beispielsweise können pathogene Bakterien die Darmbarriere stören und ihre Nebenprodukte wie bakterielles Lipopolysaccharid (LPS) können in den systemischen Kreislauf gelangen und chronische Entzündungen verursachen (Shimizu, 2018). In Kombination mit der anhaltenden chronischen Entzündung geringer Schwere, die mit zunehmendem Alter auftritt (bekannt als „Entzündung“), und der Immunseneszenz, die während des Alterungsprozesses auftritt, verstärkt dies den Entzündungszustand und kann zu mehreren Krankheiten/Zuständen wie Fettleibigkeit führen (Ley et al., 2006), Diabetes Typ 1 (Wen et al., 2008), Diabetes Typ 2 (Larsen et al., 2010), entzündliche Darmerkrankungen (IBD) (Frank et al., 2007), Gebrechlichkeit (Claesson et al., 2012), Insulinresistenz (Cani et al., 2007), Herz-Kreislauf-Erkrankungen (CVDs) (Wang et al., 2011; W. Zhu et al., 2016), Asthma (Arrieta et al., 2015), Darmkrebs (Sobhani et al., 2011), stressbedingte Störungen (Burokas et al., 2017), Demenz (Cattaneo et al., 2017), Bluthochdruck (Yan et al., 2017), Alzheimer-Krankheit (Vogt et al ., 2017), Parkinson-Krankheit (Santos et al., 2019) und rheumatoide Arthritis (Kishikawa et al., 2020). Darüber hinaus wirken sich Störungen in diesem streng regulierten Ökosystem auf den Energiestoffwechsel, die Nährstoffaufnahme, die Appetitregulierung, das Immunsystem und die Synthese mehrerer wichtiger Metaboliten wie kurzkettiger Fettsäuren (SCFAs) und Vitamine aus. Daher sind Interventionen zur Veränderung des Darmmikrobioms in ein „jüngeres“, weniger dysbiotisches Profil bei älteren Erwachsenen als Teil eines erfolgreichen Alterns wünschenswert.

Im aktuellen Projekt, das Teil eines Doktorandenforschungsprogramms ist, interessieren wir uns dafür, ob Bewegung/körperliche Aktivität (PA) die Zusammensetzung und funktionelle Aktivität des Darmmikrobioms älterer Erwachsener positiv beeinflussen kann. Obwohl es sich um ein relativ neues Forschungsgebiet handelt, haben mehrere Studien gezeigt, dass PA und Bewegung mit einem veränderten Darmmikrobiom sowohl im Hinblick auf die mikrobielle Zusammensetzung als auch auf die funktionelle Aktivität bei jüngeren Bevölkerungsgruppen verbunden sind. Barton et al. (2017) verglichen beispielsweise die Zusammensetzung der Darmmikrobiota von Profi-Rugby-Sportlern mit denen von Kontrollpersonen, die nicht aktiv waren, und stellten fest, dass sich ihre Mikrobiota deutlich unterschieden. Im Vergleich zu den sesshaften Kontrollpersonen hatten die Sportler eine höhere mikrobielle Diversität, mehr SCFA-produzierende Bakterien und eine größere Häufigkeit gesundheitsbezogener Signalwege. Zur gleichen Schlussfolgerung kamen Bressa et al. (2017), die herausfanden, dass aktive Frauen vor der Menopause eine andere Mikrobiota-Zusammensetzung aufwiesen als Frauen, die sich nicht bewegten. Genauer gesagt wiesen gesunde Frauen eine höhere Häufigkeit gesundheitsfördernder Bakterienarten auf, wie etwa Faecalibacterium prausnitzi, Roseburia hominis und Akkermansia muciniphila. Darüber hinaus fanden sie auch einen umgekehrten Zusammenhang zwischen mikrobieller Vielfalt und sitzendem Verhalten sowie eine Korrelation zwischen Körperfett, Alter, Muskelmasse und körperlicher Aktivität bei mehreren Bakterienpopulationen. Diese früheren Studien zeigen, dass körperliche Aktivität mit einer gesundheitsassoziierten Darmmikrobiota verbunden ist, allerdings wurde in keiner dieser Studien der Einfluss der Ernährung als Störfaktor berücksichtigt. Tatsächlich ist es möglich, dass sich körperlich aktive Menschen im Vergleich zu inaktiven oder sitzenden Menschen tendenziell gesünder ernähren, was sich auf die Ergebnisse auswirken kann. Allen et al. (2018) zeigten jedoch, dass 6 Wochen Ausdauertraining unabhängig von der Ernährung bei mageren, aber nicht bei adipösen Probanden Veränderungen in der Darmmikrobiota hervorrufen konnten, was darauf hindeutet, dass Bewegung/PA tatsächlich Veränderungen induzieren kann die Zusammensetzung des Darmmikrobioms an sich. In der vorherigen Studie konnte durch Bewegung die Konzentration von SCFAs und den Bakterien, die sie produzieren, erhöht werden. Die durch körperliche Betätigung verursachten Veränderungen in der Darmmikrobiota kehrten jedoch nach einer sechswöchigen Auswaschphase, in der die Teilnehmer zu ihrem sitzenden Lebensstil zurückkehrten, auf den Ausgangswert zurück. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Aufrechterhaltung der körperlichen Betätigung erforderlich sein könnte, um die positiven Veränderungen, die in der Darmmikrobiota auftreten, aufrechtzuerhalten oder zu verbessern.

Konzentriert man sich nun auf Studien, die an älteren Erwachsenen durchgeführt wurden, ist wenig über die Auswirkungen von Bewegung/PA oder sitzendem Verhalten auf das Darmmikrobiom bekannt. Bisher liegen nur 9 Veröffentlichungen vor, darunter 3 Interventionsstudien, von denen zwei in Asien durchgeführt wurden (Taniguchi et al., 2018). ; F. Zhong et al., 2020) und eine in den USA (Erlandson et al., 2021) sowie 6 Beobachtungsstudien, durchgeführt in Schweden (Fart et al., 2020), USA (Langsetmo et al., 2019; Q . Zhu et al., 2020), Israel (Magzal et al., 2022), Irland (X. Zhong et al., 2021) und der Slowakei (Šoltys et al., 2021). Die Interventionsstudien hatten eine Dauer von 5 (Taniguchi et al., 2018), 8 (F. Zhong et al., 2020) und 24 Wochen (Erlandson et al., 2021). Darüber hinaus gab es eine nicht randomisierte Interventionsstudie mit einer Dauer von 12 Wochen (Morita et al., 2019). Eine kürzlich von unserer Forschungsgruppe (Ramos et al., 2022) veröffentlichte systematische Übersicht über die Auswirkungen von Bewegung und PA auf das Darmmikrobiom älterer Erwachsener, die darauf abzielte, die Ergebnisse der zu diesem Thema durchgeführten Studien am Menschen zusammenzufassen, ergab, dass Bewegung/ PA war in der Lage, die Häufigkeit gesundheitsrelevanter Bakterien zu erhöhen und die Häufigkeit schädlicher Bakterien zu verringern, und dass ältere Menschen, die aktiver waren, tendenziell eine bessere Darmmikrobiota-Zusammensetzung mit mehr gesundheitsrelevanten Bakterien aufwiesen als ihre inaktiven Kollegen. Aufgrund der methodischen Unterschiede zwischen den Studien war es jedoch schwierig, einen Konsens darüber zu finden, welche Taxa am stärksten auf PA/Übung reagierten bzw. damit in Zusammenhang standen. Basierend auf den im Rahmen dieser systematischen Überprüfung gesammelten Informationen wurden einige Empfehlungen für zukünftige Studien auf diesem Gebiet ausgesprochen, z. B. die Notwendigkeit, mehr Beobachtungsstudien in westlichen Bevölkerungsgruppen durchzuführen (da sich die meisten Veröffentlichungen auf asiatische Bevölkerungsgruppen beziehen), und die Notwendigkeit, hohe Leistungen zu erbringen Hochwertige Trainingsinterventionsstudien durch die Kontrolle einiger wichtiger Störfaktoren (wie Ernährung und Körperzusammensetzung) bei älteren Erwachsenen und durch die Einbeziehung verschiedener Arten von Übungen. Eine andere Möglichkeit bestünde darin, die Auswirkungen von sitzendem Verhalten auf das Darmmikrobiom älterer Erwachsener zu untersuchen, da bereits gezeigt wurde, dass inaktive Menschen im Vergleich zu ihren aktiven Gegenstücken eine andere Zusammensetzung des Darmmikrobioms aufweisen.

Unsere Forschungsgruppe führt derzeit eine Beobachtungsstudie durch, die darauf abzielt, die Zusammensetzung des Darmmikrobioms körperlich aktiver und körperlich inaktiver älterer Erwachsener in Wohngemeinschaften zu vergleichen. Wir möchten untersuchen, ob Bewegung/PA eine positive Wirkung auf das Darmmikrobiom einer Stichprobe von 100 älteren Erwachsenen im Vereinigten Königreich hat, und beurteilen, ob es einen Zusammenhang zwischen Körperzusammensetzung, kardiorespiratorischer Fitness und körperlicher Funktion bei bestimmten Bakteriengruppen gibt.