12 viikon yhdistelmäharjoittelun vaikutukset ikääntyneiden aikuisten suoliston mikrobiomiin

Ruoansulatuskanavan (GI) sekä siellä elävien ja kukoistavien mikrobien uskottiin kerran olevan vain osa elintä, jonka ainoa tehtävä oli ruoansulatus. Kuitenkin viime vuosikymmenen aikana lisääntynyt näyttö osoittaa, että ruoansulatuskanavassa elävät mikrobit tekevät paljon muutakin kuin vain ruoansulatusta. Heillä on kyky muokata lukuisia isäntäfysiologisia järjestelmiä, kuten immuunijärjestelmää, ja edistää tervettä ikääntymisprosessia. Lisäksi ne voivat olla osallisena useiden sekä akuuttien (esim. akuutti hengitystieinfektio, ruokamyrkytys) että kroonisten (esim. tulehduksellinen suolistosairaus, astma, masennus, aineenvaihduntasairaus) patofysiologiassa. Avain tähän vaikutukseen isännän terveyteen on suoliston mikrobiyhteisön koostumus ja toiminnallinen aktiivisuus. Molempiin näihin ominaisuuksiin vaikuttavat tekijät, kuten ikä, ruokavalio, stressi ja lääkitys. Siten suoliston mikrobiomi on muunneltava, ja se voi vaikuttaa moniin terveyteen ja hyvinvointiin sekä hyödyllisesti että haitallisesti.

Suoliston mikrobiston monimuotoisuus ja koostumus muuttuvat koko elinkaaren ajan. Alkuperäinen kolonisaatio alkaa syntymästä ja kehittyy koko isännän elämän ajan (Larrosa, 2016) saavuttaen varhaisen kypsymisvaiheensa noin 2-3 vuoden iässä ja pysyen sitten suhteellisen vakaana aikuisiän aikana. Kun isäntä alkaa ikääntyä, suoliston mikrobiston koostumus ja aktiivisuus muuttuvat (Kundu et al., 2017). Ikääntyvälle suoliston mikrobiotalle on ominaista vähentynyt monimuotoisuus, vähentynyt joustavuus (Claesson et al., 2012) ja suuri yksilöiden välinen vaihtelu (Claesson et al., 2011, 2012; The Human Microbiome Project Consortium, 2012). Erityisen mielenkiintoista isännän terveydelle on bifidobakteerien (Biagi et al., 2010; Gueimonde et al., 2010; Hopkins, 2001; Salazar et al., 2013) ja laktobaccillien (Kim & Benayoun, 2020) vähentynyt runsaus. lisääntynyt patobiontien määrä. Nämä muutokset johtavat epätasapainoiseen suoliston mikrobiston koostumukseen - nimeltään dysbioosi - ja liittyvät epäterveelliseen ikääntymiseen.

On olemassa useita tekijöitä, jotka voivat vaikuttaa dysbioosiin vanhemmalla iällä, kuten makuaistin muutokset (Doty et al., 1984), syljenerityksen väheneminen (Salazar et al., 2017) ja heikentynyt puruvoima (Choi & Lee, 2016; Newton et al., 1993), mikä voi kokonaisuudessaan johtaa yksitoikkoisemman ruokavalion kulutukseen (Rinninella ym., 2019). Tämä yhdistettynä vähentyneeseen ruokahaluun ja siten vähentyneeseen ravintoaineiden ja energian saantiin (ilmiöitä, joita kutsutaan "ikääntymisen anoreksiaksi") (Landi et al., 2016), suoliston fysiologian muutoksiin (alentunut suoliston motiliteetti) (Lovat, 1996), antibioottihoidot (Bartosch ym., 2004; Iizumi ym., 2017; Pérez-Cobas ym., 2013), tulehduskipulääkkeiden kulutus (Mäkivuokko ym., 2010), polyfarmassi (Ticinesi et al., 2017), heikentynyt immuunijärjestelmä (Nagpal et al., 2018) ja elinjärjestelyt (Haran et al., 2018) johtavat lopulta epätasapainoiseen mikrobiotaan, mikä johtaa dysbioosiin.

Dysbioottisessa suolistossa useat mikrobivälitteiset muutokset voivat vaikuttaa isännän terveyteen. Esimerkiksi patogeeniset bakteerit voivat häiritä suolistoestettä, ja niiden sivutuotteet, kuten bakteerien lipopolysakkaridi (LPS), voivat päästä systeemiseen verenkiertoon ja aiheuttaa kroonista tulehdusta (Shimizu, 2018). Tämä yhdistettynä jatkuvaan krooniseen matala-asteiseen tulehdukseen, jota esiintyy iän myötä (tunnetaan nimellä "tulehdus") ja ikääntymisprosessin aikana tapahtuvaan immunosensenssiin, lisää tulehdustilaa ja voi myötävaikuttaa useisiin sairauksiin/tiloihin, kuten liikalihavuuteen (Ley). et al., 2006), tyypin 1 diabetes (Wen et al., 2008), tyypin 2 diabetes (Larsen et al., 2010), tulehdukselliset suolistosairaudet (IBD) (Frank et al., 2007), heikkous (Claesson et al. al., 2012), insuliiniresistenssi (Cani et al., 2007), sydän- ja verisuonitaudit (CVD) (Wang et al., 2011; W. Zhu et al., 2016), astma (Arrieta et al., 2015), paksusuolen syöpä (Sobhani et al., 2011), stressiin liittyvät sairaudet (Burokas et al., 2017), dementia (Cattaneo et al., 2017), verenpainetauti (Yan et al., 2017), Alzheimerin tauti (Vogt et al. ., 2017), Parkinsonin tauti (Santos et al., 2019) ja nivelreuma (Kishikawa et al., 2020). Lisäksi tämän tiukasti säädellyn ekosysteemin häiriöt vaikuttavat energian aineenvaihduntaan, ravinteiden imeytymiseen, ruokahalun säätelyyn, immuunijärjestelmään ja useiden keskeisten aineenvaihduntatuotteiden, kuten lyhytketjuisten rasvahappojen (SCFA) ja vitamiinien synteesiin. Siksi interventiot suoliston mikrobiomin muuttamiseksi "nuorempaan", vähemmän dysbioottiseen profiiliin ovat toivottavia iäkkäillä aikuisilla osana onnistunutta ikääntymistä.

Nykyisessä tohtoritutkimusohjelmaan kuuluvassa hankkeessa olemme kiinnostuneita siitä, voiko liikunta/fyysinen aktiivisuus (PA) vaikuttaa positiivisesti ikääntyneiden aikuisten suoliston mikrobiomin koostumukseen ja toiminnalliseen toimintaan. Vaikka se on suhteellisen uusi tutkimusalue, useat tutkimukset ovat osoittaneet, että PA ja liikunta liittyvät muuttuneeseen suoliston mikrobiomiin sekä mikrobikoostumuksen että toiminnallisen aktiivisuuden suhteen nuoremmissa populaatioissa. Esimerkiksi Barton ym. (2017) vertasivat ammattirugby-urheilijoiden suoliston mikrobiota koostumukseen istumiskontrollien kanssa ja varmistivat, että heidän mikrobiotansa olivat selvästi erilaisia. Urheilijoilla oli suurempi mikrobien monimuotoisuus, enemmän SCFA:ta tuottavia bakteereja ja lisääntynyt terveyteen liittyvien reittien runsaus verrattuna istuvaan kontrolleihin. Saman johtopäätöksen tekivät Bressa ym., (2017), jotka havaitsivat, että aktiivisilla premenopausaalisilla naisilla oli erilainen mikrobiotakoostumus kuin istuvassa työssä olevilla naisilla. Tarkemmin sanottuna terveillä naisilla oli enemmän terveyttä edistäviä bakteerilajeja, kuten Faecalibacterium prausnitzi, Roseburia hominis ja Akkermansia muciniphila. Lisäksi he havaitsivat myös käänteisen yhteyden mikrobien monimuotoisuuden ja istuvan käyttäytymisen välillä sekä korrelaation kehon rasvan, iän, lihasmassan ja fyysisen aktiivisuuden välillä useiden bakteeripopulaatioiden kanssa. Nämä aiemmat tutkimukset osoittavat, että fyysinen aktiivisuus liittyy terveyteen liittyvään suoliston mikrobiotaan, mutta mikään niistä ei kontrolloinut ruokavalion vaikutusta hämmentävänä tekijänä. Itse asiassa on mahdollista, että fyysisesti aktiivisilla ihmisillä on yleensä terveellisempää ruokavaliota kuin ei-aktiiviset tai istuvat ihmiset, ja tämä voi vaikuttaa tuloksiin. Allen ym. (2018) osoittivat kuitenkin, että 6 viikon kestävyysharjoittelu kykeni saamaan aikaan muutoksia suoliston mikrobiotassa laihoilla, mutta ei lihavilla henkilöillä ruokavaliosta riippumatta, mikä viittaa siihen, että liikunta/PA voi todellakin aiheuttaa muutoksia suoliston mikrobiomien koostumus sinänsä. Edellisessä tutkimuksessa liikunta pystyi lisäämään SCFA-yhdisteiden ja niitä tuottavien bakteerien pitoisuutta. Liikunnan aiheuttamat muutokset suoliston mikrobiotassa palasivat kuitenkin lähtötasolle 6 viikon huuhtoutumisjakson jälkeen, jolloin osallistujat palasivat istuvaan elämäntapaansa. Nämä havainnot viittaavat siihen, että liikunnan jatkaminen saattaa olla tarpeen suoliston mikrobiotassa tapahtuvien hyödyllisten muutosten ylläpitämiseksi tai parantamiseksi.

Keskitymme nyt iäkkäillä aikuisilla tehtyihin tutkimuksiin. Liikunnan/PA:n tai istuvan käyttäytymisen vaikutuksista suoliston mikrobiomiin tiedetään vain vähän. Tähän mennessä on julkaistu vain 9 julkaisua, jotka koostuvat kolmesta interventiotutkimuksesta, joista kaksi on tehty Aasiassa (Taniguchi et al., 2018). F. Zhong et al., 2020) ja yksi Yhdysvalloissa (Erlandson et al., 2021) ja kuusi havainnointitutkimusta, tehty Ruotsissa (Fart et al., 2020), Yhdysvalloissa (Langsetmo et al., 2019; Q Zhu et ai., 2020), Israel (Magzal et al., 2022), Irlanti (X. Zhong et al., 2021) ja Slovakia (Šoltys et al., 2021). Interventiotutkimukset kestivät 5 (Taniguchi et al., 2018), 8 (F. Zhong et al., 2020) ja 24 viikkoa (Erlandson et al., 2021). Sen lisäksi tehtiin ei-satunnaistettu interventiotutkimus, joka kesti 12 viikkoa (Morita et al., 2019). Tutkimusryhmämme (Ramos et al., 2022) tuottamassa äskettäin julkaistussa systemaattisessa katsauksessa liikunnan ja PA:n vaikutuksista iäkkäiden aikuisten suoliston mikrobiomiin, jonka tarkoituksena oli tehdä yhteenveto aiheesta tehtyjen ihmistutkimusten tuloksista, havaittiin, että liikunta/ PA pystyi lisäämään terveyteen liittyvien bakteerien määrää ja vähentämään haitallisten bakteerien määrää, ja että vanhemmilla ihmisillä, jotka olivat aktiivisempia, oli yleensä parempi suoliston mikrobiota, joka sisälsi enemmän terveyteen liittyviä bakteereja kuin verrattuna heidän inaktiivisiin kollegoihinsa. Tutkimusten välisistä metodologisista eroista johtuen oli kuitenkin vaikeaa löytää yksimielisyyttä siitä, mitkä taksonit reagoivat parhaiten PA-harjoitukseen/liikuntaan. Tuossa systemaattisessa katsauksessa kerättyjen tietojen perusteella annettiin joitain suosituksia alan tulevista tutkimuksista, kuten tarve tehdä enemmän havainnointitutkimuksia länsimaisilla populaatioilla (koska suurin osa julkaisuista on Aasian populaatioissa), tarve suorittaa korkeat tulokset. laadukkaat harjoittelun interventiotutkimukset hallitsemalla joitain tärkeitä häiritseviä tekijöitä (kuten ruokavaliota ja kehon koostumusta) iäkkäillä aikuisilla ja ottamalla mukaan erilaisia ​​liikuntatyyppejä. Toinen keino olisi arvioida istuvan käyttäytymisen vaikutuksia ikääntyneiden aikuisten suoliston mikrobiomiin, koska aiemmin on osoitettu, että passiivisilla ihmisillä on erilainen suoliston mikrobiomikoostumus verrattuna heidän aktiivisiin kollegoihinsa.

Tutkimusryhmämme tekee parhaillaan havainnointitutkimusta, jonka tavoitteena on verrata fyysisesti aktiivisten ja fyysisesti passiivisten ikääntyneiden yhteisössä asuvien suoliston mikrobiomikoostumusta. Haluamme tutkia, onko harjoituksella/PA:lla suotuisa vaikutus suoliston mikrobiomiin 100 Yhdistyneessä kuningaskunnassa iäkkäässä aikuisessa, ja arvioida, onko kehon koostumuksen, kardiorespiratorisen kunnon ja fyysisen toiminnan välillä yhteyttä tiettyjen bakteeritaksonien kanssa.