Effekten av trening på Hippocampus-avhengig kognisjon og tarmmikrobiotaen (NeuroFit)

Hovedforskningsspørsmål: Har trening en innvirkning på global kognisjon, hippocampus-avhengig minnefunksjon og tarmmikrobiotaen i en middelaldrende menneskelig befolkning?

Middelalderen er en kritisk tid for kognitive/stemningsforandringer og går foran prodromal demens, som er mediert av endringer i nevroplastisitet og endret tarmmikrobiota. Denne perioden av levetiden er også assosiert med vektøkning, nedgang i metabolisme og fysisk form. Likevel er det uklart om kognitive endringer og humørsvingninger kan forbedres som svar på trening og rollen til tarmmikrobiota.

Hippocampus spiller en rolle i kognisjon og humør og er sårbar for tarmmedierte og metabolske endringer. Den er i stand til å generere nye nevroner fra nevrale stamceller gjennom hele livet. Dette er en modifiserbar prosess av nevroplastisitet kalt voksen hippocampus neurogenesis (AHN), som avtar med alderen i menneske- og gnagerhjernen. Trening er en robust forsterker av AHN og demper underskudd i den gamle hjernen. Gnagerstudier har vist at AHN ligger til grunn for antidepressive effekter og visse former for hukommelse. Spesielt mønsterseparasjon, evnen til å skille mellom lignende opplevelser eller miljøer. En redusert evne til mønsterskille er tydelig hos eldre individer og er et tidlig symptom ved mild kognitiv svikt, som kan oppstå i middelalderen. Dessuten har mønsterseparasjon vist seg å være svekket og AHN redusert i middelaldrende forhold sammenlignet med unge rotter. Mønsterseparasjon har også blitt implisert som kritisk sensitiv for trening. Imidlertid er potensialet for trening for å forhindre/reversere et underskudd i AHN og mønsterseparasjon i middelalderen ennå ikke undersøkt. Et stort kunnskapshull er identifiseringen av mekanismene som ligger til grunn for kognitiv svikt i middelalderen, og hvordan modulerende faktorer, som trening, kan dempe dem.

Etterforskerne foreslår at sammensetningen av tarmmikrobiotaen og deres metabolitter i middelalderen kan forutsi redusert AHN og mønsterseparasjon, som kan reddes/forbedres ved trening, og er dermed et sentralt mekanistisk mål for undersøkelser. Til støtte er aldring assosiert med en nedgang i gastrointestinal funksjon og en endring i mikrobiotasammensetning. Middelalder er spesielt utsatt for endringer i sammensetning og metabolitt i tarmmikrobiota kombinert med nevroinflammasjon hos mus, og at disse effektene er modifisert som svar på prebiotisk tilskudd. En endret tarmmikrobiota er assosiert med lavt humør/depressiv oppførsel gjennom metabolske endringer, og bakteriefrie mus viser en avvikende økning av nevrogenese. Dessuten viser foreløpige data at utarming av tarmmikrobiota (indusert av langvarig antibiotikaadministrasjon) fører til en reduksjon i mønsterseparasjon og AHN, om enn hos unge voksne rotter.

Akkumulerende bevis tyder på at trening kan endre tarmens mikrobielle sammensetning og serummetabolitter. Interessant nok presenterer mennesker og rotter den samme metabolske signaturen i plasma etter trening. Dessuten kan effekten av trening på metabolske profiler overføres via fekal mikrobiotatransplantasjon (FMT). Tatt i betraktning tarmmikrobiotaen (i) er sensitiv for trening og alder, (ii) regulerer AHN og (iii) er involvert i mønsterseparasjon og humør, foreslår etterforskerne at tarmmikrobiomet-AHN-kommunikasjonen er viktig for å opprettholde hippocampus integritet og kognitiv funksjon i middelalderen.

Mål Det overordnede målet med NeuroFit-studien er å utvikle og teste effekten av en gruppebasert treningsintervensjon for å identifisere spesifikke tarmmikrobiota og metabolske signaturer som kan påvirke kognitive endringer og humørsvingninger hos middelaldrende voksne.

Hypotese Redusert mønsterseparasjon i middelalderen kan reddes/forbedres ved trening ledsaget av endringer i tarmmikrobiota og relaterte metabolitter.

Mål NeuroFit-studien har 3 hovedmål.

1. Bestem effekten av en 12-ukers treningsintervensjon (30 minutter, 3 dager i uken) sammenlignet med en kontrollgruppe (fortsatt vanemessig atferd) hos friske, middelaldrende deltakere på kognisjon og humør.
2. Identifiser spesifikke tarmmikrobiota og metabolske signaturer i middelalderen som reagerer på trening og predikerer kognitive endringer og humørsvingninger i en randomisert kontrollert studie.
3. Vurder virkningen av trening på nevropsykiatriske symptomer, serum BDNF, diettinntak, livskvalitet, vanlig fysisk aktivitet, kardio-respiratorisk kondisjon, antropometri og kardiometabolsk helse på kognisjon og humør.