Effektene av en 12-ukers kombinert treningsintervensjon på tarmmikrobiomet hos eldre voksne

Mage-tarmkanalen (GI), så vel som mikrobene som lever og trives der, ble en gang antatt å være bare en del av et organ hvis eneste funksjon var matfordøyelsen. I løpet av det siste tiåret viser økende bevis at mikrobene som befinner seg i GI-kanalen gjør mye mer enn bare å fordøye mat. De har evnen til å forme en rekke vertsfysiologiske systemer, for eksempel immunfunksjon, og til å bidra til en sunn aldringsprosess. Dessuten kan de være involvert i patofysiologien til flere sykdommer av både akutt (f.eks. akutt luftveisinfeksjon, matforgiftning) og kronisk (f.eks. inflammatorisk tarmsykdom, astma, depresjon, metabolsk sykdom). Nøkkelen til denne påvirkningen på vertshelsen er sammensetningen og funksjonelle aktiviteten til det mikrobielle samfunnet i tarmen. Begge disse egenskapene påvirkes av faktorer som alder, kosthold, stress og medisiner. Dermed kan tarmmikrobiomet endres, med potensial til å påvirke mange aspekter av helse og velvære, både gunstig og skadelig.

Tarmmikrobiota-mangfold og sammensetning endres gjennom hele levetiden. Initial kolonisering starter ved fødselen og utvikler seg gjennom hele livet til verten (Larrosa, 2016) og når sitt tidlige modningsstadium rundt 2-3 år og forblir deretter relativt stabilt i voksen alder. Når verten begynner å eldes, endres tarmmikrobiotasammensetningen og aktiviteten (Kundu et al., 2017). En aldrende tarmmikrobiota er preget av redusert mangfold, redusert motstandskraft (Claesson et al., 2012) og stor interindividuell variabilitet (Claesson et al., 2011, 2012; The Human Microbiome Project Consortium, 2012). Av spesifikk interesse for vertshelsen er den reduserte forekomsten av bifidobakterier (Biagi et al., 2010; Gueimonde et al., 2010; Hopkins, 2001; Salazar et al., 2013) og Lactobaccilli (Kim & Benayoun, 2020), og en økt overflod av patobionter. Disse endringene resulterer i en ubalansert sammensetning av tarmmikrobiota - kalt dysbiose - og er assosiert med usunn aldring.

Det er flere faktorer som kan bidra til dysbiose i eldre alder, som endringer i smaksfølelse (Doty et al., 1984), en reduksjon i spyttproduksjon (Salazar et al., 2017) og svekket tyggestyrke (Choi & Lee, 2016; Newton et al., 1993) som til sammen kan føre til inntak av et mer monotont kosthold (Rinninella et al., 2019). Dette, kombinert med redusert appetitt og dermed redusert nærings- og energiinntak (fenomener kalt «aldringsanorexia») (Landi et al., 2016), endringer i tarmfysiologien (redusert tarmmotilitet) (Lovat, 1996), tilstedeværelse av antibiotikabehandlinger (Bartosch et al., 2004; Iizumi et al., 2017; Pérez-Cobas et al., 2013), inntak av NSAIDs (Mäkivuokko et al., 2010), polyfarmasi (Ticinesi et al., 2017), en svekket immunsystem (Nagpal et al., 2018) og levesett (Haran et al., 2018) vil til slutt føre til en ubalansert mikrobiota, og dermed resultere i dysbiose.

I en dysbiotisk tarm kan en rekke mikrobielt medierte endringer påvirke helsen til verten. For eksempel kan patogene bakterier forstyrre tarmbarrieren, og deres underprodukter, som bakteriell lipopolysakkarid (LPS) kan komme inn i den systemiske sirkulasjonen og forårsake kronisk betennelse (Shimizu, 2018). Dette, kombinert med den vedvarende kroniske lavgradige betennelsen som oppstår med alderen (kjent som 'betennende') og immunosenescensen som oppstår under aldringsprosessen, vil øke den inflammatoriske tilstanden og kan bidra til flere sykdommer/tilstander, som fedme (Ley). et al., 2006), diabetes type 1 (Wen et al., 2008), diabetes type 2 (Larsen et al., 2010), inflammatoriske tarmsykdommer (IBD) (Frank et al., 2007), skrøpelighet (Claesson et al. al., 2012), insulinresistens (Cani et al., 2007), hjerte- og karsykdommer (CVD) (Wang et al., 2011; W. Zhu et al., 2016), astma (Arrieta et al., 2015), tykktarmskreft (Sobhani et al., 2011), stressrelaterte lidelser (Burokas et al., 2017), demens (Cattaneo et al., 2017), hypertensjon (Yan et al., 2017), Alzheimers sykdom (Vogt et al. ., 2017), Parkinsons sykdom (Santos et al., 2019) og revmatoid artritt (Kishikawa et al., 2020). Videre vil forstyrrelser i dette tett regulerte økosystemet påvirke energimetabolismen, næringsopptaket, appetittreguleringen, immunsystemet og syntesen av flere nøkkelmetabolitter, som kortkjedede fettsyrer (SCFA) og vitaminer. Derfor er intervensjoner for å endre tarmmikrobiomet til en "yngre", mindre dysbiotisk profil ønskelig hos eldre voksne som en del av vellykket aldring.

I det aktuelle prosjektet, som er en del av et doktorgradsforskningsprogram, er vi interessert i om trening/fysisk aktivitet (PA) kan ha en positiv innvirkning på sammensetningen og funksjonelle aktiviteten til tarmmikrobiomet hos eldre voksne. Selv om det er et relativt nytt forskningsområde, har flere studier vist at PA og trening er assosiert med et endret tarmmikrobiom både når det gjelder mikrobiell sammensetning og funksjonell aktivitet i yngre populasjoner. Barton et al., (2017), sammenlignet for eksempel tarmmikrobiotasammensetningen til profesjonelle rugbyidrettsutøvere med stillesittende kontroller og bekreftet at deres mikrobiota var tydelig forskjellig. Idrettsutøvere hadde høyere mikrobiell mangfold, høyere SCFA-produserende bakterier og en økt overflod av helserelaterte veier sammenlignet med de stillesittende kontrollene. Den samme konklusjonen ble nådd av Bressa et al., (2017), som fant at premenopausale kvinner som var aktive hadde en annen mikrobiotasammensetning sammenlignet med kvinner som var stillesittende. Mer spesifikt hadde friske kvinner en høyere overflod av helsefremmende bakteriearter, som Faecalibacterium prausnitzi, Roseburia hominis og Akkermansia muciniphila. Dessuten fant de også en omvendt sammenheng mellom mikrobiell mangfold og stillesittende atferd og en sammenheng mellom kroppsfett, alder, muskelmasse og fysisk aktivitet med flere bakteriepopulasjoner. Disse tidligere studiene viser at fysisk aktivitet er assosiert med en helseassosiert tarmmikrobiota, men ingen av dem kontrollerte for påvirkning av kosthold som en forstyrrende faktor. Faktisk er det mulig at personer som er fysisk aktive har en tendens til å ha et sunnere kosthold sammenlignet med inaktive eller stillesittende mennesker, og dette kan påvirke resultatene. Allen et al., (2018), viste imidlertid at 6 uker med utholdenhetstrening var i stand til å indusere endringer i tarmmikrobiotaen hos magre, men ikke hos overvektige personer uavhengig av kostholdet, noe som tyder på at trening/PA faktisk kan indusere endringer i tarmmikrobiomets sammensetning i seg selv. I den forrige studien var trening i stand til å øke konsentrasjonen av SCFA og bakteriene som produserer dem. Imidlertid returnerte de treningsinduserte endringene i tarmmikrobiotaen til baseline etter en 6-ukers utvaskingsperiode, da deltakerne vendte tilbake til sin stillesittende livsstil. Disse funnene tyder på at opprettholdelse av trening kan være nødvendig for å opprettholde, eller forbedre, de fordelaktige endringene som skjer i tarmmikrobiotaen.

Med fokus nå på studier utført på eldre voksne, er lite kjent om effekten av trening/PA eller stillesittende atferd på tarmmikrobiomet med bare 9 publikasjoner så langt, bestående av 3 intervensjonsstudier, to utført i Asia (Taniguchi et al., 2018) ; F. Zhong et al., 2020) og en i USA (Erlandson et al., 2021) og 6 observasjonsstudier, utført i Sverige (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) og Slovakia (Šoltys et al., 2021). Intervensjonsstudiene hadde en varighet på 5 (Taniguchi et al., 2018), 8 (F. Zhong et al., 2020) og 24 uker (Erlandson et al., 2021). I tillegg var det en ikke-randomisert intervensjonsstudie som hadde en varighet på 12 uker (Morita et al., 2019). En nylig publisert systematisk gjennomgang av effekten av trening og PA på tarmmikrobiomet hos eldre voksne produsert av vår forskningsgruppe (Ramos et al., 2022) som hadde som mål å oppsummere resultatene av menneskestudier utført i dette emnet, fant at trening/ PA var i stand til å øke mengden av helserelaterte bakterier og redusere mengden av skadelige bakterier, og at eldre mennesker som var mer aktive hadde en tendens til å ha en bedre sammensetning av tarmmikrobiota som inneholdt flere helserelaterte bakterier enn sammenlignet med deres inaktive kolleger. På grunn av metodologiske forskjeller mellom studier, var det imidlertid vanskelig å finne en konsensus om hvilke taxaer som var mest responsive på/assosiert med PA/trening. Basert på informasjonen samlet om den systematiske oversikten, ble det gitt noen anbefalinger angående fremtidige studier på feltet, for eksempel behovet for å utføre flere observasjonsstudier i vestlige populasjoner (siden flertallet av publikasjonene er i asiatiske populasjoner), behovet for å utføre høye treningsintervensjonsstudier av høy kvalitet ved å kontrollere noen viktige forstyrrende faktorer (som kosthold og kroppssammensetning) hos eldre voksne og ved å inkludere ulike typer trening. En annen vei ville være å vurdere effekten av stillesittende atferd på tarmmikrobiomet til eldre voksne, siden det tidligere har blitt vist at inaktive mennesker har en annen tarmmikrobiomsammensetning sammenlignet med deres aktive motparter.

Forskningsgruppen vår gjennomfører for tiden en observasjonsstudie som tar sikte på å sammenligne tarmmikrobiomets sammensetning av fysisk aktive vs fysisk inaktive samfunn som bor eldre voksne. Vi ønsker å undersøke om trening/PA har en gunstig effekt på tarmmikrobiomet til en prøve på 100 britiske eldre voksne og vurdere om det er noen sammenheng mellom kroppssammensetning, kardiorespiratorisk kondisjon og fysisk funksjon med visse bakterielle taxa.