Badanie związku między mikrobiomem jelitowym, poziomem sprawności fizycznej i reakcjami metabolicznymi na ćwiczenia (EXOMIC)

Mikroflora jelitowa to wszystkie mikroorganizmy, w tym bakterie, archeony i mikroskopijne eukarionty, które żyją w przewodzie pokarmowym ludzi lub ssaków. Wszystkie te mikroorganizmy żyją w homeostazie w przewodzie pokarmowym i zapewniają różnorodne korzyści dla układu odpornościowego gospodarza i metabolizmu energetycznego w stanie zwanym eubiozą. Wręcz przeciwnie, stan dysbiozy występuje, gdy zmniejsza się różnorodność bakterii komensalnych, zwłaszcza w niektórych chorobach przewlekłych, takich jak otyłość, nowotwory czy choroby przewodu pokarmowego. W ciągu ostatniej dekady obszerne badania wykazały, że istnieje związek między składem mikroflory jelitowej a wynikami sportowymi. Zespół badawczy w szczególności zidentyfikował bezpośredni związek między mikroflorą jelitową a mięśniami szkieletowymi, kluczowym narządem w wynikach sportowych (Nay i in. 2019). Korzystając z modeli gryzoni, zaobserwowali, że 1) wydajność wytrzymałościowa była zmniejszona u myszy, u których mikrobiom jelitowy został eksperymentalnie zniszczony (Nay i wsp. 2019), oraz 2) zmniejszenie wydajności wytrzymałościowej było spowodowane niższym poziomem glikogenu mięśniowego, a kluczowy substrat energetyczny dla wytrzymałości mięśni.

Przeprowadzono uzupełniające badania na ludziach, aby scharakteryzować wpływ aktywności fizycznej na skład i funkcję mikroflory jelitowej. Badanie przeprowadzone na dużej amerykańskiej kohorcie 1500 osób wykazało zatem, że różnorodność mikroflory jelitowej była znacznie ważniejsza u osób wykonujących regularną aktywność fizyczną (3-5 razy w tygodniu lub więcej) niż u osób nieaktywnych fizycznie. Nieliczne badania przeprowadzone na czołowych sportowcach są zgodne z tymi wynikami. Rzeczywiście wykazano, że międzynarodowi irlandzcy gracze rugby wykazywali wyraźnie większą różnorodność drobnoustrojów niż populacje nieaktywne i prowadzące siedzący tryb życia, co jest związane z wyższą produkcją krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (SCFA), niektórych kluczowych substratów energetycznych wytwarzanych przez bakterie komensalne (Clarke i in. 2014). ; Barton i in. 2018). I odwrotnie, gdy ludzie są całkowicie fizycznie zdekondycjonowani, jak astronauci pod wpływem mikrograwitacji lub obłożnie chorzy, w przewodzie pokarmowym następuje wyraźna modyfikacja składu mikroflory jelitowej (Voorhies i in. 2019). Takich różnic między wyczynowymi sportowcami, osobami nieaktywnymi lub skrajnie nieaktywnymi nie można tłumaczyć wyłącznie stylem życia, a zwłaszcza dietą. Rzeczywiście, badania podłużne wyraźnie wykazały, że kilkutygodniowy okres treningu może zwiększyć różnorodność drobnoustrojów jelitowych u ludzi, co sugeruje zwiększoną zdolność mikroflory jelitowej do pozyskiwania energii z pożywienia, zwłaszcza z błonnika pokarmowego (Allen i in. 2018). Podsumowując, dane te potwierdzają, że mikroflora jelitowa może dostosować się do potrzeb energetycznych organizmu, naprawdę wyższych u sportowców na najwyższym poziomie lub znacznie niższych u osób wyjątkowo nieaktywnych (np. astronauci lub obłożnie chorzy). Dane te sugerują również, że mikroflora jelitowa może punktualnie informować o stanie metabolicznym organizmu danej osoby.

W tym kontekście to badanie kliniczne ma na celu scharakteryzowanie metagenomu bakteryjnego mikroflory jelitowej z populacji znajdujących się w kontinuum od osób prowadzących siedzący tryb życia do sportowców na najwyższym poziomie z wysokim (tj. piłkarzy), nawet bardzo duże zapotrzebowanie energetyczne (tj. rowerzyści). Ostatecznym celem tego projektu jest zatem ustalenie, czy istnieje jakiś profil bakteryjny pozwalający scharakteryzować, a nawet przewidzieć metabolizm energetyczny sportowca, a tym samym prawdopodobieństwo bycia dobrym w zawodach.

W tym celu ocenimy reakcje metaboliczne na ćwiczenia w różnych populacjach sportowców (tj. elitarni rowerzyści i piłkarze) oraz nieaktywne z umiarkowanie aktywnymi populacjami. Wszyscy ochotnicy (n=50) przejdą 3 wizyty w laboratorium M2S: 1) wizytę integracyjną obejmującą pomiary antropometryczne, ankiety dotyczące diety i aktywności fizycznej, po czym ochotnik opuści laboratorium z zestawem Nahibu umożliwiającym przesłanie nam kału w ciągu najbliższych 7 dni, 2) druga wizyta w celu wykonania testu cykli przyrostowych, 3) ostatnia wizyta w celu wykonania pomiarów metabolicznych na czczo w ćwiczeniach podstawowych i submaksymalnych. Parametry metaboliczne mierzone podczas tych badań (m.in. VO2max, moc w progach tlenowych i beztlenowych, maksymalne utlenienie węglowodanów i lipidów) zostaną następnie powiązane z danymi metagenomicznymi uzyskanymi w próbkach kału.