Wpływ 12-tygodniowej interwencji łączonej na mikrobiom jelitowy osób starszych

Kiedyś uważano, że przewód pokarmowy oraz żyjące w nim drobnoustroje to tylko część narządu, którego jedyną funkcją jest trawienie pokarmu. Jednak w ciągu ostatniej dekady coraz więcej dowodów wskazuje, że drobnoustroje zamieszkujące przewód pokarmowy wykonują znacznie więcej niż tylko trawienie pokarmu. Mają zdolność kształtowania wielu układów fizjologicznych gospodarza, takich jak funkcje odpornościowe, i przyczyniania się do zdrowego procesu starzenia. Ponadto mogą brać udział w patofizjologii szeregu chorób zarówno o charakterze ostrym (np. ostra infekcja dróg oddechowych, zatrucie pokarmowe), jak i przewlekłym (np. nieswoiste zapalenie jelit, astma, depresja, choroby metaboliczne). Kluczem do tego wpływu na zdrowie gospodarza jest skład i aktywność funkcjonalna społeczności drobnoustrojów jelitowych. Na obie te cechy wpływają takie czynniki, jak wiek, dieta, stres i leki. Zatem mikrobiom jelitowy można modyfikować, co może wpływać na wiele aspektów zdrowia i dobrego samopoczucia, zarówno korzystnie, jak i szkodliwie.

Różnorodność i skład mikroflory jelitowej zmienia się w ciągu życia. Początkowa kolonizacja rozpoczyna się w momencie urodzenia i ewoluuje przez całe życie żywiciela (Larrosa, 2016), osiągając wczesny etap dojrzewania w wieku około 2-3 lat, a następnie pozostając stosunkowo stabilną w wieku dorosłym. Gdy gospodarz zaczyna się starzeć, zmienia się skład i aktywność mikroflory jelitowej (Kundu i in., 2017). Starzejąca się mikrobiota jelitowa charakteryzuje się zmniejszoną różnorodnością, zmniejszoną odpornością (Claesson i in., 2012) i dużą zmiennością międzyosobniczą (Claesson i in., 2011, 2012; The Human Microbiome Project Consortium, 2012). Szczególne znaczenie dla zdrowia gospodarza ma zmniejszona liczebność Bifidobacteria (Biagi i in., 2010; Gueimonde i in., 2010; Hopkins, 2001; Salazar i in., 2013) i Lactobaccilli (Kim i Benayoun, 2020), a także zwiększona liczebność patobiontów. Zmiany te skutkują niezrównoważonym składem mikroflory jelitowej – zwanym dysbiozą – i są powiązane z niezdrowym starzeniem się.

Istnieje kilka czynników, które mogą przyczyniać się do dysbiozy w starszym wieku, takich jak zmiany w odczuwaniu smaku (Doty i in., 1984), zmniejszenie produkcji śliny (Salazar i in., 2017) oraz osłabienie siły żucia (Choi i Lee, 2016; Newton i in., 1993), co w sumie może prowadzić do stosowania bardziej monotonnej diety (Rinninella i in., 2019). To, w połączeniu ze zmniejszonym apetytem, ​​a tym samym zmniejszonym spożyciem składników odżywczych i energii (zjawiska zwane „anoreksją starzenia”) (Landi i in., 2016), zmianami w fizjologii jelit (zmniejszona ruchliwość jelit) (Lovat, 1996), obecnością leczenie antybiotykami (Bartosch i in., 2004; Iizumi i in., 2017; Pérez-Cobas i in., 2013), spożywanie NLPZ (Mäkivuokko i in., 2010), polipragmazja (Ticinesi i in., 2017), osłabiony układ odpornościowy (Nagpal i in., 2018) i warunki życia (Haran i in., 2018) ostatecznie doprowadzą do zaburzenia równowagi mikroflory, co doprowadzi do dysbiozy.

W jelitach dysbiotycznych wiele zmian za pośrednictwem drobnoustrojów może mieć wpływ na zdrowie gospodarza. Na przykład bakterie chorobotwórcze mogą zakłócać barierę jelitową, a ich produkty uboczne, takie jak lipopolisacharyd bakteryjny (LPS), mogą przedostawać się do krążenia ogólnoustrojowego i powodować przewlekły stan zapalny (Shimizu, 2018). To, w połączeniu z utrzymującym się przewlekłym stanem zapalnym o niskim stopniu nasilenia, który pojawia się wraz z wiekiem (znanym jako „stan zapalny”) i immunosenescencją występującą podczas procesu starzenia, spowoduje nasilenie stanu zapalnego i może przyczynić się do kilku chorób/stanów, takich jak otyłość (Ley i in., 2006), cukrzycę typu 1 (Wen i in., 2008), cukrzycę typu 2 (Larsen i in., 2010), choroby zapalne jelit (IBD) (Frank i in., 2007), zespół słabości (Claesson i in., 2010) in., 2012), insulinooporność (Cani i in., 2007), choroby układu krążenia (CVD) (Wang i in., 2011; W. Zhu i in., 2016), astma (Arrieta i in., 2015), rak jelita grubego (Sobhani i in., 2011), zaburzenia związane ze stresem (Burokas i in., 2017), demencja (Cattaneo i in., 2017), nadciśnienie (Yan i in., 2017), choroba Alzheimera (Vogt i in., ., 2017), chorobę Parkinsona (Santos i in., 2019) oraz reumatoidalne zapalenie stawów (Kishikawa i in., 2020). Co więcej, zaburzenia w tym ściśle regulowanym ekosystemie będą miały wpływ na metabolizm energii, wchłanianie składników odżywczych, regulację apetytu, układ odpornościowy i syntezę kilku kluczowych metabolitów, takich jak krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA) i witaminy. Dlatego też u osób starszych pożądane są interwencje mające na celu zmianę mikrobiomu jelitowego na „młodszy”, mniej dysbiotyczny, w ramach pomyślnego starzenia się.

W obecnym projekcie, który stanowi część programu badań doktoranckich, interesuje nas, czy ćwiczenia/aktywność fizyczna (PA) mogą pozytywnie wpłynąć na skład i aktywność funkcjonalną mikrobiomu jelitowego osób starszych. Chociaż jest to stosunkowo nowy obszar badań, kilka badań wykazało, że PA i ćwiczenia fizyczne są powiązane ze zmienionym mikrobiomem jelitowym, zarówno pod względem składu mikrobiologicznego, jak i aktywności funkcjonalnej w młodszych populacjach. Na przykład Barton i wsp. (2017) porównali skład mikroflory jelitowej zawodowych sportowców rugby z grupy kontrolnej prowadzącej siedzący tryb życia i zweryfikowali, że ich mikroflora wyraźnie się różniła. Sportowcy charakteryzowali się większą różnorodnością mikrobiologiczną, większą liczbą bakterii wytwarzających SCFA i większą obfitością szlaków zdrowotnych w porównaniu z grupą kontrolną prowadzącą siedzący tryb życia. Do tego samego wniosku doszli Bressa i wsp. (2017), którzy odkryli, że aktywne kobiety przed menopauzą miały inny skład mikroflory w porównaniu z kobietami prowadzącymi siedzący tryb życia. Mówiąc dokładniej, u zdrowych kobiet występowała większa liczebność prozdrowotnych gatunków bakterii, takich jak Faecalibacterium prausnitzi, Roseburia hominis i Akkermansia muciniphila. Co więcej, odkryli także odwrotną zależność między różnorodnością drobnoustrojów a siedzącym trybem życia oraz korelację między zawartością tkanki tłuszczowej, wiekiem, masą mięśniową i aktywnością fizyczną w przypadku kilku populacji bakterii. Wcześniejsze badania wykazały, że aktywność fizyczna jest powiązana z mikroflorą jelitową związaną ze zdrowiem, jednak w żadnym z nich nie kontrolowano wpływu diety jako czynnika zakłócającego. W rzeczywistości jest możliwe, że osoby aktywne fizycznie mają zdrowszą dietę w porównaniu do osób nieaktywnych lub prowadzących siedzący tryb życia, co może mieć wpływ na wyniki. Allen i wsp. (2018) wykazali jednak, że 6 tygodni treningu wytrzymałościowego było w stanie wywołać zmiany w mikroflorze jelitowej u osób szczupłych, ale nie u osób otyłych, niezależnie od diety, co sugeruje, że ćwiczenia/PA mogą rzeczywiście wywoływać zmiany w skład mikrobiomu jelitowego sam w sobie. W poprzednim badaniu ćwiczenia mogły zwiększyć stężenie SCFA i bakterii, które je wytwarzają. Jednakże wywołane wysiłkiem fizycznym zmiany w mikroflorze jelitowej powróciły do ​​wartości wyjściowych po 6-tygodniowym okresie wymywania, podczas którego uczestnicy powrócili do siedzącego trybu życia. Odkrycia te sugerują, że kontynuacja ćwiczeń może być konieczna w celu utrzymania lub poprawy korzystnych zmian zachodzących w mikroflorze jelitowej.

Koncentrując się obecnie na badaniach przeprowadzonych na starszych osobach dorosłych, niewiele wiadomo na temat wpływu ćwiczeń/PA lub siedzącego trybu życia na mikrobiom jelitowy – jak dotąd ukazało się zaledwie 9 publikacji, w tym 3 badania interwencyjne, z czego dwa przeprowadzono w Azji (Taniguchi i in., 2018). ; F. Zhong i in., 2020) i jedno w USA (Erlandson i in., 2021) oraz 6 badań obserwacyjnych przeprowadzonych w Szwecji (Fart i in., 2020), USA (Langsetmo i in., 2019; Q Zhu i in., 2020), Izrael (Magzal i in., 2022), Irlandia (X. Zhong i in., 2021) oraz Słowację (Šoltys i in., 2021). Badania interwencyjne trwały 5 (Taniguchi i in., 2018), 8 (F. Zhong i in., 2020) i 24 tygodnie (Erlandson i in., 2021). Poza tym przeprowadzono nierandomizowane badanie interwencyjne, które trwało 12 tygodni (Morita i in., 2019). Niedawno opublikowany systematyczny przegląd wpływu ćwiczeń i PA na mikrobiom jelitowy osób starszych, opracowany przez naszą grupę badawczą (Ramos i in., 2022), którego celem było podsumowanie wyników badań na ludziach przeprowadzonych w tym temacie, wykazał, że ćwiczenia/ PA była w stanie zwiększyć liczebność bakterii zdrowotnych i zmniejszyć liczebność bakterii szkodliwych, a osoby starsze, które były bardziej aktywne, miały zazwyczaj lepszy skład mikroflory jelitowej, zawierającej więcej bakterii zdrowotnych niż w porównaniu z ich nieaktywnymi odpowiednikami. Jednakże ze względu na rozbieżności metodologiczne między badaniami trudno było znaleźć konsensus co do tego, które taksony najlepiej reagują na PA/ćwiczenie lub są z nimi powiązane. Na podstawie informacji zebranych w ramach tego przeglądu systematycznego sformułowano pewne zalecenia dotyczące przyszłych badań w tej dziedzinie, takie jak potrzeba przeprowadzenia większej liczby badań obserwacyjnych w populacjach zachodnich (ponieważ większość publikacji dotyczy populacji azjatyckich), konieczność przeprowadzenia wysokich wysokiej jakości badania interwencyjne dotyczące ćwiczeń fizycznych poprzez kontrolowanie niektórych ważnych czynników zakłócających (takich jak dieta i skład ciała) u osób starszych oraz poprzez uwzględnienie różnych rodzajów ćwiczeń. Innym rozwiązaniem byłaby ocena wpływu siedzącego trybu życia na mikrobiom jelitowy osób starszych, ponieważ wcześniej wykazano, że osoby nieaktywne fizycznie mają inny skład mikrobiomu jelitowego w porównaniu z osobami aktywnymi.

Nasza grupa badawcza prowadzi obecnie badanie obserwacyjne, którego celem jest porównanie składu mikrobiomu jelitowego osób starszych zamieszkujących społeczności aktywne i fizycznie nieaktywne. Chcemy zbadać, czy ćwiczenia/PA mają korzystny wpływ na mikrobiom jelitowy próbki 100 starszych osób dorosłych w Wielkiej Brytanii i ocenić, czy istnieje jakikolwiek związek między składem ciała, wydolnością krążeniowo-oddechową i funkcjonowaniem fizycznym w przypadku niektórych taksonów bakteryjnych.