Влияние 12-недельных комбинированных упражнений на микробиом кишечника пожилых людей

Когда-то считалось, что желудочно-кишечный тракт (ЖКТ), а также микробы, которые там живут и процветают, являются всего лишь частью органа, единственной функцией которого является переваривание пищи. Однако за последнее десятилетие появилось все больше данных о том, что микробы, обитающие в желудочно-кишечном тракте, делают гораздо больше, чем просто переваривают пищу. Они обладают способностью формировать многочисленные физиологические системы хозяина, такие как иммунная функция, и способствовать здоровому процессу старения. Более того, они могут быть вовлечены в патофизиологию ряда заболеваний как острой (например, острая респираторная инфекция, пищевое отравление), так и хронической (например, воспалительные заболевания кишечника, астма, депрессия, метаболические заболевания) природы. Ключом к этому влиянию на здоровье хозяина являются состав и функциональная активность микробного сообщества кишечника. На обе эти характеристики влияют такие факторы, как возраст, диета, стресс и прием лекарств. Таким образом, микробиом кишечника поддается модификации и может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на многие аспекты здоровья и благополучия.

Разнообразие и состав кишечной микробиоты меняется на протяжении всей жизни. Первоначальная колонизация начинается с рождения и развивается на протяжении всей жизни хозяина (Larrosa, 2016), достигая ранней стадии созревания примерно в 2-3 года, а затем оставаясь относительно стабильной во взрослом возрасте. По мере старения хозяина состав и активность кишечной микробиоты меняются (Kundu et al., 2017). Стареющая микробиота кишечника характеризуется уменьшением разнообразия, снижением устойчивости (Claesson et al., 2012) и большой межиндивидуальной изменчивостью (Claesson et al., 2011, 2012; The Human Microbiome Project Consortium, 2012). Особый интерес для здоровья хозяина представляет снижение численности бифидобактерий (Biagi et al., 2010; Gueimonde et al., 2010; Hopkins, 2001; Salazar et al., 2013) и лактобактерий (Kim & Benayoun, 2020), а также увеличение численности патобионтов. Эти изменения приводят к несбалансированному составу микробиоты кишечника, называемому дисбиозом, и связаны с нездоровым старением.

Существует несколько факторов, которые могут способствовать дисбиозу в старшем возрасте, такие как изменения вкусовых ощущений (Doty et al., 1984), снижение выработки слюны (Salazar et al., 2017) и ослабление жевательной силы (Choi & Lee, 2016; Newton et al., 1993), что в целом может привести к более монотонному питанию (Rinninella et al., 2019). Это в сочетании со снижением аппетита и, следовательно, снижением потребления питательных веществ и энергии (феномен, называемый «анорексией старения») (Landi et al., 2016), изменениями в физиологии кишечника (снижение перистальтики кишечника) (Lovat, 1996), наличием лечение антибиотиками (Bartosch et al., 2004; Iizumi et al., 2017; Pérez-Cobas et al., 2013), употребление НПВП (Mäkivuokko et al., 2010), полипрагмазия (Ticinesi et al., 2017), ослабленная иммунная система (Nagpal et al., 2018) и условия жизни (Haran et al., 2018) в конечном итоге приведут к дисбалансу микробиоты, что приведет к дисбактериозу.

В дисбиотическом кишечнике ряд микробных опосредованных изменений может повлиять на здоровье хозяина. Например, патогенные бактерии могут нарушить кишечный барьер, а их субпродукты, такие как бактериальный липополисахарид (ЛПС), могут попасть в системный кровоток и вызвать хроническое воспаление (Simizu, 2018). Это, в сочетании с постоянным хроническим воспалением низкой степени тяжести, возникающим с возрастом (известным как «воспаление»), и иммуностарением, возникающим в процессе старения, усиливает воспалительное состояние и может способствовать нескольким заболеваниям/состояниям, таким как ожирение (Ley и др., 2006), диабет 1 типа (Wen et al., 2008), диабет 2 типа (Larsen et al., 2010), воспалительные заболевания кишечника (ВЗК) (Frank et al., 2007), дряхлость (Claesson et al., 2006) др., 2012), инсулинорезистентность (Cani et al., 2007), сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) (Wang et al., 2011; W. Zhu et al., 2016), астма (Arrieta et al., 2015), колоректальный рак (Sobhani et al., 2011), расстройства, связанные со стрессом (Burokas et al., 2017), деменция (Cattaneo et al., 2017), гипертония (Yan et al., 2017), болезнь Альцгеймера (Vogt et al., 2017) ., 2017), болезни Паркинсона (Santos et al., 2019) и ревматоидного артрита (Kishikawa et al., 2020). Кроме того, возмущения в этой жестко регулируемой экосистеме повлияют на энергетический обмен, усвоение питательных веществ, регуляцию аппетита, иммунную систему и синтез нескольких ключевых метаболитов, таких как короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК) и витамины. Таким образом, вмешательства по изменению микробиома кишечника на «более молодой» и менее дисбиотический профиль желательны у пожилых людей как часть успешного старения.

В текущем проекте, который является частью докторской исследовательской программы, нас интересует, могут ли упражнения/физическая активность (ФА) положительно влиять на состав и функциональную активность кишечного микробиома пожилых людей. Несмотря на то, что это относительно новая область исследований, несколько исследований показали, что физическая нагрузка и физические упражнения связаны с измененным микробиомом кишечника как с точки зрения микробного состава, так и с точки зрения функциональной активности у более молодых групп населения. Бартон и др. (2017), например, сравнили состав кишечной микробиоты профессиональных спортсменов по регби с малоподвижными спортсменами из контрольной группы и подтвердили, что их микробиота существенно различается. У спортсменов было более высокое микробное разнообразие, больше бактерий, продуцирующих SCFAs, и повышенное количество путей, связанных со здоровьем, по сравнению с контрольной группой, ведущей малоподвижный образ жизни. К такому же выводу пришли Бресса и др. (2017), которые обнаружили, что активные женщины в пременопаузе имели другой состав микробиоты по сравнению с женщинами, ведущими малоподвижный образ жизни. В частности, у здоровых женщин наблюдалось более высокое содержание полезных для здоровья видов бактерий, таких как Faecalibacterium prausnitzi, Roseburia hominis и Akkermansia muciniphila. Более того, они также обнаружили обратную связь между микробным разнообразием и малоподвижным образом жизни, а также корреляцию между жиром в организме, возрастом, мышечной массой и физической активностью с несколькими популяциями бактерий. Эти предыдущие исследования показывают, что физическая активность связана со здоровьем кишечной микробиоты, однако ни одно из них не контролировало влияние диеты как мешающего фактора. Фактически, вполне возможно, что люди, которые физически активны, имеют более здоровую диету по сравнению с неактивными или сидячими людьми, и это может повлиять на результаты. Аллен и др. (2018), однако, продемонстрировали, что 6 недель тренировок на выносливость способны вызвать изменения в микробиоте кишечника у худых, но не у тучных людей, независимо от диеты, что позволяет предположить, что упражнения/ФА действительно могут вызывать изменения в состав кишечного микробиома как таковой. В предыдущем исследовании физические упражнения смогли увеличить концентрацию SCFAs и бактерий, которые их производят. Тем не менее, вызванные физическими упражнениями изменения в микробиоте кишечника вернулись к исходному уровню после 6-недельного периода вымывания, когда участники вернулись к малоподвижному образу жизни. Эти результаты позволяют предположить, что постоянные физические упражнения могут быть необходимы для поддержания или улучшения полезных изменений, происходящих в микробиоте кишечника.

Сосредоточившись сейчас на исследованиях, проведенных среди пожилых людей, мало что известно о влиянии физических упражнений/физических упражнений или малоподвижного образа жизни на микробиом кишечника: на данный момент имеется только 9 публикаций, включая 3 интервенционных исследования, два из которых проведены в Азии (Taniguchi et al., 2018). ; F. Zhong et al., 2020) и одно в США (Erlandson et al., 2021) и 6 обсервационных исследований, выполненных в Швеции (Fart et al., 2020), США (Langsetmo et al., 2019; Q Чжу и др., 2020), Израиль (Магзал и др., 2022), Ирландия (X. Чжун и др., 2021) и Словакии (Шолтыс и др., 2021). Продолжительность интервенционных исследований составила 5 (Taniguchi et al., 2018), 8 (F. Zhong et al., 2020) и 24 недели (Erlandson et al., 2021). Кроме того, было проведено нерандомизированное интервенционное исследование продолжительностью 12 недель (Morita et al., 2019). Недавно опубликованный систематический обзор влияния физических упражнений и физической активности на микробиом кишечника пожилых людей, проведенный нашей исследовательской группой (Ramos et al., 2022), цель которого заключалась в обобщении результатов исследований на людях, проведенных по этой теме, показал, что физические упражнения/ PA смог увеличить количество бактерий, связанных со здоровьем, и уменьшить количество вредных бактерий, а пожилые люди, которые были более активными, как правило, имели лучший состав кишечной микробиоты, содержащий больше бактерий, связанных со здоровьем, чем по сравнению с их неактивными коллегами. Однако из-за методологических различий между исследованиями было трудно найти консенсус относительно того, какие таксоны наиболее чувствительны к физической активности/упражнениям/связаны с ней. На основе информации, собранной в ходе этого систематического обзора, были даны некоторые рекомендации относительно будущих исследований в этой области, такие как необходимость проведения большего количества обсервационных исследований в западных популяциях (поскольку большинство публикаций относятся к азиатским популяциям), необходимость проведения исследования по повышению качества физических упражнений путем контроля некоторых важных мешающих факторов (таких как диета и состав тела) у пожилых людей и включения различных типов упражнений. Другим способом могла бы стать оценка влияния малоподвижного образа жизни на кишечный микробиом пожилых людей, поскольку ранее было показано, что у неактивных людей другой состав кишечного микробиома по сравнению с их активными коллегами.

Наша исследовательская группа в настоящее время проводит обсервационное исследование, целью которого является сравнение состава кишечного микробиома физически активных и физически неактивных пожилых людей. Мы хотим выяснить, оказывают ли физические упражнения/ФА благотворное влияние на кишечный микробиом выборки из 100 пожилых людей из Великобритании, и оценить, существует ли какая-либо связь между составом тела, кардиореспираторной подготовленностью и физическими функциями с определенными бактериальными таксонами.