Effekterna av en 12-veckors kombinerad träningsintervention på tarmmikrobiomet hos äldre vuxna

Mag-tarmkanalen, såväl som mikroberna som lever och frodas där, ansågs en gång bara vara en del av ett organ vars enda funktion var matsmältningen. Men under det senaste decenniet visar allt fler bevis att mikroberna som finns i GI-kanalen gör mycket mer än att bara smälta mat. De har förmågan att forma många värdfysiologiska system, såsom immunfunktion, och att bidra till en hälsosam åldrandeprocess. Dessutom kan de vara involverade i patofysiologin för flera sjukdomar av både akut (t.ex. akut luftvägsinfektion, matförgiftning) och kronisk (t.ex. inflammatorisk tarmsjukdom, astma, depression, metabolisk sjukdom) natur. Nyckeln till detta inflytande på värdhälsan är sammansättningen och funktionella aktiviteten hos det mikrobiella samhället i tarmen. Båda dessa egenskaper påverkas av faktorer som ålder, kost, stress och medicinering. Således är tarmmikrobiomet modifierbart, med potential att påverka många aspekter av hälsa och välbefinnande, både fördelaktigt och skadligt.

Tarmmikrobiotans mångfald och sammansättning förändras under hela livslängden. Initial kolonisering börjar vid födseln och utvecklas under hela värdens liv (Larrosa, 2016) och når sitt tidiga mognadsstadium runt 2-3 år gammal och förblir sedan relativt stabil under vuxen ålder. När värden börjar åldras förändras tarmmikrobiotans sammansättning och aktivitet (Kundu et al., 2017). En åldrande tarmmikrobiota kännetecknas av en minskad mångfald, minskad motståndskraft (Claesson et al., 2012) och stor interindividuell variabilitet (Claesson et al., 2011, 2012; The Human Microbiome Project Consortium, 2012). Av specifikt intresse för värdhälsan är det minskade förekomsten av bifidobakterier (Biagi et al., 2010; Gueimonde et al., 2010; Hopkins, 2001; Salazar et al., 2013) och Lactobaccilli (Kim & Benayoun, 2020) och en ökat överflöd av patobionter. Dessa förändringar resulterar i en obalanserad tarmmikrobiotasammansättning - kallad dysbios - och är förknippad med ohälsosamt åldrande.

Det finns flera faktorer som kan bidra till dysbios i äldre ålder, såsom förändringar i smakkänsla (Doty et al., 1984), en minskning av salivproduktionen (Salazar et al., 2017) och försvagad tuggstyrka (Choi & Lee, 2016; Newton et al., 1993) som sammantaget kan leda till konsumtion av en mer monoton kost (Rinninella et al., 2019). Detta, i kombination med minskad aptit och därmed minskat närings- och energiintag (fenomen som kallas "anorexia of aging") (Landi et al., 2016), förändringar i tarmens fysiologi (minskad tarmmotilitet) (Lovat, 1996), förekomst av antibiotikabehandlingar (Bartosch et al., 2004; Iizumi et al., 2017; Pérez-Cobas et al., 2013), konsumtion av NSAID (Mäkivuokko et al., 2010), polyfarmaci (Ticinesi et al., 2017), en försvagat immunförsvar (Nagpal et al., 2018) och boendearrangemang (Haran et al., 2018) kommer i slutändan att leda till en obalanserad mikrobiota, vilket resulterar i dysbios.

I en dysbiotisk tarm kan ett antal mikrobiellt medierade förändringar påverka värdens hälsa. Till exempel kan patogena bakterier störa tarmbarriären, och deras underprodukter, såsom bakteriell lipopolysackarid (LPS) kan komma in i den systemiska cirkulationen och orsaka kronisk inflammation (Shimizu, 2018). Detta, i kombination med den ihållande kroniska låggradiga inflammationen som uppstår med åldern (känd som "inflammerande") och immunosenscensen som uppstår under åldringsprocessen, kommer att öka det inflammatoriska tillståndet och kan bidra till flera sjukdomar/tillstånd, såsom fetma (Ley) et al., 2006), diabetes typ 1 (Wen et al., 2008), diabetes typ 2 (Larsen et al., 2010), inflammatoriska tarmsjukdomar (IBD) (Frank et al., 2007), svaghet (Claesson et al. al., 2012), insulinresistens (Cani et al., 2007), kardiovaskulära sjukdomar (CVD) (Wang et al., 2011; W. Zhu et al., 2016), astma (Arrieta et al., 2015), kolorektal cancer (Sobhani et al., 2011), stressrelaterade störningar (Burokas et al., 2017), demens (Cattaneo et al., 2017), högt blodtryck (Yan et al., 2017), Alzheimers sjukdom (Vogt et al. ., 2017), Parkinsons sjukdom (Santos et al., 2019) och reumatoid artrit (Kishikawa et al., 2020). Dessutom kommer störningar i detta hårt reglerade ekosystem att påverka energimetabolism, näringsabsorption, aptitreglering, immunsystemet och syntesen av flera nyckelmetaboliter, såsom kortkedjiga fettsyror (SCFA) och vitaminer. Därför är interventioner för att ändra tarmmikrobiomet till en "yngre", mindre dysbiotisk profil önskvärda hos äldre vuxna som en del av framgångsrikt åldrande.

I det aktuella projektet, som är en del av ett doktorandforskningsprogram, är vi intresserade av om träning/fysisk aktivitet (PA) positivt kan påverka sammansättningen och funktionella aktiviteten i tarmmikrobiomet hos äldre vuxna. Även om det är ett relativt nytt forskningsområde, har flera studier visat att PA och träning är förknippade med en förändrad tarmmikrobiom både vad gäller mikrobiell sammansättning och funktionell aktivitet i yngre populationer. Barton et al., (2017) jämförde till exempel tarmmikrobiotans sammansättning av professionella rugbyidrottare med stillasittande kontroller och verifierade att deras mikrobiotas var tydligt olika. Idrottare hade högre mikrobiell mångfald, högre SCFA-producerande bakterier och ett ökat överflöd av hälsorelaterade vägar jämfört med de stillasittande kontrollerna. Samma slutsats drogs av Bressa et al., (2017), som fann att kvinnor som var aktiva före klimakteriet hade en annan mikrobiotasammansättning jämfört med kvinnor som var stillasittande. Mer specifikt hade friska kvinnor ett högre överflöd av hälsofrämjande bakteriearter, såsom Faecalibacterium prausnitzi, Roseburia hominis och Akkermansia muciniphila. Dessutom fann de också ett omvänt samband mellan mikrobiell mångfald och stillasittande beteende och en korrelation mellan kroppsfett, ålder, muskelmassa och fysisk aktivitet med flera bakteriepopulationer. Dessa tidigare studier visar att fysisk aktivitet är associerad med en hälsorelaterad tarmmikrobiota, men ingen av dem kontrollerade för inverkan av kosten som en förvirrande faktor. Faktum är att det är möjligt att personer som är fysiskt aktiva tenderar att ha en hälsosammare kost jämfört med inaktiva eller stillasittande personer, och detta kan påverka resultaten. Allen et al., (2018) visade dock att 6 veckors uthållighetsträning kunde inducera förändringar i tarmmikrobiotan hos magra men inte hos överviktiga personer oberoende av kosten, vilket tyder på att träning/PA verkligen kan inducera förändringar i tarmmikrobiomsammansättningen i sig. I den tidigare studien kunde träning öka koncentrationen av SCFA och de bakterier som producerar dem. Men de träningsinducerade förändringarna i tarmmikrobiotan återgick till baslinjen efter en 6-veckors uttvättningsperiod, då deltagarna återgick till sin stillasittande livsstil. Dessa fynd tyder på att upprätthållande av träning kan behövas för att bibehålla eller förbättra de fördelaktiga förändringarna som sker i tarmmikrobiotan.

Med fokus nu på studier utförda på äldre vuxna, är lite känt om effekterna av träning/PA eller stillasittande beteende på tarmmikrobiomet med endast 9 publikationer hittills, bestående av 3 interventionsstudier, två utförda i Asien (Taniguchi et al., 2018) ; F. Zhong et al., 2020) och en i USA (Erlandson et al., 2021) och 6 observationsstudier, utförda 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) och Slovakien (Šoltys et al., 2021). Interventionsstudierna hade en varaktighet på 5 (Taniguchi et al., 2018), 8 (F. Zhong et al., 2020) och 24 veckor (Erlandson et al., 2021). Utöver det fanns det en icke-randomiserad interventionsstudie som hade en varaktighet på 12 veckor (Morita et al., 2019). En nyligen publicerad systematisk översikt av effekterna av träning och PA på tarmmikrobiomet hos äldre vuxna producerad av vår forskargrupp (Ramos et al., 2022) som syftade till att sammanfatta resultaten av studier på människor som utförts i detta ämne, fann att träning/ PA kunde öka mängden hälsorelaterade bakterier och minska mängden skadliga bakterier, och att äldre människor som var mer aktiva tenderade att ha en bättre sammansättning av tarmmikrobiota som innehöll fler hälsorelaterade bakterier än jämfört med deras inaktiva motsvarigheter. Men på grund av metodologiska skillnader mellan studier var det svårt att hitta en konsensus om vilka taxa som var mest mottagliga för/associerade med PA/träning. Baserat på den information som samlats in om den systematiska översikten, gjordes några rekommendationer angående framtida studier inom området, såsom behovet av att utföra fler observationsstudier i västerländska populationer (eftersom majoriteten av publikationerna är i asiatiska populationer), behovet av att utföra höga träningsinterventionsstudier av hög kvalitet genom att kontrollera några viktiga störande faktorer (som kost och kroppssammansättning) hos äldre vuxna och genom att inkludera olika typer av träning. En annan väg skulle vara att bedöma effekterna av stillasittande beteende på tarmmikrobiomet hos äldre vuxna, eftersom det tidigare har visats att inaktiva personer har en annan tarmmikrobiomsammansättning jämfört med deras aktiva motsvarigheter.

Vår forskargrupp genomför för närvarande en observationsstudie som syftar till att jämföra tarmmikrobiomets sammansättning av fysiskt aktiva och fysiskt inaktiva äldre vuxna i samhället. Vi vill undersöka om träning/PA har en gynnsam effekt på tarmmikrobiomet hos ett prov på 100 brittiska äldre vuxna och bedöma om det finns något samband mellan kroppssammansättning, kardiorespiratorisk kondition och fysisk funktion med vissa bakteriella taxa.