Dwukierunkowa autostrada bakterie-mięśnie

Profesor John Hawley, który zasłynął kiedyś badaniami na temat głodowania po treningu jako metody treningowej, napisał ostatnio podsumowanie roku 2019 w badaniach na temat żywienia (w dziale „Year in Review”) w czasopiśmie naukowym Nature Review Endocrinology. Profesora miałem okazję poznać w Australii przy okazji badań na temat diety ketogenicznej. John opisuje w swoim podsumowaniu działanie bakterii występujących w jelitach, czyli tzw. mikrobioty, na mięśnie i organizm sportowca. Okazuje się, że bakterie mają wpływ na naszą formę, a trening ma wpływ na stan flory bakteryjnej. Autostrada pędzi w obu kierunkach. Oto szczegóły nowych badań na ten temat z 2019 r.

Ćwiczenia fizyczne są silnym modulatorem mikrobioty występującej w jelitach, jej kompozycji i funkcji. W 2019 r. kilka badań wyjaśnia biologiczną istotność połączenia pomiędzy mięśniami szkieletowym i bakteriami naturalnie występującymi w organizmie. Wyjaśniają one, jak bakterie reagują podczas intensywnych ćwiczeń, a także jak odpowiedni poziom bakterii w jelitach wpływa na dostępność energii, funkcje mięśni i wydajność wytrzymałościową.

Wiemy o nas coraz więcej

Użycie technik molekularnych o wysokiej przepustowości w naukach o wysiłku fizycznym stało się katalizatorem poszerzania… wiedzy o oddziaływaniach na poziomie komórkowym, które regulują metabolizm mięśniowy podczas wysiłku. Pozwoliły one uznać różnorodność, kompleksowość, jak i niepotrzebne elementy w sieci odpowiedzialnej za te funkcje. Odkryto współzależności działania mięśni z innymi organami i tkankami, włączając w to wątrobę, kości i mózg.

Współczesna nauka oferuje wiele spostrzeżeń na temat tego, jak ćwiczenia przekazują wiele swoich pozytywnych efektów na zdrowie ogólne i lepszą wydolność. W 2019 r. wyniki wielu badań wykazały ważne połączenia pomiędzy mikrobiotą i mięśniami szkieletowymi, rzucając nowe światło na wzajemne połączenia pomiędzy tymi dwoma organami (mikrobiotę od jakiegoś czasu świat nauki uznaje za organ). Zostało już całkiem dokładnie wyjaśnione, jak skurcze mięśni powodują uwalnianie specyficznych białek i innych metabolitów, które mają właściwości podobne do hormonów. Natomiast niedawne badania demonstrują, jak wysiłek fizyczny wpływa także na stan naszych bakterii w jelitach.

Dwa kilogramy, o które warto dbać

Ludzka mikrobiota składa się z przeszło 100 kwintylionów komórek bakterii oraz 3 milionów unikalnych gatunków. Szacuje się, że mikrobiota osiąga masę 2 kg u przeciętnego, zdrowego człowieka. Bakterie te są uznawane za centralny „organ”, ponieważ mają bezpośrednie i pośrednie role w fizjologii swojego gospodarza. Zdrowa mikrobiota zawiera wiele silnie reprezentowanych populacji z mnóstwem mniej licznych, ale równie ważnych metabolicznie gatunków.

Znaczenie mikrobioty w metabolizmie człowieka i w odporności jest coraz lepiej poznane. Mikrobiota „niekorzystna metabolicznie” jest łączona z otyłością, cukrzycą typu 2 i chorobami układu sercowo-naczyniowego. Badania z ostatnich kilku lat udowadniają, że mikrobiota wywołuje liczne efekty na bioenergetykę mięśni szkieletowych. Wzajemne oddziaływanie pomiędzy mikrobiotą i mięśniami wykazano w kliku wcześniejszych badaniach na zwierzętach, gdzie po treningu wytrzymałościowym obserwowano większą ilość związków produkowanych przez bakterie (krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych – SCFA). Związki te mają ochronną funkcję na organizm gospodarza, redukując stan zapalny przez zmniejszanie poziomu cytokin prozapalnych i innych białek związanych ze stanem zapalnym.

Kilka nowych wniosków udało się sformułować w 2019 r., dzięki czemu można jeszcze lepiej zrozumieć połączenie między mikrobiotą i mięśniami.

Myszy z Veillonellą lepiej biegają

Podczas ekstremalnych ćwiczeń wytrzymałościowych, zwiększenie różnorodności flory bakteryjnej i liczby gatunków bakterii wydaje się mieć związek z poprawą zdrowia metabolicznego i wydolności sportowej. Na przykład Scheiman i in. pobrali od grupy biegaczy próbki DNA mikrobioty na tydzień przed i na tydzień po maratonie. Podobne badania wykonali u grupy kontrolnej w tym samym czasie. Bakteria o dźwięcznej nazwie Veillonella atypica (gatunek, który metabolizuje lactat i propionian) zdecydowanie bardziej różniła się w próbkach pobranych przed i po maratonie. Aby określić, czy te wyniki się powtórzą, przebadano również próbki pobrane od ultramaratończyków i wioślarzy na poziomie olimpijskim. Wyniki były podobne.Veillonella została również podczas kolejnych badań wyizolowana i wszczepiona do organizmu myszy. W porównaniu do myszy z bakterią Lactobacillus, myszy z Veillonella znacząco zwiększyły submaksymalny czas testu do odmowy na bieżni ruchomej. Na tej podstawie autorzy pracy spekulują, że lactat generowany podczas wysiłku może być wykorzystywany przez miktobiotę i konwertowany na SCFA, przez co poprawia wydolność sportową. Badania na ludziach były prowadzone, ale są ciągle ograniczone przez małą liczbę uczestników, złe projektowanie, brak kontroli diety i/lub inne czynniki środowiskowe.

Wyniki z wcześniejszych badań demonstrują, że wpływ treningu zarówno na kompozycję, jak i funkcję mikrobioty może być też zależny od składu ciała uczestników badań. Allen i in. podaje, że 6 tygodni treningu wytrzymałościowego zwiększa koncentrację SCFA u szczupłych osób, ale nie wywołuje takich zmian u osób otyłych, niezależnie od diety. Co ciekawe, zmiany wywołane przez ćwiczenia fizyczne w mikrobiocie, wydolności tlenowej i kompozycji ciała były szybko odwrócone u obu grup, kiedy stymulację ćwiczeniami wstrzymano. Sugeruje to, że korzyści z lepszego działania mikrobioty są zależne od regularnych ćwiczeń.

Podsumowanie

Kilka badań opublikowanych w 2019 r. dostarcza ciekawych wniosków na temat biologicznej współzależności pomiędzy stanem mikrobioty i działaniem mięśni szkieletowych. Dobry stan flory bakteryjnej nie tyko redukuje ryzyko działania niekorzystnych bakterii. Ma również wpływ na kilka peryferyjnych organów. Wysiłek fizyczny jest potencjalną interwencją, która może zaburzać kompozycję mikrobioty i uzupełnianie jelitowej symbiozy. Zmiany wywołane przez trening w mikrobiocie mogą modulować bioenergetykę mięśni, prawdopodobnie przez modyfikowanie dostępności substratów energetycznych. Jednak precyzyjne mechanizmy związane z mikrobiotą w jelitach, zasobami energii i funkcjami mięśni muszą być jeszcze dokładnie wyjaśnione. Pewne jest, że autostrada pomiędzy układem pokarmowym i mięśniami szkieletowymi jest otwarta w dwóch kierunkach, a przepływ jest obustronny.

Kluczowe kwestie:

• Zmiany indukowane przez dietę w kompozycji mikrobioty znacząco wpływają na metabolizm, dostępność energii i zdolności wysiłkowe
• U myszy zdolności wysiłkowe na bieżni ruchomej są obniżone, a funkcje skurczu mięśni są osłabione w przypadku nieprawidłowej mikrobioty; a uzupełnienie jej odwraca te niekorzystne zmiany
• Występuje znacząca poprawa zdrowia metabolicznego i wydolności u zawodników z dobrą różnorodnością flory bakteryjnej i obfitością gatunków bakterii
• Wszczepienie bakterii Veillonella atypica od ludzi po forsownych ćwiczeniach fizycznych znacząco zwiększa submaksymalny czas wysiłku do odmowy u myszy

Źródło:
Hawley, J. A. (2019). Microbiota and muscle highway — two way traffic. Nature Reviews Endocrinology. doi:10.1038/s41574-019-0291-6 

_____________________
Jakub
Jelonek – absolwent AWF w Krakowie i doktorant tej uczelni. Pracownik
Uniwersytetu Humanistyczno-Przyrodniczego w Częstochowie. Współautor
książki „Trening mistrzów” oraz biografii najlepszych polskich biegaczy.
Ciągle aktywny chodziarz (mistrz Polski 2018 na 50 km), który
nieustannie dokądś zmierza. Dwukrotny olimpijczyk na 20 km (z Pekinu i
Rio) z ambicjami na Tokio. Trener i sędzia lekkoatletyczny, organizator
imprez, nie tylko sportowych. Uwielbia czytać, ale i pisać – nie tylko o
sporcie. Autor bloga www.jelon.blog