Недавнє дослідження продемонструвало, що стан мікробіома мишей впливає на їхню мотивацію та продуктивність при виконанні вправ.
Це ще одна цегла в стіні досліджень, що показує, що мікробіом може бути пов'язаний з численними фізіологічними процесами, які відіграють важливу роль у здоров'ї та спортивних результатах.
Для людей, які беруть участь у наукових дослідженнях, величезну роль у впливі на результати грає мозок. Ефект плацебо часто становить близько 2% – у всіх дослідженнях. Ментальні стратегії можуть змінити продуктивність 5-10% залежно від протоколу. Ось чому дослідження з гризунами - як перший крок до встановлення пояснення нових фізіологічних змінних - краще, перш ніж продовжувати дослідження на людях. Миші не змінюють свою діяльність через якісь погані сни, які їм наснилися минулої ночі. Доросла людина, яка отримала кілька уколів, ймовірно, через кілька днів, сказала б, що почувається нормально, у той час як миші випливають з єдиного показника - продуктивності.
Все це призводить до неймовірно захоплюючого дослідження, проведеного на мишах, яке може вплинути на те, що ми думаємо про продуктивність та мотивацію людей. Великий висновок, наступний з нього: (спрощеним чином) кишковий мікробіом може впливати на мотивацію та продуктивність через дофамін у мозку, що у свою чергу змінює уявлення про те, що рухає фізіологічними/тренувальними змінами протягом усього життєвого циклу.
МІКРОБІОМ І БІГ
У грудні 2022 року, в журналі «Nature», було опубліковано, основне питання якого звучало так: як мікробіом впливає на мотивацію та продуктивність? Оскільки у мишей об'єктивно менше «заважають» дослідженню змінних, про які потрібно турбуватися, незалежно від того, чи пов'язані вони з психологією чи історією життя, проведення біологічних досліджень на них дозволяє ізолювати ці залежні змінні — в даному випадку стан мікробіома.
Існує великий обсяг досліджень у сфері кореляції стану мікробіома та спортивних результатів. Мікробіом складається з тисяч бактеріальних груп, мільйонів генів, а також небактеріальних клітин та вірусів. Надзвичайно складно визначити, що насправді роблять різні біоти кишківника, тому що існує так багато взаємопов'язаних функцій.
Людство знаходиться на ранніх стадіях розвитку цієї галузі, і невідомого тут більше, ніж відомого – але від мікробіоми, ймовірно, залежить все. Як зазначено в оглядовій статті 2020 року, опублікованій у Журналі Міжнародного товариства спортивного харчування, мікробіом відіграє основну роль для засвоєння поживних речовин, синтезу вітамінів, збору енергії, модуляції запалення та імунної відповіді господаря. Ці механізми стосуються всього, що необхідно для здорової життєдіяльності – від метаболічних процесів до хворобливих процесів і навіть таких речей, як «VO2 max» (максимальне споживання кисню). Певна біота навіть була визначена як важлива для спортивних результатів!
Дослідження, опубліковане в журналі Nature у 2019 році, виявило післямарафонський сплеск вейлонели (рід бактерій, що входять до складу нормальної мікрофлори людини), яка метаболізує лактат. Виділивши елемент вейлонели у бігуна, дослідники прищепили її мишам, і ці миші змогли на бігових доріжках бігти на 13% далі. Пересадка екскрементів від людини до миші – наука прекрасна.
Дослідження на мишах важливі як окремий етап наукової діяльності. Деякі з початкових результатів у цій галузі вперше були зроблені саме на мишах, мікробіоми яких були вибірково знищені, щоб відслідковувати наступні впливи, що підказало про те, наскільки важлива біота кишечника, як загалом, так і щодо конкретних моделей.
У майбутньому, як показало дослідження 2019 року, дослідження на мишах можуть продемонструвати ефективність на етапах попередніх досліджень на людях, а також за допомогою міжвидових випробувань. Прогнозисти кажуть, що втручання у мікробіом може надати величезну можливість змінити уявлення про здоров'я та продуктивність людини. Значною частиною цих відкриттів ми будемо завдячувати мишам.
Таким чином, дослідження продемонстрували, що мікробіом відіграє важливу роль у здоров'ї та працездатності. Але як мікробіом впливає на мозок та мотивацію до занять спортом? Це питання, яким поставилися в дослідженні 2022 року, після того, як виявили існуючий зв'язок між кишечником і мозком в інших областях.
ВИВЧЕННЯ МІКРОБІОМУ
Дослідники почали з процесу повного моделювання мікробіома, що складається з 10500 точок даних на одну мишу, на 199 ненавчених мишах. «Згодом, — зазначили автори, — миші зазнавали профілювання вправ - або довільного бігу в колесах, або біговими доріжками на витривалість». Ви могли б подумати, що миші будуть схожі у своїх звичках до фізичних вправ, враховуючи їх схожі генетичні профілі, чи не так? Насправді, миші мають різні здібності до фізичного навантаження!
Як можна ізолювати причину мінливості? Ось де дослідження переходить від кумедного до надзвичайно важливого. Вони профілювали генетичні сигнатури, показники крові, метаболічні параметри та мікробіоми, а потім навчили модель машинного навчання для виявлення кореляцій із продуктивністю. «Примітно, — кажуть автори, — що прогноз, заснований виключно на результатах секвенування [мікробіома], досягав точності, яка була майже такою ж високою, як точність, досягнута за допомогою метаболома (це «систематичне вивчення унікальних хімічних відбитків пальців» специфічних для процесів, що протікають у живих клітинах» — конкретніше вивчення їх низькомолекулярних метаболічних профілів) сироватки або всіх виміряних параметрів разом узятих, незважаючи на те, що охоплювала набагато меншу кількість змінних». Це відкриття, мабуть, свідчить про те, що мікробіом є рушійною силою продуктивності.
Потім дослідники здійснили експеримент із втрати функції (виснаження мікробіома) та придбання функції (трансплантація мікробіома). Чому важливо, що ці втручання проводилися на мишах, бо було б дуже неетично знищувати мікробіом у людей, які покладаються на нього для здорового функціонування. Виснаження мікробіоми знижує спортивні результати приблизно на 50%. Коли вони трансплантували кишкову біоту від мишей з високими досягненнями мишам, вирощеним без мікробіоми, ці миші перевершили рівень донора. Мінливість мікробіома, здавалося, переважувала решту змінних у прогнозуванні продуктивності.
Усі миші мають багатий внутрішній світ, але заради науки можна припустити, що індивідуальну мінливість можна пояснити фізіологічними параметрами. Дослідники припустили, що зміни продуктивності пов'язані з роллю мікробіома у функціонуванні м'язів. «Однак, - кажуть автори, - тести ex vivo ((з лат. - «З життя»), означає «те, що відбувається поза організмом», тобто проведення експериментів у живій тканині) м'язової функції, споживання кисню або транскриптоміки (методи , розроблені для вивчення транскриптома організму) не виявили значних ефектів лікування антибіотиками, що дозволяє припустити, що виражений вплив кишкового мікробіома на довільні вправи та вправи на витривалість може не бути опосередкованим змінами у фізіології м'язів».
МІКРОБІОМ І МОЗОК
Автори здійснили секвенування (визначення їх амінокислотної або нуклеотидної послідовності) РНК ділянок нейронів у мишей (що зазнали «пересадки» мікробіома) після фізичного навантаження, виявивши зміни в ділянках нейронів, пов'язаних з дофаміном. Вимірюючи рівень дофаміну, вони виявили набагато більш високу реакцію у мишей зі здоровим мікробіомом. «Вражаюче, — заявили автори, — ця дофамінова відповідь була майже усунена у тварин, які отримували антибіотики… Порушена дофамінова відповідь спостерігалася лише у стані фізичного навантаження, тоді як базовий рівень дофаміну не залежав від мікробіома». На інші нейротрансмітери (біологічно активні хімічні речовини, за допомогою яких здійснюється передача електрохімічного імпульсу від нервової клітини через синаптичний простір між нейронами, а також, наприклад, від нейронів до м'язової тканини або залізистих клітин) ні вправи, ні мікробіом взагалі не впливали! Таким чином, стан мікробіома, мабуть, безпосередньо впливає на дофамінову реакцію у мишей, пов'язану з фізичними вправами - і, напевно, змінює шляхи винагороди та мотивацію.
Але ж на цьому дослідники не зупинилися! «Розщеплення дофаміну регулюється ферментом, під хитромудрим назвою - моноаміноксидазою», і коли цей фермент пригнічували ліками (завдання, що виконується здоровим мікробіомом у високопродуктивних мишей), рівень продуктивності мишей відновлювався. Вони також виділили типи нейронів, які опосередковують цей шлях, поряд із важливими сигнальними шляхами, які матимуть ключове значення для майбутніх досліджень. Підсумовуючи, автори зробили таку заяву: «Наші результати показують, що кишковий мікробіом сприяє виробленню кишкових метаболітів [жирних кислот], які запускають сенсорні нейрони, які, у свою чергу, посилають індукований фізичним навантаженням сигнал у мозок і сприяють придушенню експресії ферменту моноаміноксидази в смугастому тілі. Це зниження рівня ферменту сприяє підвищенню рівня дофаміну та підвищенню здатності (сприйнятливості) до фізичних навантажень».
ЗНАЧЕННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ: БІГУНИ І МІКРОБІОМ
Крім того, що це дослідження є частиною науки з десятками експериментальних кроків - воно було чудово складено, і йому судилося стати культовим твором у цій галузі. Автори припускають, що дослідження може пояснити «кишкове» походження різних вивільнень ендоканабіноїдів - ферментів, які призводять до різних рівнів «кайфу бігуна» у різних людей. Вони також виявили зв'язок із знеболюючим ефектом вправ, «що вказує на те, що шлях, виявлений у цьому дослідженні, може регулювати додаткові аспекти фізіології вправ». У дослідженні також зачіпається еволюційне пояснення - зв'язок мікробіома та мотивації може бути обумовлена тим, що доступність поживних речовин корелює з «готовністю та здатністю займатися тривалою фізичною активністю». Завжди їжте достатньо – еволюційна рекомендація.
Якими є наслідки висновків цього дослідження для людей? Остання пропозиція дослідження викладає його наступним чином: «Застосовно людей, наші результати мають на увазі новий опис інтероцепції (процес інформаційних взаємодій за участю інтероцепторів та центральної нервової системи. Засновником цього напряму фізіології часто вважають В. М. Чернігівського), яка стимулює мотивацію до вправ, може надати потужну можливість протидіяти згубному впливу сидячого способу життя здоров'я». Наслідки фізіології вправ можуть вказувати на пояснення різних реакцій на тренувальні стимули в темній людській долині, розташованій десь між розумом та тілом.
Питання на трильйон доларів полягає в тому, чи це відкриття застосовується до людей. Ми не дуже близькі до цієї відповіді. Як сказано в коментарі журналу Nature: «Хоча привабливо розглянути наслідки цього дослідження для людини, оцінка практичної значущості цих результатів вимагатиме великої подальшої оцінки». Ця подальша оцінка має бути багатогранною і, ймовірно, триватиме багато років, тому що «багато інших факторів впливають на мотиваційні стани людей, що потребує вивчення низки стратегій для зміцнення мотиваційних схем та ланцюгів винагороди, що виникають у несприятливих умовах».
Наступні кроки в цій галузі виразно неясні, але ряд досліджень на мишах і людях розкривають складний взаємозв'язок між кишечником і багатьма змінними, що впливають на здоров'я та працездатність, у тому числі й у мозку. У майбутньому ми, ймовірно, говоритимемо про трансплантацію мікробіома та індивідуальні добавки, які будуть мати приголомшливі переваги для здоров'я (і, можливо, для психічного здоров'я). На даний момент зосередьтеся на здоров'ї свого кишечника за допомогою певного ряду натуральних продуктів – включаючи продукти з пробіотиками та пребіотиками, а також достатнього (помірного)/розумного споживання їжі.
Facebook
RSS