Недавнее исследование продемонстрировало, что состояние микробиома мышей влияет на их мотивацию и производительность при выполнении упражнений. Это еще один кирпичик в стене исследований, показывающий, что микробиом может быть связан с многочисленными физиологическими процессами, которые играют важную роль в здоровье и спортивных результатах.
Для людей, участвующих в научных исследованиях, огромную роль во влиянии на результаты играет мозг. Эффект плацебо часто составляет около 2% - во всех исследованиях. Ментальные стратегии могут изменить производительность на 5-10% в зависимости от протокола. Вот почему исследования с грызунами - в качестве первого шага к установлению объяснения новых физиологических переменных - предпочтительнее, прежде чем продолжать исследования на людях. Мыши не меняют свою деятельность из-за каких-то плохих снов, которые им приснились прошлой ночью. Взрослый человек, получивший несколько уколов, вероятно, через несколько дней, сказал бы, что чувствует себя нормально, в то время как мыши следуют единственному показателю - производительности.
Все это приводит к невероятно захватывающему исследованию, проведенному на мышах, которое может повлиять на то, что мы думаем о производительности и мотивации людей. Большой вывод, следующий из него: (упрощённым образом) кишечный микробиом может влиять на мотивацию и производительность через дофамин в мозге, что в свою очередь меняет представление о том, что движет физиологическими/тренировочными изменениями на протяжении всего жизненного цикла.
МИКРОБИОМ И БЕГ
В декабре 2022 года, в журнале «Nature», было опубликовано исследование, основной вопрос которого звучал так: как микробиом влияет на мотивацию и производительность? Поскольку у мышей объективно меньше «мешающих» исследованию переменных, о которых нужно беспокоиться, независимо от того, связаны ли они с психологией или историей жизни, проведение биологических исследований на них позволяет изолировать эти самые зависимые переменные — в данном случае состояние микробиома.
Существует обширный объем исследований в бласти корреляции состояния микробиома и спортивных результатов. Микробиом состоит из тысяч бактериальных групп, миллионов генов, а также небактериальных клеток и вирусов. Чрезвычайно сложно определить, что на самом деле делают различные биоты кишечника, потому что существует так много взаимосвязанных функций.
Человечество находится на ранних стадиях развития этой области, и неизвестного здесь больше, чем известного - но от микробиома, вероятно, зависит всё. Как указано в обзорной статье 2020 года, опубликованной в Журнале Международного общества спортивного питания, микробиом играет основную роль для «усвоения питательных веществ, синтеза витаминов, сбора энергии, модуляции воспаления и иммунного ответа хозяина». Эти механизмы касаются всего, что необходимо для здоровой жизнедеятельности - от метаболических процессов до болезненных процессов и даже таких вещей, как «VO2 max» (Максимальное потребление кислорода). Определенная биота даже была определена как особенно важная для спортивных результатов!
Исследование, опубликованное в журнале Nature в 2019 году, выявило послемарафонский всплеск вейлонеллы (род бактерий, которые входят в состав нормальной микрофлоры человека) которая метаболизирует лактат. Выделив элемент вейлонеллы у бегуна, исследователи привили ее мышам, и эти мыши смогли на беговых дорожках бежать на 13% дальше. Пересадка экскрементов от человека к мыши - наука прекрасна.
Исследования на мышах важны в качестве отдельного этапа научной деятельности. Некоторые из первоначальных результатов в этой области впервые были сделаны именно на мышах, микробиомы которых были выборочно уничтожены, чтобы отслеживать последующие воздействия, что дало подсказки о том, насколько важна биота кишечника, как в целом, так и в отношении конкретных моделей.
В будущем, как показало исследование 2019 года, исследования на мышах могут продемонстрировать эффективность на этапах предшествующих исследованиям на людях, а также с помощью межвидовых испытаний. Прогнозисты говорят, что вмешательство в микробиом может предоставить огромную возможность изменить представление о здоровье и производительности человека. Значительной частью этих открытий мы будем обязаны мышам.
Таким образом, исследования продемонстрировали, что микробиом играет важную роль в здоровье и работоспособности. Но как микробиом влияет на мозг и мотивацию к занятиям спортом? Это вопрос, которым задались в исследовании 2022 года, после того как обнаружили существующую связь между кишечником и мозгом в других областях.
ИЗУЧЕНИЕ МИКРОБИОМА
Исследователи начали с процесса полного моделирования микробиома, состоящего из 10 500 точек данных на одну мышь, на 199 необученных мышах. «Впоследствии, — отметили авторы, — мыши подвергались профилированию упражнений - либо произвольному бегу в колесах, либо по беговым дорожкам на выносливость». Вы могли бы подумать, что мыши будут похожи в своих привычках к физическим упражнениям, учитывая их схожие генетические профили, верно? На самом деле, у мышей совершенно разные способности к физической нагрузке!
Как можно изолировать причину изменчивости? Вот где исследование переходит от забавного к чрезвычайно важному. Они профилировали генетические сигнатуры, показатели крови, метаболические параметры и микробиомы, а затем обучили модель машинного обучения для выявления корреляций с производительностью. «Примечательно, — говорят авторы, — что прогноз, основанный исключительно на результатах секвенирования [микробиома], достигал точности, которая была почти такой же высокой, как точность, достигнутая с помощью метаболома (это «систематическое изучение уникальных химических «отпечатков пальцев» специфичных для процессов, протекающих в живых клетках» — конкретнее, изучение их низкомолекулярных метаболических профилей) сыворотки или всех измеренных параметров вместе взятых, несмотря на то, что охватывала гораздо меньшее количество переменных». Это открытие, по-видимому, указывает на то, что микробиом является движущей силой производительности.
Затем исследователи осуществили эксперимент по потери функции (истощение микробиома) и приобретения функции (трансплантация микробиома). Почему важно, что эти вмешательства проводились на мышах — потому что было бы очень неэтично уничтожать микробиом у людей, которые полагаются на него для здорового функционирования. Истощение микробиома снижает спортивные результаты примерно на 50%. Когда они трансплантировали кишечную биоту от мышей с высокими достижениями мышам, выращенным без микробиома, эти мыши превзошли уровень донора. Изменчивость микробиома, казалось, перевешивала все остальные переменные в прогнозировании производительности.
У всех мышей богатый внутренний мир, но ради науки можно предположить, что индивидуальную изменчивость можно объяснить физиологическими параметрами. Исследователи предположили, что изменения производительности были связаны с ролью микробиома в функционировании мышц. «Однако, — говорят авторы, — тесты ex vivo ((с лат. — «из жизни»), означает «то, что происходит вне организма», то есть проведение экспериментов в живой ткани) мышечной функции, потребления кислорода или транскриптомики (методы, разработанные для изучения транскриптома организма) не выявили значительных эффектов лечения антибиотиками, что позволяет предположить, что выраженное влияние кишечного микробиома на произвольные упражнения и упражнения на выносливость может не быть опосредовано изменениями в физиологии мышц».
МИКРОБИОМ И МОЗГ
Авторы осуществили секвенирование (определение их аминокислотной или нуклеотидной последовательности) РНК участков нейронов у мышей (подвергшихся «пересадке» микробиома) после физической нагрузки, обнаружив изменения в участках нейронов, связанных с дофамином. Измеряя уровень дофамина, они обнаружили гораздо более высокую реакцию у мышей со здоровым микробиомом. «Поразительно, — заявили авторы, — этот дофаминовый ответ был почти устранен у животных, получавших антибиотики… Нарушенный дофаминовый ответ наблюдался только в состоянии физической нагрузки, тогда как базовый уровень дофамина не зависел от микробиома». На другие нейротрансмиттеры (биологически активные химические вещества, посредством которых осуществляется передача электрохимического импульса от нервной клетки через синаптическое пространство между нейронами, а также, например, от нейронов к мышечной ткани или железистым клеткам) ни упражнения, ни микробиом вообще не влияли! Таким образом, состояние микробиома, по-видимому, напрямую влияет на дофаминовую реакцию у мышей, связанную с физическими упражнениями - и, как вероятно, изменяет пути вознаграждения и мотивацию.
Но на этом исследователи не остановились! «Расщепление дофамина регулируется ферментом, под замысловатым названием - моноаминоксидазой», и когда этот фермент подавляли лекарствами (задача, выполняемая здоровым микробиомом у высокопроизводительных мышей), уровень производительности мышей восстанавливался. Они также выделили типы нейронов, которые опосредуют этот путь, наряду с важными сигнальными путями, которые будут иметь ключевое значение для будущих исследований. Подводя итог, авторы сделали следующее заявление: «Наши результаты показывают, что кишечный микробиом способствует выработке кишечных метаболитов [жирных кислот], которые запускают сенсорные нейроны, которые в свою очередь посылают индуцированный физической нагрузкой сигнал в мозг и способствуют подавлению экспрессии фермента моноаминоксидазы в полосатом теле. Это снижение уровня фермента способствует повышению уровня дофамина и повышению способности (восприимчивости) к физическим нагрузкам».
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ: БЕГУНЫ И МИКРОБИОМ
Помимо того, что это исследование является частью науки с десятками экспериментальных шагов - оно было великолепно составлено, и ему суждено стать культовым произведением в этой области. Авторы предполагают, что исследование может объяснить «кишечное» происхождение различных высвобождений эндоканнабиноидов - ферментов, которые приводят к разным уровням «кайфа бегуна» у разных людей. Они также обнаружили связь с обезболивающим эффектом упражнений, «что указывает на то, что путь, обнаруженный в этом исследовании, может регулировать дополнительные аспекты физиологии упражнений». В исследовании также затрагивается эволюционное объяснение - связь микробиома и мотивации может быть обусловлена тем, что доступность питательных веществ коррелирует с «готовностью и способностью заниматься длительной физической активностью». Всегда ешьте достаточно - эволюционная рекомендация.
Каковы последствия выводов этого исследования для людей? Последнее предложение исследования излагает его следующим образом: «Применимо к людям, наши результаты подразумевают новое описание интероцепции (процесс информационных взаимодействий с участием интероцепторов и центральной нервной системы. Основателем этого направления физиологии часто считают В. Н. Черниговского), которая стимулируют мотивацию к упражнениям, может предоставить мощную возможность противодействовать пагубному воздействию сидячего образа жизни на здоровье». Последствия физиологии упражнений могут указывать на объяснение различных реакций на тренировочные стимулы в темной человеческой долине, расположенной где-то между разумом и телом.
Вопрос на триллион долларов заключается в том, будет ли это открытие применимо к людям. Мы не очень близки к этому ответу. Как сказано в комментарии журнала Nature: «Вроде бы и заманчиво рассмотреть последствия этого исследования для человека, но оценка практической значимости этих результатов потребует обширной дальнейшей оценки». Эта дальнейшая оценка должна быть многогранной и, вероятно, займет много лет, потому что «множество других факторов влияют на мотивационные состояния людей, что требует изучения ряда стратегий для укрепления мотивационных схем и цепей вознаграждения, возникающих в неблагоприятных условиях».
Следующие шаги в этой области определенно неясны, но ряд исследований на мышах и людях раскрывают сложную взаимосвязь между кишечником и почти всеми переменными, влияющими на здоровье и работоспособность, в том числе и в мозге. В будущем мы, вероятно, будем говорить о трансплантации микробиома и индивидуальных добавках, которые будут иметь потрясающие преимущества для здоровья (и, возможно, для психического здоровья). На данный момент сосредоточьтесь на здоровье своего кишечника с помощью определённого ряда натуральных продуктов - включая продукты с пробиотиками и пребиотиками, а также достаточного (умеренного) / разумного потребления пищи.
Комментарии