Бактерии и спорт – как микробиом нашего ЖКТ влияет на желание заниматься спортом
Согласно исследованию на мышах, проведенному учеными из Медицинской школы Перельмана Пенсильванского университета, некоторые виды кишечных бактерий воздействуют на нервы в кишечнике, чем стимулируют желание заниматься спортом. Исследование, которое было опубликовано недавно в журнале «Nature», показывает, что между нашим кишечником и головным мозгом существует связь, а также объясняет, почему некоторые бактерии повышают физическую работоспособность1.
Ниже мы расскажем об основных выводах, к которым пришли ученые, и почему они вовсе не так однозначны.
Не генотип
Когда мышам предоставляется возможность заниматься спортом, их энтузиазм (как и у людей) значительно различается. Команда из Университета Пенсильвании обнаружила, что одни (ученые назвали их «активными») мыши за двое суток могут пробежать на колесе почти 20 миль, в то время как другие, «ленивые», могут почти не пытаться воспользоваться игрушкой.
Старший автор исследования Кристоф Тайсс, доктор наук и доцент кафедры микробиологии в Медицинской школы Перельмана, и его коллеги решили найти факторы, обуславливающие такую разницу в поведении животных. Ученые пытались определить, почему одни мыши выполняли больше физических упражнений и охотнее бегали в колесе, чем другие. Они изучили последовательности генома мышей, виды и количество кишечных бактерий (микробиом), обитающих в их желудочно-кишечном тракте, колебания показателей анализа крови, а также сформировали генетически разнообразные группы животных. Затем они измерили количество ежедневных добровольных пробежек каждой мыши на колесе, а также выносливость особей.
Полученные данные команда проанализировала с помощью искусственного интеллекта. Поиск был направлен на признаки, которые могли бы лучше всего объяснить значительные межиндивидуальные различия в желании животных заниматься спортом и в эффективности «физзарядки». Они были удивлены, обнаружив, что генетика, по-видимому, объясняет лишь небольшую часть этих различий.
В то же время, отличия в популяциях кишечных бактерий оказались значительно более серьезно связанными с теми физическими характеристиками, которые демонстрировали подопытные мыши.
Бактерии-стимуляторы
У мышей, которых ученые определяли как «активных», в кишечнике оказалось множество видов бактерий, которые продуцировали определенные типы жирных кислот. Когда активных мышей кормили антибиотиками, мыши теряли желание заниматься спортом. Восстановление же их исходного микробиома приводило к увеличению времени добровольной физической нагрузки и ее усилению.
Мыши же, выращенные в стерильной среде, сразу демонстрировали качества «ленивых». Когда ленивым мышам пересаживали кишечные микробы от активных мышей, их физическая активность значительно увеличивалась.
Самую значимую роль в этом процессе играли Eubacterium rectale и Coprococcus eutactus. Доказать воздействие именно этих бактерий ученым удалось, проведя тот самый эксперимент с антибиотиками.
От бактерий – к головному мозгу
Исследователям удалось проследить всю цепочку повышения работоспособности: от разнообразия микробиома до небольших молекул, которые производят Eubacterium rectale и Coprococcus eutactus и которые, как оказалось, «переводят» этот биологический эффект на понятный для центральной нервной системы язык путем стимуляции нервных клеток в кишечнике, откуда импульс передается уже в головной мозг, где вызывает (во время занятия физической деятельностью) повышение активности в области, контролирующей мотивацию.
Молекулы, производимые Eubacterium rectale и Coprococcus eutactus, относятся к амидам жирных кислот. Эти вещества запускают ряд сигналов, которые приводят к увеличению дофамина в центрах вознаграждения мозга, когда животные тренируются. Полученный в результате так называемый «runner's high» побуждал к дальнейшим упражнениям.
Runner's high, «кайф бегуна», или эйфория бегуна – состояние наподобие легкого опьянения, которое наблюдается у спортсменов в циклических видах спорта во время длительной физической активности, в результате которого возрастает устойчивость к боли и усталости. Теории, объясняющие действие эйфории бегуна, появились в 1970-х годах в США на волне интереса к бегу трусцой, тогда же были открыты опиатные μ-рецепторы в мозге.
Эффект реализуется через стимуляцию эндоканнабиноидных рецепторов CB1 на сенсорных нервах кишечника, что, в свою очередь, повышает уровень дофамина в вентральном полосатом теле – критическом узле в сети вознаграждения и мотивации головного мозга.
Таким образом, исследование Пенсильванского университета обнаружило наличие особого пути передачи нервных импульсов от кишечника к мозгу, задействование которого повышает физическую работоспособность у исследуемой группы животных.
Значение для людей
Полученные данные открывают множество новых направлений научных исследований. Например, полученные в ходе экспериментов данные о том, что более успешные мыши испытывали более интенсивный «кайф бегуна» – измеряемый в данном случае снижением болевой чувствительности, – дают возможность утверждать, что это хорошо известное явление также, по крайней мере частично, контролируется разнообразием и количественным составом микробиома кишечника.
«Этот путь мотивации от кишечника к мозгу мог развиться, чтобы связать доступность питательных веществ и состояние популяции кишечных бактерий с готовностью к длительной физической активности, – объясняет соавтор исследования Дж. Николас Бетли, доктор наук и профессор биологии Школы искусств и наук Пенсильванского университета. – Это направление исследований может развиться в совершенно новую отрасль физиологии физической нагрузки».
Теперь команда планирует дальнейшие исследования, чтобы подтвердить существование этого пути от кишечника к мозгу у людей.
«Если мы сможем подтвердить наличие аналогичного пути у людей, это может предложить эффективный способ повысить уровень физической активности людей для улучшения здоровья общества в целом», – говорит старший автор исследования Кристоф Тайсс.
Помимо возможной разработки новых, дешевых, безопасных и основанных на диете способов заставить обычных людей заниматься спортом, а также помощи профессиональным спортсменам улучшить свои результаты, изучение этой связи между кишечником и головным мозгом может также дать и более простые методы изменения мотивации и настроения для, например, больных депрессией.
А, возможно, и нет
Исследование команды Тайсса, безусловно, очень значимо для физиологии мышей. Но смогут ли его результаты повториться у людей – большой вопрос.
Так, например, известный ученый-эволюционист Теодор Гарланд-младший похвалил исследование, но предупредил:
«Анализировать мотивацию у людей сложнее, чем у мышей: стимул человека к занятиям спортом основан на гораздо большем количестве факторов, в том числе внешних – наподобие окружающей его социальной среды и влияния семьи или друзей. Например, мыши не подбадривают друг друга заниматься спортом»2.
А вот, например, интерактивный график от Гарвардского университета, показывающий взаимодействие структур мозга человека, отвечающих за мотивацию (для перехода на страницу Гарварда нажмите на ссылку)3:
Да и у мышей все не так однозначно. Например, предыдущее исследование 2014 года показало, что желание тренироваться у этих животных контролирует совсем другой участок мозга4.
Поможет ли исследование Тайсса и его коллег людям? Однозначно да, поскольку запустит целый ряд других, сходных исследований на эту тему и тем повысит вероятность, что одно из них в конце концов доберется до истины.
Но будут ли это одни бактерии? Скорее всего, нет. Человеческая мотивация – сложная система. Люди могут делать что-то неприятное или скучное в надежде на вознаграждение в будущем; тренироваться, чтобы похудеть или подготовиться к марафону; ходить в спортзал, чтобы получить похвалу от тренера или человека, который им нравится. Мыши же бегают в колесе из-за врожденной тяги к бегу – точно так же, как ездовые собаки. Ни те, ни другие не обладают мотивацией, заставляющей их стремиться к победе в гонках или обогнать соперника из-за денег или желания похвалы, у них вообще нет такой концепции. Мы же, обладая таким стремлением, обладаем и другим – которое заставляет нас бросать тренировки и не делать нужные для здоровья упражнения даже после того, как нам об этом скажет врач.
Вряд ли подобные установки сможет победить маленькая бактерия, пусть даже и вырабатывающая дофамин.
