A testmozgás hatása a bélflóra-bél-agy tengelyre
Bevezetés
Az emberi béltraktusban széles körben vannak jelen különböző fajta mikroorganizmusok, melyek a gazdaszervezetben fontos funkciót töltenek be szimbiotikus kapcsolatuk révén. Egy mikroökoszisztémát hoznak létre, amely többek között jelentős szerepet tölt be a védekezésben, a nyálkahártya felépítésében, homeosztázis fenntartásában. Ezen felül tápanyagot biztosít, részt vesz az inger továbbításban és az immunrendszer működését is befolyásolja. Ezek a mikrobák elsősorban anaerob baktériumok, melyek főként a Bacteriodetes és Firmicutes törzsbe sorolhatóak. Arányuk és mennyiségük jelentősen függ a környezeti és fiziológiai hatásoktól. A baktériumokon kívül még számos gomba és vírus faj is részt vesz az ökoszisztéma kialakításában.(Dalton és mtsai; 2019) A mikrobák jelentős résztvevői az agy-béltraktus tengelynek, hisz kölcsönös hatással vannak egymásra, tudják befolyásolni egymás működését. Egyes kutatások alapján a mikrobák a homeosztatikus és a fiziológiai változásokra olyan mértékben tudnak reagálni, hogy egy külön belső elválasztású mirigynek is tekinthetőek. (Monda és mtsai, 2017) Ilyen változásokat különböző testi vagy akár lelki eredetű hatások is kiválthatnak. Kulcsszerepet játszanak az egészség fenntartásában valamint a betegségek kialakulásában. A testi, lelki változások hatására hozzájárulhatnak számos betegség kifejlődéséhez, ilyenek például a szív- és érrendszeri problémák, cukorbetegségek és még allergiák létrejöveteléhez is közük lehet. Az emberi bélflóra összetétele egyénenként jelentősen eltérhet egymástól, ennek kifejlődésében fontos szerepet játszanak a különféle külső és belső faktorok amik az egyének életében érik őket. Ilyen hatásként a test saját fiziológiája, az illető életvitele, étrendje, testmozgásba fektetett energiája érthető. Ezek és a környezeti hatások lényegesen befolyásolják a mikrobák mennyiségét és aktivitását. Pozitívan befolyásoló tényezőnek számít az egészséges táplálkozás, a rendszeres mozgás. A rostokban gazdag , zöldségekből, gyümölcsökből készült termékek valamint a teljes kiőrlésű lisztből sütött pékáru fogyasztása növeli a mikrobák sokszínűségét. Friss kutatások azt mutatják, hogy a mozgás növelésével emelkedik a bélflórában található olyan mikroba fajok száma, amik érzékenyen reagálnak a mozgás által kiváltott homeosztatikus és fiziológiai változásokra.(Monda és mtsai, 2017) A testmozgás pontos hatása a bélflórára és általa a bél-agy tengelyre nehezen kimutatható, a konkrét összefüggések a mikrobák és a béltraktus, ezáltal a bélflóra és a központi idegrendszer között láthatóak (1.Ábra). Emiatt kimutatható, hogy a bélflóra diverzitása miként lehet befolyással a gasztrointesztinális és pszichológiai betegségek kialakulására is. Ebben a dolgozatban az eddig összegyűjtött és általunk megismert tanulmányok alapján a testmozgás és táplálkozás mint környezeti tényezők bélflórára gyakorolt hatását szeretnénk bemutatni a béltraktus- agy tengely függvényében.
Mikrobák kialakulása és összetétele
A kezdeti tanulmányok ezen kutatási területen a mikróbák meglétével vagy annak hiányával foglalkoztak. Laboratóriumokban “germ-free” állatokon kísérleteket végeztek. Ezekben a kísérletekben műtéti úton beavatkoztak a mikrobák születés utáni természetes kialakulásába. Összehasonlítva kontroll állatokkal, az ilyen állatokban jelentősen kisebb bélfelszín alakult ki, vékonyabb mikrobolyhokkal és kisebb Peyer-plakkokkal. Az így kifejlődött béltraktus kevésbé tudott megfelelően működni, így a homeosztázis fenntartására és az immunválaszra is alkalmatlanabb volt. (Monda és mtsai; 2017) Egy további kísérletben a különböző diéták hatására kialakuló más összetételű mikrobiomokra került a hangsúly. Heinritz és munkatársainak (2016) kutatása két különböző diétát hasonlított össze, amiket sertéseken alkalmaztak, egyfajta modellként beállítva őket. A kísérletben nyolc ivartalanított hímet osztottak szét a két kezelés között. Az egyik étrend magas zsír / alacsony rost összetételből állt, a másik alacsony zsír / magas rost tartalmú ételből tevődött össze. Ezt hét hétig alkalmazták a sertéseken, kétszer kaptak egy nap az összeállított takarmányból. A kísérlet során minden hét hetedik napján összegyűjtötték a bélsarukat, amiből PCR teszttel kimutatták a bennük található mikrobákat, valamint meghatározták a rövid láncú zsírsavak mennyiségét is. A vizsgálat végén megállapították, hogy az alacsony zsírtartalmú diétában részesült sertésekben nagyobb arányban voltak elterjedve a Firmicutes törzsbe tartozó baktériumok mint a magas zsírtartalmú diétát fogyasztók között. A diéta hatására stimulálódtak ezek az egészségre kedvező baktériumok. A magas zsírtartalmú étrendet kapott állatokban nem növekedtek a kedvező hatású baktériumok száma, sőt még az egészségre kedvezőtlen mikrobák is terjedtek. A kísérlet bemutatta a bélflóra fontosságát az egészséghez kapcsolódóan. Bebizonyította hogy az étrend befolyásolja a baktériumok elterjedését és működését, és mivel számos betegség megelőzésében vesznek részt ezek a mikrobák, így hatásuk van az egészséges életre.(Heinritz és mtsai; 2016)
Betegségek és mikrobák egymásra gyakorolt hatásai
A mikrobák szükségesek a homeosztázis fenntartásában és a bélflóra normál működésében. Több betegség kialakulása is összefüggésbe hozható a nem megfelelő bélflórával. Bár ezen betegségek eredete környezeti és genetikai tényezőkre egyaránt visszavezethetőek, az elhízás, cukorbetegség, szívkoszorúér betegségek, gyulladásos bélbetegségek kialakulása és a mikrobák minőségbeli jelenléte között számos összefüggést mutattak ki.(Monda és mtsai; 2017) Ley és munkatársai “ob/ob”(genetikailag elhízott) egereken végzett kísérletei azt igazolják, hogy genetikailag elhízott egerekben megváltozik a két fő mikróba törzs egymáshoz viszonyított aránya, a Bacteriodetes törzshöz tartozó mikrobák száma jelentősen csökken, míg a Firmicutes törzshöz tartozók száma nő. Ugyanakkor Ley és munkatársai azt is kimutatták, hogy csökkent mikroba diverzitás és a Firmicutes és Bacteroidetes megnövekedett aránya összefüggésben van a II. típusú cukorbetegségben kialakult elhízással és befolyással van a vércukorszintre. (Monda és mtsai; 2017) Más kutatások alapján a mikrobák összetételének változása gyulladásos bélbetegségekhez is társulhat. Ilyen gyomor-bélrendszeri rendellenesség lehet a fekélyes vastagbélgyulladás vagy a Crohn-betegség. Ezekben az esetekben a Firmicutes és Bacteroidetes mikrobák aránya csökken míg a proteobaktériumok elszaporodnak. (Monda és mtsai; 2017)
Mozgás hatása a bélflórára
A fentiekben részletezettek alapján a különböző mikrobák mennyisége környezeti hatásokra változhat amik befolyással vannak számos betegség alakulására. A sport mint környezeti hatás által kiváltott bélflóra változások pozitívan befolyásolják a homeosztázist és a szabályozást. A testmozgás általánosan jó hatással van az egészségre. Rendszeres mérsékelt edzés kedvező hatással van az izmokra, az ízületekre, sőt az agyi aktivitásra is hat, viselkedést és hangulatot befolyásol, valamint elősegíti a hatékony feladatmegoldás végrehajtását. Friss kutatások közé tartozik a testmozgásnak a bélcsatornára gyakorolt befolyása, melyek szerint az emésztési aktivitáson és a bélflóra diverzitásán kedvezően segít.(Dalton és mtsai; 2019) A mozgás pontos szerepe viszont még nem teljesen ismert, ami a bélflóra, bél, és agy közötti komplex összefüggéseknek köszönhető.
Különböző típusú mozgásformák eltérően befolyásolják a bélcsatorna változásait(2.Ábra).
Alacsony intenzitású testmozgás azáltal befolyásolja a gasztrointesztinális traktust, hogy növeli a bélcsatorna motilitását így csökken a kontaktidő a patogének és a bélcsatorna nyálkahártyája között. Ezzel a védekező hatással csökken a vastagbélrák, a divertikulózis és a gyulladásos bélbetegségek kialakulásának esélye. Az állóképességet igénylő mozgások akár 80%-kal is csökkenthetik a bélcsatornában található vérmennyiséget, ami nem megfelelő belső állapot mellett toxikus hatású is lehet.(Monda és mtsai; 2017) Az elnyújtott időtartamú mozgás azonban a bélcsatorna áteresztő képességére van hatással. Azáltal, hogy a bél barrier funkciója csökken, baktériumok ürülnek bélsárral a vastagbélből.(Monda és mtsai; 2017) Ülő életmód magas zsírtartalmú diétával párosítva a bélbolyhok megvastagodását eredményezik, ami plazmasejtek, limfociták szivárgásához vezet. A testmozgás megakadályozza ezt a morfológiai változást azáltal, hogy csökkenti a ciklooxigenáz kiáramlását a bél proximális és disztális végein. Ezen kívül segít megvédeni az esetleges sérülésektől. (Monda és mtsai; 2017)
Matsumoto és munkatársai patkányokon végzett kísérletei azt bizonyították be, hogy az önkéntes futási gyakorlatok meghatározták a bél mikroba összetételét, növekedett a bélben az n-butirát koncentráció és a vakbél átmérője is. Az magas n-butirát koncentráció segít a vastagbélrák elleni védekezésben és véd az irritábilis bél szindróma kialakulásával szemben. A korán elkezdett rendszeres edzés elősegíti az agy kifejlődését is. (Monda és mtsai; 2017) Ezzel szemben a kényszerített mozgás hatására a mikrobák összetétele másképpen alakul. A kényszerített mozgás az állat számára pszichológiai stresszor. A stresszhatás miatt a Firmicutes olyan fajtái stimulálódnak, amelyek pszichobiotikumoknak tekinthetőek, azáltal, hogy kedvező szerepet játszanak a neuropszichiátriai betegségekkel szemben. Így a mozgás hozzáköthető a pszichológiai rendellenességek és a mentális problémák enyhítéséhez. (Dalton és mtsai; 2019) A fenti tanulmányokkal összhangban az American Gut Project kutatásai kimutatták, hogy a profi sportolók bélflórájában nagyobb számban és nagyobb diverzitásban találhatóak meg a Firmicutes törzshöz tartozó bélbaktériumok, mint az átlag korosztálynak megfelelő emberekben. Ugyanakkor a tanulmányozott profi sportolóknál az a bélflóra kialakulásában az étrend is szerepet játszik. A megnövekedett fehérje és kreatin bevitel is hozzájárul a mikrobiom sokszínűségéhez. (Dalton és mtsai; 2019)
Különböző étrendek mikrobákra és ezáltal az életmódra gyakorolt hatása
A rendszeres testmozgás jótékony hatásai a betegségek megelőzésének érdekében már ismert. Számos kór, például vastagbélrák vagy cukorbetegség elkerülése érdekében kifejezetten javasolni is szokták a gyakori sportolást. Az újabb kutatások a mozgás hatásait vizsgálják, hogy milyen szerepe is van az ilyen terápiás eljárásokban. Állatkísérletek során találtak összefüggést a testmozgás-indukált bélflóra változások pozitív hatásaira a kóros elhízás kezelésében. Ugyanakkor az emberek között sok eltérő testfelépítésű, más étrendet követő és különböző rendszerességgel sportoló egyének vannak, ezért ebben az esetben a felsorolt összes faktort figyelembe kell venni. (Jang és mtsai; 2019)
Lae-Guen Jang és munkatársai (2019) széklet minták vételével hasonlították össze, egy korcsoportba tartozó, ülőmunkát végzők, súlyemelők és távfutók bélflóráját ezáltal vizsgálva a kapcsolatot a mikroba jellemzők, testfelépítés és az étkezés között. Testfelépítés tekintetében számos eltérés volt a három csoportban. A kontroll csoportba tartozóknak a zsírszövet volt a legmagasabb arányban jelen, valamint a test-zsír százalékuk a legmagasabb volt. A testépítőknek leginkább a vázizomzat nagyobb jelenléte volt fellelhető. A távfutók esetében volt a legkevesebb izom, a legalacsonyabb zsírszövet mennyiség és a legkisebb test-zsír százalék. A teszt során a résztvevőknek azt a diétát kellett követniük, ami az addigi mindennapi életmódjukhoz volt szükséges. Ez három napig ellenőrzés mellett folyt, hogy pontosan felmérjék a napi bevitelt. A megfigyelés során a következő adatokat gyűjtötték össze: Az atléták több szénhidrátot és zsírt fogyasztottak mint a kontroll csoportba tartozók. A fehérje bevitelnél viszont a testépítőknél volt relevánsan magasabb eredmény, mint a másik kettő csoport esetében. A napi rosttartalomra nézve egyik társaság sem fogyasztotta el az ajánlott mennyiséget. (Jang és mtsai; 2019) Az eredmények összességében azt mutatták, hogy a testépítők magas fehérje tartalmú diétát, a távfutók pedig kifejezetten alacsony rosttartalmú étrendet folytattak. (Jang és mtsai; 2019) A kutatás során a résztvevők bélflórájának összetételét is nyomon követték. A kísérletből az derült ki, hogy az ülőmunkát végző kontroll csoporthoz képest a sportolók emésztőrendszerében, a saját specifikus diétájuk mellett változatosabb mikróba összetétel alakult ki. Emellett eltérés mutatkozott a távfutók és testépítők között a baktériumok összetételben. Míg a távfutóknál elsősorban a Firmicutes és Bacteroidetes törzshöz tartozó mikrobák aránya emelkedett számottevően, addig a testépítőknél emellett más törzs tagjai is nagy számban voltak jelen. Ezek közé a törzsek közé tartozik két jelentősebb nemzetség, a Sutterella és a Bifidobacterium. Magas zsírtartalmú étrend mellett főként a Sutterella míg alacsonyabb zsírtartalmú diéta fogyasztásánál a Bifidobacterium emelkedett jobban.( Jang és mtsai; 2019) Friss kutatások azt mutatták ki, hogy a diétaváltás akár 57% ban is megváltoztathatja a bélflóra összetételét. Rövid idejű, főként állati vagy főként növényi étel fogyasztása már 24 óra alatt megváltoztatja a bélflóra összetételét és funkcióját. (Clark és Mach; 2016)
A sportolókat a versenyre készülés alatt, valamint a megmérettetések előtt és közben rengeteg stressz éri életük során. Az intenzív testmozgás során jelentkező fizikai, pszichés és szociális elvárások stresszreakciót idézhetnek elő, ami aktiválja a HPA tengelyt (hipotalamusz- hipofízis- mellékvese) ami katabolikus és stressz hormonok felszabadulását eredményezi.(Clark és Mach; 2016) Ez a stressz nagy mértékben érinti a táplálkozásukat is, a kortól, az edzés típusától és annak intenzitásától függően az atléták 20-50%-ánál felmerülnek emésztő traktusi problémák. (Clark és Mach; 2016). Ebből az látszik, hogy az agyban termelődött hormonok is hatnak a bélflóra működésére. A következőkben az agy és a bélrendszer egymásra gyakorolt hatását részletezzük.
Enterális és központi idegrendszer
Az agy és a bélrendszer közötti kapcsolat kialakulása már az anyaméhben megkezdődik, hiszen az embrionális fejlődés során a központi idegrendszer és az enterális idegrendszer ugyanabból a szövetből fejlődik ki.(Dalton és mtsai; 2019) A bél-agy tengely legfőképpen a nervus vaguson keresztül kommunikál. Ez az ideg a központi idegrendszert és az enterális idegrendszert köti össze, ami során egy kétirányú kommunikációs csatornát hoz létre a két rendszer között. Az agyból érkező információk képesek a bélflóra összetételét és működését befolyásolni. Ugyanakkor a béltraktus mikrobiomja ugyanúgy képes hatni az agyi működésre a hipotalamusz-hipofízis-mellékvese tengelyen keresztül.(Dalton és mtsai; 2019)
A csökkent vagus-aktivitás fokozza az irritábilis bél szindróma (IBS), a gyulladásos bélbetegségek (IBD) és depresszió kialakulását, valamint kapcsolódik a csökkent gyomormotilitáshoz és gyomorürüléshez. (Dalton és mtsai; 2019) A nervus vaguson keresztül a bélflóra is képes neurológiai hatás kifejtésére. Eme kapcsolat bizonyítására Dalton és munkatársai (2019) végeztek kísérletet. A kísérlet során kolitiszben szenvedő egereket 21 napon keresztül specifikus, célzott probiotikumos étrend kiegészítőkkel etették. Az étrendkiegészítő Bifidobacterium Longum baktériumot tartalmazott. A 21 napos diéta után az egereken kevéssé szorongó viselkedést figyeltek meg, a probiotikum serkentette az agyműködést. Ugyanakkor az étrend kiegészítő készítmény pozitív neurológiai hatását vagotómián átesett egerekben nem tudták kimutatni. Ebből a kísérletből lehet következtetni a nervus vagus kommunikációs szerepére a bél-agy tengelyen. (Dalton és mtsai, 2019) Erre a kapcsolatra a bélben található mikrobáknak is hatásuk van. Egyes mikrobák szerotonint szabadítanak fel, amely az egyik fő neurotranszmitter a bélflóra-bél-agy tengelyen. Ez is megmutatja a mikrobák fontosságát a normális gyomor és agyműködésben. ( Dalton és mtsai, 2019) Ezek mellet a bélrendszer és az agy a bélhormonokon keresztül is kommunikál. Ilyen hormonok például a GABA (gamma-amino-butirát sav), neurofehérjék (NPY, dopamin), illetve a bélmikrobák által szintetizált molekulák, a rövid láncú zsírsavak(SCFA), és a triptofán.(Clark és Mach; 2016) Mindemellett a hipotalamo-hipofízisre és a mellékvesére is hatást fejtenek ki az emésztőtraktus mikrobái. Ezt szintén a nervus vaguson keresztül végzi, a helyzetének visszajelzése alapján aktiválódik a HPA-tengely megfelelő része, aminek hatására katekolaminok, és glükokortikoidok szabadulnak fel.(Clark és Mach; 2016) Az előző fejezetben tárgyalt edzés okozta stressz kísérletek alapján csökkenti a Firmicutes törzshöz tartozó Turicibakter és Ruminococcus nemzetség mikrobáinak számát.Ezek a bélnyálkahártya termelésben és immunfolyamatokban vesznek részt. (Clark és Mach; 2016)
Konklúzió
A fent bemutatott tanulmányok alapján az látható, hogy a bélrendszer és az agy szoros összefüggésben van egymással, és a testmozgás valamilyen módon képes hatást kifejteni erre a kapcsolatra. A megfelelő bélflóra kialakítása nagyban hozzájárul a pszichés és emésztőrendszert érintő betegségek megelőzésében vagy tüneteinek kezelésében. A bélflóra mikrobáinak összetételére környezeti hatások is befolyással vannak. Általánosságban elmondható, hogy a rendszeres testmozgás és az alacsony zsírtartalmú diéta, egészséges étrend hozzájárul a megfelelő bélflóra kialakulásához. Azt is elmondhatjuk, hogy különböző életmódok különböző diverzitású mikrobiomokhoz vezetnek. Mindezekben fontos szerepet játszik a sport megléte és milyensége, ami egyénenként változtathatja a bélmikrobák sokszínűségét és működését egyaránt. Abban is bizonyosak lehetünk, hogy stressz hatására csökken a bélflóra diverzitása. Az agyi működés által kifejeződő faktorok jelentősen hozzájárulhatnak egyes betegségek lehetséges kialakulásához. Mivel a bél-mikrobák és az agy kapcsolatának kutatása még kialakulóban lévő terület, egyenlőre kevés bizonyító erejű kísérlettel szolgálhat. A testmozgás további hozzájárulása az előbbi kapcsolathoz még annál kevésbé ismert. Ugyanakkor várhatóan sok új felfedezést hozhat, amit az orvostudomány gyakorlatban is alkalmazhat majd. Dolgozatunk készítésének idejében is számos kutatás folyik különböző probiotikumok lehetséges alkalmazásáról a Sars-CoV-2 tüneteinek enyhítésére. Például Rajput és munkatársai (2021) vizsgálják a mikrobák hatását a tüdő immunitására. Ezzel keresnek esetleges megoldást a tüdőben kialakuló tünetek kezelésére.
Irodalomjegyzék