Кишечная микробиота как фактор формирования физиологического статуса организма спортсменов

По современным представлениям, одним из важнейших факторов, влияющих на поддержание гомеостаза, и определяющих состояние здоровья человека, является микробиота кишечника. В состав кишечной микробиоты входят более 1000 видов бактерий, а также археи, грибы, вирусы, простейшие [1]. Подавляющее большинство (около 95 %) идентифицированных микроорганизмов-обитателей кишечника здорового взрослого человека составляют бактерии четырёх типов – Firmicutes (включая лактобактерии), Bacteroidetes, Proteobacteria и Actinobacteria (включая бифидобактерии). Около 5 % приходится на долю представителей Fusobacteria, Verrucomicrobia и Cyanobacteria. Доля остальных представителей кишечной микробиоты, которые могут быть как симбионтами, так и паразитами человека (археи, грибы, вирусы, простейшие), составляет около 0,2 % [2]. Одни виды бактерий постоянно присутствуют в кишечнике человека и играют важную роль в метаболизме организма-хозяина и защите его от возбудителей инфекционных заболеваний (например бифидо-и лактобактерии). Другие микроорганизмы, относящиеся к факультативной части нормальной кишечной микробиоты, достаточно часто встречаются у здоровых людей, но их качественный и количественный состав непостоянен и время от времени меняется [3].

Нормальная кишечная микробиота выполняет ряд функций, полезных для организма-хозяина. Так, она принимает участие в создании колонизационной резистентности – устойчивости к заселению макроорганизма посторонними микроорганизмами. Это достигается за счёт способности некоторых представителей нормальной микробиоты прикрепляться к слизистой оболочке кишечника с образованием на ней пристеночного слоя, препятствующего адгезии патогенных и условно-патогенных микроорганизмов; синтеза органических кислот, перекиси водорода, бактериоцинов и других антимикробных веществ, подавляющих рост патогенных микроорганизмов; конкуренции с патогенными микроорганизмами за питательные вещества [3]. Микробиота кишечника оказывает стимулирующее влияние на иммунную систему. В частности, она активирует продукцию иммуноглобулинов А, способствует повышению фагоцитарной активности лейкоцитов, стимулирует клеточный иммунитет [4]. Эволюция иммунной системы человека осуществлялась в постоянном присутствии микроорганизмов. Поэтому наличие микробиоты само по себе является одним из ключевых условий, необходимых для становления иммунитета [5].

Важной функцией кишечной микробиоты является участие в процессах пищеварения. Она продуцирует ферменты и участвует в метаболизме желчных кислот, белков, липидов и углеводов, способствуя перевариванию пищи и усиливая перистальтику кишечника [6]. Особое значение имеет способность лактобактерий и бифидобактерий ферментировать пищевые волокна, не перевариваемые пищеварительными ферментами человека. В результате этого образуются короткоцепочные жирные кислоты (ацетат, бутират, пропионат), которые используются в качестве источника энергии для клеток макроорганизма, особенно для колоноцитов. Также эти бактериальные метаболиты служат сигнальными молекулами для клеток иммунной системы, определяя их дифференцировку и противовоспалительную активность [4]; стимулируют пролиферацию и дифференциацию клеток слизистой оболочки кишечника, поддерживают её целостность; снижают рН в толстом кишечнике; препятствуют росту и размножению гнилостных и патогенных микроорганизмов; стимулируют образование слизи, предохраняющей кишечную стенку от повреждений; усиливают всасывание натрия, хлора, калия, магния и воды [7]; оказывают влияние на физиологическое процессы, происходящие в печени, белой и бурой жировой ткани. Ацетат способствует снижению липолиза и накоплению жира в белой жировой ткани. Бутират уменьшает размер адипоцитов и усиливает липолиз в бурой жировой ткани [2], повышает чувствительность к инсулину, способствует снижению уровня глюкозы в крови, увеличению выработки АТФ, улучшению метаболизма мышечных волокон; защищает от катаболизма мышечные белки [8]. Пропионат участвует в регулировании процесса преобразования неуглеводных субстратов в глюкозу (глюконеогенез) в печени, наряду с бутиратом активирует кишечный глюконеогенез [2].

Лактобактерии, выделяя молочную кислоту и повышая кислотность среды кишечника, улучшают всасывание железа. Некоторые виды бактерий могут повышать биодоступность кальция, селена, цинка для организма-хозяина [9].

Представители нормальной кишечной микробиоты синтезируют аминокислоты, включая незаменимые, витамин К, витамины группы В (тиамин, рибофлавин, пиридоксин, фолиевую кислоту, никотиновую кислоту, пантотеновую кислоту, биотин), которые используются как микроорганизмами, так и организмом человека. Также бактерии-обитатели кишечника вырабатывают нейроактивные вещества: норадреналин, серотонин, оксид азота, гамма-аминомасляную кислоту. Продукция таких биологически активных соединений лежит в основе регуляторного действия микробиоты на функции центральной нервной системы [5]. Попадая в кровоток эти вещества воздействуют на головной мозг человека, оказывая влияние на поведение, настроение, реакцию на стресс, на развитие тревожного расстройства и депрессии [10].

Микробиота здорового кишечника синтезирует аминокислоту триптофан, опосредованно стимулирующую анаболизм мышечных белков [8]. Кроме того, кишечная микробиота участвует в регуляции газового состава кишечника; в детоксикации экзогенных и эндогенных субстратов и метаболитов (преимущественно за счёт гидролитическихи восстановительных реакций); в утилизации поступающих в кишечник лекарственных препаратов, канцерогенов;

осуществляет гидролиз холестерина, обеспечивая снижение его уровня в крови [3, 11]; принимает участие в регуляции массы костной ткани, усиливая её минерализацию [12].

Исследования, проведённые в последние годы, свидетельствуют о возможном влиянии кишечной микробиоты на спортивные результаты, а также о наличии взаимосвязи между физическими нагрузками и составом микробиоты кишечника у спортсменов. Показано, что кишечная микробиота оказывает влияние на развитие, рост, функционирование мышц и их способность адаптироваться к физическим нагрузкам через ось «микробиота – мышцы». Она взаимодействует со скелетными мышцами через воспалительный иммунный ответ, функции митохондрий, белковый анаболизм, энергетический обмен и обмен липидов, модуляцию эндокринной функции и управление инсулино-резистентностью. Ось «микробиота-мышцы» является двунаправленной, и высокий уровень физической активности оказывает значительное влияние на состав кишечной микробиоты [13]. Так, молочная кислота, которая накапливается в мышцах во время интенсивных физических нагрузок, может проникать из кровотока через кишечный барьер в просвет кишечника. В кишечнике бактерии рода Veillonella преобразуют молочную кислоту в пропионат. При этом у спортсменов, которые регулярно тренируются, наблюдается увеличение количества бактерий Veillonella [14]. При микробиологических исследованиях кишечной микробиоты у спортсменов часто выявляют увеличение численности представителей Bacteroidetes (Prevotella) и снижение численности представителей Firmicutes (Veillonellaceae), Methanobrevibacter, Akkermansia, по сравнению с этими показателями у людей, которые не занимаются спортом. У профессиональных велосипедистов уровень бактерий Prevotella выше, чем у любителей. У бегунов на длинные дистанции отмечается увеличение количества непатогенных бактерий семейства Corynebacterium, которые помогают повысить биодоступность природных антиоксидантов — полифенолов. Таким образом, благодаря повышению биодоступности полифенолов эти бактерии потенциально могут улучшить антиоксидантный статус спортсменов. Результаты другого исследования показали, что у спортсменов, занимающихся единоборствами, в кишечнике часто наблюдается повышенное содержание бактерий рода Parabacteroides из семейства Phascolarctobacterium. Эти микроорганизмы вырабатывают короткоцепочечные жирные кислоты, которые могут положительно влиять на обмен веществ и физическую работоспособность спортсменов [16].

Предельные физические и психоэмоциональные нагрузки, характерные для современного спорта, могут негативно влиять на состав кишечной микробиоты спортсменов [17]. Одной из возможных причин изменения кишечной микробиоты при интенсивных и продолжительных физических нагрузках является снижение кровоснабжения желудочно-кишечного тракта, которое приводит к нарушению барьерной функции и повышению проницаемости кишечной стенки [15]. Во время интенсивных тренировок у 20–50 % спортсменов могут возникать расстройства желудочно-кишечного тракта, что, в свою очередь, приводит к снижению выносливости и ухудшению спортивных результатов [8].

Кроме интенсивных и продолжительных физических нагрузок на состав микробиоты кишечника влияют различные факторы, включая компоненты рациона, биологически активные добавки к пище, лекарственные препараты (особенно антибиотики), стрессы, а также циркадные ритмы, возраст, заболевания желудочно-кишечного тракта [16]. Например, при избыточном потреблении простых углеводов на фоне недостатка пищевых волокон уменьшается количество полезных микроорганизмов, синтезирующих короткоцепочечные жирные кислоты [18]. Дефицит витаминов (А, С, D, Е, В6) и минеральных веществ (кальция, цинка, железа, селена) в рационе также может негативно сказаться на составе и функциях кишечной микробиоты. При этом важно отметить, что нарушения состава и метаболической активности кишечной микробиоты способствуют снижению адаптационного потенциала, функциональных возможностей и работоспособности спортсменов [19].

Для улучшения состояния микробиоты кишечника спортсменам рекомендуется придерживаться принципов рационального питания, потреблять достаточное количество пищевых волокон, а также принимать пробиотики, пребиотики и синбиотики, которые способствуют росту полезных бактерий [15, 17, 18]. Оптимизация рациона питания в сочетании с использованием пробиотиков и других средств коррекции состава кишечной микробиоты является одним из путей улучшения функционального состояния желудочно-кишечного тракта, поддержания нормального обмена веществ, гомеостаза, физиологического статуса и работоспособности спортсменов. Например, по данным А. В. Дмитриева и Л. М. Гуниной [12], применение пробиотиков помогает повысить устойчивость организма спортсменов к респираторным и желудочно-кишечным заболеваниям.

В исследовании А. Е. Шестопалова с соавторами [17], проведённом с участием 51 спортсмена высокой квалификации, показано, что использование пробиотика (Энтерол) в сочетании с пребиотиком (Рекицен-РД) способствует восстановлению нормального уровня бифидо- и лактобактерий в кишечнике, значительно снижает количество условно-патогенных микроорганизмов, улучшает психоэмоциональное состояние и переносимость физических нагрузок.

На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

• 1.    Кишечная микробиота играет важную роль в метаболизме и формировании физиологического статуса организма человека, участвуя в поддержании целостности кишечного барьера, в процессах пищеварения, модуляции иммунного ответа, синтезе многих биологически активных веществ.

• 2.    Бактерии, обитающие в кишечнике, оказывают влияние на процессы адаптации к физическим нагрузкам, что может влиять на спортивные резуль-

• таты. В свою очередь, физические нагрузки, сопряжённые со спортивной деятельностью, и факторы питания человека влияют на состав микробиоты кишечника.

• 3.    Оптимизация рационов питания в сочетании с использованием средств коррекции состава кишечной микробиоты (пробиотиков, пребиотиков, синбио-тиков) является одним из путей поддержания нормального обмена веществ, физиологического статуса и работоспособности спортсменов.