Бег неожиданным образом меняет состав микрофлоры кишечника и головного мозга

Новое исследование показало, что бег изменяет состав кишечной микрофлоры и снижает активность ключевого рецептора в центре памяти головного мозга.

Эта связь позволяет рассматривать физические упражнения как сигнал, передаваемый по всему организму, который может достигать памяти посредством химических процессов, начинающихся в кишечнике. У взрослых крыс, имевших доступ к беговому колесу, аналогичная картина наблюдалась в кишечнике, кровотоке и гиппокампе.

Основываясь на этих взаимосвязанных изменениях, Ивонн М. Нолан и ее коллеги из Университетского колледжа Корка (UCC) проследили связь между измененными сигналами в кишечнике и областью мозга, связанной с памятью.

После восьми недель добровольных пробежек крысы, подвергавшиеся физическим нагрузкам, пробегали в среднем около 3,3 мили в день, и биологические закономерности по-прежнему указывали в том же направлении.

Эта последовательность не объясняла каждый этап процесса, но она сделала доводы в пользу связи между кишечником и мозгом достаточно убедительными, чтобы потребовать более тщательного изучения.

В кишечнике у бегущих крыс наблюдалось снижение численности двух групп бактерий, в то время как большинство других оставались на прежнем уровне. Уровень бактерий родов Alistipes и Clostridium снизился, несмотря на то, что оба играют ключевую роль в выработке химических сигналов, связанных с настроением и функциями мозга.

При уменьшении количества этих бактерий большее число сигналов может следовать по другому пути, перемещаясь по организму. Если изменения в кишечнике действительно выходили за рамки процесса пищеварения, то эти изменения должны были отразиться в крови.

В данном случае триптофан важен, поскольку организм может направлять его по различным путям, каждый из которых приводит к совершенно разным результатам. Часть триптофана используется для синтеза серотонина в кишечнике, но этот местный запас не достигает мозга, в отличие от самого триптофана.

Другие микробы преобразуют его в более мелкие химические сигналы, которые могут распространяться по организму и взаимодействовать с рецепторами в головном мозге. Эта химическая вилка помогает объяснить, почему изменение состава кишечной микрофлоры может иметь значение, даже если физические упражнения проводились далеко от мозга.

Анализ крови дал наиболее ясное подтверждение того, что физические упражнения изменили химический состав организма, а не только состав микробов. Из сотен химических сигналов в крови изменилось всего семь. Один из них был связан с распадом серотонина, и у бегунов его уровень повысился.

Поскольку молекула была идентифицирована лишь с низкой степенью достоверности, точное соединение все еще нуждается в более убедительном подтверждении. Даже с учетом этой оговорки, результаты анализа крови не позволили однозначно отбросить версию о бактериальной инфекции как об исключительно локальном воздействии на кишечник.

В головном мозге наиболее заметные изменения наблюдались в гиппокампе, области, играющей центральную роль в формировании памяти. Там физические упражнения снижали активность рецептора, реагирующего на химические сигналы в дорсальной части этой области.

Родственные гены перемещались по-разному, что делает снижение активности рецептора более специфичным, чем его повсеместное отключение. Такая конкретика позволила команде сузить круг поиска информации о том, как химические вещества, вырабатываемые в кишечнике, могут влиять на мозг.

Важно отметить, что снижение уровня наблюдалось на дорсальной стороне гиппокампа, а не на соседней вентральной стороне. Такое разделение важно, потому что дорсальная сторона больше задействована в памяти, в то время как вентральная сторона больше склоняется к эмоциям.

«Больше всего нас поразило совпадение данных, полученных на разных уровнях анализа», — сказал Нолан.

Более ранние исследования на мышах связали микробные индолы с ростом новых нейронов в гиппокампе взрослых особей через тот же рецептор, что перекликается с результатами, полученными на крысах. Физические упражнения изменили не только состав присутствующих микробов, но и то, на что, по-видимому, была готова их коллективная химия.

Анализ микробиоты кишечника показал, что в микробном сообществе вырабатывается больше химических сигналов, связанных с мозгом. Это не доказывает, что микробы вырабатывали эти соединения в организме крыс, но подтверждает более широкое направление исследований, проведенных в крови и мозге.

Вместо одного-единственного странного результата исследование постоянно возвращалось к одному и тому же выводу: бег реорганизует химическую сеть.

Задолго до этих исследований на крысах было установлено, что аэробные упражнения связаны с увеличением размера гиппокампа и улучшением пространственной памяти у пожилых людей. Ранее полученные данные указывали на связь с головным мозгом, а в новой статье добавляется связь с кишечником, что может частично объяснить наблюдаемый эффект.

В прошлом году исследования на крысах показали, что бег может смягчить поведенческие нарушения после нарушения микрофлоры кишечника у крыс. В сравнении с новыми данными, эти более ранние результаты показывают, что физические упражнения — это не столько трюк для мозга, сколько тренировка координации всего тела.

Ряд ключевых ограничений делает эти результаты скорее многообещающими, чем окончательными, особенно когда речь идет о мозге не только этих дрессированных самцов крыс. В данном исследовании не проводились поведенческие тесты, поэтому оно не показало напрямую, что изменение рецепторов улучшает память или настроение.

Секвенирование бактерий остановилось на уровне рода, а это значит, что разные виды внутри этих групп могли выполнять совершенно разные функции. Одно из соединений в крови также было идентифицировано с низкой степенью достоверности, что напоминает о том, что этот механизм правдоподобен, но не до конца изучен.

Бег изменил состояние крыс от кишечника до крови и мозга, и самой сильной нитью, связывающей все три слоя, была химия триптофана. Это не превращает пробежку в лекарство, но дает ученым более точную цель для изучения того, как движение изменяет цепи памяти.

Иллюстрация к статье: Яндекс.Картинки