Ja pelēm konstatētais ceļš no zarnas uz smadzenēm pastāv arī cilvēkiem, to varētu izmantot kā efektīvu veidu, kā uzlabot fizisko slodzi un veicināt labāku vispārējo veselību.
Pētnieki ir atklājuši zarnu-smadzeņu ceļu pelēm, kas palielina vingrinājumu veiktspēju.
Saskaņā ar pētījumu, kas publicēts dabuPerelmanas Medicīnas skolas pētnieku vadībā Pensilvānijas UniversitāteDaži zarnu baktēriju veidi var aktivizēt nervus zarnās, lai palielinātu motivāciju vingrot. Pētījumā ar pelēm tika atklāts ceļš no zarnām uz smadzenēm, kas izskaidro, kā šīs baktērijas var uzlabot vingrinājumu veiktspēju.
Pētījumā konstatēts, ka atšķirības skriešanas veiktspējā starp laboratorijas peļu grupu galvenokārt izraisīja noteiktu baktēriju sugu klātbūtne labāk veikto peļu zarnās. Pētnieki konstatēja, ka šis efekts ir saistīts ar mazām molekulām, ko sauc par metabolītiem, ko šīs baktērijas ražo. Šie metabolīti aktivizē maņu nervus zarnās, kas savukārt palielina aktivitāti smadzeņu zonā, kas kontrolē motivāciju slodzes laikā.
“Ja mēs varam apstiprināt, ka līdzīgs ceļš pastāv cilvēkiem, tas varētu nodrošināt efektīvu veidu, kā palielināt cilvēku fiziskās aktivitātes līmeni, lai uzlabotu vispārējo veselību,” sacīja pētījuma vecākais autors Christoph Theiss, PhD, mikrobioloģijas docents. Pennas medicīnā.
Theis un kolēģi veica pētījumu, lai plaši aplūkotu faktorus, kas nosaka vingrinājumu veiktspēju. Viņi sekvencēja ģenētiski daudzveidīgu peļu genomus, zarnu baktēriju veidus, asinsrites metabolītus un citus datus. Pēc tam viņi izmērīja dzīvnieku ikdienas brīvprātīgo pārvietošanos, kā arī to izturību.
Pētnieki analizēja šos datus, izmantojot mašīnmācīšanos, meklējot peļu iezīmes, kas vislabāk varētu izskaidrot būtiskās atšķirības starp indivīdiem skriešanas veiktspējā. Viņi bija pārsteigti, atklājot, ka gēni, šķiet, veido tikai nelielu daļu no šīm veiktspējas atšķirībām, bet atšķirības zarnu baktēriju populācijās šķiet eksponenciāli svarīgākas. Faktiski viņi novēroja, ka, dodot pelēm plaša spektra antibiotikas, lai atbrīvotos no to zarnu baktērijām, peles skriešanas spējas samazināja gandrīz uz pusi.
Galu galā gadu ilgā zinātniski pētnieciskā darba procesā, kurā piedalījās vairāk nekā ducis atsevišķu laboratoriju Pensilvānijā un citur, pētnieki atklāja, ka divu veidu baktērijas ir cieši saistītas ar labāku veiktspēju. Taisnās zarnas Eubacterium Un Coprococcus eutactusražo metabolītus, kas pazīstami kā liposomas[{” attribute=””>acid amides (FAAs). The latter stimulates receptors called CB1 endocannabinoid receptors on gut-embedded sensory nerves, which connect to the brain via the spine. The stimulation of these CB1 receptor-studded nerves causes an increase in levels of the neurotransmitter dopamine during exercise, in a brain region called the ventral striatum.
The striatum is a critical node in the brain’s reward and motivation network. The researchers concluded that the extra dopamine in this region during exercise boosts performance by reinforcing the desire to exercise.
“This gut-to-brain motivation pathway might have evolved to connect nutrient availability and the state of the gut bacterial population to the readiness to engage in prolonged physical activity,” said study co-author, J. Nicholas Betley, Ph.D., an associate professor of Biology at the University of Pennsylvania’s School of Arts and Sciences. “This line of research could develop into a whole new branch of exercise physiology.”
The findings open up many new avenues of scientific investigation. For example, there was evidence from the experiments that the better-performing mice experienced a more intense “runner’s high”—measured in this case by a reduction in pain sensitivity—hinting that this well-known phenomenon is also at least partly controlled by gut bacteria. The team now plans further studies to confirm the existence of this gut-to-brain pathway in humans.
Apart from possibly offering cheap, safe, diet-based ways of getting ordinary people running and optimizing elite athletes’ performance, he added, the exploration of this pathway might also yield easier methods for modifying motivation and mood in settings such as addiction and depression.
Reference: “A microbiome-dependent gut–brain pathway regulates motivation for exercise” by Lenka Dohnalová, Patrick Lundgren, Jamie R. E. Carty, Nitsan Goldstein, Sebastian L. Wenski, Pakjira Nanudorn, Sirinthra Thiengmag, Kuei-Pin Huang, Lev Litichevskiy, Hélène C. Descamps, Karthikeyani Chellappa, Ana Glassman, Susanne Kessler, Jihee Kim, Timothy O. Cox, Oxana Dmitrieva-Posocco, Andrea C. Wong, Erik L. Allman, Soumita Ghosh, Nitika Sharma, Kasturi Sengupta, Belinda Cornes, Nitai Dean, Gary A. Churchill, Tejvir S. Khurana, Mark A. Sellmyer, Garret A. FitzGerald, Andrew D. Patterson, Joseph A. Baur, Amber L. Alhadeff, Eric J. N. Helfrich, Maayan Levy, J. Nicholas Betley and Christoph A. Thaiss, 14 December 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-05525-z
The study was funded by the National Institutes of Health, the Pew Charitable Trust, the Edward Mallinckrodt, Jr. Foundation, the Agilent Early Career Professor Award, the Global Probiotics Council, the IDSA Foundation, the Thyssen Foundation, the Human Frontier Science Program, and Penn Medicine, including the Dean’s Innovation Fund.
