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运动和睡眠如何影响肠道菌群

发布时间:2023/03/29    浏览:2526次    

人体各个器官系统是相互联系在一起的,是一个紧密相连的网络,其中大脑、肠道和肠道菌群是主要中枢。如果我们的身体网络产生了不匹配,就会导致紊乱,表现为慢性低度炎症和慢性疾病的风险增加。


虽然饮食是降低这种风险的最重要的策略之一,但是科学表明,我们的生活方式,特别是运动和休息,也极大地影响着我们的健康,包括我们肠道菌群的组成和功能。虽然一些影响我们健康的因素不在我们的控制范围内,比如遗传易感性和社会经济环境等,但是这些因素是可控的,可以让我们掌握自己的命运。


运动


  • 运动有益健康


我们都知道,运动是健康和长寿的支柱之一。有规律的运动对新陈代谢和心血管健康有好处,比如降低心脏病发作和中风的风险、改善大脑健康、减少抑郁和焦虑、减少认知能力下降,这都有充分的证据。相反,久坐不动的生活方式是导致当前健康危机中疾病高发率的一个关键因素。


最近的研究还发现,运动可以延长我们的健康寿命。2020年哈佛大学的一项研究表明,每天至少30分钟的体育运动是五种可以增加无疾病年数、延长预期寿命的生活方式之一。其它四种是健康饮食、正常体重、不吸烟和不饮酒。到50岁时,如果坚持这五个简单的生活方式,可以多增加7-10年的无疾病时间。即使在中年晚期养成健康的习惯,也可以在不依赖医疗系统的情况下获得更长的寿命。


芬兰赫尔辛基大学的一项研究也报告了类似的发现,通过对来自几个欧洲国家的116043名参与者的前瞻性多队列研究,发现许多相同的健康生活方式选择与无疾病年数的增加之间存在统计学上的显著关联,研究人员发现,包括体育运动、健康的BMI、无吸烟史和不饮酒。这些生活方式也与没有2型糖尿病、心血管疾病和呼吸系统疾病或癌症的长寿有关。


  • 运动有益于肠道菌群健康


运动不仅和健康饮食一样有益,而且饮食和运动之间可能还存在积极的相互作用。也就是说,健康饮食和每天运动的结合在延长健康寿命方面比单独一种方式都有更大的积极影响。它们一起对脑-肠-微生物网络的健康有协同作用,防止免疫系统的不恰当参与。相反,缺乏运动和不健康饮食会导致肠道菌群和肠道免疫系统之间的沟通异常而导致低度系统性免疫激活。运动有益于肠道菌群健康并可以提高运动表现。


第一个证据来自于在实验室老鼠身上进行的研究。那些被允许自由活动的大鼠的肠道菌群与活动受限的大鼠明显不同,同时短链脂肪酸丁酸的水平也有所增加。短链脂肪酸是由结肠中的某些微生物发酵膳食纤维产生的,其中最常见的是丁酸、乙酸和丙酸,它们对肠道、免疫系统和大脑有积极作用,可以维持肠壁屏障,使免疫功能正常化并产生饱腹感。


第二个证据来自于爱尔兰科克大学的研究人员对爱尔兰优秀橄榄球运动员进行的一项关键的研究,研究人员比较了橄榄球运动员与BMI正常但久坐不动的人群之间的肠道菌群特征以及肌肉活动和血液中低度免疫激活。结果发现,在肠道微生物多样性和相对丰度,以及代谢途径和粪便代谢物的活性方面,两组之间存在显著差异。


橄榄球运动员有着更丰富的微生物多样性和丰富度,以及更丰富的阿克曼氏菌(Akkermansia)以及其它一些产短链脂肪酸的细菌,它们是公认的对肠道健康有益的细菌。这些微生物的变化也与较低的系统性免疫激活和较高的肌酸激酶水平有关,肌酸激酶是一种随肌肉活动量而变化的酶。此外,橄榄球运动员拥有更多的产短链脂肪酸以及氨基酸和碳水化合物代谢所需的肠道微生物基因。这些增加与更好的身体素质和整体健康状况有关。


然而,由于橄榄球运动员吃高蛋白和高热量的食物,所以无法确定这种差异是否也受到运动员饮食的影响。


此后,在健康人身上进行的一项纵向研究表明,耐力运动确实对肠道菌群的组成和功能有影响,与饮食无关。这项研究是由美国伊利诺伊大学香槟分校的一个团队完成的,研究人员召集了18名瘦人和14名肥胖的受试者,他们都过着久坐不动的生活方式。


受试者参加了一项为期六周,每周三天的有监督的耐力训练项目,从每天30分钟到60分钟,从中等强度到高强度的运动,他们的饮食也受到控制。之后,研究对象又恢复了原来的久坐生活方式,持续了6周。研究人员分别在运动六周前后和恢复不运动六周后收集了粪便样本。


运动计划导致了身体组成的显著变化,增加了总去脂体重和减少了身体脂肪的相对比例。此外,这些变化与运动诱导的促进肠道健康的短链脂肪酸增加有关。这种有益的影响在多个层面的研究中得到了证实,比如产短链脂肪酸的微生物(包括梭菌目以及罗斯氏菌属、毛螺菌属和栖粪杆菌属)的增加,短链脂肪酸产生相关的微生物基因增加,以及粪便短链脂肪酸浓度增加。


研究人员发现,这些肠道菌群多样性的变化在所有参与者中并不一致,而是取决于参与者的BMI。运动引起的粪便短链脂肪酸浓度的增加主要在瘦人中观察到,而在肥胖的参与者中只有较低程度的增加。在肠道健康方面,有规律的运动使瘦人的受益最大。


当运动计划停止后,这些变化在很大程度上就被逆转了。因此,运动会导致人体肠道菌群的组成和功能变化,这与肥胖状况有关,但与饮食无关,与持续有规律的运动有关。为了对微生物有益,运动必须是有规律的。


  • 运动规律和适度很关键


有规律的、适度的运动对健康有益,而过度的运动可能对肠道健康和整体健康就有害了。


过度运动会增加肠道通透性,且与系统性免疫标记物的增加有关。过度运动会导致肠道中抗炎症的细菌减少,比如拟杆菌属、栖粪杆菌属和罗斯氏菌属,而一些罕见的、有害的细菌类群的相对丰度增加。这些变化以及一些粪便代谢物的减少,包括精氨酸和半胱氨酸,都与肠道通透性的增加有关。


那些极限运动员中大约有20-50%报告有腹胀、痉挛、腹泻、胃灼热、恶心、呕吐和血便等,其中女性更常见。并不是每个极限运动员都会这样,这可能与一个人的肠道对极限运动压力的恢复能力有关,而这种差异与肠道菌群的差异有关。


运动会激活自主神经系统,它向肠道发出的信号可以改变肠道蠕动、消化液和粘液分泌、肠道血流和肠道通透性。这些影响会改变肠道微生物的栖息地,它们也在一定程度上适应。尽管极限运动可以带来兴奋和成就感,但它可能会造成一种不匹配,就像我们现代日常挑战和我们古老的压力反应系统之间的不匹配一样。


高强度耐力运动对身体的要求会在大脑中敲响警钟,产生夸大的压力反应。在一些脆弱的个体中,这些增加的压力信号会导致肠漏和免疫系统激活以及肠道微生物丰度和行为的改变,所有这些都会对身体和大脑产生负面影响。


极限运动员们可以吃一些有利于肠道微生物的饮食,来抵消极限运动导致的产短链脂肪酸的微生物减少,比如富含蛋白质、膳食纤维和多酚的豆类、全谷物以及各种蔬菜和水果等。


有规律的、适度的运动可以增加肠道微生物多样性,这些微生物可以增加短链脂肪酸的产生,从而增强肠壁完整性,减少肠道相关免疫激活。规律和适度很关键,如果你的运动是断断续续的,那么它可能不值得你付出努力,但是如果你运动太剧烈,你的肠道也很容易受到这种身体压力的影响,这反而可能影响你的健康。


  • 肠道菌群会影响运动员的运动表现


2019年哈佛大学的一项研究为这个问题提供了部分答案。研究人员比较了马拉松运动员比赛前后的肠道菌群,与久坐不动的对照者相比,一些运动员肠道中有大量的韦荣球菌属细菌,而且在比赛后的数量有所增加。当研究人员从他们的粪便样本中分离出一株韦荣球菌菌株,并将其转移到小鼠的肠道中,这些小鼠的运动能力显著提高了,它们在跑步机上的跑步时间明显延长。


我们知道,乳酸是引起运动后疼痛的主要物质。在运动过程中,肌肉组织消耗葡萄糖产生乳酸,尤其是在高强度运动时,氧气供应不足会形成无氧代谢,导致机体内产生的乳酸不能在短时间内进一步分解为水和二氧化碳,从而导致体内大量乳酸堆积,引起局部肌肉酸痛。肠道韦荣球菌可以利用乳酸作为唯一的能量来源。


运动引起的血液乳酸积累会渗漏到肠腔内,并与韦荣球菌等微生物接触,被代谢为短链脂肪酸丙酸。当研究人员直接将丙酸转移到小鼠体内时,小鼠的运动能力也会明显增加。因此,肠道细菌可能通过运动诱导的乳酸转化为丙酸作为一种新的能量来源,改善运动表现,提高运动成绩。


睡眠


尽管身心健康与充足的睡眠之间密切相关,但是作为一种文化,我们已经把睡眠剥夺作为现代生活中一种可以接受的代价。据报道,73%的高中生睡眠不足,轮班工人尽管工作时间不正常也必须保持清醒,还有人骄傲地声称他们每晚只需要几个小时的睡眠,我们的文化需要觉醒,要认识到睡眠的重要性。


与糟糕的饮食和缺乏运动一样,睡眠不好会增加压力和易怒以及患代谢综合征、心血管疾病、癌症和感染的风险。睡眠在调节免疫系统和发挥全身抗炎作用方面起着至关重要的作用。由于肠道含有人体70%的免疫细胞,并且通过神经和化学途径与大脑紧密相连,因此人们认为脑-肠-微生物轴在调节睡眠方面发挥着重要作用。


的确,睡眠对健康的肠道功能至关重要。当我们不积极进食或消化食物时,我们的肠道微生物会被迫暂时转向另一种燃料来源,特别是那些组成肠道黏液层的复合糖分子或聚糖。尽管由于不健康的饮食而导致黏液层厚度的长期减少会导致肠漏,但昼夜之间黏液层的波动也是健康肠道生理的一部分,允许肠道菌群、肠道本身和其它器官之间的间歇性交流。


当我们休息时,肠道会从有规律的前后收缩的蠕动模式切换到一种周期性的高压推进模式,称之为移行性运动复合体。在此期间,起源于食道的高振幅收缩带慢慢向下到达小肠末端,带着未消化的食物颗粒、肠液和数万亿的肠道微生物,然后进入大肠。这种运动波在禁食状态下每90分钟就会出现一次,它的众多功能之一是保持小肠近端(最靠近胃的部分)的微生物密度较低,同时保持大肠内的微生物密度不受影响,防止小肠细菌过度生长的发生。


早在公元前350年,亚里士多德就在他的《论睡眠》一书中指出,睡眠是在消化过程中受到胃的影响而诱发的,它也可能由体温过高所引起。虽然亚里士多德对免疫系统、炎症和睡眠下的大脑机制之间错综复杂的相互作用并不了解,但他在发烧患者中描述了一种睡眠诱导反应,这是对睡眠-免疫相互作用的第一次描述。睡眠-免疫相互作用在日常生活和民间智慧中是众所周知的现象。我们都经历过,疲惫不堪的疾病过后能睡个好觉,毕竟,它是“最好的药”。


在20世纪早期,研究人员假设一种叫做催眠毒素的分子在清醒时会增加,从而诱导睡眠,然后在睡眠中被清除。后来发现,这种假设的睡眠诱导分子是脂多糖(LPS),它是细菌细胞壁的组成部分,被认为起源于胃肠道。LPS通过激活免疫系统并释放睡眠调节物质,包括被称为细胞因子的“免疫系统士兵”,在动物模型中被证明有助于调节慢波睡眠的稳态。


细胞因子和LPS水平的增加不仅发生在感染期间,而且在代谢性内毒素血症中也被观察到,这是一种非感染性的、低度免疫激活,是对不健康饮食的反应,从而导致肠道屏障功能受损。随着对肠道菌群和肠道免疫系统之间的相互作用以及这些系统之间的循环相互作用的深入了解,我们对睡眠不良、肠道菌群和慢性疾病之间的关系有了更全面的认识。


有研究表明,人(或老鼠)进食时间与昼夜节律的关系在塑造肠道菌群和肠道健康方面发挥着关键作用。当食物的摄入是有节律的,也就是说,当受试者按照他们的昼夜节律进食时,在同一个体内,生活在肠道内的所有类型的微生物中,大约15%在一天中数量会发生波动,而其它85%的微生物数量相对稳定。 


肠道菌群在昼夜之间的变化,受到大脑视交叉上核中的生物钟的影响。这些变化伴随着肠道菌群与肠道细胞中基因表达模式相互作用方式的变化,它们在使整个身体的代谢过程适应昼夜节律方面起着关键作用。


正常昼夜节律被打乱,会导致一种肠道菌群失调的状态。为了确定睡眠-觉醒周期是否同样影响人类肠道菌群,有研究人员研究了在时差8-10小时的国家之间飞行的人的时差反应。他们调查了两名旅行者在飞行前一天、着陆后一天和着陆后两周的肠道微生物相对丰度。


这两名旅行者的肠道菌群组成发生了时差引起的变化,厚壁菌门的相对丰度增加,而它们被认为与肥胖和代谢性疾病的较高风险有关。然而,当他们从时差反应中恢复过来后,这种变化很快就被逆转了。


为了确定这些菌群变化是否会导致对代谢性疾病的易感性增加,研究人员随后将粪便样本转移到无菌小鼠体内,这些小鼠随后出现了体重增加和血糖水平升高的情况。当将人类受试者在时差反应恢复后的粪便菌群转移到到这些小鼠体内后,它们的代谢紊乱发生逆转。


总之,规律和适度的运动以及充足的睡眠是非常有益健康的生活方式,它们可以对我们的肠道菌群产生有益影响。然而,缺乏运动或运动过度或睡眠不足都会对我们的健康产生不利影响,损害我们的免疫系统,增加患多种疾病的风险。很明显,规律的运动和良好的夜间休息对于脑-肠-微生物轴的正常功能和我们的长期健康来说,与健康的饮食一样重要。

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