Согласно исследованию на мышах, которое провели исследователи из Медицинской школы Перельмана при Университете Пенсильвании, некоторые виды бактерий, обитающих в кишечнике, активируют нервы в кишечнике, стимулируя желание заниматься физическими упражнениями. Исследование было опубликовано сегодня в журнале Nature и раскрывает путь от кишечника к мозгу, который объясняет, почему некоторые бактерии повышают эффективность физических упражнений.

В ходе исследования исследователи обнаружили, что различия в показателях бега в большой группе лабораторных мышей были в значительной степени обусловлены присутствием определенных видов кишечных бактерий у животных с более высокими показателями. Исследователи проследили этот эффект за небольшими молекулами, называемыми метаболитами, которые вырабатывают бактерии — метаболитами, которые стимулируют сенсорные нервы в кишечнике, повышая активность в области мозга, контролирующей мотивацию, во время физических упражнений.

"Если мы сможем подтвердить наличие аналогичного пути у людей, это может стать эффективным способом повышения уровня физической активности людей для улучшения общественного здоровья в целом", - сказал старший автор исследования Кристоф Тайсс, доктор философии, доцент кафедры микробиологии в Penn Medicine.

Таисс и его коллеги провели исследование с целью широкого поиска факторов, определяющих эффективность физических упражнений. Они записали последовательности генома, виды кишечных бактерий, метаболиты кровотока и другие данные для генетически разнообразных мышей. Затем они измерили количество ежедневных произвольных пробежек по кругу, которые выполняли животные, а также их выносливость.

Исследователи проанализировали эти данные с помощью машинного обучения, ища признаки мышей, которые могли бы наилучшим образом объяснить значительные межиндивидуальные различия животных в беговых показателях. Они были удивлены, обнаружив, что генетика, по—видимому, объясняет лишь небольшую часть этих различий в производительности, в то время как различия в популяциях кишечных бактерий оказались существенно более важными. Фактически, они заметили, что введение мышам антибиотиков широкого спектра действия для избавления от кишечных бактерий снизило беговые показатели мышей примерно наполовину.

В конечном счете, в ходе многолетнего процесса научного расследования, в котором участвовало более десятка отдельных лабораторий в Пенсильвании и других местах, исследователи обнаружили, что два вида бактерий, тесно связанных с улучшением производительности, Eubacterium rectale и Coprococcus eutactus, производят метаболиты, известные как амиды жирных кислот (FaaS). Последние стимулируют рецепторы, называемые эндоканнабиноидными рецепторами CB1, на встроенных в кишечник сенсорных нервах, которые соединяются с мозгом через позвоночник. Стимуляция этих нервов, усеянных рецепторами CB1, вызывает повышение уровня нейромедиатора дофамина во время тренировки в области мозга, называемой вентральным полосатым телом.

Полосатое тело является критическим узлом в сети вознаграждения и мотивации мозга. Исследователи пришли к выводу, что дополнительный уровень дофамина в этой области во время тренировки повышает работоспособность, усиливая желание заниматься спортом.

"Этот путь мотивации от кишечника к мозгу, возможно, эволюционировал, чтобы связать доступность питательных веществ и состояние кишечной бактериальной популяции с готовностью к длительной физической активности", - сказал соавтор исследования Дж. Николас Бетли, доктор философии, адъюнкт-профессор биологии в Школе Пенсильванского университета. искусств и наук. "Это направление исследований может развиться в совершенно новую отрасль физиологии физических упражнений".

Полученные результаты открывают множество новых направлений научных исследований. Например, в экспериментах были получены доказательства того, что мыши с лучшими показателями испытывали более интенсивный "кайф бегуна" - измеряемый в данном случае снижением болевой чувствительности — намекая на то, что это хорошо известное явление также, по крайней мере частично, контролируется кишечными бактериями. Теперь команда планирует дальнейшие исследования, чтобы подтвердить существование этого пути от кишечника к мозгу у людей.

Помимо возможного предложения дешевых, безопасных, основанных на диете способов заставить обычных людей бегать и оптимизировать результаты элитных спортсменов, добавил он, исследование этого пути может также привести к более простым методам изменения мотивации и настроения в таких ситуациях, как зависимость и депрессия.

Исследованием руководила ученый-медик из Пенсильванского университета Ленка Дохналова. Среди других авторов Penn Medicine: Патрик Лундгрен, Джейми Карти, Ницан Гольдштейн, Лев Литичевский, Элен Декамп, Картикеяни Челлаппа, Ана Глассман, Сюзанна Кесслер, Джихи Ким, Тимоти Кокс, Оксана Дмитриева-Посокко, Андреа Вонг, Эрик Оллман, Сумита Гош, Нитика Шарма, Кастури Сенгупта, Марк Селлмайер, Гаррет Фицджеральд, Эндрю Паттерсон, Джозеф Баур, Эмбер Альхадефф и Мааян Леви.