J Clin Gastroenterol：肠道菌群、益生菌和运动：从临床证据到竞赛性能 | 消化客
▌微生物群：一般概述
人体的不同部位，例如皮肤的表面或深层、口腔、肺部、肠道、阴道以及所有暴露于外界的体表，定植着细菌群，总体而言这些复杂的细菌群落构成了微生物群。在定量方面，越来越明显，我们包含的微生物比哺乳动物细胞多10倍，成年肠道微生物群包含多达100万亿个微生物，包括至少1000种不同的细菌，具有超过300万个基因（比人类基因多150倍）。微生物总共可以重达2千克。我们的肠道微生物群三分之一是大多数人基本上都有的，而剩余的三分之二，某种程度上，可与个人身份证相比。这极大地丰富了人类基因组中存在的个体之间的先天遗传变异。
▌由微生物群合成的相关分子
大多数微生物存在于肠道中，对人体的生理和营养有着重要影响，对人类生命至关重要。与其他器官相比，肠道免疫系统面临着独特的挑战，因为它必须不断地面对庞大的微生物负荷。肠道微生物有助于从食物中获取能量，肠道微生物群的改变可能与肠道疾病或肥胖相关。此外，微生物群合成了许多具有激素性质的化合物，这些化合物可被吸收到血液中，从而作用于远端部位。在这些分子还有许多其他作用器官，包括大脑。例如，GABA是大脑中最重要的抑制性递质，由几种乳酸杆菌株产生，而单胺如去甲肾上腺素、多巴胺和5-羟色胺也由许多其他细菌种群释放。据报道，肠道微生物群可以调节精神健康，影响自闭症的病因。例如，Bravo等报道，长期施用鼠李糖乳杆菌可通过调节大脑中GABA受体的表达诱导抗焦虑和抗抑郁作用。短链脂肪酸（SCFAs）是细菌发酵肠道中碳水化合物和蛋白质的主要产物。产生SCFA的细菌包括但不限于拟杆菌、双歧杆菌、丙酸杆菌、真细菌、乳酸杆菌、梭菌、玫瑰菌和普氏菌。当植物来源的难消化多糖被作为碳水化合物摄入时，将大量合成SCFAs。乙酸盐、丁酸盐和丙酸盐分泌到肠腔中，通过上皮屏障转运并输送到效应器官。SCFAs积极参与肠-脑轴。
▌微生物群与免疫系统的相互作用
胃肠道的组织富含骨髓和淋巴样细胞，其中许多存在于淋巴组织中。越来越多的证据表明，微生物群在免疫系统的成熟和应对各种感染因子的保护中起着重要作用。所有免疫系统成分和介质均由微生物群直接或间接调节。例如，微生物群的代谢副产物直接或者通过干预上皮细胞来影响树突细胞和巨噬细胞。这种细胞活动可通过微生物群驱动的表观遗传机制来调节。最近越来越明显的是，个体共生菌种影响具有不同效应功能的固有层T淋巴细胞亚群的沉降，通过潜在促炎细胞之间的制衡维持肠粘膜中的体内平衡。通常，SCFA，例如丙酸盐和丁酸盐，抑制刺激诱导的粘附分子的表达和趋化因子的产生，并因此抑制单核细胞/巨噬细胞和中性粒细胞募集，表明微生物群副产物具有抗炎作用。
另一方面，肠道免疫系统的一个重要功能是控制暴露于宿主组织的细菌，从而减少病理后果的可能性。这发生在2个不同的水平：首先，通过减少肠道细菌和上皮细胞表面之间的直接接触（分层），其次，通过限制细菌渗透到肠道部位并限制它们暴露于免疫系统（区分）。
由上皮细胞合成分泌的某些抗菌蛋白可以改造肠道微生物群的组成。α-防御素是由小肠上皮的潘氏细胞分泌的小（2至3kDa）抗菌肽。对缺乏功能性α-防御素或过量表达人α-防御素-5的小鼠的微生物群进行分析表明，虽然α-防御素对定植细菌的总数没有影响，但菌群组成存在相当大的α-防御素依赖性变异，并在2种小鼠品系中观察到互补的差异。
一些发现表明，免疫系统使得哺乳动物宿主对定植的微生物群的组成有一定的控制作用。同样，这些菌群可能受到宿主免疫系统缺陷的干扰。
▌微生物群和肠道生理学
肠道微生物群对维持体内平衡和正常的肠道生理至关重要。一些疾病与微生物群的组成改变有关，如肥胖症、冠心病（CHD）、糖尿病和炎症性肠病（IBD）。这些疾病可由多种因素导致，包括环境和遗传因素。冠心病是西方社会死亡的主要原因，在影响了三分之一的70岁以下人口。有强有力的证据表明饮食摄入富含纤维和多酚的植物，可以有效降低冠心病发生的风险。目前的假设认为，植物多酚和膳食纤维有益代谢和血管的效应主要归因于这些化合物对结肠-全身代谢轴的上调。纤维和许多多酚通过结肠微生物群转化为具有生物活性的化合物。
肠道微生物群与IBD之间的关系已被彻底研究。通常稳定的肠道微生物群的扰动可能预测对宿主的健康不利。溃疡性结肠炎和克罗恩病的慢性炎症特征使得无法控制肠道相关淋巴组织内炎症的基础水平。显着减少微生物（在宿主胃肠道起代谢作用）数量会加剧某些形式的IBD。
▌体育训练和肠道生理学
体育训练对肠道生理学有几个众所周知的作用。运动量和强度已被证明影响胃肠道健康状况。例如，训练能够减少胃肠道中的大便通过时间，从而减少病原体与胃肠道粘液层的长期接触。此外，适度运动与盲肠癌水平降低有关，而消耗性的耐力运动与胃肠道紊乱有关，这是由于局部血流减少和细菌易位至血流引起的毒性作用。根据Purvis等人的综述，估计有20％至60％的运动员承受着过度运动和恢复不足引起的压力。在耐力运动如游泳、划船、骑自行车、铁人三项以及在某种程度上的长跑中，运动员每天训练4到6小时，每周训练6天，持续数周，无法从强化训练中抽出时间，压力的流行率更高。
有充分的证据表明，30％至50％的运动员会出现各种上腹部和下腹部症状，如腹胀、恶心、胃痛/痉挛、肠胃气胀和腹泻。此外，运动员使用口服抗生素的频率是同年龄对照的两倍。
虽然在哪些症状或生物标志物可以定义压力上没有达成共识，但科学文献广泛接受了一些常见标记，包括临床、激素指标和其他症状，如疲劳、表现下降、失眠、食欲改变，体重减轻和情绪障碍（如烦躁、焦虑、失去动力、注意力不集中和抑郁）以及炎症和免疫抑制。运动员情绪和胃肠功能的变化可以反映在强烈的身体压力期间微生物群和肠-脑轴之间的潜在相互作用。在竞赛前，已经建议通过适当的营养选择（即，避免饱和脂肪和精制糖）确保快速胃排空、水和营养吸收以及内脏脉管系统充分灌注，来降低精英运动员胃肠道不适的风险。
总之，运动员的肠道生理学在训练运动时发生了很大的变化。微生物群可被这些元素改变，运动员与健康受试者相比显示出不同的微生物群。
▌益生菌和运动员
饮食补充益生菌和/或益生元刺激特定微生物属如双歧杆菌和乳酸菌的增殖和SCFAs等有益代谢产物的产生，为运动员提供一种旨在改善代谢、免疫和屏障功能的疗法。两项临床试验表明，选择性的益生菌治疗减少了粪便连蛋白，一种新发现的肠道通透性调节剂，以及血浆内毒素水平。此外，益生菌补充剂有益地影响TNF-α和运动诱导的蛋白质氧化，从而通过调节胃肠道和抗氧化保护赋予累加效应。
Cox及其同事进行的研究评估了补充益生菌菌株发酵乳杆菌VRI-003在20名健康跑步者中的作用，受试者每日接受剂量为1.2×10^10活细胞，持续4个月。该研究为随机对照试验，安慰剂组接受中性制剂。通过血清免疫球蛋白A（IgA）的浓度和对身体活动的健康和性能的主观日常评估来测量呼吸道感染的发生。与安慰剂组（72天）相比，该研究在益生菌组中记录了较短的上呼吸道感染（URTI）病程（30天）。尽管如此，IgA、IgA1、白细胞介素（IL）-4和IL-12的结果没有显着变化，运动员的体育活动和他们的运动结果也没有差异。
在2006年的另一项研究中观察到类似的结论，以2×10^10菌落形成单位（CFU）的剂量给予运动员嗜酸乳杆菌菌株1个月。血清IFN-γ水平显着升高（P=0.03）。比较益生菌对健康和疲劳运动员机体的影响显示，疲劳运动员群体中IFN-γ水平从7.8显著增加到32.1 pg/mL。运动员可以利用这些知识为竞赛做好准备，降低他们这时得病和感染的风险。
2014年在澳大利亚进行的研究评估了3种益生菌菌株对465名健康活动人群的影响，特别是35至36岁的男性（n=241）和女性（n=221）。研究参与者分为3组，第一组接受浓度为2.0×10^9 CFU的动物双歧杆菌.乳酸菌BL-04（Bl-04），第二组接受浓度为5×10^9 CFU的混合嗜酸乳杆菌NCFM和动物双歧杆菌.乳酸菌Bi-07，第三组给予安慰剂。该研究评估了上述菌株降低上呼吸道和胃肠道疾病炎症症状发生率的有效性。研究中得出的结论表明动物双歧杆菌.乳酸菌BL-04可能会降低上呼吸道疾病的发病率。然而，与安慰剂组相比，在第二组中没有记录到类似的效果。该研究没有记录到各组间胃肠道疾病发病率的显着变化。
不同益生菌菌株对两性运动员身体的影响可能不同，机体的反应和呼吸道疾病的发病率也可能不同。
Strasser及其同事的一项研究检验了3个月冬训期间补充益生菌对进行消耗性有氧运动的训练有素的运动员的上吸道感染发生率和芳香族氨基酸代谢的影响。作者已经证明，每日补充益生菌限制了运动诱导的色氨酸水平下降，并降低了上吸道感染的发生率。
考虑到这一点，微生物群及其发酵能力的调节可以为设计饮食（在运动期间增强健康的微生物代谢物来改善体能）提供科学依据，通过这种方式，可以阻碍那些产生有毒代谢物的细菌，这些细菌可能加重压力的后果。
▌两种选择性益生菌在剧烈运动中的有效性
最近的一项研究显示了在一次剧烈运动后，同时给予2种益生菌菌株（短双岐杆菌BR03和嗜热链球菌FP4）对骨骼肌性能、损伤、张力和炎症的影响。该试验采用双盲、随机、安慰剂对照、交叉设计，并招募了16名健康抵抗训练的男性（25±4 y; 177.9±8.5 cm; 81.1±10.3 kg）对肘部屈肌进行肌肉损伤性运动（21天），在每日运动前摄入含有50亿个短双岐杆菌BR03（DSM 16604）和嗜热链球菌FP4（DSM 18616）（PRO）或安慰剂（PLA）的微胶囊化制剂。
在损伤运动之前和开始之后几天测量肘部屈肌的性能和炎症标记物（IL-6）。21天的清洗期将2次处理分开。基于标准化量级的推断被用于定义结果。
PRO总体上可能（效应大小[ES]=0.5）具有抗炎作用，这可以通过从基线到补充后的百分比变化（-10％，+24％）来证明。此外，在运动后30分钟（P= 0.05）、60分钟（P=0.06）和48小时（P=0.12）观察到可能的抗炎作用，而在24小时时注意到非常可能的抗炎作用（P=0.02）。肌肉损伤运动使随后的性能减少了约30％。
此外，与安慰剂相比，PRO在肌肉损伤后24小时（ES=0.3）、48小时（ES=0.5）和72小时（ES=0.3）减弱了性能的降低。
▌结论
许多研究已经评估了选择性益生菌对运动活跃人群机体的影响。益生菌可能对不同运动的运动员的胃肠道或呼吸系统疾病的发病率产生有益作用。整体科学证据表明，运动营养方面的开创性解决方案迄今为止缺乏临床验证和科学合理的益生菌组合。
选择的有益细菌可对经历剧烈训练的运动员产生显著的积极影响，并可能有助于在不习惯的重度离心运动后恢复性能。无论如何，有必要进一步调查以阐明这些观察结果的潜在机制，并检查剂量反应和其他运动条件。
-THE END-
不 一 样 的 消 化 科
编辑 / 叶峰
申明 / 本文系消化客编译整理，水平有限，仅供临床、科研人士学习分享交流，内容以英文原版为准,版权归原作者所有。点击阅读原文，查看更多消化资讯。