إذا كان المسار المعوي-الدماغي الموجود في الفئران موجودًا أيضًا لدى البشر ، فقد يكون طريقة فعالة لتحسين التمارين وتحسين الصحة العامة.
اكتشف الباحثون مسارًا من القناة الهضمية إلى الدماغ في الفئران يعزز أداء التمارين.
وفقًا لدراسة نُشرت في طبيعة سجيةبقيادة باحثين في مدرسة بيرلمان للطب جامعة بنسلفانيايمكن لأنواع معينة من بكتيريا الأمعاء تنشيط الأعصاب في الأمعاء لزيادة الدافع لممارسة الرياضة. حددت دراسة أجريت على الفئران مسارًا من القناة الهضمية إلى الدماغ يشرح كيف يمكن لهذه البكتيريا تحسين أداء التمرين.
ووجدت الدراسة أن الاختلافات في أداء الجري لمجموعة من الفئران المختبرية ترجع أساسًا إلى وجود أنواع معينة من بكتيريا الأمعاء في الفئران الأفضل أداءً. حدد الباحثون أن هذا التأثير مرتبط بجزيئات صغيرة تسمى المستقلبات التي تنتجها هذه البكتيريا. تعمل هذه المستقلبات على تنشيط الأعصاب الحسية في الأمعاء ، مما يزيد من نشاط جزء الدماغ الذي يتحكم في التحفيز أثناء التمرين.
قال كبير مؤلفي الدراسة كريستوف ثيس ، دكتوراه ، أستاذ مساعد في علم الأحياء الدقيقة: “إذا تمكنا من تأكيد وجود مسار مماثل في البشر ، فقد يوفر طريقة أفضل لزيادة مستويات التمرين لتحسين الصحة العامة بشكل عام”. في بن ميدسين.
شرع ثيس وزملاؤه في البحث على نطاق واسع عن العوامل التي تحدد أداء التمرين. قاموا بتسجيل تسلسل الجينوم ، وأنواع بكتيريا الأمعاء ، ومستقلبات مجرى الدم ، وبيانات أخرى للفئران المتنوعة وراثيا. ثم قاموا بعد ذلك بقياس مقدار حركة العجلات الطوعية اليومية التي تؤديها الحيوانات ، بالإضافة إلى قدرتها على التحمل.
قام الباحثون بتحليل هذه البيانات باستخدام التعلم الآلي ، بحثًا عن خصائص الفئران التي يمكن أن تفسر بشكل أفضل الاختلافات الفردية الجوهرية للحيوانات في أداء الجري. لقد فوجئوا عندما وجدوا أن علم الوراثة يمثل جزءًا صغيرًا فقط من هذه الاختلافات في الأداء – في حين أن الاختلافات في تجمعات بكتيريا الأمعاء تبدو أكثر أهمية بشكل ملحوظ. في الواقع ، لاحظوا أن إعطاء الفئران مضادات حيوية واسعة الطيف للتخلص من بكتيريا الأمعاء ، قلل من أداء الفئران في الجري إلى النصف.
في نهاية المطاف ، في تحقيق علمي متعدد السنوات شمل أكثر من اثني عشر مختبرًا منفصلاً في بنسلفانيا وأماكن أخرى ، وجد الباحثون أن نوعين من البكتيريا يرتبطان ارتباطًا وثيقًا بالأداء الأفضل. بكتريا المستقيمة و Cobrococcus eudactusينتج مستقلبات تسمى الدهون[{” 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.