Η πολύ ενδιαφέρουσα έρευνα επιχειρεί να απαντήσει, μέσω της μελέτης των ποντικιών, γιατί ορισμένοι άνθρωποι αγαπούν τη γυμναστική την ίδια ώρα που για άλλους φαντάζει ως μια απίστευτα βαριά αγγαρεία.

Μπορεί το μικροβίωμα να είναι η απάντηση;

Σύμφωνα με τη μελέτη, κάποια ποντίκια έχουν στο έντερό τους μικρόβια που τα παρακινούν να ασκούνται περισσότερο, γεγονός που έχει κάνει τους επιστήμονες να αναρωτιούνται εάν το ίδιο θα μπορούσε να ισχύει και για τους ανθρώπους.

Ειδικότερα, διαπιστώθηκε ότι ορισμένα ποντίκια είναι πιο πρόθυμα να τρέξουν σ’ έναν τροχό άσκησης σε σχέση με άλλα, κάτι που -όπως καταδεικνύουν τα προκύψαντα αποτελέσματα- οφείλεται σε μικρόβια που ζουν στο έντερο των ποντικιών, τα οποία στέλνουν συγκεκριμένα σήματα στον εγκέφαλό τους ενισχύοντας την επιθυμία τους να ασκηθούν.

Ξέρουμε τόσα πολλά, αλλά συγχρόνως και τόσα λίγα

Εδώ και χρόνια, γνωρίζουμε τα οφέλη της τακτικής άσκησης και πόσο θετικά επιδρά στην υγεία του ανθρώπου, μειώνοντας τον κίνδυνο εκδήλωσης πολλών ασθενειών. Τα στοιχεία, ωστόσο, δείχνουν ότι ποσοστό μεγαλύτερο του 80% των ενηλίκων δεν καταφέρνει να συμπληρώσει τα συνιστώμενα 150 λεπτά άσκησης την εβδομάδα, παρόλο που η έλλειψη σωματικής δραστηριότητας προκαλεί το 6 έως και το 10% των πρόωρων θανάτων, της στεφανιαίας νόσου, του διαβήτη τύπου 2, του καρκίνου του μαστού και του καρκίνου του παχέος εντέρου παγκοσμίως.

Παρ΄όλ΄αυτά, οι παράγοντες που παρακινούν κάποιους να ασκούνται περισσότερο από άλλους δεν είναι καλά κατανοητοί. Η άσκηση επηρεάζει το μικροβίωμα του εντέρου, αλλά το πώς το μικροβίωμα επηρεάζει άμεσα τη συμπεριφορά άσκησης δεν είναι σαφές. Έχουν υπάρξει ενδείξεις ότι τα δύο συνδέονται μεταξύ τους. Μια μελέτη του 2019 διαπίστωσε ότι μετά τον μαραθώνιο της Βοστώνης οι δρομείς είχαν περισσότερα βακτήρια ενός συγκεκριμένου είδους στα κόπρανά τους σε σχέση με τους καθιστικούς εθελοντές. Κάτι ακόμη πιο ενδιαφέρον είναι ότι αυτά τα βακτήρια θα μπορούσαν να αυξήσουν τις αθλητικές επιδόσεις των ποντικών, εάν μεταμοσχεύονταν σε αυτά.

Βασιζόμενη σε αυτήν, καθώς και σε άλλες μελέτες, η νέα έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό “Nature”, καταδεικνύει ότι ορισμένα είδη βακτηρίων που ζουν στο έντερο των ποντικιών μπορούν να οδηγήσουν στην παραγωγή ντοπαμίνης, του νευροδιαβιβαστή που προκαλεί ευεξία, ώστε να ανταμείβεται η άσκηση μεγαλύτερης διάρκειας. Η αξιοσημείωτη αύξηση της ντοπαμίνης αποτελεί μόνο μία από τις πολλές νευροχημικές αλλαγές που συμβαίνουν στον εγκέφαλο. Κι αυτό ισχύει με βεβαιότητα τόσο για τον εγκέφαλο των ποντικών, όσο και για εκείνον των ανθρώπων.

«Η μελέτη δείχνει αρκετά πειστικά ότι στα ποντίκια, η επιθυμία για άσκηση επηρεάζεται από το μικροβίωμα», λέει ο Άντονι Κομάροφ, καθηγητής Ιατρικής στην Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ. «(Η μελέτη αυτή) παρέχει μια μηχανιστική εξήγηση για το πώς το μικροβίωμα θα μπορούσε να επηρεάσει την όρεξη των ζώων για άσκηση».

Γιατί οι άνθρωποι δεν θέλουν να ασκούνται;

Ο Κρίστοφ Τάις, μικροβιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια, ο οποίος ηγήθηκε της νέας μελέτης, ήθελε να μάθει τι εμποδίζει τους περισσότερους ανθρώπους να θέλουν να ασκηθούν. Εφόσον τα πειράματα σε ανθρώπους δεν είναι εύκολα, η ομάδα του ερευνητή συγκέντρωσε οκτώ τύπους γενετικά διαφορετικών ποντικιών.

«Ρίξαμε μια πολύ αμερόληπτη ματιά μελετώντας ποντίκια, επειδή υπάρχει μεγάλη φυσική μεταβλητότητα μεταξύ του πόσο ασκούνται», εξηγεί ο Τάις. Αυτή η φυσική μεταβλητότητα, που αφορά τα κίνητρα και την ικανότητα για απαιτητική άσκηση, σχετίζεται με τη γενετική. Επί παραδείγματι, ο Θίοντορ Γκάρλαντ Τζ., ένας εξελικτικός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Ιρβάιν, θέλησε να κατανοήσει τον τρόπο με τον οποίο μια πιο απαιτητική μορφή άσκησης -όπως το τρέξιμο μαραθωνίου- οργανώνεται σε πολλαπλά επίπεδα, από τη συμπεριφορά μέχρι το DNA.

Ήταν ο ίδιος που έδειξε, σ’ ένα συνεχιζόμενο πείραμα που ξεκίνησε το 1993, ότι ένα στέλεχος ποντικιών με εξαιρετικές επιδόσεις στο τρέξιμο και τα οποία εκτράφηκαν για περισσότερες από 100 γενιές, ανέπτυξε συγκεκριμένες αλλαγές στο DNA του, με αποτέλεσμα τα εν λόγω ποντίκια να μπορούν να τρέχουν για μία διάρκεια κατά περίπου 3 φορές μεγαλύτερη από τον μέσο όρο. Τα ποντίκια αυτά είχαν επίσης διαφορετικό μικροβίωμα από τα λιγότερο δραστήρια άτομα του είδους τους.

Ο Γκάρλαντ ήξερε ποιο θα ήταν το επόμενο βήμα: έπρεπε να ελέγξει εάν η εξάλειψη του μικροβιώματος του εντέρου θα επηρέαζε το κίνητρο για άσκηση. Έτσι, έδωσε στα ποντίκια-αθλητές αντιβιοτικά. Το αποτέλεσμα ήταν να μειωθεί δραστικά και μη αναστρέψιμα η εκούσια συμπεριφορά άσκησης των «σούπερ-δρομέων». Τα ποντίκια με τα μειωμένα βακτήρια στο έντερό τους πλέον, έτρεχαν περίπου κατά 21% λιγότερο κάθε μέρα, παρότι συνέχισαν να τρέφονται σωστά και να μην επηρεάζονται από οποιαδήποτε άλλη αλλαγή.

«Το μικροβίωμα του εντέρου είναι προφανώς ένας από τους παράγοντες που μπορεί να επηρεάσει την ικανότητα για τρέξιμο και άσκηση»,συμπέρανε ο Γκάρλαντ, αλλά η μελέτη του δεν εξηγεί άμεσα πώς τα βακτήρια του εντέρου θα μπορούσαν να επηρεάσουν το κίνητρο για σωματική δραστηριότητα.

Η νέα έρευνα και ο τεράστιος όγκος δεδομένων

Η νέα μελέτη του Τάις στο “Nature” διερεύνησε τη σύνδεση μεταξύ του εντέρου και του εγκεφάλου των ποντικών. Ο ερευνητής και η ομάδα του θέλησαν να μετρήσουν για πόση ώρα 199 ανεκπαίδευτα ποντίκια θα έτρεχαν εθελοντικά σε τροχούς άσκησης και για πόσο καιρό θα μπορούσαν να διατηρήσουν μια συγκεκριμένη ταχύτητα. Μη γνωρίζοντας ποιοι παράγοντες θα εξηγούσαν την επιθυμία τους για άσκηση, οι επιστήμονες συνέλεξαν 10.500 επιπλέον σημειακά δεδομένα, που σχετίζονταν με την πλήρη αλληλουχία του γονιδιώματος για κάθε ένα από τα 199 ποντίκια, τα είδη των βακτηρίων που ζούσαν στο έντερό τους, καθώς και τους μεταβολίτες που υπήρχαν στην κυκλοφορία του αίματός τους. Κατόπιν αυτού, τα σημειακά δεδομένα που οι ερευνητές είχαν πλέον διαθέσιμα ξεπερνούσαν τα 2 εκατομμύρια.

«Πρόκειται για έναν τρελό όγκο δεδομένων», αναφέρει ο Μάθιου Ρέιμοντ Ολμ, υπολογιστικός μικροβιολόγος στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ. Αντί να προσπαθήσουν να κατανοήσουν την επίδραση των μεταβλητών μία προς μία, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια προσέγγιση μηχανικής μάθησης κατά την οποία έβαλαν όλα τα δεδομένα σ’ ένα πρόγραμμα υπολογιστή και το άφησαν να εντοπίσει τους πιο κρίσιμους παράγοντες που εξηγούσαν την αντοχή των ποντικιών με υψηλές επιδόσεις. «Αυτή η μελέτη είναι ένα πραγματικά σπουδαίο παράδειγμα της καλής λειτουργίας των “μεγάλων δεδομένων” (big data) για να εντοπίσουμε κάτι σημαντικό και θεμελιώδες για το μικροβίωμα», συμπληρώνει ο Ολμ.

Αυτό που διαπίστωσε ο Τάις τον εξέπληξε, επειδή η γενετική αντιπροσώπευε μόνο ένα μικρό μέρος των διαφορών στις επιδόσεις μεταξύ των ποντικών, ενώ οι διαφορές στους πληθυσμούς των βακτηρίων του εντέρου φάνηκε να είναι σαφώς πιο σημαντικές. «Βλέπουμε ότι η κληρονομικότητα σαφώς και διαδραματίζει ρόλο σε ό,τι έχει να κάνει με την απόδοση κατά την άσκηση, απλώς είναι σχετικά μικρή», παρατηρεί ο ίδιος.

Τι δίνει κίνητρο στα ποντίκια να ασκηθούν; – Μέθοδοι κι αποτελέσματα της έρευνας

Προκειμένου να επιβεβαιώσουν ότι τα μικρόβια του εντέρου ήταν όντως υπεύθυνα για την παρατηρούμενη διαφορά, οι ερευνητές εξάλειψαν τα βακτήρια του εντέρου των ποντικών δίνοντας αντιβιοτικά ευρέος φάσματος. Αυτό μείωσε την αντοχή στο τρέξιμο των ποντικιών με υψηλές επιδόσεις σχεδόν κατά το ήμισυ. Από την άλλη, όταν οι επιστήμονες μεταμόσχευσαν το μικροβίωμα από ένα ποντίκι με κορυφαίες επιδόσεις σε ένα άλλο, η ικανότητα άσκησης του ποντικιού-δέκτη ενισχύθηκε.

Σ’ αυτήν την πολυετή επιστημονική έρευνα που διεξήχθη σε δώδεκα εργαστήρια στις Ηνωμένες Πολιτείες και τη Γερμανία, η ομάδα του Τάις εντόπισε δύο είδη βακτηρίων, Eubacterium rectale και Coprococcus eutactus, τα οποία ήταν υπεύθυνα για την ενίσχυση του κινήτρου για άσκηση σε ποντίκια με υψηλές επιδόσεις.

Εν συνεχεία, οι ερευνητές εντόπισαν την ενισχυτική επίδραση της άσκησης σε μικρά μόρια που ονομάζονται μεταβολίτες και παράγονται από αυτά τα συγκεκριμένα βακτήρια του εντέρου. Μια κατηγορία συγκεκριμένων μεταβολιτών, γνωστών ως αμίδια λιπαρών οξέων, διεγείρει τα αισθητήρια νεύρα που είναι ενσωματωμένα στα τοιχώματα του εντέρου, τα οποία συνδέονται με τον εγκέφαλο μέσω της σπονδυλικής στήλης. Τα νεύρα απελευθερώνουν έναν νευροδιαβιβαστή που ονομάζεται ντοπαμίνη, ο οποίος στη συνέχεια ενεργοποιεί την περιοχή του εγκεφάλου που ελέγχει τα κίνητρα, η οποία φέρει την ονομασία «ραβδωτό σώμα». Η δραστηριότητα που πυροδοτείται από τη ντοπαμίνη στο ραβδωτό σώμα ενισχύει την επιθυμία για άσκηση, παρέχοντας ένα αίσθημα ανταμοιβής.

Σε αντίθεση με τα φυσιολογικά ποντίκια, τα επίπεδα ντοπαμίνης στο ραβδωτό σώμα των ποντικιών με έλλειψη μικροβίων δεν αυξήθηκαν μετά την άσκηση. Όταν οι επιστήμονες έδωσαν στα ποντίκια ένα φάρμακο αποκλεισμού της ντοπαμίνης, αυτό κατέστειλε την επιθυμία τους για άσκηση. Αντίθετα, η ενεργοποίηση της σηματοδότησης της ντοπαμίνης με τη χρήση ενός διαφορετικού φαρμάκου, αποκατέστησε την ικανότητα για άσκηση στα ποντίκια με μειωμένο μικροβίωμα.

Το μέλλον προβλέπεται συναρπαστικό

«Πρόκειται πραγματικά για μια εξαιρετική μελέτη», σχολιάζει η Φραντσέσκα Ρόντσι, μικροβιολόγος στο νοσοκομείο Charité στο Βερολίνο της Γερμανίας. «Οι συγγραφείς, όχι μόνο συγκέντρωσαν μεγάλο όγκο δεδομένων, χρησιμοποίησαν πολλούς ελέγχους και εντόπισαν τα δυνητικά υπεύθυνα βακτήρια, αλλά κατάφεραν επίσης να ανακαλύψουν τον ακριβή μηχανισμό που μπορεί να εξηγήσει την ικανότητα ορισμένων ποντικών να ακολουθούν εξαντλητική άσκηση», δηλώνει ενθουσιασμένη η μικροβιολόγος.

Ο Άντονι Κομάροφ αναφέρει ότι τα αποτελέσματα της έρευνάς τους εγείρει το ερώτημα αν το μικροβίωμα των ανθρώπων μπορεί να απαντήσει το πώς γίνεται ορισμένοι άνθρωποι να αγαπούν τη γυμναστική και άλλοι να την αποφεύγουν. Ο Τάις, ωστόσο, προειδοποιεί ότι η νέα μελέτη δεν μπορεί ακόμη να εξάγει συμπεράσματα για τους ανθρώπους.

Εντούτοις, αξίζει να αναφερθεί ότι παρόμοια μονοπάτια είναι ενεργά και στους ανθρώπους. Τα είδη βακτηρίων που εντοπίστηκαν στην εντερική χλωρίδα και καθορίζουν την ικανότητα άσκησης στα ποντίκια εντοπίζονται και στο ανθρώπινο μικροβίωμα. Ομοίως, τα αμίδια λιπαρών οξέων που βρέθηκαν να καθορίζουν την αθλητική επίδοση σε ποντίκια και να ενεργοποιούν το μονοπάτι μεταξύ εντέρου και εγκεφάλου που επηρεάζει τα κίνητρα για άσκηση, βρίσκονται και στο ανθρώπινο έντερο.

«Αυτό σημαίνει ότι το μονοπάτι θα είναι ακριβώς το ίδιο; Δεν ξέρουμε», απαντά ο Τάις. Και καταλήγει αναφέροντας: «Υπάρχουν πολλές διαφορές μεταξύ της φυσιολογίας των ποντικιών και της ανθρώπινης φυσιολογίας. Αλλά τώρα, ξεκινάμε μια μελέτη σε ανθρώπους που θα απαντήσει ακριβώς σε αυτό το ερώτημα».

Πηγή: National Geographic