¿La microbiota intestinal juega un papel en el rendimiento del ejercicio?

La mayoría de los microorganismos que viven sobre y dentro de nosotros están contenidos en nuestro tracto digestivo con concentraciones crecientes que generalmente se encuentran a medida que defecamos. Si bien la investigación sobre estos microbios específicos del intestino aún está surgiendo, lo que está claro hasta ahora es que esta comunidad es esencial para nuestra salud. En relación con esto, un área de investigación reciente e intrigante tiene como objetivo evaluar el vínculo potencial de estos microbios intestinales con las características del rendimiento atlético.

¿Qué es la microbiota intestinal?

La microbiota intestinal se define como un ecosistema diverso que consta (principalmente) de bacterias, arqueas, virus, protistas e incluso comunidades de hongos que residen en el tracto gastrointestinal (1). Lo que estamos tratando de establecer en este blog es cómo factores importantes como el ejercicio y la dieta influyen en esta comunidad. Y, por nuestros propios deseos egoístas, ¿cómo nos beneficia esta comunidad? Una especie de "calle de dos sentidos", por así decirlo.

Aquellos que practican ejercicio regularmente y tienen un régimen de dieta específico parecen tener una comunidad distinta de los más sedentarios (2, 3). Es probable que la estructura de la microbiota intestinal del atleta sea, en parte, el resultado de adaptaciones a estos factores de estilo de vida a largo plazo (4). De hecho, los atletas que se adhieren a horarios bastante espartanos durante años e incluso décadas no son infrecuentes.

¿Qué hace que la microbiota intestinal de un atleta sea "distinta"?

Una característica clave a destacar, en el contexto de los atletas, es el papel que tiene el intestino en la producción de ácidos grasos de cadena corta (AGCC). Estas moléculas pueden ser utilizadas como sustrato combustible por el cuerpo e incluso actuar como intermediarios de señalización involucrados en la regulación del metabolismo y la inflamación (5). Los SCFA se producen por la fermentación de componentes alimentarios no digeribles, como la fibra dietética y otros componentes, incluidos los derivados de nuestro propio cuerpo (6).

En comparación con las personas sedentarias, los atletas han aumentado los metabolitos fecales y han mejorado la salud en general (a menos que estén sobreentrenados o tengan deficiencia de energía) (7). Si bien es especulativo, los atletas también pueden poseer "resiliencia" de la microbiota intestinal. A lo que esto se refiere es: ¿cómo responde su intestino a situaciones estresantes como presiones extremas de dieta o ejercicio? Esto se reconoce como una característica importante de una comunidad intestinal asociada a la salud (8).

"En comparación con las personas sedentarias, los atletas han aumentado los metabolitos fecales y han mejorado la salud en general (a menos que estén sobreentrenados o tengan deficiencia de energía)".

¿Qué efecto tiene el ejercicio sobre la microbiota intestinal?

En los últimos años varios grupos de investigación han sido capaces de captar los efectos del ejercicio extremo sobre la microbiota intestinal. Por ejemplo, al examinar las muestras de heces de los participantes del maratón de Boston, Scheiman y sus colegas notaron un aumento en la abundancia de un microbio llamado Veillonella después de la carrera (9). A través de una serie de experimentos que involucraron el aislamiento de una cepa específica de Veillonella de las heces de los participantes, los ratones inoculados con esta bacteria aumentaron drásticamente el rendimiento del ejercicio. Lo que parecía estar ocurriendo era que este microbio metabolizaba el lactato (un metabolito del metabolismo muscular) en SCFA (una fuente de combustible). Scheiman y sus colegas teorizaron que los niveles más altos de lactato en el intestino de los atletas podrían favorecer el crecimiento de estas bacterias, lo que a su vez podría ayudar al rendimiento. Pero actualmente se desconoce exactamente cómo estas bacterias están relacionadas con un mejor rendimiento.

Los microbios productores de SCFA han aparecido en otras investigaciones de eventos de ejercicio basados ​​en la resistencia, incluida la agotadora Western States Endurance Run, una carrera a pie de montaña de 163 km. Aquí, se informaron cambios en la microbiota intestinal de un corredor de ultramaratón de clase mundial antes y después de competir, mostrando un aumento masivo de Veillonella dos horas después de la carrera (10). En otro caso extremo, a cuatro atletas masculinos bien entrenados se les rastreó la microbiota intestinal antes, durante y después de una carrera transoceánica de remo continua de 33 días y 5000 km sin apoyo, con un promedio de cerca de 400 horas de remo para cada atleta (11). Se observó una mayor abundancia de especies productoras de SCFA (es decir, butirato) y especies asociadas con una mejor salud metabólica.

Respuestas individuales

Más recientemente, se realizó un seguimiento de la flora intestinal de dos hombres no aptos durante 6 meses mientras realizaban un entrenamiento de ejercicios progresivos, uno para una maratón y el otro para un triatlón de distancia olímpica (12). Hubo aumentos en las métricas asociadas con la salud, como la diversidad de la comunidad y la abundancia de especies microbianas que se ha demostrado que influyen en la producción de SCFA. Es importante destacar que estos dos participantes tuvieron cambios diferenciales en microbios específicos asociados con la salud que destacan una característica muy importante de la microbiota intestinal humana. Es individualizado.

Al igual que con las adaptaciones al entrenamiento, es probable que la respuesta de la flora intestinal al ejercicio sea bastante variable y, como se señaló anteriormente, individual. Además, es extremadamente difícil separar factores como la dieta, especialmente porque muchos atletas siguen un régimen muy específico (13). Finalmente, no todo el estrés del ejercicio es necesariamente bueno para el intestino. Por ejemplo, los atletas que entrenan a altas intensidades durante largos períodos sin una alimentación adecuada corren el riesgo de sufrir alteraciones en la integridad y función intestinal y síntomas gastrointestinales (14). Estos problemas generan cierta precaución cuando se observa la microbiota intestinal atlética y se generalizan los hallazgos.

"Al igual que con las adaptaciones al entrenamiento, la respuesta de la flora intestinal al ejercicio probablemente sea bastante variable e... individual".

Entonces, ¿los microbios intestinales de un atleta ayudan al rendimiento?

A partir de la evidencia limitada, los atletas como grupo parecen albergar una mayor abundancia de vías funcionales dentro de la microbiota que podrían respaldar el metabolismo del ejercicio y la salud de los atletas (7). Al igual que los microbios productores de SCFA y la producción de SCFA anotados. En cierto sentido, la microbiota intestinal puede verse como un recolector de energía para los atletas. De hecho, el tracto digestivo ofrece una superficie de intercambio increíblemente grande (¡80 m2!) para metabolitos derivados del intestino (15).

En casos como el ejercicio basado en la resistencia, que puede ser extremadamente exigente desde el punto de vista metabólico, los SCFA pueden ser una consideración importante para el rendimiento, ya que se absorben fácilmente en la circulación sistémica (16). Estos SCFA se pueden usar directamente en músculos y otros tejidos (17). En el músculo esquelético, los SCFA pueden apoyar el metabolismo energético durante el ejercicio (18). Los SCFA también contribuyen a aumentar el flujo sanguíneo, la sensibilidad a la insulina, la preservación de la masa muscular esquelética y un fenotipo oxidativo (17).

Las principales conclusiones...

La microbiota intestinal de los atletas parece haber aumentado los metabolitos fecales como los SCFA, que pueden desempeñar un papel en el rendimiento del ejercicio y la salud en general en comparación con las personas menos activas (7). Es probable que estas diferencias se deban a los efectos del entrenamiento físico y/o la ingesta dietética. También pueden tener una mayor capacidad para aprovechar la energía de la dieta y los productos del metabolismo del ejercicio.

En general, los mecanismos por los cuales el ejercicio puede promover una rica comunidad bacteriana, vías funcionales aumentadas y metabolitos que mejoran el ejercicio no se comprenden completamente, pero probablemente involucren una multitud de factores más allá del entrenamiento y la dieta. Finalmente, la mayoría de los estudios son correlativos (todos conocemos el adagio: “correlación no implica causalidad”). Sin embargo, existe un interés creciente por investigar cómo se modifica el intestino mediante diseños longitudinales y si se puede “entrenar” a la microbiota. Un tema que cubriremos en la Parte II (que se publicará pronto).

Aclaración:

Traduje esta respuesta de este gran blog de Asker Jeukendrup.

Referencias:

1. Human Microbiome Project Consortium. Structure, function and diversity of the healthy human microbiome. Nature. 2012 Jun 13;486(7402):207-14. doi: 10.1038/nature11234. PMID: 22699609; PMCID: PMC3564958.
2. Clarke SF, Murphy EF, O'Sullivan O, Lucey AJ, Humphreys M, Hogan A, Hayes P, O'Reilly M, Jeffery IB, Wood-Martin R, Kerins DM, Quigley E, Ross RP, O'Toole PW, Molloy MG, Falvey E, Shanahan F, Cotter PD. Exercise and associated dietary extremes impact on gut microbial diversity. Gut. 2014 Dec;63(12):1913-20. doi: 10.1136/gutjnl-2013-306541. Epub 2014 Jun 9. PMID: 25021423.
3. Barton W, Penney NC, Cronin O, Garcia-Perez I, Molloy MG, Holmes E, Shanahan F, Cotter PD, O'Sullivan O. The microbiome of professional athletes differs from that of more sedentary subjects in composition and particularly at the functional metabolic level. Gut. 2018 Apr;67(4):625-633. doi: 10.1136/gutjnl-2016-313627. Epub 2017 Mar 30. PMID: 28360096.
4. O'Donovan CM, Madigan SM, Garcia-Perez I, Rankin A, O' Sullivan O, Cotter PD. Distinct microbiome composition and metabolome exists across subgroups of elite Irish athletes. J Sci Med Sport. 2020 Jan;23(1):63-68. doi: 10.1016/j.jsams.2019.08.290. Epub 2019 Sep 18. PMID: 31558359.
5. Tan J, McKenzie C, Potamitis M, Thorburn AN, Mackay CR, Macia L. The role of short-chain fatty acids in health and disease. Adv Immunol. 2014;121:91-119. doi: 10.1016/B978-0-12-800100-4.00003-9. PMID: 24388214.
6. Blaak EE, Canfora EE, Theis S, Frost G, Groen AK, Mithieux G, Nauta A, Scott K, Stahl B, van Harsselaar J, van Tol R, Vaughan EE, Verbeke K. Short chain fatty acids in human gut and metabolic health. Benef Microbes. 2020 Sep 1;11(5):411-455. doi: 10.3920/BM2020.0057. Epub 2020 Aug 31. PMID: 32865024.
7. Mohr AE, Jäger R, Carpenter KC, Kerksick CM, Purpura M, Townsend JR, West NP, Black K, Gleeson M, Pyne DB, Wells SD, Arent SM, Kreider RB, Campbell BI, Bannock L, Scheiman J, Wissent CJ, Pane M, Kalman DS, Pugh JN, Ortega-Santos CP, Ter Haar JA, Arciero PJ, Antonio J. The athletic gut microbiota. J Int Soc Sports Nutr. 2020 May 12;17(1):24. doi: 10.1186/s12970-020-00353-w. PMID: 32398103; PMCID: PMC7218537.
8. Bäckhed F, Fraser CM, Ringel Y, Sanders ME, Sartor RB, Sherman PM, Versalovic J, Young V, Finlay BB. Defining a healthy human gut microbiome: current concepts, future directions, and clinical applications. Cell Host Microbe. 2012 Nov 15;12(5):611-22. doi: 10.1016/j.chom.2012.10.012. PMID: 23159051.
9. Scheiman J, Luber JM, Chavkin TA, MacDonald T, Tung A, Pham LD, Wibowo MC, Wurth RC, Punthambaker S, Tierney BT, Yang Z, Hattab MW, Avila-Pacheco J, Clish CB, Lessard S, Church GM, Kostic AD. Meta-omics analysis of elite athletes identifies a performance-enhancing microbe that functions via lactate metabolism. Nat Med. 2019 Jul;25(7):1104-1109. doi: 10.1038/s41591-019-0485-4. Epub 2019 Jun 24. PMID: 31235964; PMCID: PMC7368972.
10. Grosicki GJ, Durk RP, Bagley JR. Rapid gut microbiome changes in a world-class ultramarathon runner. Physiol Rep. 2019 Dec;7(24):e14313. doi: 10.14814/phy2.14313. PMID: 31872558; PMCID: PMC6928244.
11. Keohane DM, Woods T, O'Connor P, Underwood S, Cronin O, Whiston R, O'Sullivan O, Cotter P, Shanahan F, Molloy MGM. Four men in a boat: Ultra-endurance exercise alters the gut microbiome. J Sci Med Sport. 2019 Sep;22(9):1059-1064. doi: 10.1016/j.jsams.2019.04.004. Epub 2019 Apr 18. PMID: 31053425.
12. Barton W, Cronin O, Garcia-Perez I, Whiston R, Holmes E, Woods T, Molloy CB, Molloy MG, Shanahan F, Cotter PD, O'Sullivan O. The effects of sustained fitness improvement on the gut microbiome: A longitudinal, repeated measures case-study approach. Transl Sports Med. 2021 Mar;4(2):174-192. doi: 10.1002/tsm2.215. Epub 2020 Dec 13. PMID: 34355132; PMCID: PMC8317196.
13. Hughes RL. A Review of the Role of the Gut Microbiome in Personalized Sports Nutrition. Front Nutr. 2020 Jan 10;6:191. doi: 10.3389/fnut.2019.00191. PMID: 31998739; PMCID: PMC6966970.
14. Pugh JN, Kirk B, Fearn R, Morton JP, Close GL. Prevalence, Severity and Potential Nutritional Causes of Gastrointestinal Symptoms during a Marathon in Recreational Runners. Nutrients. 2018 Jun 24;10(7):811. doi: 10.3390/nu10070811. PMID: 29937533; PMCID: PMC6073243.
15. Helander HF, Fändriks L. Surface area of the digestive tract - revisited. Scand J Gastroenterol. 2014 Jun;49(6):681-9. doi: 10.3109/00365521.2014.898326. Epub 2014 Apr 2. PMID: 24694282.
16. Boets E, Gomand SV, Deroover L, Preston T, Vermeulen K, De Preter V, Hamer HM, Van den Mooter G, De Vuyst L, Courtin CM, Annaert P, Delcour JA, Verbeke KA. Systemic availability and metabolism of colonic-derived short-chain fatty acids in healthy subjects: a stable isotope study. J Physiol. 2017 Jan 15;595(2):541-555. doi: 10.1113/JP272613. Epub 2016 Sep 18. PMID: 27510655; PMCID: PMC5233652.
17. Carey RA, Montag D. Exploring the relationship between gut microbiota and exercise: short-chain fatty acids and their role in metabolism. BMJ Open Sport Exerc Med. 2021 Apr 20;7(2):e000930. doi: 10.1136/bmjsem-2020-000930. PMID: 33981447; PMCID: PMC8061837.
18. Bycura D, Santos AC, Shiffer A, Kyman S, Winfree K, Sutliffe J, Pearson T, Sonderegger D, Cope E, Caporaso JG. Impact of Different Exercise Modalities on the Human Gut Microbiome. Sports (Basel). 2021 Jan 21;9(2):14. doi: 10.3390/sports9020014. PMID: 33494210; PMCID: PMC7909775.