Ученые выяснили, что регулярная физическая активность способна нивелировать негативное влияние западного типа питания на настроение, действуя через сложные механизмы, связанные с кишечником и гормональной системой. Исследователи из Университетского колледжа Корка под руководством профессора Ивонн Нолан раскрыли специфические метаболические процессы, объясняющие, как физическая нагрузка помогает компенсировать вредное поведенческое воздействие «кафетерийной» диеты западного образца. Результаты работы, опубликованные 21 октября в рецензируемом журнале «Brain Medicine», показывают, что добровольные пробежки могут уменьшить депрессивно-подобные состояния, вызванные питанием с высоким содержанием жиров и сахара. Эти изменения, как выяснилось, затрагивают как циркулирующие гормоны, так и метаболиты, вырабатываемые в кишечнике. Открытие предлагает ценное понимание того, как привычки образа жизни, такие как физические упражнения, могут поддерживать психическое благополучие в эпоху повсеместного распространения ультрапереработанных продуктов.
Для изучения этих процессов команда кормила взрослых самцов крыс либо стандартным кормом, либо «кафетерийной» диетой, состоящей из продуктов с высоким содержанием жиров и сахара, изменяемых в течение семи с половиной недель. Половине животных в каждой группе был предоставлен доступ к беговому колесу. Такая постановка эксперимента позволила ученым различить как отдельные, так и сочетанные влияния качества диеты и физической активности на мозг и поведение.
Полученные данные показали, что добровольные тренировки оказывали антидепрессивный эффект даже тогда, когда крысы потребляли нездоровую пищу. Это позволяет предположить, что регулярная физическая активность может быть полезна людям, придерживающимся западного типа питания. Используя комплексный метаболомический подход – метод, позволяющий изучать все низкомолекулярные метаболиты в биологических образцах, – профессор Нолан и ее коллеги исследовали содержимое слепой кишки животных. Содержимое слепой кишки – это материал, который накапливается в мешковидном отростке в начале толстого кишечника. У таких животных, как крысы, эта область богата кишечными микробами, которые помогают расщеплять пищу и вырабатывают множество химических соединений, называемых метаболитами.
Ученые обнаружили, что «кафетерийная» диета значительно изменяет метаболизм кишечника. Из 175 проанализированных метаболитов у крыс, ведущих малоподвижный образ жизни, 100 были существенно затронуты. Физические упражнения повлияли на меньшую часть этих веществ, частично восстановив баланс. Три метаболита, известные своей ролью в регуляции настроения – ансерин, индол–3–карбоксилат и дезоксиинозин – были снижены при «кафетерийной» диете, но их уровень восстанавливался при физической нагрузке.
Поведенческие тесты, оценивающие обучение, память и эмоциональные реакции, предоставили дополнительные данные. Сама по себе «кафетерийная» диета не сильно ухудшала пространственное обучение или память узнавания, однако физические упражнения незначительно улучшали навигационные навыки. Также исследователи обнаружили, что физическая активность оказывает легкие противотревожные эффекты, независимо от типа диеты.
Анализ образцов крови выявил выраженные гормональные изменения, отражающие поведенческие результаты. У малоподвижных крыс, получавших «кафетерийную» диету, наблюдалось резкое повышение уровня инсулина и лептина. Однако у тех, кто занимался физическими упражнениями, эти повышения были значительно снижены. По словам доктора Минке Ноты, первого автора исследования, это гормональное перебалансирование может помочь объяснить, как упражнения защищают от поведенческих последствий плохого питания.
Команда также выявила сложные взаимодействия между диетой и физической активностью, затрагивающие другие гормоны, регулирующие метаболизм. У животных, получавших стандартный корм, физические упражнения повышали уровень глюкагоноподобного пептида 1 (GLP–1), но эта реакция ослабевала у тех, кто был на «кафетерийной» диете. Напротив, физическая активность увеличивала уровень пептида YY (PYY) только у крыс, питающихся «кафетерийной» диетой, что указывает на компенсаторные гормональные механизмы, помогающие стабилизировать метаболизм при низком качестве питания. Уровень фактора роста фибробластов 21 (FGF–21) существенно возрастал в ответ на «кафетерийную» диету независимо от физической активности, в то время как уровень глюкагона снижался. В совокупности эти данные выявляют сложную гормональную сеть, посредством которой диета и физическая активность взаимодействуют, влияя на метаболизм и функцию мозга.
Возможно, самым интригующим открытием стало то, что «кафетерийная» диета препятствовала типичному для физических упражнений увеличению нейрогенеза взрослых гиппокампов – образования новых нейронов, – измеряемому по количеству двойнично-кортиноположительных клеток в зубчатой извилине. У животных, получавших стандартный корм, физическая активность значительно увеличивала нейрогенез во всем гиппокампе – области мозга, участвующей в эмоциях и памяти. Это открытие предполагает, что качество диеты может фундаментально изменять способность мозга извлекать пользу из физической активности на клеточном уровне.
Исследовательская группа провела корреляционный анализ для выявления взаимосвязей между конкретными метаболитами и поведенческими результатами. Несколько кишечных метаболитов, включая аминоадипиновую кислоту и 5–гидроксииндол–3–уксусную кислоту, показали отрицательную корреляцию с когнитивными способностями. Эти корреляции оказались независимыми от экспериментальных условий, что указывает на фундаментальные связи между профилями кишечных метаболитов и функцией мозга.
Сопутствующая редакционная статья профессора Хулио Лисинио и его коллег подчеркивает клиническую значимость этих результатов, отмечая, что «физические упражнения имеют антидепрессивный эффект даже при неправильном питании, что является хорошей новостью для тех, кому трудно изменить свою диету». Редакционная статья акцентирует внимание на том, что это исследование предоставляет биологическую основу для понимания того, почему физическая активность остается полезной, даже когда улучшение диеты становится труднодостижимой задачей.
Исследование поднимает важные вопросы об оптимальной последовательности вмешательств в образ жизни. Результаты показывают, что, хотя физические упражнения могут приносить пользу настроению независимо от качества диеты, для достижения полного нейропластического эффекта может потребоваться внимание к питательному статусу. Это имеет значение для разработки вмешательств, которые максимизируют как осуществимость, так и биологическое воздействие.
Следует учитывать ряд ограничений. Исследование проводилось исключительно на самцах крыс, а половые различия в метаболических и нейрогенных реакциях на диету и физические упражнения хорошо задокументированы. Кроме того, семинедельный период вмешательства может не охватывать долгосрочные адаптации, которые могут возникнуть при хроническом воздействии. Будущие исследования с использованием самок животных, более длительных периодов вмешательства и дозозависимых дизайнов помогут уточнить понимание этих сложных взаимодействий.
Работа также открывает новые возможности для исследования конкретных метаболитов в качестве потенциальных терапевтических мишеней. Защитное действие физических упражнений на уровни ансерина, индол–3–карбоксилата и дезоксиинозина предполагает, что эти соединения могут служить биомаркерами или даже терапевтическими агентами для лечения расстройств настроения. Тесные корреляции между специфическими кишечными метаболитами и поведенческими показателями подтверждают растущий интерес к оси «микробиота–кишечник–мозг» как к мишени для вмешательств в области психического здоровья.
Это рецензируемое исследование представляет собой значительный прорыв в понимании биологических механизмов, связывающих диету, физические упражнения и психическое здоровье, предлагая новые взгляды на то, как факторы образа жизни взаимодействуют на молекулярном и клеточном уровнях, влияя на функцию мозга. Полученные данные бросают вызов существующим парадигмам о взаимосвязи между метаболическим и психическим здоровьем, демонстрируя, что физические упражнения могут оказывать антидепрессивный эффект даже в условиях нерационального выбора продуктов питания. Используя инновационные метаболомические подходы в сочетании с всесторонними поведенческими и нейробиологическими оценками, исследовательская группа получила данные, которые не только расширяют фундаментальные знания, но и предполагают практическое применение для решения проблем психического здоровья, связанных с современными моделями питания. Воспроизводимость и подтверждение этих результатов в процессе рецензирования обеспечивают их надежность и позиционируют как основу для будущих исследований. Эта работа является примером того, как передовые исследования могут преодолеть разрыв между фундаментальной наукой и прикладными решениями, потенциально влияя на жизнь людей, страдающих расстройствами настроения, в ближайшие годы.
