smjournalСпортивная медицина: наука и практикаSports medicine: research and practice2223-25242587-9014NEICON10.47529/2223-2524.2024.2.8smjournal-631Research ArticleФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ СПОРТАSPORTS PHYSIOLOGY AND BIOCHEMISTRYВлияние состояния микробиома кишечника на работоспособность спортсменов циклических видов спорта по показателям эргометрического тестированияThe effect of the state of the intestinal microbiome on the performance of cyclical sports athletes according to ergometric testing indicatorshttps://orcid.org/0000-0002-4897-2613КорюкаловЮ. И.KoryukalovYu. I.

Корюкалов Юрий Игоревич, к.б.н., научный сотрудник

454080, г. Челябинск, просп. Ленина, 76

Yuri I. Koryukalov, M.D., Ph.D. (Biology), researcher

76, Lenin Ave, Chelyabinsk, 454080

yurycorden@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8290-1774ЛапшинМ. С.LapshinM. S.

Лапшин Максим Сергеевич, к.б.н., доцент кафедры журналистики, рекламы и связи с общественностью

454080, г. Челябинск, просп. Ленина, 76

Maxim S. Lapshin, M.D., Ph.D. (Biology), Associate Professor, department of journalism, advertising and public relations

76, Lenin Ave, Chelyabinsk, 454080

lapshin1982@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8096-5974КондашевскаяМ. В.KondashevskayaM. V.

Кондашевская Марина Владиславовна, д.б.н., главный научный сотрудник 

117418, г. Москва, ул. Цюрупы, д. 3

Marina V. Kondashevskaya, D.Sc. (Biology), Chief Researcher of the Cell Pathology Lab

3, Tsurupi street, Moscow, 117418

aktual_probl@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0518-7751БахареваА. С.BakharevaA. S.

Бахарева Анастасия Сергеевна, к.б.н., доцент кафедры спортивного совершенствования

454080, г. Челябинск, просп. Ленина, 76

Anastasiya S. Bakhareva, M.D., Ph.D. (Biology), Associate Professor of the Department of Sports Improvement

76, Lenin Ave, Chelyabinsk, 454080

bakharevaas@susu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5171-4861СавиныхЕ. Ю.SavinihE. Yu.

Савиных Елена Юрьевна, к.б.н., доцент кафедры спортивного совершенствования

454080, г. Челябинск, просп. Ленина, 76

Elena Yu. Savinih, M.D., Ph.D. (Biology), department of sports improvement

76, Lenin Ave, Chelyabinsk, 454080

savinykhei@susu.ruФГАОУ ВО «Южно-Уральский государственный университет» (НИУ)РоссияSouth Ural State University (NRU)Russian FederationНаучно-исследовательский институт морфологии человека имени академика А.П. Авцына ФГБНУ «Российский научный центр хирургии имени академика Б.В. Петровского»РоссияAvtsyn Research Institute of Human Morphology of Petrovsky National Research Centre of SurgeryRussian Federation2024051220241423444Copyright © Корюкалов Ю.И., Лапшин М.С., Кондашевская М.В., Бахарева А.С., Савиных Е.Ю., 20242024Корюкалов Ю.И., Лапшин М.С., Кондашевская М.В., Бахарева А.С., Савиных Е.Ю.Koryukalov Y.I., Lapshin M.S., Kondashevskaya M.V., Bakhareva A.S., Savinih E.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.smjournal.ru/jour/article/view/631Цель

Цель: оценить функционально-метаболическое состояние и микробиоту кишечника спортсменов циклических видов спорта с высоким и низким уровнем работоспособности.

Материалы и методы

Материалы и методы: участниками исследования стали 20 спортсменов мужcкого пола в возрасте 18–22 лет из циклических видов спорта. По результатам максимальной работоспособности спортсменов — относительной скорости (Vотн.), показанной в нагрузочном тесте, — группу разделяли на две подгруппы: спортсменов с высокой и низкой работоспособностью (СВР и СНР соответственно). Для определения наличия или отсутствия дисбактериоза кишечника применяли микробиологическое исследование кала.

Результаты

Результаты: у спортсменов из группы СВР достоверно выше были значение коэффициента экономичности кровообращения (КЭК) и уровень аспартатаминотрансферазы. В группе СВР была выявлена положительная корреляционная взаимосвязь между уровнем активности ферментов печени и микрофлорой кишечника, а также активностью фермента аланинаминотрансферазы и скоростными характеристиками. Среди спортсменов из группы СНР выявлены положительные корреляционные связи показателей работоспособности с гемолитической кишечной палочкой, а у 40 % из них было отмечено наличие условно патогенных бактерий.

Выводы

Выводы: у спортсменов с высоким уровнем физической работоспособности функциональное состояние характеризовалось активацией анаболических процессов, тогда как у спортсменов с низким уровнем физической работоспособности преобладали катаболические процессы, обусловленные присутствием в кишечнике условно патогенных и патогенных микроорганизмов. Таким образом, можно сделать вывод о том, что состояние микробиома кишечника может влиять на различные аспекты работоспособности спортсменов из циклических видов спорта.

Purpose

Purpose: to assess the functional-metabolic state and intestinal microbiota of athletes of cyclic sports with high and low levels of performance.

Materials and methods

Materials and methods: the study involved 20 male athletes of cyclic sports aged 18–22 years. Based on the results of the athletes’ maximum performance — relative speed (Vrel.), shown in the ergometry test, the group was divided into two subgroups. To determine the presence or absence of intestinal dysbacteriosis, microbiological examination of feces was used.

Results

Results: High performance athletes (HPA) had significantly higher values of the circulatory efficiency coefficient (CEC) and aspartate aminotransferase (AST). In the HPA group, a positive correlation was found between the level of liver enzyme activity and intestinal microflora, as well as the activity of the ALT enzyme and speed characteristics. In the group of low performance athletes (LPA), positive correlations were found between performance indicators and hemolytic E. coli. Opportunistic bacteria were found in 40 % of men in the LPA group.

Conclusion

Conclusion: In athletes with a high level of physical performance, the functional state was characterized by the activation of anabolic processes. Whereas in athletes with a low level of physical performance, catabolic processes prevailed, caused by the presence of opportunistic and pathogenic microorganisms in the intestine. It was concluded that athletes should regularly undergo ergometric testing with a study of the intestinal microbiome in order to prevent the development of dysbiosis.

спортсменынагрузочный тестскоростьработоспособностьмикробиота кишечникамикробиомathletesstress testspeedperformancegut microbiotametabolismReferencesClark A., Mach N. Mucin, Gut, and Microbiota Interactions. Review Article Front. Physiology. 2023;14. https://doi.org/10.3389/fphys.2023.1284423Clark A., Mach N. The gut mucin-microbiota interactions: a missing key to optimizing endurance performance. Front. Physiol. 2023;14:1284423. https://doi.org/10.3389/fphys.2023.1284423Mohr A., Yeager R., Carpenter K., Kerksick C., Purpura M., Townsend J., et al. The Sports Gut Microbiota. Journal of the International Society of Sports Nutrition. 2020;17(1):24. https://doi.org/10.1186/s12970-020-00353-wMohr A., Yeager R., Carpenter K., Kerksick C., Purpura M., Townsend J., et al. The Sports Gut Microbiota. J. Int. Soc. Sports Nutr. 2020;17(1):24. https://doi.org/10.1186/s12970-020-00353-wШестопалов А.В., Фатхуллин Р.Ф., Григорьева Т.В., Мартыканова Д.С., Давлетова Н.Х., Колесникова И.М., Иванова А.А., Румянцев С.А. Особенности микробиома кишечника у спортсменов, занимающихся единоборствами. Спортивная медицина: наука и практика. 2024;14(1):14–24. https://doi.org/10.47529/2223-2524.2024.1.3Shestopalov A.V., Fatkhullin R.F., Grigorieva T.V., Martykanova D.S., Davletova N.Kh., Kolesnikova I.M., Ivanova A.A., Rumyantsev S.A. Features of the intestinal microbiome in athletes involved in martial arts. Sports Medicine: Research and Practice. 2024;14(1):14–24. (In Rusian). https://doi.org/10.47529/2223-2524.2024.1.3Yonglin C., Kir Y., Mingxin X., Yishuo Z., Xiquan W., Jiaji L., Yanshuo L., Yu-Heng M. Diet, Gut Microbiota, and Sports Performance in Athletes: A Narrative Review. 2024;16(11):1634. https://doi.org/10.1016/S0018-506X(02)00024-7Yonglin C., Kir Y., Mingxin X., Yishuo Z., Xiquan W., Jiaji L., Yanshuo L., Yu-Heng M. Diet, Gut Microbiota, and Sports Performance in Athletes: A Narrative Review. 2024;16(11):1634. https://doi.org/10.1016/S0018-506X(02)00024-7McEwen B., Wingfield S. The concept of allostasis in biology and biomedicine. Hormones and Behavior. 2003;43(1):2–15. https://doi.org/10.1016/S0018-506X[02)00024-7McEwen B., Wingfield S. The concept of allostasis in biology and biomedicine. Hormones and Behavior. 2003;43(1):2–15. https://doi.org/10.1016/S0018-506X[02)00024-7Курашова Н.А., Юрьева А.А., Гутник И.Н., Гребенкина Л.А., Лабыгина А.В., Колесникова Л.И. Изменение оксидантно-антиоксидантного статуса крови у борцов вольного стиля под влиянием физических нагрузок. Спортивная медицина: наука и практика. 2023;13(3):30–36. https://doi.org/10.47529/2223-2524.2023.3.9Kurashova N.A., Yuryeva A.A., Gutnik I.N., Grebenkina L.A., Labigina A.V., Kolesnikova L.I. Changes in the oxidantantioxidant status of the blood in freestyle wrestlers under the influence of physical activity. Sports Medicine: Research and Practice. 2023;13(3):30–36. (In Russian). https://doi.org/10.47529/2223-2524.2023.3.9Morita H., Kano K., Ishii K., Kagata N., Ishikawa T., Hirayama A., et al. Bacteroides uniformis and its preferred substrate, α-cyclodextrin, enhance endurance performance in mice and male mice. Science Advances. 2023;9(4):eadd2120. https://doi.org/10.1126/sciadv.add2120Morita H., Kano K., Ishii K., Kagata N., Ishikawa T., Hirayama A., et al. Bacteroides uniformis and its preferred substrate, α-cyclodextrin, enhance endurance performance in mice and male mice. Science Advances. 2023;9(4):eadd2120. https://doi.org/10.1126/sciadv.add2120Petersen L., Bautista E., Nguyen H., Hanson B.M., Chen L., Lek S.H., et al. Community characteristics of the gut microbiomes of competitive cyclists. Microbiome. 2017;5(1):98. https://doi.org/10.1186/s40168-017-0320-4Petersen L., Bautista E., Nguyen H., Hanson B.M., Chen L., Lek S.H., et al. Community characteristics of the gut microbiomes of competitive cyclists. Microbiome. 2017;5(1):98. https://doi.org/10.1186/s40168-017-0320-4Barton W., Penney N., Cronin O., Garcia-Perez I., Molloy G., Holmes E., Shanahan F., Cotter P., 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;67(4):625–633. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2016-313627Barton W., Penney N., Cronin O., Garcia-Perez I., Molloy G., Holmes E., Shanahan F., Cotter P., 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;67(4):625–633. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2016-313627Clarke S., Murphy E., O’Sullivan O., Lucey A., Humphreys M., Hogan A., et al. Exercise and associated dietary extremes impact on gut microbial diversity. Gut. 2014;63(12):1913–1920. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2013-306541Clarke S., Murphy E., O’Sullivan O., Lucey A., Humphreys M., Hogan A., et al. Exercise and associated dietary extremes impact on gut microbial diversity. Gut. 2014;63(12):1913–1920. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2013-306541Fritz P., Fritz R., Bóday P., Bóday A., Bató E., Kesserű P., Oláh C. Gut microbiome composition: link between sports performance and protein absorption? J. Int. Soc. Sports Nutr. 2024;21(1):2297992. https://doi.org/10.1080/15502783.2023.2297992Fritz P., Fritz R., Bóday P., Bóday A., Bató E., Kesserű P., Oláh C. Gut microbiome composition: link between sports performance and protein absorption? J. Int. Soc. Sports Nutr. 2024;21(1):2297992. https://doi.org/10.1080/15502783.2023.2297992Hanton S., Fletcher D. Stress in elite athletes: a comparative study of competitive and organizational stressors. J. Sport Science 2005; 1129–1141. https://doi.org/10.1080/02640410500131480Hanton S., Fletcher D. Stress in elite athletes: a comparative study of competitive and organizational stressors. J. Sport Science 2005; 1129–1141. https://doi.org/10.1080/02640410500131480Nutzel B. Coping strategies for managing stress and promoting mental health in elite athletes: a systematic review. Front. Sports Act. Living. 2023;5:1265783. https://doi.org/10.3389/fspor.2023.1265783Nutzel B. Coping strategies for managing stress and promoting mental health in elite athletes: a systematic review. Front. Sports Act. Living. 2023;5:1265783. https://doi.org/10.3389/fspor.2023.1265783Clark A., Mach N. Role of Vitamin D in the hygiene hypothesis: the interplay between vitamin D, vitamin D receptors, gut microbiota, and immune response. Front. Immunol. 2016;7. https://doi.org/10.3389/fimmu.2016.00627Clark A., Mach N. Role of Vitamin D in the hygiene hypothesis: the interplay between vitamin D, vitamin D receptors, gut microbiota, and immune response. Front. Immunol. 2016;7. https://doi.org/10.3389/fimmu.2016.00627Borg G. Psychophysical Bases of Perceived Exertion. Medicine & Science in Sports & Exercise. 1982;(14):377–381. https://doi.org/10.1249/00005768-198205000-00012Borg G. Psychophysical Bases of Perceived Exertion. Medicine & Science in Sports & Exercise. 1982;(14):377–381. https://doi.org/10.1249/00005768-198205000-00012Morishita S., Wakasugi T., Kaida K. Itani Y., Ikegame K., Ogawa H., Domen K. Fatigue, muscle oxygen consumption, and-blood flow to skeletal muscle after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation. Adv. Exp. Med. Biol. 2018;(1072):293–298. https://doi.org/10.1007/978-3-319-91287-5_47Morishita S., Wakasugi T., Kaida K. Itani Y., Ikegame K., Ogawa H., Domen K. Fatigue, muscle oxygen consumption, and-blood flow to skeletal muscle after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation. Adv. Exp. Med. Biol. 2018;(1072):293–298. https://doi.org/10.1007/978-3-319-91287-5_47Seiler K.S., Kjerland G. Quantifying training intensity distribution in elite endurance athletes: is there evidence for an “optimal” distribution. Scand. J. Med. Sci. Sports. 2006;16(1):49–56. https://doi.org/10.1111/j.1600-0838.2004.00418.xSeiler K.S., Kjerland G. Quantifying training intensity distribution in elite endurance athletes: is there evidence for an “optimal” distribution. Scand. J. Med. Sci. Sports. 2006;16(1):49–56. https://doi.org/10.1111/j.1600-0838.2004.00418.xФедотова Е.В., Сиделёв П.А. Оптимальные модели распределения нагрузки и использование целевых тренировочных зон в циклических видах спорта на выносливость (анализ зарубежных исследований). Вестник спортивной науки. 2021;(6):17–22.Fedotova E.V., Sidelev P.A. Optimal models of load distribution and the use of target training zones in cyclic endurance sports (analysis of foreign studies). Sports science bulletin. 2021;(6):17–22. (In Russian).Персиянова-Дуброва А.Л., Матвеева И.Ф., Бубнова М.Г. Шкала Борга в кардиореабилитации: методология и перспективы использования. Профилактическая медицина. 2022;25(9): 90–96.Persiyanova-Dubrova A.L., Matveeva I.F., Bubnova M.G. Borg scale in cardiac rehabilitation: methodology and prospects for use. Russian Journal of Preventive Medicine. 2022; 25(9):90-96. (In Russian). https://doi.org/10.17116/profmed20222509190.Borg G. Perceived exertion as an indicator of somatic stress. Scand. J. Rehabil. Med. 1970;2(2):92–98. https://doi.org/10.2340/1650197719702239298Borg G. Perceived exertion as an indicator of somatic stress. Scand. J. Rehabil. Med. 1970;2(2):92–98. https://doi.org/10.2340/1650197719702239298Бахарева А.С., Шибкова Д.З., Эрлих В.В. Особенности функционального ответа организма лыжников гонщиков с различными скоростными показателями в нагрузочном тесте. Современные вопросы биомедицины. 2022;6(2). https://doi.org/10.51871/2588-0500_2022_06_02_3Bakhareva A.S., Shibkova D.Z., Erlich V.V. Features of the functional response of the body of cross-country skiers with different speed indicators in the load test. Modern issues of Biomedicine. 2022;6(2). (In Rusian). https://doi.org/10.51871/2588-0500_2022_06_02_3Лабинская А.С., Костюкова Н.Н., Иванова С.М., ред. Руководство по медицинской микробиологии. Москва: БИНОМ; 2012.Labinskaya A.S., Kostyukova N.N., Ivanova S.M., eds. Handbook of Medical Microbiology. Moscow: BINOM Publ.; 2012. (In Russian).Мусина Л.Т., Физиология бактерий. Методические рекомендации. Казань: КГМУ; 2001.Musina L.T. Physiology of bacteria. Methodical recommendations Kazan: KSMU; 2001. (In Russian).Мельников А.А., Викулов А.Д. Функциональная подготовленность спортсменов: учебное пособие. — Ярославль: Изд-во ЯГПУ им. К.Д. Ушинского, 2011. — 83 с.Melnikov A.A., Vikulov A.D. Functional physical fitness of athletes: a textbook. Yaroslavl: Publishing house of K.D. Ushinsky YAGPU, 2011. — 83 p. (In Russian).Балберова О.В., Быков Е.В., Чипышев А.В., Сидоркина Е.Г. Параметры функциональной подготовленности, сопряженные с высокой физической работоспособностью у спортсменов циклических видов спорта. Современные вопросы биомедицины. 2020; 4(3):7–16.Balberova O.V., Bykov E.V., Chipyshev A.V., Sidorkina E.G. Parameters of functional fitness associated with high physical performance in athletes of cyclic sports. Modern issues of Biomedicine. 2020;4(3):7–16. (In Russian).Мищенко В.С. Функциональные возможности спортсмена. Киев: Здоровья; 1990.Mishchenko V.S. Functional capabilities of an athlete. Kyiv: Zdorov’ya; 1990. (In Russian).Celek P., Ostatníkov D., Hodosy J. On the Effect of Testosterone on Behavioral Functions of the Brain. Front. Neurosci. 2015;9. https://doi.org/10.3389/fnins.2015.00012Celek P., Ostatníkov D., Hodosy J. On the Effect of Testosterone on Behavioral Functions of the Brain. Front. Neurosci. 2015;9. https://doi.org/10.3389/fnins.2015.00012Грязных А.В. Индекс тестостерон/кортизол как эндокринный маркер процессов восстановления висцеральных систем после мышечного напряжения. Вестник ЮУрГУ. Сер. «Образование, здравоохранение, физическая культура». 2011;(20):107–111.Gryaznykh A.V. Index of testosterone/cortisol as an endocrine marker of restorations processes of visceral systems after a muscular pressure. Vestnik YuUrGU. Ser. «Obrazovanie, zdravookhranenie, fizicheskaya kul’tura». 2011;(20):107–111. (In Russian).Гуминский А.А., Леонтьева Н.Н., Маринова К.В. Руководство к практическим занятиям по общей и возрастной физиологии. Москва: Просвещение; 1990.Guminskii A.A., Leont’eva N.N., Marinova K.V. Guide to practical classes in general and age-specific physiology. Moscow: Prosveshchenie Publ.; 1990. (In Russian).Donati Zeppa S., Agostini D., Gervasi M., Annibalini G., Amatori S., Ferrini F., et al. Mutual Interactions among Exercise, Sport Supplements and Microbiota. Nutrients. 2019;12(1):17. https://doi.org/10.3390/nu12010017Donati Zeppa S., Agostini D., Gervasi M., Annibalini G., Amatori S., Ferrini F., et al. Mutual Interactions among Exercise, Sport Supplements and Microbiota. Nutrients. 2019;12(1):17. https://doi.org/10.3390/nu12010017Scheiman J., Luber J., Chavkin T., MacDonald T., Tung A., Pham L., et al. Meta-omics analysis of elite athletes identifies a performance-enhancing microbe that functions via lactate metabolism. Nat. Med. 2019;25(7):1104–1109. https://doi.org/10.1038/s41591-019-0485-4Scheiman J., Luber J., Chavkin T., MacDonald T., Tung A., Pham L., et al. Meta-omics analysis of elite athletes identifies a performance-enhancing microbe that functions via lactate metabolism. Nat. Med. 2019;25(7):1104–1109. https://doi.org/10.1038/s41591-019-0485-4Кондашевская М.В., Михалева Л.М. Новые концепции этиологии, диагностики и терапии посттравматического стрессового расстройства. Москва: Группа МДВ; 2024.Kondashevskaya M.V., Mikhaleva L.M. New concepts of etiology, diagnostics and therapy of post-traumatic stress disorder. Moscow: MDV Group; 2024. (In Russian).Bottacini F., Ventura M., Sinderen D. Motherway M. Diversity, ecology and intestinal function of bifidobacteria. Microbial. Cell Fact. 2014;13(Suppl 1):S4. https://doi.org/10.1186/1475-2859-13-s1-s4Bottacini F., Ventura M., Sinderen D. Motherway M. Diversity, ecology and intestinal function of bifidobacteria. Microbial. Cell Fact. 2014;13(Suppl 1):S4. https://doi.org/10.1186/1475-2859-13-s1-s4Захарова Ю.В., Леванова Л.А. Современные представления о таксономии, морфологических и функциональных свойствах бифидобактерий. Фундаментальная и клиническая медицина. 2015;3(1):90–101. https://doi.org/10.23946/2500-0764-2018-3-1-90-101Zakharova Yu.V., Levanova L.A. Current opinion on taxonomy, morphological, and functional properties of bifidobacteria. Fundamental and Clinical Medicine. 2015;3(1):90–101. (In Russian). https://doi.org/10.23946/2500-0764-2018-3-1-90-101Karl J.P., Margolis L.M., Madslien E.H., Murphy N.E., Castellani J.W. Gundersen Y. Changes in intestinal microbiota composition and metabolism coincide with increased intestinal permeability in young adults under prolonged physiological stress. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 2017;312(6):559–571. https://doi.org/10.1152/ajpgi.00066.2017Karl J.P., Margolis L.M., Madslien E.H., Murphy N.E., Castellani J.W. Gundersen Y. Changes in intestinal microbiota composition and metabolism coincide with increased intestinal permeability in young adults under prolonged physiological stress. Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 2017;312(6):559–571. https://doi.org/10.1152/ajpgi.00066.2017Шуляк Б.Ф. Энтерогеморрагические штаммы E. coli. Обзор. Альманах клинической медицины. 2011;(25):72–76.Shulyak B.F. Enterohemorrhagic strains of E. coli. Review. Almanac of Clinical Medicine. 2011;(25):72–76. (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.