Microbiota y nutrición deportiva Parte II

La microbiota y el sistema digestivo

En los humanos, el tracto gastrointestinal contiene aproximadamente 10¹⁴ bacterias, pertenecientes a más de 1000 especies y unas 7000 cepas, que representan aproximadamente 3 millones de genes y una masa de unos 2 Kg; es precisamente en el tracto gastrointestinal en donde son más evidentes los efectos de la microbiota en la salud del deportista, lo que no puede separarse del contexto ambiental, pues la genética, la ubicación geográfica, la nutrición, el uso de fármacos y muchos otros factores van a determinar el estado de nuestra microbiota en este importantísimo sistema corporal.

El tracto gastrointestinal humano es un tubo complejo, con aproximadamente 8 metros de largo, y las condiciones fisiológicas como el pH, la concentración de oxígeno, el contenido de múltiples secreciones y el tiempo de tránsito varían a lo largo del mismo, contribuyendo a que distintas poblaciones microbianas, adaptadas a los diversos nichos ecológicos, se encuentren preferentemente en una o más secciones del tracto superior o inferior. Así, en el esófago operan poderosas fuerzas hidrodinámicas y mecánicas; el estómago es aeróbico y puede ser sumamente acídico; el intestino delgado recibe fluidos variados en cantidad y calidad, en medio de fuerzas hidrodinámicas intensas; y el intestino grueso presenta una variación considerable en las condiciones ambientales, además de albergar una rica diversidad de nutrimentos, que proceden sobre todo de la alimentación y que se suman a los producidos de manera endógena o que son sintetizados por los microorganismos residentes.

Al colon arriban, diariamente, de 8 a 18 gramos de polisacáridos diferentes al almidón, de 8 a 40 gramos de almidón, de 2 a 8 gramos de oligosacáridos, de 2 a 10 gramos de azúcares simples no absorbidos, de 10 a 15 gramos de proteínas y péptidos, de 6 a 8 gramos de ácidos grasos y glicerol, de 5 a 8 gramos de enzimas digestivas, de 0.5 a 1 gramo de ácidos biliares, de 2 a 3 gramos de mucinas y unos 20 a 30 gramos de células epiteliales descamadas, y todo esto, en conjunto, conforma los sustratos metabolizables, que la microbiota colónica emplea para subsistir y prosperar, y a cambio, proporciona al deportista una diversidad de metabolitos bioactivos que contribuyen a la salud de este.

Aunque usualmente se hace énfasis en la microbiota que radica en el colon, otras poblaciones microbianas cumplen importantes funciones en otras secciones del sistema gastrointestinal.

En la cavidad oral habita una diversidad de microorganismos, muchos de ellos únicos a este nicho, pues han evolucionado perfectamente para la colonización específica del mismo. Dentro de la cavidad oral existen varios microambientes, como las superficies duras y no desprendibles como los dientes, y las superficies epiteliales de las membranas mucosas. Estas superficies están expuestas a la fase fluida de la saliva, y en el caso de la superficie subgingival, al fluido crevicular gingival. Las comunidades que crecen en estas superficies son distintas y cada sitio puede contener unas 50 de las 700 a 1000 especies capaces de colonizar la boca, entre bacterias, levaduras, virus y protozoarios.

Los microorganismos en las superficies de los dientes tienden a forman comunidades en biopelícula multiespecie, con frecuencia embebidas en una matriz de substancias poliméricas extracelulares. En contraste, las superficies epiteliales requieren otra estrategia de colonización, y aunque los microorganismos forman biopelículas en estas superficies, hay menos tiempo para la maduración de las mismas. La mayor parte del tiempo existe un equilibrio homeostático entre el anfitrión y la microbiota, en donde esta compite y excluye a los patógenos exógenos para la estabilidad del ecosistema, además de contribuir al desarrollo del tejido normal y del sistema inmunitario. Aunque la gingivitis es una consecuencia casi inevitable de la acumulación prolongada de las biopelículas, que conocemos como placa, en la superficie de los dientes, esta es un estado inflamatorio controlado que no compromete de manera permanente la integridad de los tejidos que soportan los dientes.

Durante el breve periodo de digestión en la cavidad oral, la saliva atrapa las moléculas producidas por la microbiota residente, lo que contribuye a la sensación del gusto de los alimentos ingeridos. Adicionalmente, la saliva contribuye a la estabilidad del ecosistema al amortiguar el ambiente, proporcionar sustratos para alimentar a la comunidad microbiana y ser una fuente de factores antimicrobianos que son antagonistas a las especies exógenas, como lactoferrina, lactoperoxidasa salival, lisozima y tiocianato, que son dañinos para las bacterias. El nitrito, convertido por las bacterias orales a partir de los nitratos dietéticos, es otro compuesto en la saliva con efectos antimicrobianos, pues al reducirse se produce óxido nítrico, el cual inhibe el crecimiento de algunas bacterias.

No obstante, bajo condiciones particulares, las interacciones microbiota-anfitrión se vuelven disbióticas y pueden dar lugar a algunas enfermedades específicas a los dientes o a las encías, pero su relevancia va mucho más allá, ya que se le ha asociado en condiciones como la diabetes, la endocarditis, la degeneración macular, las enfermedades autoinmunes y el cáncer, entre otras, y constituye un factor de riesgo para las coinfecciones pulmonares en los pacientes con COVID-19.¹ La microbiota asociada con la salud es considerada como generalista, mientras que la microbiota asociada a la enfermedad posee funciones metabólicas específicas y una mayor virulencia potencial.

La aplicación de probióticos específicos para la cavidad oral, con énfasis en la caries dental, ha recibido poca atención, puesto que lo usual es ingerir aquellos destinados al tracto gastrointestinal, particularmente el colon, y cuyos beneficios sistémicos -incluida la boca- se derivan de la acción de los metabolitos microbianos. Las especies microbianas con efectos benéficos en la cavidad oral incluyen a Streptococcus dentisani 7746,² la combinación de Streptococcus uberis KJ2, Streptococcus oralis KJ3 y Streptococcus rattus JH145,³ o la combinación de Limosilactobacillus reuteri DSM17938 y L. reuteri ATCC PTA 5289,⁴ de aplicación tópica, hasta los ingeridos como Lacticaseibacillus rhamnosus GG,⁵ Lacticaseibacillus rhamnosus LB21,^6,7 Lacticaseibacillus paracasei subsp. paracasei,⁸ la combinación de Lacticaseibacillus rhamnosus GG ATC 53103 y L. rhamnosus LC705,⁹ así como Bifidobacterium animalis subsp. lactis BB-12,¹⁰ entre otros.

Sobre los prebióticos, se ha explorado el beneficio potencial de la urea, incluida en un enjuague bucal o en una goma de mascar, así como de la arginina en una crema dental, como protección contra la caries, pero los resultados no han sido positivos o presentan un sesgo considerable.

El estómago recibe grandes cantidades de microorganismos todos los días, esencialmente los contenidos en los alimentos, pero también de los usualmente radicados en la cavidad oral y el esófago, así como de la cavidad nasal y la faringe; sin embargo, son pocas las que sobreviven al medio acídico del estómago, como Lactobacillus y especies similares, además de Streptococcus, con lo que la cavidad gástrica funciona como una efectiva linea de defensa contra la invasión de microorganismos potencialmente patogénicos (esta defensa no es efectiva al cien por ciento, debido a las fluctuaciones en el pH del estómago, que puede pasar de un valor de 2 a uno superior a 6, con la entrada de alimentos, de manera temporal).

Así, aunque normalmente se encuentran unas 10³ bacterias en la mucosa y el lumen del estómago, con la entrada de alimento de manera constante es posible que este número se eleve hasta 10⁷, abarcando entre 130 y 260 géneros diferentes, muchos de ellos en baja abundancia, entre los que destaca Helicobacter pylori, que podemos encontrar en más de la mitad de la población mundial sin causar problemas, pero que cuando incrementa su abundancia y actividad, altera la composición de la microbiota residente, es responsable de síntomas severos y lesiones que pueden llegar al adenocarcinoma gástrico.

Este no es un punto menor, pues las alteraciones en la composición de la microbiota gástrica se asocian con varios estados de enfermedad, como son las úlceras en estómago y duodeno, la atrofia autoinmunitaria, la gastritis, la dispepsia, el reflujo gastroesofágico, la esofagitis, la tos crónica y más, que se suman al cáncer en el estómago y el duodeno.

Los probióticos empleados como coadyuvante en el tratamiento para las infecciones con Helicobacter pylori en adultos, en ocasiones acompañados con prebióticos, incluyen la combinación de Lacticaseibacillus casei PXN 37, Lacticaseibacillus rhamnosus PXN 54, Streptococcus thermophilus PXN 66, Bifidobacterium breve PXN 25, Lactobacillus acidophilus PXN 35, Bifidobacterium longum PXN 30 y Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus PXN 39,¹¹ la combinación de Lacticaseibacillus rhamnosus GG y Bifidobacterium animalis subsp. lactis BB-12,¹² la combinación de Enterococcus faecium R0026 y Bacillus subtilis R0179,¹³ y la levadura Saccharomyces boulardii,¹⁴ tanto con la terapia antibiótica triple como la cuádruple. Lamentablemente, no hay estudios específicos en atletas, en quienes estas infecciones gastroduodenales pueden presentarse en cualquier momento.

En adición a lo anterior, a pesar de ser una condición muy poco estudiada en relación a los probióticos, se ha identificado a la bacteria Limosilactobacillus reuteri DSM 17938 como un abordaje útil en las personas menores de edad con reflujo gastroesofágico que reciben un tratamiento con inhibidor de la bomba de protones, siendo recomendable acompañarlo de fructooligosacáridos de inulina como preventivo de la hipomagnesemia, mientras que en los adultos se reportan los mejores resultados, tanto en el esófago como en estómago y duodeno, con Lactobacillus gasseri OLL2716.

El intestino delgado constituye un ambiente difícil para los microorganismos, debido a un tiempo de tránsito corto, la secreción periódica tanto de enzimas digestivas como de bilis, y la llegada intermitente de sustratos aprovechables. Como consecuencia, las poblaciones en esta región presentan una biomasa más baja, que va de 10⁴ a 10⁸ UFC/ml, del duodeno proximal al íleon distal, y menos diversa que en el intestino grueso, así como un mayor dinamismo, en respuesta a las condiciones cambiantes en el lumen intestinal.

Como es de esperar, la alimentación tiene un efecto importante en la composición y las funciones de la microbiota en esta sección del tracto gastrointestinal. Los procesos metabólicos con mayor actividad en el bacterioma incluyen los sistemas de fosfotransferasas de azúcares, la ruta de las pentosas fosfato, la fermentación de lactato y propionato, así como cobalamina y biotina, destacándose la actividad del género Streptococcus como un contribuyente importante a la digestión de carbohidratos, y de algunos fermentadores secundarios como Veillonella y Clostridium, siendo este último género inducido también por la presencia de lípidos dietarios.

Particularmente importante es la presencia de ácidos biliares primarios, que afectan el crecimiento de las bacterias Gram positivo a través del estrés oxidante y el daño al ADN; en contraparte, algunos miembros del bacterioma tienen la maquinaria enzimática para desconjugar los ácidos biliares primarios y su conversión a ácidos biliares secundarios, importantes mediadores de la comunicación microbiana sistémica, con efectos locales en el anfitrión, incluyendo la adaptación a los lípidos dietarios, la regulación de la peristalsis o la potencial promoción de la colitis, y que contribuye además a remodelar las poblaciones que conforman la microbiota en el intestino delgado y más allá.

Las alteraciones tanto en el bacterioma como en el micobioma del intestino delgado, dan lugar a sobrecrecimiento bacteriano o sobrecrecimiento fúngico, conocidos por sus siglas en inglés SIBO y SIFO, respectivamente, que se han asociado con el síndrome del intestino irritable, un problema constante en un sector importante de los deportistas, cuya disciplina es de resistencia, les exige una masa corporal incrementada, que sufren de constipación o que utilizan inhibidores de bomba de protones, pero que está subdiagnosticado al requerir de una prueba específica, en un proceso de retroalimentación alimentado por la disbiosis y que se presume es responsable de la sintomatología de dicho síndrome, lo que ha generado un crecimiento substancial en los estudios experimentales y clínicos para definir la mecanística de la condición así como los mejores abordajes preventivos y terapéuticos, dirigidos a corregir la disbiosis y reducir los signos y síntomas, en donde es común encontrar patrones de alimentación bajos en FODMAPs (oligosacáridos, disacáridos, monosacáridos y polioles fermentables), lo que significa un problema mayor para los deportistas, en quienes la ingesta de carbohidratos como sustrato para obtener energía y mejorar el desempeño es un elemento fundamental del plan de trabajo; por ello se han buscado alternativas dirigidas a la microbiota, que aunque ejercen sus efectos primariamente en el colon, tienen el potencial de beneficiar a la microbiota localizada en el intestino delgado.

Entre los probióticos que suelen emplearse en el tratamiento del síndrome del intestino irritable en adultos, con o sin SIBO/SIFO, se distingue la combinación de los taxones Streptococcus thermophilus DSM 24731, Bifidobacterium breve DSM 24732, B. longum DSM 24736, B. infantis DSM 24737, Lactobacillus acidophilus DSM 24735, Lactiplantibacillus plantarum subsp. plantarum DSM 24730, Lacticaseibacillus paracasei DSM 24733 y Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus DSM 24734,¹⁵ la combinación Bifidobacterium animalis lactis BB-12, Lactobacillus acidophilus LA-5, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus LBY-27 y Streptococcus thermophilus STY-31,¹⁶ Lactobacillus gasseri BNR17,¹⁷ Lacticaseibacillus rhamnosus GG¹⁸ y algunos otros.

Los prebióticos no han mostrado consistencia en los resultados, pero algunos, como los trans-galactooligosacáridos y algunos fructooligosacáridos, pueden contribuir a incrementar la abundancia de diversas especies del género Bifidobacterium, considerado benéfico. Adicionalmente, el trasplante de microbiota intestinal/fecal ha mostrado éxito en la recuperación de la eubiosis y el mejoramiento de los síntomas en algunos pacientes. Desafortunadamente, no hay estudios específicos en deportistas, aunque se han empleado a atletas sanos como super donadores de microbiota para estos trasplantes.

La microbiota que ha recibido la mayor atención, debido a su abundancia y diversidad, es aquella que radica en las varias secciones del intestino grueso, y es precisamente la microbiota colónica la que ha mostrado la mayor variedad de efectos tanto locales como sistémicos, en un estado de simbiosis con el anfitrión, producto de la evolución, con sus millones de genes funcionales.

Dentro de las funciones microbianas establecidas en el microbioma colónico humano, se encuentran las rutas para el metabolismo de los carbohidratos complejos que producen los ácidos grasos de cadena corta, lípidos antiinflamatorios y antiproliferadores que representan un sustrato energético esencial para el epitelio colónico.

Otros metabolitos bioactivos de origen microbiano incluyen vitaminas, hormonas, moléculas de señalización neurológica y una gran variedad de otros productos, mencionados en las secciones previas. Es precisamente esta rica diversidad de moléculas bioactivas la que nos ha permitido darnos cuenta de que muchos aspectos críticos de la fisiología humana están ligados a la microbiota; de la misma manera, las perturbaciones en la microbiota colónica se han asociado con muchas enfermedades crónicas como la obesidad, el síndrome metabólico, la diabetes, la esclerosis múltiple, la enfermedad renal crónica, la ateroesclerosis y otros problemas cardiovasculares, asi como los desórdenes neurológicos, por mencionar unos cuantos.

Así, los beneficios de la fisiología microbiana colónica a la humana, incluyen como un mínimo, la maduración y educación del sistema inmunitario, la protección contra patógenos, la supresión de la inflamación colónica, la renovación del epitelio mucoso intestinal, la regulación de la integridad de la barrera intestinal y la homeostasis de la mucosa, el desarrollo del sistema nervioso, el incremento en la producción de antioxidantes y compuestos neuroprotectores, la regulación del apetito y el comportamiento, la angiogénesis intestinal, la recuperación de las lesiones epiteliales intestinales, la producción de sustratos energéticos, la mejora en la sensibilidad a la insulina, la producción de vitaminas y el metabolismo de xenobióticos, con consecuencias que se expanden a todos los sistemas corporales, gracias a los numerosos ejes anatómico-funcionales que conectan a la microbiota colónica con el resto del cuerpo humano.

En el colon humano se pueden identificar tres tipos diferentes de comunidades microbianas, los enterotipos, en los que se identifica un dominio claro en la abundancia relativa de ciertos géneros bacterianos. La principal característica distintiva de los enterotipos, como sucede con los tipos identificados en otros sitios corporales, es que son independientes del género, la edad, la cultura y la geografía, por lo que se podrían considerar de carácter universal, aunque hay grupos que no están de acuerdo con estas divisiones, por lo que es posible que el concepto evolucione.

Los enterotipos son funcionalmente diferentes, de acuerdo a los perfiles identificados en los últimos años. Estos géneros, indicadores de enterotipo, son los de mayor abundancia en el bacterioma, pero hay varios cientos más de géneros, con abundancias muy pequeñas, que sin embargo realizan funciones metabólicas que contribuyen al total de la diversidad de moléculas de origen microbiano que tienen un papel en la fisiología del anfitrión.

El enterotipo 1, caracterizado por el género Bacteroides, incluye bacterias que obtienen su energía principalmente mediante la fermentación de carbohidratos y proteínas, y que aportan al anfitrión, además de los ácidos grasos de cadena corta, varias vitaminas como biotina, riboflavina, ácido ascórbico y ácido pantoténico, entre otros metabolitos. Adicionalmente, este enterotipo posee un número menor de especies bacterianas con funcionalidad traslapada, lo que sugiere que puede ser más vulnerable a las alteraciones como un tratamiento con antibióticos.

El enterotipo 2, caracterizado por el género Prevotella, incluye bacterias que obtienen su energía principalmente por la degradación de mucinas, y que aportan al anfitrión también algunas vitaminas como tiamina y ácido fólico, entre otros metabolitos.

El enterotipo 3, caracterizado por el género Ruminococcus, incluye bacterias que obtienen su energía tanto mediante la degradación de mucinas como mediante la degradación de la celulosa, y es rica en transportadores de membrana.

Bacteroides y Prevotella corresponden al filo Bacteroidetes (son inversamente abundantes en sus respectivos enterotipos), mientras que Ruminococcus corresponde al filo Firmicutes. Cada enterotipo tiende a agrupar en clústeres a determinados géneros bacterianos, pero no lo hace de golpe, sino de manera gradual, lo que indica que los enterotipos representan un continuo en la composición microbiana del colon.

Las diferencias en la composición taxonómica sugieren que lo enterotipos deben diferir en sus propiedades funcionales y ecológicas, con variaciones funcionales asociadas a la composición, y de hecho, cuando se consideran los tipos de genes, las funciones metabólicas son diferentes entre los tres grupos, por lo que el tipo de comunidad presente en el colon de cada uno de nosotros determinará el tipo y fortaleza de las funciones que dicha comunidad realizará.

Uno de los aspectos más interesantes, para los profesionales de la nutrición deportiva y para los atletas, es determinar si los cambios en la alimentación son capaces de provocar cambios entre un enterotipo y otro. Los pocos estudios disponibles hasta el momento parecen confirmar que las interrupciones en la composición de la microbiota colónica como resultado de intervenciones drásticas como los tratamientos con antibióticos, o intervenciones moderadas, como los cambios en la alimentación, tienen como consecuencia alteraciones temporales que pueden durar unos cuantos días y hasta un año, pero las comunidades, en todos los casos, tienden a regresar al enterotipo original, lo que sugiere fuertemente que son las condiciones microambientales en el nicho colónico y el estilo de vida a largo plazo los que rigen la conformación de nuestro enterotipo.

Se han identificado asociaciones y correlaciones, incluso algunas relaciones causales, entre las alteraciones de la microbiota colónica y múltiples condiciones de enfermedad en el tracto gastrointestinal, lo que ha dado lugar a un enorme número de estudios experimentales y clínicos para encontrar abordajes dirigidos a corregir la disbiosis y mantener la eubiosis en múltiples grupos de individuos, incluidos los atletas.

Dentro de los taxones microbianos que se han identificado como probióticos en los casos de constipación funcional en adultos, se encuentran Bifidobacterium lactis LMG P-21384,¹⁹ Bifidobacterium lactis DN-173 010,²⁰ la combinación de Lactiplantibacillus plantarum LMG P-21021 y Bifidobacterium breve DSM 16604,¹⁹ Lacticaseibacillus casei Shirota,²¹ y Lactococcus lactis subsp. cremoris FC,²² así como Lactobacillus gasseri CP2305 no viable (paraprobiótico).²³ Algunos galactooligosacáridos y fructooligosacáridos se han empleado con éxito como prebióticos, adicionados a yogur y jugo de manzana. En menores de 18 años con constipación funcional, hay poca consistencia en los hallazgos, pero los probióticos con mejores reportes incluyen a la combinación de Lacticaseibacillus casei PXN 37, Lacticaseibacillus rhamnosus PXN 54, Streptococcus thermophilus PXN 66, Bifidobacterium breve PXN 25, Lactobacillus acidophilus PXN 35, Bifidobacterium longum PXN 30 y Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus PXN 39,²⁴ Limosilactobacillus reuteri DSM 17938²⁵ y Lacticaseibacillus rhamnosus Lcr35.²⁶

En los casos de diarrea del viajero, importante para los deportistas, los probióticos con mayor efectividad incluyen a Lacticaseibacillus rhamnosus GG, Saccharomyces boulardii CNCM I-745 y la combinación de Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium bifidum, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus y Streptococcus thermophilus.²⁷ El butirato de sodio y la tributirina son efectivos, como postbióticos, pero los prebióticos no suelen ayudar en esta condición.

En la diarrea aguda en adultos, se han empleado los taxones Lacticaseibacillus paracasei subsp. paracasei B 21060,²⁸ Lacticaseibacillus rhamnosus GG,²⁹ Enterococcus faecium SF68³⁰ o Saccharomyces boulardii CNCM I-745,²⁸ mientras que en menores de 18 años es recomendable utilizar Lacticaseibacillus rhamnosus GG,²⁹ Limosilactobacillus reuteri,³¹ o la levadura Saccharomyces boulardii,²⁹ idealmente acompañando a las soluciones de rehidratación oral que incluyan prebióticos y cinc.

En usual que los atletas reciban tratamientos con antibióticos, lo que suele derivar en casos de diarrea, que puede ser prevenida o tratada con varios probióticos, incluyendo los taxones Lacticaseibacillus rhamnosus GG,³² la combinación de Lactobacillus acidophilus y Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus³³ o la levadura Saccharomyces boulardii,³⁴ tanto en adultos como en menores de edad.