La microbiota y el sistema musculoesquelético
La homeostasis y dinámica del músculo esquelético están estrechamente relacionados al metabolismo de los nutrimentos realizado por las bacterias y las mitocondrias, y muchos miembros de la microbiota contribuyen con diversos metabolitos que influyen tanto en la biogénesis como en la función mitocondrial, distinguiéndose el butirato, la urolitina A y el lactato, lo que confiere resistencia a las alteraciones metabólicas, y que explica la importancia de la microbiota para la salud muscular, al ser precisamente la musculatura la colección de tejidos con mayor concentración de mitocondrias, además de que butirato y urolitina A incrementan la capacidad oxidante del músculo, y dado que el ejercicio (además de la alimentación) influye directamente en la composición y funciones de la microbiota, mediante miocinas con efectos antiinflamatorios, promotores de la mitocondriogénesis y moduladores microbianos, existe entonces una relación benéfica de dos vías entre la salud del músculo esquelético y la eubiosis microbiana.
La existencia de un eje funcional microbiota-intestino-músculo, sugerida por estudios in vitro y en modelos animales, se ha propuesto en los humanos, en donde la ausencia o alteración de la microbiota deriva en una reducción de la masa magra, disfunción neuromuscular, incremento en el estrés oxidante y un estado proinflamatorio, además de una menor efectividad en el metabolismo de la glucosa, lo que en conjunto afecta la capacidad para realizar ejercicio. Dentro de las rutas responsables de los beneficios propuestos de la microbiota intestinal en eubiosis para el metabolismo del músculo esquelético se incluyen la biodisponibilidad de aminoácidos específicos y proteínas, la síntesis de vitaminas, la biotransformación de polifenoles y elagitaninos, el control de la permeabilidad de las mucosas, la biotransformación de los ácidos biliares y la síntesis de ácidos grasos de cadena corta.
Aunque la mejor forma de lograr que la microbiota intestinal favorezca la homeostasis del músculo esquelético es el ejercicio y la inclusión de suficientes fuentes de fibra fermentable y fitoquímicos benéficos en la alimentación, algunos estudios preclínicos han buscado identificar a los microorganismos probióticos que contribuyan a ello, así como al rendimiento durante el ejercicio, con taxones como Lactiplantibacillus plantarum TWK10, mientras que en los humanos se han realizado estudios con la combinación de Lacticaseibacillus paracasei subsp. paracasei CNCM I-1572 y Lacticaseibacillus paracasei subsp. paracasei DSM 26760, en donde ésta contribuye a aprovechar los aminoácidos contenidos en los alimentos de origen vegetal. Lamentablemente, hay muy pocos estudios sobre probióticos dirigidos a la homeostasis del músculo esquelético, por lo que hay llamados a impulsar las investigaciones.
La salud ósea es otro de los aspectos medulares de la salud en los deportistas, debido a las enormes demandas que su actividad provoca en huesos, cartílagos y músculos. Los atletas se encuentran expuestos a rigores físicos y psicológicos que los distinguen del resto de las personas, derivados de sus patrones de entrenamiento y ciclos de competencia.
Aunque mucha de la información disponible es de carácter preclínico, los estudios con sujetos humanos sugieren fuertemente que la composición y función de la microbiota colónica tienen ingerencia en la homeostasis ósea a través de múltiples rutas, por lo que la prevención y corrección de la disbiosis en estas poblaciones microbianas constituyen un abordaje efectivo para contribuir a la salud del sistema esquelético a fin de que este realice sus funciones, no solamente en el desempeño de la actividad deportiva sino a lo largo de la vida del atleta.
En el curso de la respuesta inflamatoria, derivada de una lesión, se activa una variada y abundante cantidad de citocinas, incluyendo interferones, interleucinas, quimiocinas y demás, que tienen la capacidad de afectar la diferenciación y función tanto de los osteoclastos como de los osteoblastos, por lo que se consideran mediadores de varias condiciones óseas, incluyendo la osteoporosis asociada a inflamación.
Especialmente importante es la inflamación crónica, derivada de un estado semiperpetuo de estrés físico o psicológico, como es usual encontrar en un deportista que se dedica de manera regular e intensa a su actividad atlética. Al agregar alguna condición inflamatoria subyacente, habrá graves consecuencias para el hueso, particularmente en conjunto con determinadas características de la persona; por ejemplo, en los casos de enfermedades inflamatorias del intestino, se ha confirmado que el ser mujer, el fumar, la edad avanzada, el hipogonadismo, un bajo índice de masa corporal, el uso recurrente de corticoesteroides o una insuficiencia de vitamina D son importantes factores de riesgo para desarrollar osteoporosis.
Los linfocitos B, los linfocitos T y los macrófagos pueden activar los osteoclastos en todas las enfermedades inflamatorias, vía múltiples rutas, dependiendo de la etiología particular de la condición inflamatoria. De aquí se desprende que para prevenir o controlar el nivel de activación osteoclástica es indispensable uno o varios mecanismos, adicionales a las terapias farmacológicas, y precisamente la microbiota proporciona un grupo de moléculas perfectas para ello, los ácidos grasos de cadena corta.
Los ácidos grasos de cadena corta permiten controlar la resorción ósea. Estas moléculas, los principales metabolitos de la fermentación bacteriana de la fibra dietética fermentable en el colon, afectan la homeostasis ósea por dos rutas. Además de los efectos inhibidores del butirato sobre las histona deacetilasas en los osteoclastos, éste induce de manera directa la reprogramación de los precursores osteoclásticos, lo que resulta en un incremento en la glicólisis a costa de la fosforilación oxidativa, disminuyendo así la actividad de genes esenciales del osteoclasto. En resumen, los ácidos grasos de cadena corta constituyen potentes reguladores del metabolismo osteoclástico y por tanto de la homeostasis ósea.
Además, los niveles incrementados de butirato, tanto en el tejido colónico como en el suero, promueven aumentan la diferenciación de los linfocitos T reguladores en el intestino, el bazo y en la médula ósea, que en esta última activan a las células estrómicas, mediante varias rutas, promoviendo su proliferación y diferenciación hacia osteoblastos. Así, la expansión de la población osteoblástica resulta en un incremento en la formación de hueso y en una mejor estructura ósea.
Como nota adicional, la microbiota intestinal también metaboliza muchos otros compuestos, entre los que se distinguen los aminoácidos triptófano y arginina, cuyos metabolitos derivados de la fisiología microbiana favorecen la integridad del epitelio intestinal y disminuyen las citocinas proinflamatorias, lo que también se va a reflejar en la homeostasis ósea.
Se ha propuesto que algunos prebióticos tienen el potencial para cambiar la conformación de la microbiota y favorecer al hueso, de acuerdo a investigaciones en varios grupos humanos, aunque se requieren estudios en atletas; los resultados más prometedores se han encontrado con el uso de galactooligosacáridos, fibra soluble de maíz, y la combinación de fructooligosacáridos e inulina de cadena larga, usualmente con la inclusión de calcio adicional.
La ingesta de probióticos, acompañada de alimentos lácteos, tiene el potencial de favorecer la absorción de calcio y la acción de los osteoblastos, conforme a estudios en la población general; las especies microbianas con resultados benéficos incluyen una combinación de Lacticaseibacillus casei, Bifidobacterium longum, Lactobacillus acidophilus, Lacticaseibacillus rhamnosus, L. delbrueckii subsp. bulgaricus, B. breve y Streptococcus thermophilus,35 así como la combinación Lacticaseibacillus paracasei subsp. paracasei DSM 13434, Lactiplantibacillus plantarum DSM 15312 y Lactiplantibacillus plantarum DSM 15313.36 Desafortunadamente, no hay estudios en atletas.
La microbiota y el sistema inmunitario
La activación y modulación inmunitarias involucran cambios en la expresión de un gran número de genes, resultando en la adquisición de nuevas funciones e incrementos en las existentes, como una alta producción de citocinas, mediadores lipídicos y enzimas remodeladoras de tejidos, así como la habilidad para migrar entre tejidos y realizar la división celular; para ello, diversas lineas celulares (células epiteliales intestinales, macrófagos, células linfoides innatas, linfocitos T y linfocitos B) requieren tanto elementos estructurales como energía, por lo que la inmunidad emplea múltiples rutas metabólicas, incluyendo la glicólisis, el ciclo del ácido tricarboxílico, la ruta de las pentosas fosfato, la oxidación de ácidos grasos, la síntesis de ácidos grasos y el metabolismo de los aminoácidos.
Sin duda, la nutrición es esencial para estos procesos, al proporcionar nutrimentos y otros compuestos que proporcionan los sustratos reactantes para las varias rutas metabólicas y, además, sirven como moléculas señalizadoras para las células humanas y microbianas. La microbiota intestinal interactúa de manera bidireccional con los nutrimentos, pues por un lado los degrada de manera diferencial para sintetizar metabolitos, en base a su repertorio genético y a los estímulos ambientales, mientras que los hábitos de alimentación ejercen fuerzas evolutivas sobre la microbiota, que dan forma a su composición, con efectos que se dejan sentir no solamente en el metabolismo sino también, de manera muy importante, en las funciones inmunitarias celulares y humorales en el humano, tanto innatas como adaptativas, en los tejidos intestinales y extraintestinales, en donde se distinguen las superficies mucosas en el tracto gastrointestinal, la cavidad oral, el tracto respiratorio, los ojos, el tracto reproductivo y la piel, así como en muchos otros tejidos.
La influencia de la microbiota sobre el sistema inmunitario se inicia antes del nacimiento, cuando el feto está expuesto a los microorganismos maternos o sus metabolitos, a través de la circulación, y aparentemente también por translocación desde algunas regiones del tracto reproductivo. Sin embargo, la adquisición formal de las comunidades microbianas que sucede al momento de nacer, y se consolida hacia los tres a cinco años de edad, mantiene una interacción constante con los tejidos inmunitarios que, en un principio, involucran la preparación de los mismos para albergar una comunidad microbiana residente sin disparar los mecanismos de defensa que se esperan en presencia de cualquier xenobiótico, en un proceso de desarrollo, expansión y educación del sistema inmunitario, que luego de alcanzar un punto de equilibrio se mantiene relativamente estable a lo largo de la vida, en ausencia de insultos ambientales. Este proceso no puede darse en la vida adulta, como han sugerido los estudios experimentales, por lo que la interacción temprana entre la microbiota y la inmunidad resulta vital para la salud.
Para el atleta, una microbiota cuya composición y función se asocien con la salud resulta indispensable para contar con un sistema inmunitario efectivo, gracias a que la microbiota participa desde el control tónico de la hematopoyesis y la educación sistémica de las células hematopoyéticas, la regulación diferencial de las células linfoides, la promoción de las respuestas efectoras y reguladoras de los linfocitos T, la integridad de la función barrera en los tejidos mucosos, hasta en los procesos asociados a las infecciones, la vacunación, el inflamaenvejecimiento, los cánceres, etc. Esto resulta relevante, pues cuando la relación entre la microbiota y el sistema inmunitario no funciona de manera apropiada, hay graves consecuencias para la salud, incluyendo alergias, aloinmunidad, autoinmunidad, autoinflamación y desórdenes inflamatorios crónicos, además de contribuir a todo tipo de desórdenes metabólicos crónicos, en los que la inflamación es un componente de los procesos fisiopatológicos, como la obesidad, la enfermedad cardiovascular, la enfermedad renal crónica, el síndrome metabólico y las enfermedades hepáticas, entre otros.
La resistencia a la colonización en las infecciones por virus, bacterias y otros microorganismos potencialmente patogénicos constituye una de las principales funciones de la microbiota residente, que realiza mediante varios procesos indirectos que involucran la estimulación de las células epiteliales para la producción de moco y la mayor expresión de las proteínas que conforman las uniones estrechas, la producción de péptidos antimicrobianos, y en general estimular la defensa inmunitaria; su abanico de actividades también involucra procesos directos contra los invasores, como son la inhibición directa y la competencia por los nutrimentos y el espacio disponible en los tejidos expuestos a la presencia de dichos organismos.
La respuesta inmunitaria no es la misma en mujeres que en hombres, pues ellas son más robustas en dicha respuesta, tanto en las modalidades innata como adaptativa, mientras que en ellos hay menor incidencia de inflamación sistémica, lo que se cree es debido a la influencia de las hormonas esteroides, incluyendo las sexuales, lo que se refleja en la modulación de la microbiota por el sistema inmunitario y explica, en parte, las diferencias en la composición de la microbiota entre los géneros. Así, es de esperarse que la disbiosis de la microbiota, cuando se presenta en una o más regiones corporales, no se exprese de la misma manera en las mujeres y en los hombres atletas, lo que necesariamente implica que se identifique la naturaleza de la disbiosis antes de recomendar algún abordaje dirigido a recuperar la eubiosis.
Se han identificado varios probióticos que contribuyen a la protección inmunitaria en atletas, por diversos mecanismos, entre los que se distinguen algunos taxones, como la combinación de Lactobacillus acidophilus y Bifidobacterium animalis subsp. lactis,37 Lacticaseibacillus casei Shirota,38 la combinación de Lacticaseibacillus rhamnosus IMC 501 y Lacticaseibacillus paracasei subsp. paracasei IMC 502,39 Lactobacillus helveticus Lafti L10,40 Limosilactobacillus fermentum VRI-003,41 Lactococcus lactis JCM 5805 (como paraprobiótico),42 Ligilactobacillus salivarius UCC118,43 Lactiplantibacillus plantarum subsp. plantarum PS128,44 la combinación de Lactobacillus gasseri, Bifidobacterium bifidum y Bifidobacterium longum,45 la combinación de Lactobacillus acidophilus CUL-60 (NCIMB 30157), Lactobacillus acidophilus CUL-21 (NCIMB 30156), Bifidobacterium bifidum CUL-20 (NCIMB 30172) y Bifidobacterium animalis subsp. lactis CUL-34 (NCIMB 30153),46 con muchos otros taxones sin un efecto significativo en la función inmunitaria, por lo que la elección de los probióticos es particularmente importante.
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