腸内細菌に関しては新しい情報が止めどなく発表されており、読むたびに新しい発見が尽ない。個人的に今最も注目している分野だ。
今回のブログはアスリートと腸内細菌の関係について、データをまとめたみたい。
腸内細菌叢の変化は主に食事、身体活動、薬物摂取によって起こり、細菌多様性と存在量のうち遺伝的要因によって形作られるものはわずか９%程度。
現在確認されている７細菌門のうち、２細菌門（ファーミキューテスとバクテロイデーテス）が大腸を支配している。肥満者で観察されるバクテロイデスとファーミキューテス比率（B：F比）の乱れは微生物シフトの一例である。
運動は腸内細菌叢に影響を与える。
一般に高いレベルの身体活動は、腸内細菌叢の多様性と健康を促進する細菌量（例えば、Akkermansia muciniphilaとFeacalibacterium prausnitzii）を増加させる。
しかし一方で、現代のライフスタイルに対するヒト腸内細菌叢の反応性には高い異質性があり、健康な腸内環境を促進するはずのライフスタイルの変化に対して微生物が適応しないために、非反応者と呼ばれる人もいることが報告されている。反応する人としない人の違いはいったいどこにあるのだろうか？
また、ヒト循環代謝物量の変動の約５８％は微生物叢が占めているとの指摘もあり、食品だけでなくサプリメントからの栄養素や生理活性物質の代謝・吸収にも細菌が関与している可能性がある。
近年、様々な食事（HPD：高タンパク質食、HCHD、高炭水化物食）、プレおよびプロバイオティクスがアスリートの腸内細菌叢に与える影響についての知見が広がっている。
代謝特性が異なるスポーツ分野では異なる食事アプローチが必要であり、ボディビルダーやスプリンターは運動による筋損傷後の筋タンパク質合成を活性化し、血管拡張を高めるために一酸化窒素増強剤（シトルリンなど）を使用し、高タンパク食（HPD）を必要とする。
一方で、ランナーやサイクリストなどの持久系アスリートは筋肉内グリコーゲンの回復を目的とした高炭水化物食（HCHD）や緩衝剤（重炭酸ナトリウムやβ-アラニンなど）を含むサプリメントを好む。
いずれの場合も、栄養吸収、神経伝達物質や免疫細胞の生成、筋回復は腸内細菌とその代謝産物に依存している。
しかし一方で、サプリメントに加えてHPDまたはHCHDを摂取することが「嫌気性」「好気性」アスリートの腸内細菌叢に与える影響や、この影響がプレ・プロバイオティクスの栄養介入によってどのように影響され得るかについてのデータはまだ十分ではない。
さらに、サプリメントのエルゴジェニック効果におけるプロバイオティクスの役割についてはほとんど知られていない。
リンクのレビューは、プレバイオティクスとプロバイオティクス、代表的な無酸素運動タイプと有酸素運動タイプのサプリメント（すなわち無酸素運動タイプではタンパク質、シトルリン、アルギニン、硝酸塩、有酸素運動タイプでは炭水化物、重炭酸ナトリウム、β-アラニン）と腸内細菌叢についてについて概説したもの。
有酸素運動-食事とサプリメント
・定期的な運動は腸内細菌叢を調節する。
特にエンデュランス系トレーニングは腸内細菌叢に特異的な影響を与えることが明らかにされており、長距離走やサイクリングは腹部臓器の虚血を増加させ、腸管上皮に有害な影響を与える。局所的虚血や水分補給状態の変化とともに、持久系アスリートにおける食事内容は腸内細菌叢に影響を与える有害因子となりえる。
・ランナーやサイクリストは筋グリコーゲン貯蔵量を維持し、長時間トレーニングや競技中にエネルギーレベルを維持するために非常に高い炭水化物量の食事を摂取することが推奨されている一方で、エンデュランス系アスリートには、消化を遅らせ、運動中の胃腸障害を引き起こす可能性がある食物繊維の過剰摂取を避けることが推奨されている。
この２つの推奨事項により、持久系アスリートの食事は体重増加や代謝障害を促進する可能性が高い欧米食に近いものとなってしまう。
・しかし、微生物の生物多様性と豊かさを促進するのは食物繊維とレジスタントスターチの摂取によって媒介される効果であり、穀物、果物、野菜を中心とした食事はバクテロイデスの生息数を減少させる一方で、ビフィズス菌のプロバイオティクス株を増加させることが提唱されている。
サイクリスト、ランナー、スイマーが過剰な食物繊維を避けることは、健康な腸のためのリスクファクターとなるだろう。
・グルコース（ブドウ糖）とマルトデキストリン（加水分解デンプン）は、持久系アスリートにとって最も人気のあるサプリメント。
CHOベースのスポーツドリンクをトレーニングセッションあたり最大９０g（または１.２g/kg b.w.）の用量で使用すると、グリコーゲン貯蔵が高まり、水分補給を維持して回復プロセスを速めることができる。
一方で、糖分の大量摂取は腸の粘膜や上皮、ひいては微生物叢に悪影響を及ぼすした結果、心血管疾患やその他の疾患に関連する低悪性度の炎症を促進する可能性がある。
これらの知見の研究者は、マルトデキストリンを腸内環境の現代的なストレッサーと呼んでいる。
腸内細菌異常は２型糖尿病のメディエーターであり、砂糖の大量摂取はバクテロイデーテスを減少させ、プロテオバクテリアを増加させることが観察されている。
１日の糖質の１０〜１５％を占めるグルコースやマルトデキストリンを含む飲料は、総糖質摂取量を著しく増加させ、腸の保護バリアと微生物叢の両方に干渉する可能性がある。
アスリートは、運動中に筋肉に過剰に蓄積する水素イオンを緩衝するために炭酸水素ナトリウム（NaHCO3）を使用する。その使用が持久力を高めることを示唆するデータもあるが、メタアナリシスの結果では相反する結果が報告されている。
・炭酸水素ナトリウムの継続摂取がアスリートの腸内細菌叢の構成やメタボロームに与える潜在的な影響に関する過去の研究は少ない。
０.２g/kg b.w.を超える量のNaHCO３は、胃腸の有害症状を急性的に誘発することが判明している。有害症状には下痢が含まれ、脱水症状を引き起こすだけでなくディスバイオーシスにもつながる。
・標準化された重炭酸ナトリウム、カルシウム、マグネシウム、硫酸塩を含む水を用いて、肝脂肪症患者の腸内細菌叢の変化を評価したある研究では、プロバイオティクス特性が期待されるBlautia株の減少やSubdoligranulumの増加が確認された。
また、２型糖尿病患者における重炭酸強化水の飲用は、糖質分解に関連する代謝物の変化とデハロバクテリウム属細菌株の増加と関連することが明らかにされた。
・β-アラニンは体内でカルノシンを構成する化合物の一つで、食事と一緒に摂取することでその濃度を効果的に高めることができる。
カルノシンは主に筋肉組織に蓄積されるペプチドで、最も重要な機能として活性酸素の中和、糖化の抑制、金属イオンのキレートが挙げられる。
また、高強度運動中に骨格筋に水素イオンが蓄積されるのをブロックする作用もあり、アスリートがよく利用している。
エルゴジェニックな量（１日４～６g）を４～５回に分けて摂取する場合、β-アラニンは忍容性が高いと考えられている。
β-アラニンが腸内細菌叢に及ぼす潜在的な影響について検討したヒトの研究はない。
無酸素運動 食事とサプリメント
・レジスタンス運動（特に所定の運動のエキセントリック期）やスプリント（特に下り坂でのランニング）は、筋損傷を引き起こす。
激しい筋トレやスピードトレから回復するために、ホエイプロテイン、卵、肉などから分岐鎖アミノ酸（BCAA；主にロイシン、イソロイシン、バリン）に焦点を当てた高タンパク質食を摂取し、mTOR経路を通じて筋タンパク合成を促進する必要がある。
・タンパク質の有効利用には限界があり、タンパク質源の過剰摂取は腸内細菌叢に悪影響を及ぼす可能性がある。
一般的になタンパク質摂取上限は、４～５回の食事分割で体重１kgあたり１.６～２.２gとされており、０.４～０.５５g/kg b.w. （4４食）または０.３２～０.４４g/kg b.w. （５食）が上限となる。
推奨量を超える量のタンパク質は、タンパク質分解発酵によって有害な代謝物（アンモニアやアミンなど）に変化する可能性があり、腸内細菌叢はこのプロセスの重要な調節因子である。
・食物性タンパク質の供給源（動物、植物、キノコ、酵母）が異なると、繊維や抗酸化物質の含有量が異なるため腸内細菌叢に与える影響も異なる。
一方で、濃縮物や分離物などのタンパク質サプリメントは、脂肪、炭水化物、繊維がほとんど取り除かれているため消化が良い。
アスリートの間では、現在ホエイ製品が最も人気がある。
８件のランダム化比較試験のレビューによると、ヨーグルトやケフィアとは異なりホエイやカゼイン（牛乳由来）分離物は、健康な人の腸内細菌叢構成に大きな影響を与えないことが示された。
また、無作為化臨床試験ではカロリー制限中にタンパク質を補給すると、タンパク質を追加しない食事と比較して内臓脂肪量の減少が大きくなり、特にベースラインの腸内細菌多様性が低い参加者において、腸内細菌多様性が増加することが明らかになった。
・一方で、プロテインサプリメントがアスリートの腸内細菌叢に与える影響に関するパイロット試験（レジスタンス選手ではなく、持久系選手の少人数グループ）では、プロバイオティクス菌株のブラウティアとビフィドバクテリウム（Bifidobacterium longum）が減少し、バクテロイデーテスが増加することがわかった。
研究者は、長期のタンパク質補給が腸内細菌叢に有害な影響を及ぼす可能性があると結論づけた。
・大豆タンパク質とペプチドが腸内細菌叢に与える影響は、より明確なようだ。
動物実験とヒト実験の両方に基づくミニレビューでは、大豆誘導体が微生物多様性、特にプロバイオティクス特性を持つバクテリアの増殖を刺激することを発見した。
大豆ペプチドが乳酸菌とビフィズス菌を刺激し、同時にバクテロイデーテスを減少させるというエビデンスもあり、アスリートが食事に大豆タンパク質を混ぜることを検討すべき理由となっている。
・ボディビルダーがシトルリンやアルギニンサプリを特に重視するのは、アミノ酸が一酸化窒素（NO）産生の増加を通じて血管拡張を促すからである。この効果（いわゆるパンプ）は、筋肉への酸素輸送を増加させる。
また、シトルリンは筋力トレ中の疲労発現を遅らせ、激しい運動後の初日の筋肉痛を軽減する。また、筋肉活動中に生成され、疲労の一因となる過剰なアンモニアの排泄にも寄与する。
アンモニア排泄に加え、シトルリンは腸のホメオスタシスも改善する。
運動前のシトルリン補給は脾臓の低灌流を抑制し、運動によるダメージから粘膜を保護することもわかっている。
有酸素系競技では、選手は１日あたり約１.５～２.０gのアルギニンを摂取する必要があり、無酸素系競技の選手は１日あたり１０～１２gまでの量を摂取するとより効果的と考えられている。
アルギニンはグルタミンと同様にSCFAレベルに寄与し、それによってファーミキューテスとバクテロイデーテスの比率を減少させるという証拠がある。
・シトルリンとアルギニンに加え、食事性硝酸塩も上記の同じ理由でアスリートに摂取されている。
シトルリンとアルギニンが間接的にNOを増加させるのに対し、食事性硝酸塩（例えばビーツ）は直接的にそれを行う。
硝酸塩の筋肉系、消化管、口腔内細菌叢における特性はよく知られているが、異なるスポーツのアスリートの腸内細菌叢に与える潜在的な影響は未知。
ヒトの糞便サンプルを用いて行われたある研究では、NOが健康を促進するFaecalibacterium prausnitziiのバイオマスを減少させる可能性があることが明らかにされている。
アスリートのためのプレバイオティクス
・プレバイオティクスはヒト消化管に存在する酵素に耐性があり、健康を促進する微生物の成長を刺激することができる物質群。
これらの物質は宿主生物のコロニー形成を改善し、全身の多くの領域の機能の観点からすれば望ましい現象である。
・ペクチン（主に果実由来）は難消化性のオリゴ糖で、胃の空洞化を遅らせ、血糖値を下げる効果がある。
最近のレビューでは、ペクチン発酵はバクテロイデスやフィーカリバクテリウム・プラウスニッツィの数を増加することが判明している。
ペクチンには抗高血糖作用やプレバイオティクス作用がある。
・イヌリン（チコリ）もプレバイオティクスとして機能する難消化性の炭水化物。
２型糖尿病リスクを持つ成人集団において、イヌリン補給（１日１０g、６週間）はインスリン抵抗性の低下とビフィズス菌増加につながることがわかった。
フラクトオリゴ糖強化イヌリンは、HIITトレーニングを実施している成人においてビフィドバクテリウム・ユニオミスの存在量を増加させた。
また、イヌリンに似た炭水化物誘導体群であるフラクトオリゴ糖は腸内のビフィドバクテリウム数を増加させる。
１５g/日までの量を４週間の摂取で有効性が確認されている。
・アスリートにとって有用なもう一つのプレバイオティクスは、β-グルカン（すなわち、キノコやオート麦から）で、乳酸菌とビフィズス菌の量を促進し、ファーミキューテス/バクテロイデス比を上昇させる可能性がある。
イヌリンとβ-グルカンのプレバイオティクス特性には類似性があり、βグルカンを２g/日の用量で４週間補給するとアスリートの握力が向上することが判明したことも興味深い。
また、VO2maxと１分間二重揺動ジャンプの改善もこの研究で報告された。
暑い中で運動する人々において、β-グルカンは炎症マーカーレベルを低下させることが判明し、長時間の激しい運動でも腸管粘膜と細菌叢を維持する可能性が示された。
アスリートのためのプロバイオティクス
・プロバイオティクスとは、消化管に送り込まれることでヒトの細胞と相互作用する生きた微生物（サプリメント、発酵野菜、乳製品）。腸内に生息し、他の微生物を抑制する化合物を分泌することで消化管内腔と血流の間の物理的バリア、および微生物学的バリアを強化する保護化合物を生成する。
また、プロバイオティクスは腸内壁に作用することで電解質吸収を促進し、水分補給の状態をコントロールしたり、タンパク質、脂肪、炭水化物の分解を促進し、栄養状態を変化させる。
また、ビタミン、特にビタミンB群を生成し、鉄やカルシウムの吸収を促進する。
・プロバイオティクス補給が持久系アスリートの運動能力に及ぼす影響について、スポーツに特化した系統的レビューとメタアナリシスが過去に１件行われている。
単系統のプロバイオティクス（L. plantarum、L. casei、B. longumなど）を３×１０９以上の用量で４週間未満投与すると疲労困憊までの時間が延長することが報告されている。
・アスリートの免疫系に対するプロバイオティクスの効果や、呼吸器感染症によるトレーニング欠席日数に焦点をあてたシステマティックレビューは、プロバイオティクス補給により感染症発症リスクと重症度が低下すると結論付けている。
アスリートにおけるプロバイオティクスの免疫調節効果の基礎となる主なメカニズムとして、炎症性サイトカインプロファイルの調節が提案されている。