運動誘発性疲労（Exercise-Induced Fatigue：EIF）は、身体が特定の機能レベルを維持できないか、または事前に設定された運動強度を持続できなくなる状態と定義され、長期間または過度なトレーニングはオーバートレーニング症候群や慢性疲労を引き起こす可能性がある。
「高強度運動」とは、換気閾値または乳酸閾値に近づく、あるいはそれを超える運動負荷（例：最大出力に近いインターバルトレーニング）、顕著な熱的・生理学的ストレスを伴う長時間の持久性運動、もしくは明確なパフォーマンス低下や顕著な生化学的ストレス応答を引き起こす反復的高負荷トレーニングを包括的に指す。これらの条件は、競技パフォーマンスおよびトレーニング効率を低下させるのみならず、免疫抑制や内分泌異常のリスクを高め、競技力のみならず公衆衛生的悪影響も及ぼす。
疲労は主に基質枯渇（ATPやグリコーゲンなど）、代謝産物の蓄積（乳酸、血中尿素窒素など）、酸化ストレス、イオンバランスの乱れ、ならびに神経・内分泌・免疫（NEI）ネットワークの機能不全に起因すると考えられてきたが、近年は微生態学分野の進展により、腸内細菌叢が疲労調節において中心的役割を果たすことが明らかとなり、その新たな知見に注目が集まっている。
最新研究では、腸内細菌叢と運動器系との間には双方向性の調節関係が存在し、これを「腸―筋軸（gut–muscle axis）」と呼ぶこと、さらに中枢神経系との相互作用を示す「腸―脳軸（gut–brain axis）」が運動能力および疲労知覚に影響を与えることが示されている。
高強度運動は腸内細菌叢のディスバイオーシスを誘発し、有益菌の減少、病原性細菌の増殖、腸管透過性の亢進、さらには内毒素血症リスクの増大を引き起こす。
腸内細菌叢とEIFの関係に関する研究は、主に以下の４つの方向性に集約されている。
１）エネルギー代謝の調節。特定の細菌群が短鎖脂肪酸（SCFA）などの代謝産物を産生することでグリコーゲン貯蔵を最適化し、乳酸などの代謝老廃物の除去を促進する点。
２）酸化ストレスおよび炎症反応の抑制。腸内細菌叢およびその代謝物が宿主の抗酸化能を高め、運動誘発性の全身性低度炎症を抑制する。
3）腸管バリア機能の維持。粘膜バリアを強化することで内毒素など有害物質の血中移行を防ぎ、「細菌―腸―筋」軸に沿った負のカスケード反応を軽減する。
４）腸―脳軸を介した中枢性疲労の調節。腸内細菌叢が神経伝達物質の合成および代謝に影響を与えることで、情動、動機付け、中枢性疲労の知覚を調節する。
これらの研究方向性は、腸内細菌叢が新規の抗疲労介入標的として極めて大きな潜在力を有することを示している。
機序研究では、腸内細菌叢構造の記述から代謝経路レベルでの深い調節機構の解明へと進展している。
リンクのレビューは、近年の最先端研究を踏まえて、腸内細菌叢とEIFを結びつける相関関係、作用機序、介入戦略に関する研究進展を体系的に整理し、今後の研究および応用に資する知見を提供することを目的としたもの。
【結果】
ヒトおよび動物モデルを通じて、高強度または長時間運動は腸内細菌叢構造の変化、有益菌の減少、腸管透過性の亢進、短鎖脂肪酸などの微生物代謝物の変動を含む腸内恒常性の破綻と一貫して関連していた。
エビデンスは、EIFに関連する４つの相互に関連した腸内細菌叢媒介経路に収束している。
① エネルギー供給および代謝副産物の除去
② 酸化還元バランスおよび炎症制御
③ 腸管バリア完全性および内毒素血症リスク
④ 微生物―腸―脳シグナリングを介した中枢性疲労および運動動機付け
プロバイオティクス、プレバイオティクス／植物多糖類、ならびに選択された生理活性化合物を中心とする栄養戦略は、疲労関連バイオマーカーおよび持久性パフォーマンス指標の改善に一定の可能性を示したが、その効果は運動様式、体力レベル、食事内容、初期腸内細菌叢構成といった文脈依存性を有していた。
運動誘発性疲労下における腸内細菌叢変化の特徴
腸内細菌叢多様性の変化
高強度あるいは過剰なトレーニングによって生じる運動誘発性疲労（Exercise-Induced Fatigue：EIF）は腸内細菌叢の構成を有意に変化させ、その主な特徴は多様性および群集構造の変動として現れる。腸内環境の健全性を示す指標である微生物多様性は、α多様性（単一群集内の種の豊富さおよび均等性）と、β多様性（サンプル間における群集構造の差異）に分類される。
傾斜トレッドミルモデルを用いた疲労ラットはα多様性（Shannon指数）が有意に高値を示し、これは細菌種の豊富さが増加していることを示唆している。一方、若年ボクサーを対象とした研究では、疲労後のα多様性およびβ多様性に有意な変化は認められなかったものの、低下傾向がみられたと報告されている。
高温ストレス下の持久系アスリートでは、α多様性と消化管損傷マーカーとの間に非線形かつ複雑な関連性が存在することも明らかになっている。
興味深いのは、被験者の基礎体力レベル（トレーニング群 vs 非活動群）が結果に影響を及ぼす可能性が高いことだ。高負荷トレーニングに適応したアスリートは「適応的恒常性（adaptive homeostasis）」を有しており、疲労に対する反応様式が実験動物とは異なる可能性がある。
α多様性の変動傾向については一貫した結論が得られていないものの、高強度EIFが腸内細菌叢の恒常性を破綻させる強力な環境ストレス因子であるという点については共通認識が形成されている。実際に、微生物群集構造（β多様性）の有意な変化は急性疲労運動、長期持久トレーニング、環境温熱ストレスといった多様な状況で一貫して観察されている。
腸内細菌叢構造の変化
EIFは腸内細菌の総量変化にとどまらず、疲労の病態生理に関連する特定細菌群の存在量変化を引き起こし、Firmicutes門およびBacteroidetes門が主要な構成要素を占める。微生物組成およびそれに由来する機能性代謝物は、宿主の健康状態、疲労度、回復能に大きな影響を与えることが示されていことから、”Firmicutes/Bacteroidetes比（F/B比）”は健康指標として頻繁に用いられる。
多くの研究で、EIF動物モデルではF/B比の有意な変動が報告されている。例えば、スティグマステロール投与によりラットの疲労が軽減され、その際にF/B比が低下（Firmicutes減少、Bacteroidetes増加）することが観察され、この微生物プロファイルが有益である可能性を示唆している。一方で、重度の疲労やオーバートレーニングを呈するマウスモデルでは高強度の生理学的ストレスにより、Bacteroidetesの減少とFirmicutesの代償的増加が生じることが多い。これらの変化は、腸管バリア機能の障害および全身性炎症と関連している。
属レベルでは、より明確なパターンが認められる。動物モデル研究ではLactobacillus属およびBifidobacterium属という従来型プロバイオティクス菌群は、疲労条件下で減少する。この減少は、腸管バリア機能の低下や、短鎖脂肪酸（SCFA）など有益代謝物の産生低下を引き起こし、結果として疲労を悪化させる。一方で、潜在的病原性または日和見的菌群の増加が認められることもある。例えば、オーバートレーニングマウスモデルでは炎症関連門であるProteobacteriaの増殖が報告されている。
さらに、一部の特定菌属は運動パフォーマンスおよび回復能力と正の相関を示すことが明らかになっている。エリートアスリートではVeillonella属が豊富に存在するが、この菌属は運動によって産生された乳酸をプロピオン酸へと代謝し、宿主に追加的エネルギー基質を供給する。これは「腸―筋軸」相互作用の代表例であり、特定の微生物群集がパフォーマンス向上および回復促進に寄与し得ることを示している。
このように、疲労に伴う腸内細菌叢の変化は無作為な確率事象ではなく、機能的意義をもつ群集の選択的変動を反映している。これらの変化の総体が、EIFの微生物学的基盤を形成している。
腸内細菌叢による運動誘発性疲労調節の主要機序
エネルギー代謝の調節
基質枯渇および代謝老廃物の蓄積がEIFの基本的病因。
近年の研究では、腸内細菌叢の調節が宿主のエネルギー代謝を最適化し、疲労発現を遅延させることがわかっている。機序的には、特定の細菌群およびその代謝物が宿主のエネルギー貯蔵能を高める。例えば、Lactiplantibacillus plantarumまたは高麗人参抽出物の補給は、オールアウト運動後のマウスで肝臓および骨格筋グリコーゲン量を有意に増加させる。この効果は主に腸内細菌由来の**短鎖脂肪酸（SCFA）**を介して発現すると考えられている。SCFAは大腸上皮細胞の主要なエネルギー源であるのみならず、全身循環に移行して肝臓および筋における糖新生およびグリコーゲン合成を促進する。特に高麗人参抽出物は、SCFA産生菌を増加させることでグリコーゲン合成を上方制御し、抗疲労作用を発揮するとされている。
同様に、Lactobacillus rhamnosus SDSP202418やPediococcus pentosaceus YF01などの特定のプロバイオティクス菌株はグリコーゲン貯蔵を強化し、マウスの持久性運動能力を延長しすると同時に、乳酸や血中尿素窒素（blood urea nitrogen：BUN）といった疲労関連代謝産物の除去にも寄与する。
高強度運動は血液および筋組織中における乳酸およびアンモニアの急速な蓄積を引き起こし、これがアシドーシスおよび疲労発現を促進する。Weizmannia coagulans BC99、Lactobacillus rhamnosus SDSP202418の補給は、運動後マウスにおいて血清乳酸値およびBUN値を有意に低下させることが示されている。その機序には宿主の代謝経路の調節が関与している。例えば、レスベラトロールは腸内細菌多様性を高め、炎症および脂肪酸代謝に関与する菌群を調節することにより、疲労関連バイオマーカー（グルコース、乳酸、BUN、LDH、CK）および抗酸化酵素活性（CAT、GSH-Px）を改善する。
酸化ストレスおよび炎症反応の抑制
高負荷運動は酸化還元恒常性を破綻させ、活性酸素種（reactive oxygen species：ROS）の過剰産生を引き起こす。これにより、酸化ストレス、細胞損傷、炎症反応が誘発され、これらはいずれもEIFおよび筋損傷の主要因となる。
腸内細菌叢は複数の機序を介して宿主の酸化還元恒常性および炎症反応を調節する。その機序において、プロバイオティクスおよびその代謝物が直接的な抗酸化作用を示す。例えば、Pediococcus pentosaceus YF01の補給はマウスにおいて抗酸化酵素活性（SOD、GSH-Px）を有意に増強すると同時に、脂質過酸化指標であるマロンジアルデヒド（MDA）を低下させる。
疲労マウスモデルでは、Periplaneta americana糖タンパク（PAG）が腸内微生物恒常性を回復させ、短鎖脂肪酸（SCFA）産生を増加させることで抗酸化酵素（SOD、GSH-Px）の発現を上方制御し、運動誘発性酸化損傷から細胞を保護する。
また、高強度運動は腸管透過性を増大させて、微生物由来内毒素（例：リポ多糖／LPS）の血中移行を促進する。これはTLR4シグナル伝達経路を活性化し、全身性の低度慢性炎症を引き起こす。過去の熱ストレス下の持久系アスリートを対象とした16S rRNA解析では、特定の腸内細菌群と消化管損傷、体温調節、炎症反応との関連性が明らかになっている。
特定のプロバイオティクスまたは食事成分の補給は、これらの悪影響を効果的に軽減することができる。
腸管バリア機能の維持
腸内細菌叢はエネルギー代謝、酸化ストレス、免疫調節に加え、腸管バリア機能の維持を通じて全身性炎症および神経内分泌経路を調節する。これらの相互作用は「腸―筋軸」および「腸―脳軸」を介して媒介され、EIFおよび回復過程に大きな影響を及ぼす。
高強度運動は腸内細菌組成および代謝物プロファイルを変化させ、腸管バリア機能、全身性炎症、エネルギー代謝に影響を与える。腸管バリアの破綻は、内因性内毒素（例：LPS）の循環血中移行を促進し、炎症カスケードおよび代謝異常を引き起こし、疲労の増悪および回復遅延として顕在化する。
る。
中枢性疲労および運動動機づけの調節
EIFは末梢の筋疲労のみならず、中枢神経系（CNS）疲労を包含し、認知機能低下、気分障害、運動意欲の低下として現れる。腸内細菌叢は、「微生物叢―腸―脳軸」と呼ばれる双方向性コミュニケーションネットワークを介して中枢性疲労に深く関与している。この相互作用には、神経系、内分泌系、免疫系を含む複雑な経路が関与する。
腸内細菌は、セロトニン（5-HT）、ドーパミン、γ-アミノ酪酸（GABA）などの神経伝達物質を合成または調節し、脳機能および情動状態を制御する。あるマウス研究では、運動中のパフォーマンスを向上させる特定の腸―脳経路が同定されており、腸内細菌依存的に産生されるエンドカンナビノイド代謝物がTRPV1感覚神経を活性化し、側坐核におけるドーパミン濃度が上昇することがわかっている。この経路の活性化は走行能力を向上させる一方で、腸内細菌の枯渇、末梢エンドカンナビノイド受容体の阻害、脊髄求心性神経の遮断、あるいはドーパミン遮断は、運動能力を著しく低下させる。
運動誘発性疲労を軽減するための腸内細菌叢調節戦略
プロバイオティクス介入
プロバイオティクス介入は運動誘発性疲労（exercise-induced fatigue：EIF）を軽減する目的で腸内細菌叢を調節する手法の中で、最も直接的かつ広範に研究されている。
近年蓄積されたエビデンスにより、特定の菌株が腸内細菌叢の恒常性を回復させることで、エネルギー代謝を促進し、運動に伴う炎症反応を抑制することが示されている。
単一菌株による介入、特にLactobacillus属およびBifidobacterium属を用いた研究では、顕著な抗疲労効果が報告されている。例えば、生菌および加熱不活化したLactiplantibacillus plantarum TWK10は、ヒトにおいて運動パフォーマンスおよび身体組成を改善する。同様に、マウスモデルではL. plantarum CCFM1280が限界までの遊泳時間を有意に延長し、乳酸の蓄積を抑制するとともに、グリコーゲン貯蔵量を増加させることがわかっている。
疲労モデルマウスにおいては、Lacticaseibacillus paracasei NB23（ヒト換算で 1 および 3 × 10¹⁰ CFU/日）が宿主のエネルギー代謝を最適化し、代謝産物の除去を促進することが観察された。
従来の乳酸菌にとどまらず、Limosilactobacillus reuteri ID-D01のような新規プロバイオティクスも強力な抗疲労作用を示し、ラットにおける最大走行距離を増加させている。
さらに、Lactobacillus rhamnosus SDSP202418は、遅筋線維関連mRNAの発現を増強し、炎症マーカーを低下させることで、マウスの持久的運動能力を延長している。
ヒト対象二重盲検試験では、Lactococcus lactis subsp. LY-66とL. plantarum PL-02の併用に定期的なトレーニングを組み合わせることで、最大酸素摂取量（VO₂max）および運動パフォーマンスが有意に向上している。同様に、Pediococcus acidilacticiとL. plantarumを含むシンバイオティクス製剤は持久系ランナーの腸内環境を改善し、主として消化管不調の軽減に寄与することがわかった。
植物多糖類および植物抽出物
植物性多糖類や植物抽出物をプレバイオティクスとして用い、内因性腸内細菌叢を調節する戦略は、疲労管理における重要なアプローチ。それらの難消化性基質は腸内細菌によって発酵され、短鎖脂肪酸（SCFA）などの有益な代謝産物を産生する。
Millettia speciosa Champ. 由来多糖（MCP）は過度な運動によって誘発される疲労を軽減することが示されており、動物モデルでは有益菌を増加させることで抗酸化活性を高め、生化学的指標を改善させている。また、Polygonati rhizomaの多糖成分（PRP）も、腸内細菌叢の調節を介して抗疲労作用を示している。
ショウガ由来多糖（ZOPA） は「腸―筋軸」を介して抗疲労作用を発揮し、Tuber indicum多糖は疲労マウスにおいて血中乳酸を低下させ、腸内細菌叢を調節する。
コンニャクグルコマンナン（KGM） はオーバートレーニングモデルにおいて腸内環境、持久力、筋力を改善している。
大豆由来スティグマステロールは疲労モデルラットにおいて限界運動時間を延長し、心筋障害マーカーを低下させるなど顕著な抗疲労効果を示した。機序として、SIRT1、PGC-1α、HK2、MCT-1、NRF-1 などエネルギー代謝関連遺伝子の発現の増強が挙げられ、グリコーゲンおよびグルコース貯蔵量を増加させる一方、乳酸（LA）および血中尿素窒素（BUN）を低下させることが確認されている。
【結論】
- 高強度運動誘発性疲労は腸内細菌叢の恒常性を破綻させる。その特徴としてのα多様性の変化は、研究対象種やモデルに依存的で一貫しない一方で、β多様性の変化はヒトおよび動物研究の両方において一貫して観察される。
- EIFは腸内細菌叢の分類学的構成に明確な変化をもたらし、有益菌（Lactobacillus、Bifidobacterium）の減少、病原性／日和見菌（Proteobacteria）の増加、およびFirmicutes/Bacteroidetes（F/B）比の文脈依存的変動が認められる。
- 腸内細菌叢は、以下の4つの相互に関連した経路を介してEIFを調節する：
① エネルギー代謝の最適化
② 酸化ストレスおよび炎症反応の抑制
③ 腸管バリア機能の維持
④ 微生物叢–腸–脳軸を介した中枢性疲労の調節 - プロバイオティクス（単一株／多菌株）、植物多糖類、およびタンパク質ペプチドは、腸内細菌叢の構成および代謝プロファイルを標的とすることでEIFを効果的に軽減するが、その有効性は介入量および介入期間に依存する。
・・・これまでに散々様々な菌株が入ったプロバイオティクセ製剤を試してきましたが、シンプルに国産のLactobacillus属およびBifidobacterium属が入った製剤が、免疫的、筋骨格的、胃腸的に最も体感がありましたね。
ハードに追い込んでるアスリートは、筋骨格系製剤だけじゃなく腸内細菌系製剤もぜひ試してみてください。一気に体感が変わるかも知れません。