Endurance exercise and gut microbiota: A review

Abstract

The physiological and biochemical demands of intense exercise elicit both muscle-based and systemic responses. The main adaptations to endurance exercise include the correction of electrolyte imbalance, a decrease in glycogen storage and the increase of oxidative stress, intestinal permeability, muscle damage, and systemic inflammatory response. Adaptations to exercise might be influenced by the gut microbiota, which plays an important role in the production, storage, and expenditure of energy obtained from the diet as well as in inflammation, redox reactions, and hydration status. A systematic and comprehensive search of electronic databases, including MEDLINE, Scopus, ClinicalTrials.gov, ScienceDirect, Springer Link, and EMBASE was done. The search process was completed using the keywords: "endurance", "exercise", "immune response", "microbiota", "nutrition", and "probiotics". Reviewed literature supports the hypothesis that intestinal microbiota might be able to provide a measureable, effective marker of an athlete's immune function and that microbial composition analysis might also be sensitive enough to detect exercise-induced stress and metabolic disorders. The review also supports the hypothesis that modifying the microbiota through the use of probiotics could be an important therapeutic tool to improve athletes' overall general health, performance, and energy availability while controlling inflammation and redox levels. The present review provides a comprehensive overview of how gut microbiota may have a key role in controlling the oxidative stress and inflammatory responses as well as improving metabolism and energy expenditure during intense exercise.

Les demandes fisiològiques i bioquímiques d'un exercici intens provoquen respostes musculars i sistèmiques. Les principals adaptacions a l'exercici de resistència inclouen la correcció del desequilibri electrolític, la disminució de l'emmagatzematge de glucogen i l'augment de l'estrès oxidatiu, la permeabilitat intestinal, el dany muscular i la resposta inflamatòria sistèmica. Les adaptacions a l'exercici poden estar influenciades per la microbiota intestinal, que té un paper important en la producció, emmagatzematge i despesa d'energia obtingudes de la dieta, així com en la inflamació, reaccions redox i estat d'hidratació. S'ha realitzat una cerca sistemàtica i exhaustiva de bases de dades electròniques, incloses MEDLINE, Scopus, ClinicalTrials.gov, ScienceDirect, Springer Link i EMBASE. El procés de cerca es va completar amb les paraules clau: "resistència", "exercici", "resposta immune", "microbiota", "nutrició" i "probióticos". La literatura revisada recolza la hipòtesi que la microbiota intestinal podria proporcionar un marcador mesurable i eficaç de la funció immune d'un atleta i que l'anàlisi de la composició microbiana també podria ser prou sensible per detectar l'estrès induït per l'exercici i els trastorns metabòlics. La revisió també recolza la hipòtesi que la modificació de la microbiota a través de l'ús de probiòtics podria ser una eina terapèutica important per millorar la salut general dels atletes, el rendiment i la disponibilitat d'energia mentre controlen els nivells d'inflamació i redox. La present revisió proporciona una visió general de com la microbiota intestinal pot tenir un paper clau en el control de l'estrès oxidatiu i les respostes inflamatòries, així com millorar el metabolisme i la despesa energètica durant un exercici intens.

Las demandas fisiológicas y bioquímicas de un ejercicio intenso provocan respuestas musculares y sistémicas. Las principales adaptaciones al ejercicio de resistencia incluyen la corrección del desequilibrio electrolítico, la disminución del almacenamiento de glucógeno y el aumento del estrés oxidativo, la permeabilidad intestinal, el daño muscular y la respuesta inflamatoria sistémica. Las adaptaciones al ejercicio pueden estar influenciadas por la microbiota intestinal, que tiene un papel importante en la producción, almacenamiento y gasto de energía obtenidos de la dieta, así como en la inflamación, reacciones redox y estado de hidratación. Se ha realizado una búsqueda sistemática y exhaustiva de bases de datos electrónicas, incluidas MEDLINE, Scopus, ClinicalTrials.gov, ScienceDirect, Springer Link y EMBASE. El proceso de búsqueda se completó con las palabras clave: "resistencia", "ejercicio", "respuesta inmune", "microbiota", "nutrición" y "probióticos". La literatura revisada apoya la hipótesis de que la microbiota intestinal podría proporcionar un marcador medible y eficaz de la función inmune de un atleta y que el análisis de la composición microbiana también podría ser lo suficientemente sensible para detectar el estrés inducido por el ejercicio y los trastornos metabólicos. La revisión también apoya la hipótesis de que la modificación de la microbiota a través del uso de probióticos podría ser una herramienta terapéutica importante para mejorar la salud general de los atletas, el rendimiento y la disponibilidad de energía mientras controlan los niveles de inflamación y redox. La presente revisión proporciona una visión general de cómo la microbiota intestinal puede tener un papel clave en el control del estrés oxidativo y las respuestas inflamatorias, así como mejorar el metabolismo y el gasto energético durante un ejercicio intenso.