1. 引言
昼夜节律系统对睡眠-觉醒周期、激素分泌、免疫功能和能量代谢等多种生理过程至关重要。该系统的核心是下丘脑的视交叉上核(SCN)，它协调组织和器官中周围时钟的同步。由于不规则睡眠、跨子午线旅行或夜班工作导致的这种复杂节律的中断，会导致内部时钟的失同步，进而损害代谢调节并增加全身炎症[1,2]。
同时，肠道微生物群(GM)最近被发现是宿主稳态的关键调节因子。它有助于营养吸收、免疫调节，甚至神经内分泌信号传导。有趣的是，越来越多的证据表明GM也表现出自己的昼夜节律，受喂养行为、光照周期和宿主昼夜节律基因的影响。这种双向交流已成为维持整体健康和福祉的关键因素[3,4,5]。
运动员特别容易受到昼夜节律周期和GM紊乱的影响。频繁的跨时区旅行常常导致时差反应。这反过来会损害认知表现、睡眠质量、免疫弹性和肌肉恢复。除了这些直接影响外，最近的研究表明，时差反应还会导致GM组成的变化，扰乱对表现和恢复至关重要的通路[6,7]。
众所周知，训练本身会调节GM，精英运动员表现出特征性的微生物谱。精英运动员的GM多样性增加，存在与改善能量代谢相关的菌种[8]。然而，当运动员暴露于频繁旅行时，可能会抵消这些积极适应，损害健康和表现[9,10]。
运动员现在的旅行频率比以往任何时候都高，因此不仅容易受到时差反应的影响，还容易受到额外的与旅行相关的压力因素，包括脱水、重复的饮食变化和心理压力[11]。这些因素共同导致GM组成和功能的中断。鉴于即将举行的2026年北美FIFA世界杯，这一问题尤为及时，该赛事将把来自全球的运动员带入快速变化的环境和时间背景中[12,13]。
本叙述性综述旨在综合当前证据，说明昼夜节律紊乱如何影响GM，以及这些变化如何反过来影响对运动表现至关重要的生理过程。尽管研究不断增加，但关于昼夜节律紊乱如何与暴露于旅行压力因素的运动员中的微生物群相互作用的综合理解仍然有限。本综述通过将旅行定义为多因素暴露，并将昼夜节律失调与影响代谢调节、恢复和表现的微生物群相关机制联系起来，解决了这一空白。
2. 方法论方法
本文设计为叙述性综述，旨在提供关于旅行相关昼夜节律紊乱、肠道微生物群和运动表现的当前证据的综合概述。
使用PubMed、Scopus和Web of Science等数据库进行了有针对性的非系统文献检索，以识别相关研究。检索主要关注2016年至2026年发表的出版物，而早期的开创性研究则被包括在内以提供必要的生理背景。
通过组合关键词如"肠道时差"、"短链脂肪酸"、"昼夜节律"和"运动恢复"以及相关代谢和神经内分泌术语来识别相关文献。在适当的情况下，考虑了人类和动物研究。
根据其与主题的相关性及其对本综述概念框架的贡献来选择研究，特别强调昼夜节律紊乱、微生物群相互作用、代谢调节和运动相关结果。
本叙述性综述不遵循正式的系统综述协议；而是旨在综合和情境化现有知识，以突出新兴机制和在运动环境中的潜在应用。
3. 运动员的昼夜节律和时差反应
3.1. 昼夜节律机制
昼夜节律已经塑造了人类生理和行为数百万年。大量代谢和生理过程表现出在时钟控制下的日常振荡[1]。在哺乳动物中，主要的昼夜节律调节器位于下丘脑前部的SCN。20世纪70年代初的初步实证观察支持其关键功能，当时SCN的消融导致大鼠的昼夜节律行为和内分泌过程完全中断[14]。二十年后，SCN组织移植物恢复了节律性，并在SCN被消融的无节律性仓鼠中施加了供体周期。综合这些经典研究确立了SCN作为哺乳动物昼夜节律系统的必要和充分主起搏器[15]。每个神经元包含由转录-翻译反馈环(TTFLs)构建的细胞自主时钟：CLOCK/BMAL1激活Per1/Per2和Cry1/Cry2，积累的PER/CRY复合物抑制CLOCK:BMAL1驱动的转录。然而，这些神经元的同步对于SCN产生人类连贯稳定的输出节律至关重要，需要通过血管活性肠肽(VIP)、γ-氨基丁酸(GABA)和精氨酸加压素(AVP)等神经递质和神经肽进行网络耦合，其中VIP → VPAC2信号对同步至关重要[16,17,18,19]。
在系统层面，光输入使这些细胞振荡器与外部环境同步。光通过视网膜下丘脑束影响SCN，该束由内在光敏视网膜神经节细胞(ipRGCs)形成。这种输入根据光-暗周期设置SCN时钟的相位。人类相位响应曲线(PRC)参考核心体温最低值(CBTmin)[20]。通过自主神经和神经内分泌通路，SCN调节通过垂体ACTH释放的皮质醇，并通过自主神经系统调节肾上腺敏感性。它还通过交感神经输出驱动松果体褪黑激素，并塑造交感-副交感神经平衡，影响胰岛素敏感性、肝葡萄糖产生、心血管张力和胰腺胰岛素释放[21]。
3.2. 跨子午线旅行引起的昼夜节律紊乱：机制和生理后果
3.2.1. 光和旅行方向对昼夜节律失调的影响
快速的时区转换产生时差反应，这是SCN与当地时间之间的相位不匹配造成的。这种不匹配导致特征性的时差症状，包括睡眠中断(失眠或频繁觉醒)、白天疲劳、警觉性降低、食欲减退、胃肠道不适，以及身体和认知表现受损，直到内部时钟与当地时间重新同步为止。光暴露的时机决定相位重置的方向：晚上/生物夜间光产生相位延迟，而清晨光产生相位提前(人类PRC参考个体的CBTmin)[22]。
然而，即使是短暂的光暴露也足以显著改变时钟。例如，单次1小时约8000勒克斯的亮光脉冲可以引起约2小时的相位延迟和约1.2小时的相位提前。
短波长光(~460-480纳米)在抑制褪黑激素方面最有效，这加强了旅行期间晚上蓝光暴露增加的风险。这种效应由表达黑视蛋白的ipRGCs介导，这些细胞投射到SCN[20]。
人类的固有周期略长于24小时(~24.18小时)，这解释了不对称性：向西旅行(相位延迟)比向东(相位提前)更容易适应，典型的重同步率约为每天向西1.5小时，向东1小时[23]。在精英自行车运动员中，长途旅行，特别是向东，显著减少了睡眠时间(卧床时间和总睡眠时间)，并在到达后约48小时内对睡眠效率产生不利影响，导致睡前疲劳增加。活动记录数据显示，在到达后的48小时窗口期内，卧床时间、总睡眠时间和睡眠效率明显减少，此后这些措施开始恢复到基线水平。补充睡眠日记数据进一步表明，睡眠质量显著下降，睡前疲劳增加与长途向东旅行相关。观察到的睡眠中断程度可能对运动员的健康和表现产生负面影响[24]。在从爱尔兰向东前往台湾的男女足球运动员中观察到类似结果。Biggins等人监测了主观睡眠和健康状况措施，并进行了活动记录。得出结论，睡眠在长达五天内仍受到负面影响。值得注意的是，与男运动员相比，女运动员在所有时间点都报告了更大的睡前紧张和焦虑。尽管出现了这些结论，但尚不清楚这些影响是否会干扰训练和表现[25]。然而，虽然主观影响是明确的，但在其他职业运动中客观表现的联系将在3.4节进一步探讨。
3.2.2. 非光对昼夜节律的影响：运动、饮食和社会线索
除了光之外，还有其他显著影响相位的因素。运动已被证明在动物模型和人类中都能改变昼夜节律相位[26,27]；根据其时机，运动可以引起时钟的相位提前或相位延迟，人类相位响应曲线表明早晨和下午早些时候的运动产生相位提前，而晚上晚些时候的运动产生相位延迟。最近的证据进一步证明，运动在多个褪黑激素节律标志物上产生显著的相位变化，特别是aMT6s排泄的开始，这是一个稳健的相位指标，同时通过开始相位的变化引起褪黑激素持续时间的变化[26]。重要的是，这些相位变化效应在年轻和老年人以及两性之间是一致的，观察到的早晨和晚上延迟/提前区域与亮光PRC密切相似。下午进行的运动表现出特别强大的相位提前效应，表明在这个时间段内的体力活动可能比传统认为的对昼夜节律有更强的影响[26]。这些发现表明，下午的运动可能作为一种有效的授时因子——一个使昼夜节律时钟同步或改变的外部线索——特别适用于无法在更早时间锻炼的人。在一项涉及52名年轻人的研究中，早晨运动与晚上运动相比，导致显著更大的相位提前变化[28]。研究者还观察到，时间型调节了对定时体力活动的昼夜节律反应。具有晚时间型的人在早晨和晚上运动后都表现出相位提前，而具有早时间型的人在早晨运动后表现出相位提前，但在晚上运动后表现出相位延迟。这些发现强调了个性化运动时间对优化昼夜节律同步的重要性。除了体力活动外，社交互动和喂养时间表也是能够调节昼夜节律相位的强效非光授时因子。喂养时间表主要调整周围昼夜节律时钟(例如肝脏和胃肠道中的时钟)[29]。例如，将食物摄入限制在一天中的特定时间可以改变肝脏的时钟基因表达，即使SCN中央时钟保持不变。在习惯性就寝时间前约3-4小时摄入的咖啡因已被证明使褪黑激素上升延迟约40分钟[30]。
3.2.3. 昼夜节律紊乱的激素和代谢后果
在重复昼夜节律紊乱的情况下，激素轴也表现出失调。一项研究报道，反复暴露于时差反应(即长途机组人员)的空乘人员与地面机组人员对照组相比，表现出显著升高的白天皮质醇水平和受损的认知表现，例如在基于注意力的任务上反应时间变慢。这些差异仅在长途航班后观察到，而在国内航班后未观察到[31]。向东旅行者(临床采样)表现出相位移动的皮质醇昼夜节律，其特征是在返回后至少36小时内，夜间皮质醇水平升高和峰值相位移动——表明飞行后下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴不匹配[32]。就机制而言，肾上腺的局部昼夜节律时钟(依赖BMAL1)调节皮质类固醇峰值的时间，为旅行后的SCN-肾上腺不同步提供了基础[33]。研究表明，昼夜节律紊乱会损害血糖控制[34,35]。受控强制不同步工作表明，不同步会提高葡萄糖和胰岛素水平，降低瘦素，并使某些餐后葡萄糖反应呈现前驱糖尿病状态的特征，从而表明昼夜节律不同步会导致与时差反应相关的不利代谢后果[35]。
3.3. 对代谢、免疫反应、恢复、压力、认知功能和炎症的影响
昼夜节律不匹配在轮班工作者中带有明确的代谢和心血管成本。在一项严格控制的研究中(睡眠和餐食在所有阶段循环)，昼夜节律不匹配产生了约17%的瘦素减少，约22%的24小时胰岛素增加，以及约6%的24小时葡萄糖升高，主要是由于餐后峰值的夸大(一些读数进入前驱糖尿病范围)。同时，正常的皮质醇节律倒置：醒来时皮质醇异常低，而在清醒期结束时升高——一种易导致胰岛素抵抗的内分泌状况。平均动脉压也升高约3%(约3毫米汞柱)，睡眠质量下降，睡眠效率降低约20%(例如，从约84%降至约67%)。综合起来，这些发现表明在重新同步期间存在短暂的心血管代谢压力状态，这可能影响短期表现并可能对长期风险有贡献[35]。
人类和动物研究的证据表明，昼夜节律紊乱可能影响先天性和适应性免疫，并改变免疫活动的时间。在动物模型中，慢性昼夜节律失调与增加的刺激驱动IL-6反应性相关，主要是由于免疫细胞反应性改变而非细胞数量变化[36]。在人类中，夜班时间表会不同步通常协调的免疫细胞计数和细胞因子释放[37]。具体来说，细胞因子反应的峰值可能与白细胞数量的正常日常节律脱节；同时，轮班/夜班工人表现出改变的循环细胞因子、趋化因子和生长因子谱，许多分析物在夜间低于白天，表明免疫通路的改变和潜在的疫苗反应性及感染控制降低[37,38]。
3.4. 体育运动中的昼夜节律紊乱：反应时间、耐力
昼夜节律的中断可能会影响运动员的反应时间和恢复能力，因为这些生物过程调节对表现至关重要的关键生理和心理功能[39]。它们不仅引起一系列不愉快的普通症状，包括生理失调、睡眠障碍、疲劳、食欲减退和胃肠道异常，还可能与身体和认知表现的下降相关，使运动员远离其理想的时序表现窗口，降低整体效率[40]。
个体也有不同的时间型，一些倾向于"晨型人"(早)或"夜型人"(晚)。在研究中观察到相当程度的一致性，九个基因在三项全基因组关联研究中的两项中被识别出来，还确定了几个先前未知会影响时间型的基因[41]。时间型已被证明影响认知和身体表现。在08:00的Maximal Voluntary Contraction (MVC)测试中，早时间型(ECTs)比晚时间型(LCTs)在MVC上表现好7.4%，而在20:00，LCTs比ECTs表现好3.7%。对于ECTs，认知表现在醒来后几乎立即达到最佳，而身体表现(如MVC)在醒来后5-7小时达到峰值。相比之下，LCTs直到醒来后至少≥12小时才能达到最佳表现[42]。即使是微小的差异在精英层面上也可能相关。一项测量奥运会游泳表现的研究发现，最快的游泳时间发生在17:12左右，表明与08:00相比表现提高了约0.32%。值得注意的是，这种效应超过了奖牌位置之间的典型表现差异。值得注意的是，这种昼夜节律变化的幅度在相当大比例的比赛中超过了奖牌位置之间的时间差异，包括40%的决赛中金牌和银牌之间、64%的决赛中银牌和铜牌之间，以及61%的决赛中铜牌和第四名之间的时间差距[43]。
与这一点一致，旅行方向起着关键作用。在NBA中，向东旅行与表现下降和比赛结果相关。向东时差的球队(例如，西海岸球队在旅行后不久在东海岸比赛)的胜率下降约6%。有时差的球队还表现出更差的投篮准确性和更差的得分差异，与正常表现相比。在这项研究中，2小时的昼夜节律不匹配(≈两个时区)对应于有时差的球队平均得分减少约4-5分[44]。
MLB表现研究也发现了时差效应，主要是在向东旅行后。向东旅行与主队进攻表现下降(例如，得分减少)相关，而向西旅行影响非常有限。有趣的是，客队并未受到类似影响，表明表现下降特别归因于主队的时差反应[45]。
评估时机也很关键：时差反应的负面影响在旅行后24-72小时内最为突出(特别是在向东飞行后)，这种模式与Super Rugby的长期发现一致。在11年的分析中，进行约24小时向东长途旅行跨越12个时区的球队，在多个关键表现指标上显示出明确的、统计上显著的减少——即使考虑了世俗趋势、规则变化、比赛格式变化、球队排名和客场比赛劣势——表明昼夜节律干扰的持续时间和程度可能影响比赛表现[10]。
4. 肠道微生物群和昼夜节律调节
昼夜节律和GM紧密相连。肠道微生物群落高度动态，表现出组成和功能的日常振荡，其相位和振幅在很大程度上受宿主喂养-禁食周期的影响。定时餐可以独立于SCN使周围时钟同步，从而使进餐时间成为肠道微生物的授时因子[46]。
SCN协调睡眠-觉醒周期，塑造活动和食物摄入等行为，从而调节消化运动、胆汁分泌和肠道代谢——定义了肠道细菌振荡的时间生态位[46,47]。肠道上皮分子时钟(通过BMAL1/CLOCK转录环)也在产生微生物时间生态位中发挥重要作用。肠道上皮细胞中BMAL1的消融已被证明破坏粪便微生物节律性，改变微生物代谢物的谱(包括支链脂肪酸和次级胆汁酸)，并将微生物组的失调特征传递给无菌动物。周围肠道分子时钟还部分自主地控制肠道IgA分泌、肠道粘液层的特性和胃肠道运动[48,49]。当这些日常阶段不匹配(例如，时差反应、轮班工作)时，昼夜节律不匹配已被证明在动物模型中引起微生物群失调，并与人类中的类似改变相关，这与代谢紊乱和肥胖的易感性增加相关[46]。微生物群也可能影响宿主代谢并有助于节律性的表观遗传调节。它影响HDAC3(组蛋白去乙酰化酶3)在肠道上皮中的表达和节律性染色质招募。HDAC3节律性去乙酰化组蛋白并共激活转录因子(例如ERRα)，从而有助于微生物群依赖的昼夜代谢基因表达，如CD36(脂质代谢和氧化低密度脂蛋白处置中的关键蛋白)[50]。胆汁酸池表现出由喂养周期和微生物胆汁盐水解酶活性驱动的昼夜振荡。肠道微生物群产生的胆汁盐水解酶将结合的胆汁盐转化为未结合的胆汁酸，这些胆汁酸作为信号分子调节肠道上皮和肝脏中的昼夜节律基因(如Dbp, Per2, Per3, Cry2)的表达，如口服给药后所示。这些发现表明连接微生物群、胆汁酸代谢和昼夜节律时钟调节的信号通路[51]。在小鼠模型中，肠道时钟中断会损害免疫细胞招募并加剧结肠炎[52]。
来自人类观察性研究和少量干预研究的实证证据表明，职业或行为昼夜节律的扰动与微生物多样性减少和促炎菌种增加相关。最近的工作表明，昼夜节律紊乱(如在轮班工作者中)导致微生物群的变化，特别是Muribaculaceae增加和Akkermansia减少，这些变化与粘液屏障完整性受损和屏障功能受损相关，导致肠道炎症和功能障碍[53]。在一项涉及99名报告睡眠障碍以及抑郁和焦虑症状的印度成年人的随机对照试验中，昼夜节律失调与GM失调相关。宏基因组分析显示Bacteroides减少和Firmicutes相应增加。此外，还观察到显著减少的有益菌属，包括Lactobacillus和Bifidobacterium[54]。社会时差，即内部昼夜节律与社会强加的时间表之间的不匹配，与短链脂肪酸(SCFAs)产生减少相关，SCFAs在维持肠道屏障完整性、宿主代谢和免疫功能方面发挥作用，可能有助于全身炎症[55]。然而，上述大部分机制证据来自实验和动物研究，其对精英运动员群体的直接相关性仍有待确定。
5. 旅行期间的压力和环境因素及其对微生物群的影响
5.1. 旅行中微生物群紊乱的内部和生理驱动因素
5.1.1. 睡眠中断和昼夜节律失调
运动员健康和表现受多种因素影响，其中心理和行为成分被认为是最关键的——包括睡眠、营养、水合、恢复、压力和训练环境[56,57,58,59]。旅行——特别是跨越不同时间区、大洲或进入与习惯环境明显不同的气候——与对生理健康的不利影响相关。新兴的人类证据表明，GM也可能在这些过程中发挥作用。例如，一项针对精英运动员的概念验证研究报道，多菌株Lactobacillus干预与自我报告的睡眠质量改善(高达69%)和能量水平(31%)相关，同时恢复相关激素标志物有有利变化[60]。然而，这些发现基于小队列，应谨慎解释。
除了运动员特定的证据外，主要在非运动员群体中进行的研究——特别是频繁旅行者和军事人员——表明时差反应可能影响GM的组成和功能状态。这种影响据报告与年龄无关，并且在物种水平上比在整体微生物组成中更为明显[61]。GM可能表现出自己的昼夜节律，与宿主生物钟同步，这与肠道健康相关。最近的研究提出了"肠道时差"的概念来描述宿主昼夜节律与GM之间不同步的状态[7]。主要基于实验和非运动员研究，肠道时差可能涉及几种机制[62,63]。这可能导致信号改变和推进性收缩受损，这与结肠转运减慢和便秘相关。肠道时差还与肠道屏障功能受损相关，这可能增加细菌成分如脂多糖(LPSs)的易位，并可能有助于低度炎症。这种炎症状态据推测可能影响神经肌肉功能，尽管在运动员中的直接证据有限[7]。
几种关键因素影响睡眠效率，包括睡眠持续时间、睡眠规律性、睡眠环境质量(噪音、光线、温度和床铺舒适度)、心理状态、身体活动水平和饮食习惯[64,65,66]。根据可用的人类研究，GM多样性——包括来自拟杆菌门和厚壁菌门的细菌丰度——与更高的睡眠效率和总睡眠持续时间呈正相关[67]。重要的是，所描述的大部分机制来自非运动员群体或实验模型，其对精英运动表现的直接相关性仍有待确定。
5.1.2. 神经内分泌应激反应和微生物群改变
影响GM的另一个重要因素是HPA轴和交感神经系统(SNS)。已观察到GM和HPA轴之间的双向关系。据推测，GM可能通过多种途径调节HPA轴，包括SCFAs[68,69,70]、胆汁酸[71,72]、支链氨基酸(BCAAs[73])、神经递质(血清素、GABA、多巴胺、去甲肾上腺素、神经肽Y、加压素和催产素)以及免疫系统(IL-1β、TLR受体)，而HPA轴可能调节皮质醇，这代表了该领域大多数研究的中心焦点[73]。受皮质醇影响的最重要的肠道细胞包括上皮细胞、杯状细胞、潘氏细胞、免疫细胞(包括淋巴细胞、肥大细胞和巨噬细胞)以及肠内分泌细胞[73,74]。
证据表明，皮质醇可能，除其他效果外，改变肠道运动和粘液产生，这可能导致人类GM组成的变化，有利于失调[75]。肠道转运时间的改变、通透性增加——主要是由于紧密连接松动[76,77]——和营养可用性的变化可能共同改变肠道环境。调节肠道屏障完整性的关键蛋白包括闭合蛋白、claudins、紧密连接蛋白(ZO-1/2/3)、连接粘附分子(JAMs)和三细胞蛋白[78,79]。可用数据表明，GM组成可能直接受到肠道屏障完整性的调节[80,81]。体力活动是可能影响肠道屏障通透性的另一个因素。运动员(例如耐力跑者)的人类研究和动物模型表明，剧烈运动可能增加肠道通透性，可能通过涉及缺氧和热应激的机制[78]。此外，还报告了有益物种(如Faecalibacterium prausnitzii)的减少和潜在促炎物种的增加[82]。然而，许多这些机制来自实验和非运动员研究，在现实世界运动环境中的相对贡献仍不清楚。
这些机制在暴露于高强度训练和比赛相关压力的运动员中可能特别相关，其中HPA轴激活、胃肠道紊乱和表现结果紧密相连。
5.1.3. 脱水和肠道低灌注
在运动员中，水合状态是训练和比赛期间生理功能的关键决定因素。新兴证据还表明，它可能通过支持肠道灌注、在与益生元结合时增强SCFA产生、调节感染风险和调节肠道屏障通透性来影响GM状态[83]。脱水、氧化应激和过热通常伴随体育比赛和高强度训练。这些因素，也在专业士兵中观察到84，可能促进肠道低灌注，这可能增加肠道屏障通透性并导致失调。失调与恶心、呕吐、腹泻和腹痛等胃肠道症状相关，这些症状在耐力运动员中经常观察到[83]。由于水合状态干扰排便频率、粪便稠度、肠道转运和GM的生活环境，进一步研究需要标准化的采样方法。因此，这种变异性阻碍了得出明确结论[85]。在高强度训练士兵中的研究表明，具有增强耐力的个体可能表现出更高丰度的能够耐受氧化应激和产生SCFAs的细菌。此外，丁酸盐和丙酸盐已被证明促进水和钠离子从肠腔的吸收，从而可能有助于改善代谢适应[84]。这些相互作用在耐力运动员中可能特别相关，因为在长时间运动和比赛中，脱水、热应激和胃肠道症状经常同时发生。
5.2. 微生物群组成的环境和行为调节器
5.2.1. 旅行中的饮食模式和营养挑战
研究表明，旅行和环境变化很可能破坏对饮食建议的依从性，这可能长期影响健康[86]。旅行期间的饮食倾向以高度加工和快餐的摄入增加为特征，主要由于厨房通道有限和需要快速用餐。水果和蔬菜摄入量的减少也与旅行中新鲜农产品获取困难相关。酒精和含糖饮料摄入量的增加也很常见，通常与休闲和商务旅行相关，并常被视为旅行体验的一部分。此外，旅行与进餐时间的中断相关，由于长途旅行固有的时差和时区变化，食物摄入发生在非典型时间。最后，观察到水合状态的变化，可能进一步影响饮食平衡和整体健康[87]。
由于对肠道的直接影响，饮食被认为是可能对GM状态影响最大的因素之一。饮食调整，包括蛋白质、脂肪或膳食纤维的升高消费，可能在GM的组成和功能状态中反映出来，这种状态可能在短短几天内表现出动态波动[84,88]。
某些以频繁旅行为特征的职业群体可能为旅行——特别是航空旅行——对GM组成的影响提供有价值的见解。飞行员代表这样一个群体。在Minoretti等人2023年进行的一项研究中，飞行员的GM谱显示几种有益菌种的丰度较低，包括Akkermansia muciniphila(~31%较低)、Lactobacillus spp.(~15%较低)和Faecalibacterium prausnitzii(~8-10%较低)，与健身教练相比[89]。
Akkermansia muciniphila和Faecalibacterium prausnitzii都被认为是有益肠道细菌，通常与支持微生物群健康相关。Akkermansia通过降解粘蛋白，与调节肠道粘液层和代谢过程相关，并可能促进微生物群和免疫系统之间的通信。Faecalibacterium则与产生SCFAs(包括丁酸盐)相关。这些菌种丰度的减少与失调、屏障功能受损和促炎状态相关，可能与代谢和免疫介导的疾病相关[90,91,92]。
Worby等人2023年进行的另一项研究分析了267名在美国进行国际旅行的非运动员个体的粪便样本，这些个体在2017年至2019年间旅行[93]。样本在出发前和返回后收集，以评估GM组成的变化。队列由60%女性和40%男性组成，旅行目的地包括南美洲(18%)、南亚(16%)、东南亚(15%)和东非(15%)。33%的参与者出现旅行者腹泻，12%报告在旅行期间使用抗生素。宏基因组分析显示，61%的参与者观察到GM多样性减少。肠杆菌科内的显著变化包括：
大肠杆菌：中位相对丰度从0.1%增加到0.6%(p < 1 × 10^-10)。
克雷伯菌属：33%的参与者被发现获得了新菌株(对比8%失去；p < 1 × 10^-10)。
志贺氏菌属：26%的参与者被发现获得了新菌株(对比1%失去；p < 1 × 10^-10)。
这些发现突显了国际旅行与非运动员群体中显著的微生物群改变相关。
观察到Alistipes spp.的丰度下降，以及在旅行期间使用抗生素的个体中Faecalibacterium、Bifidobacterium和Ruminococcus的减少。这些菌种丰度的减少与SCFA产生减少和上皮屏障完整性改变相关，可能增加炎症和代谢疾病易感性的概率[94,95,96]。总体而言，该研究表明国际旅行后GM发生统计学上显著的改变，特别是对于前往南亚的非运动员旅行者。这些变化与微生物多样性丧失和肠杆菌科潜在病原菌株的获得相关。旅行期间的肠道定植与肠杆菌科菌株可能与抗性基因负荷相关，可能增加AMR全球传播的风险。旅行者作为载体，可能传播AMR(例如ESBLs)，威胁公共卫生。此外，多样性丧失和肠杆菌科生长似乎与微生物屏障弱化有很强的关联，可能促进病原体定植[93]。应该注意的是，这项研究没有考虑参与者是否是专业运动员，只关注旅行历史。尽管这项研究没有包括运动员，但这些发现可能对经常暴露于国际旅行和类似环境压力的运动员群体具有潜在相关性。
5.2.2. 卫生、微生物暴露和抗生素风险
旅行或野外训练期间的卫生、清洁水获取和卫生条件与GM状态的变化相关[84]。适当功能的卫生设施(例如厕所和污水系统)的获取与减少接触粪便物质和携带抗微生物抗性基因(ARGs)的细菌相关。在旅行期间，增加接触受污染环境的可能性可能增加定植ARG携带菌株的风险。适当的卫生条件与降低定植抗性菌株可能性相关，否则可能影响GM组成，如非运动员研究中所报告的[97]。有趣的是，最近的研究表明，城市环境中较高的卫生水平，包括清洁水的获取和与环境微生物接触有限，也可能有意外后果。这些条件与GM多样性和稳定性降低相关，可能由于限制了水平微生物传播。相反，卫生条件不佳可能增加感染风险，通常随后是抗生素使用，这也可能减少微生物多样性。因此，过度和不足的微生物暴露都可能通过不同机制影响GM组成。然而，专业运动员中的证据有限，这些因素影响表现相关结果的程度目前尚不清楚。
6. 微生物群介导的对健康和表现的影响
长途旅行可能导致GM失调和昼夜节律不匹配。GM对运动表现的影响代表了近年来出现的新研究方向。可用证据表明GM和运动表现之间存在双向关系，微生物活动影响身体能力，训练影响微生物多样性[98,99,100]。
6.1. 微生物群对运动表现的影响
一些证据表明益生菌补充可能影响骨骼肌质量和运动能力，无论是在人类还是动物模型中。在小鼠模型中，GM耗竭可能与肌肉萎缩和表现降低相关，而微生物再定植部分恢复这些参数[99,101,102,103,104]。综合起来，这些发现可能表明GM在调节运动表现方面具有潜在作用。然而，人类的证据有限，大多数数据来自动物研究。
一项随机、双盲、安慰剂对照试验的结果调查了GM和益生菌补充对运动表现和运动后恢复的可能影响，呈现在"The Impact of Gut Microbiome Modulation on Athletic Performance and Post-Exercise Recovery in Endurance Runners"中[104]。该研究招募了40名男性长跑运动员。干预组(n = 20)接受含有Lactobacillus acidophilus、Bifidobacterium lactis和Lactobacillus plantarum的益生菌配方。与安慰剂相比，该组显示出VO2max增加(4.7%)和力竭时间增加(7.2%)。运动后恢复通过延迟性肌肉酸痛(DOMS)和血清肌酸激酶(CK)水平进行评估。益生菌组与安慰剂相比，表现出峰值CK浓度降低18%和DOMS减少23%。这些发现表明，使用指示菌株的益生菌补充可能与所选表现和恢复标志物的改善相关。
Lahiri等人报告称，与常规定植小鼠相比，被剥夺GM的小鼠表现出肌肉质量减少、肌肉纤维数量减少和肌球蛋白重链表达降低[102]。此外，还观察到Atrogin-1和Murf-1(两者都是肌肉萎缩的介质)表达增加。从未经修饰的供体小鼠移植微生物群逆转了这些改变，可能表明GM在骨骼肌完整性和功能中的作用[102]。
Nay等人报告了类似发现。此外，作者检查了对肌肉糖原可用性的影响。无菌小鼠表现出较低的肌肉糖原水平、受损的葡萄糖储存和减少的糖原可用性，这些在肠道再定植后得到恢复。这些发现可能表明GM在调节肌肉能量代谢中的作用[101]。重要的是，上述大部分机制证据来自动物模型，其对人类精英运动表现的直接适用性仍有待确定。
6.2. 运动作为微生物群调节器：双向益处
几项研究调查了体力活动与GM组成之间的关系，独立于饮食模式[100,105,106,107,108,109]。已观察到运动与短链脂肪酸产生细菌的丰度增加之间可能存在关联。
Martin等人调查了一组50名年轻男性，体重正常且饮食习惯相当，按有氧能力分层[110]。队列包括精英运动员(自行车运动员和足球运动员)和非运动员。在有极高有氧能力的个体中(主要是自行车运动员)，GM的特征是Prevotella属(特别是Prevotella copri)的较高相对丰度。这些细菌是已知的SCFAs产生者，与可能与运动表现相关的代谢功能相关[111]。相比之下，有较低有氧能力的个体表现出以Bacteroides物种(Bacteroides uniformis, Bacteroides vulgatus)和Faecalibacterium prausnitzii为主的GM。值得注意的是，有极高有氧能力的受试者表现出较低的微生物多样性，但特化为SCFA产生菌种(Prevotella copri和Phascolarctobacterium succinatutens)。相比之下，有较低有氧能力的个体在物种丰富度方面表现出更多样化的微生物群[111]。然而，这些观察基于横断面数据，没有建立微生物群组成和运动表现之间的因果关系。
6.3. 分子机制：微生物代谢物如何增强肌肉功能
本节提出的机制为潜在的GM相关对运动表现的影响提供了合理的解释；然而，可用证据主要来自动物研究。来自运动员的直接数据有限，因此应谨慎解释这些结论。GM对身体表现的潜在有益影响可能至少部分由SCFAs介导，这些SCFAs可能通过多种途径发挥作用，包括调节肌肉中的葡萄糖和脂质代谢、调节炎症和肌肉再生、影响骨骼肌中的线粒体功能，以及增强对氧化应激的抵抗力。然而，这些机制主要由动物研究支持，其在人类中的相关性尚未完全确定[112]。
由GM产生的SCFAs，特别是乙酸盐，可以被骨骼肌吸收并用作能量底物[113]。无菌小鼠表现出SCFA产生减少和跑步机耐力降低，而乙酸盐输注已被证明逆转抗生素引起的性能下降[114]。SCFAs影响肌肉中的葡萄糖代谢。在大鼠肌肉细胞系中，乙酸盐已被证明激活AMP激活的蛋白激酶(AMPK)[115]。AMPK调节肌肉中的葡萄糖摄取、脂肪酸氧化、线粒体生物发生和整体能量稳态。其激活增加GLUT4介导的葡萄糖转运并增强β-氧化[116]。这些效果可能增加细胞内葡萄糖可用性并改善其氧化利用，可能有助于增强骨骼肌功能和增加耐力[116]。
微生物群，通过SCFAs，也可能影响糖原代谢。无菌小鼠显示肌肉中糖原和ATP水平降低，以及糖原合酶mRNA表达降低[117]。在另一项研究中，来自高耐力训练运动员的富含SCFA产生细菌的微生物群移植到小鼠中，与增加的肌肉糖原储存和改善的胰岛素敏感性相关[110]。SCFAs可能有助于调节骨骼肌对胰岛素的反应。在无菌小鼠中，胰岛素给药未能诱导Akt(胰岛素信号通路中的关键激酶)的磷酸化[117]。Akt(PKB)磷酸化对于胰岛素刺激的GLUT4转位、通过抑制GSK3激活糖原合酶以及以糖原形式储存能量至关重要。Akt激活受损限制葡萄糖摄取，减少糖原和ATP储存，并可能因此损害肌肉表现[118]。在肥胖小鼠中，膳食丁酸盐补充将空腹胰岛素水平降低50%，并与腹膜内胰岛素耐受试验中改善的胰岛素反应性相比对照相关。还观察到Akt磷酸化增强[119]。
同一研究评估了SCFAs对骨骼肌中脂质代谢和线粒体功能的影响。在肥胖小鼠中，膳食丁酸盐将同位素标记棕榈酸的氧化增加了200%。促进骨骼肌中脂肪酸氧化的核受体PPAR-δ的表达也升高。夜间耗氧量的增加进一步表明脂质氧化增强。丁酸盐补充小鼠的血清胆固醇和甘油三酯水平降低[119]。
该研究还评估了丁酸盐对肌肉纤维组成的影响，显示I型(氧化型、慢收缩)纤维的比例更高，这些纤维富含线粒体，与动物模型中增强的脂质氧化和可能改善的有氧能力一致。这种效果在无菌小鼠中不存在，进一步支持微生物群在这些适应中的作用。
为提供综合概述，图1展示了旅行相关压力因素、微生物群改变及其在运动员中潜在生理后果之间相互作用的概念模型。
6.4. 微生物群-表现研究的挑战和差距
尽管结果令人鼓舞，但关于GM在运动表现中作用的可用证据有几个局限性。人类研究基于相对较小的样本量和同质人群，通常仅限于男性耐力运动员，这限制了研究结果的普遍性。此外，干预期通常较短，难以评估观察到的性能益处的长期可持续性。饮食、训练负荷和基线微生物群组成的个体间差异未得到充分控制，可能影响对益生菌补充的反应性。
尽管动物研究提供了重要的机制见解，但其转化相关性有限，因为啮齿动物和人类之间存在基本的生理和代谢差异。无菌和微生物群耗竭小鼠模型代表极端条件，可能高估了微生物群在肌肉质量和表现调节中的作用。此外，动物研究中的益生菌剂量和受控实验条件并未完全反映真实世界的人类环境。综合起来，这些局限性突显了对涉及多样化人群和综合机制方法的更大规模、长期人类研究的需求。未来研究应旨在更好地整合微生物组、代谢和表现结果，以阐明GM在运动环境中的作用。
7. 减轻旅行引起的昼夜节律和微生物群紊乱的策略
表1总结了可能有助于减轻旅行引起的昼夜节律紊乱和GM干扰影响的实用策略。这些方法不应被视为单一干预，而应视为针对相互关联领域的互补策略，包括昼夜节律重新校准、睡眠支持、胃肠道功能、水合和饮食调节。在此背景下，如适当定时的光暴露、褪黑激素使用、餐食时间(时间营养)、睡眠卫生和营养支持等干预措施可能有助于旅行后适应。
然而，这些策略应解释为基于证据的考虑，而非正式建议。尽管某些方法得到更广泛的昼夜节律生物学和运动科学文献的支持，但几种针对微生物群的干预的证据仍然有限，特别是在运动员群体中。因此，其实施应个性化，并根据运动员的旅行行程、症状特征、饮食习惯和恢复需求进行调整。
8. 结论
昼夜节律紊乱和GM失调紧密相连，可能影响人类生理，特别是在暴露于频繁旅行、压力和时区变化的运动员中。这些紊乱与代谢、免疫功能、认知表现和恢复能力的改变相关。证据表明，旅行引起的睡眠、压力和环境变化导致微生物多样性和功能的可测量变化，这可能影响健康和表现结果。尽管存在重大挑战——特别是个体之间的巨大差异和预测环境影响的难度——我们对昼夜节律生物学和微生物群相关过程理解的进步可能支持开发更针对性和个性化的干预措施。
鉴于国际体育赛程日益紧张，运动员旅行频率比以往任何时候都高，这一挑战尤其相关。2026年FIFA世界杯就是一个典型例子，它将在北美的六个时区举办。这种极端的后勤要求使球员暴露于报告的跨子午线旅行、昼夜节律失调和环境转换——这些因素与生理弹性降低和表现不足风险增加相关。
随着证据的积累，如定时光暴露、时间营养和微生物群支持方法(包括益生菌和益生元)等针对性策略已被提出作为减轻这些影响的潜在策略。建立个性化、基于证据的协议，整合昼夜节律和微生物群健康，可能有助于优化高风险比赛中运动员的准备。未来研究应侧重于将机制理解与实际应用联系起来，以便更好地为运动员准备全球赛事的生理需求。了解微生物群如何与身体内部时钟相互作用，可能为恢复、免疫力和运动训练更个性化方法的研究开辟新途径。
【全文结束】