Кишечные бактерии и мозг: нас контролируют микробы?

Хотя взаимодействие между нашим головным мозгом и кишечником изучалось в течение многих лет, оно намного сложнее, чем ранее предполагалось. Оказывается, что наш разум может в какой-то мере контролироваться бактериями кишечника.

Какую власть могут иметь микробы?

Кишечник защищает нас от патогенов, но, в то же время, стимулирует выживание и рост в нем полезных для здоровья бактерий.

Подавляющее большинство этих одноклеточных микроорганизмов живут в толстой кишке, где в 1 грамме содержимого их обитает не менее 1 триллиона.

Оценка количества бактерий в нашем кишечнике является сложной задачей: на сегодняшний день самым приближенным считается предположение, что с каждым актом дефекации наш организм покидает около 40 триллионов бактерий, которые являются главным компонентом стула.

Чтобы представить себе, насколько велика эта цифра, надо принять во внимание, что наше тело состоит из примерно 30 триллионов клеток. Так что, в самом прямом смысле, мы больше бактерии, чем люди.

Большинство наших кишечных микроорганизмов принадлежат к 30-40 видам, но всего в кишечнике может быть до 1000 различных видов. Все вместе они называются микробиомом.

Конечно, бактерии получают пользу из тепла и питательных веществ в нашем кишечнике, но это не односторонние отношения — они также имеют определенное влияние на наш организм.

Некоторые их виды полезны для нас, расщепляя пищевые волокна на жирные кислоты с короткой цепью, которые затем абсорбируются в кишечнике и используются в организме. Они метаболизируют ряд химических соединений и играют важную роль в синтезе витаминов группы В и витамина К.

С другой стороны, недавнее исследование, проведенное в 2013 году, пришло к выводу, что нарушение регуляции кишечных бактерий может быть важным фактором в развитии воспалительных и аутоиммунных заболеваний.

Роль микробиома в сохранении здоровья и развитии заболеваний только начинает приоткрывать свои тайны. Последнее и – возможно – самое значительное открытие – это способность кишечных бактерий влиять на деятельность головного мозга и наше поведение.

 

Почему кишечник и мозг связаны между собой?

Содержание нашего кишечника является вопросом жизни и смерти. Если кишечник пуст, наш мозг должен знать об этом; если в кишечнике есть проблема, которая препятствует усвоению необходимых питательных веществ, мозг должен быть проинформирован; если наш кишечник сталкивается с атакой патогенов, наш мозг должен быть в курсе.

Связи между мозгом и кишечником осуществляются путем гормональных, иммунологических и нервных механизмов, через центральную и энтеральную нервную систему, которые регулируют функции кишечника. Все вместе они называются «ось кишечник-мозг».

Хотя на первый взгляд связи между кишечником и мозгом могут показаться неожиданными, мы все ощущаем их существование. Взаимосвязь между стрессом, беспокойством и учащенным опорожнением кишечника – ни для кого из нас не секрет.

Эти «диалоги» между мозгом и кишечником уже в течение некоторого времени изучаются учеными. Тем не менее, недавно перед исследователями забрезжил новый уровень этого партнерства – они теперь рассматривают влияние нашего микробиома на ось кишечник-мозг. Другими словами, ученые задались вопросом: влияют ли бактерии в нашем кишечнике на нашу психологию и поведение?

Исследователи пока еще только начинают приоткрывать завесу над тайнами оси «мозг-кишечник-микробиом».

 

Стресс и кишечник

У людей гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система является основным ответчиком на стресс любого вида. Это один из основных компонентов лимбической системы, который активно участвует в эмоциях и памяти.

Стресс активирует гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковую систему и приводит к высвобождению кортизола – «гормона стресса» — который оказывает различные эффекты на многие органы, включая головной мозг и кишечник.

Таким образом, реакция мозга на стресс имеет прямое влияние на клетки кишечника, включая эпителиальные и иммунные клетки, энтеральные нейроны, интерстициальные клетки Кахаля (клетки, управляющие перистальтикой кишечника) и энтерохромаффинные клетки (клетки, синтезирующие серотонин).

С другой стороны, все эти клетки также находятся под влиянием нашей армии бактерий. Хотя механизмы, с помощью которыми микробиом регулирует деятельность мозга, менее известны, растет количество научных доказательств о том, что между ними существует двусторонний диалог.

 

Какие изменения в функциях мозга связывают с микробиомом?

Первые подозрения о том, что микробы могут в некоторой степени контролировать нашу умственную деятельность, появились более 20 лет назад. У пациентов с печеночной энцефалопатией (нарушения функций мозга при печеночной недостаточности) состояние существенно улучшалось после приема пероральных антибиотиков.

Более поздние исследования в 2013 году предоставили дополнительные доказательства того, что микробиом также влияет на состояние беспокойства и депрессивное поведение.

Еще одно важное наблюдение в 2014 году связало дисбиоз (дисбаланс микроорганизмов) с аутизмом. Дети с аутизмом часто имеют ненормальный и менее разнообразный состав бактерий в кишечнике. Одно исследование пришло к выводу: «Мы подозреваем, что кишечные микроорганизмы могут изменять уровень метаболитов, связанных с нейромедиаторами, которые влияют на взаимосвязь между кишечником и мозгом, и/или изменяют функционирование мозга. Корреляция между кишечными бактериями и метаболитами, связанными с нейромедиаторами, — это ступенька к дальнейшему изучению и лучшему пониманию перекрестных взаимосвязей между кишечными бактериями и аутизмом».

Исследователи в 2004 году заметили, что у специально выведенных мышей, не имеющих кишечных бактерий, наблюдалась усиленная реакция гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы на стресс. Дальнейшие эксперименты с использованием таких же мышей продемонстрировали, что отсутствие кишечных бактерий также влияет на функции памяти.

Стерильные мыши были полезным инструментом для изучения оси микробиом-кишечник-мозг. Они помогли доказать, что существует какая-то взаимосвязь, но эти результаты было невозможно экстраполировать на людей, так как в естественных условиях стерильного человека не существует.

Другие исследования использовали различные подходы: одни из них изучали влияние нейроактивных веществ, вырабатываемых микрофлорой кишечника; другие изучали отличия в составе микрофлоры кишечника у людей с психиатрическими или неврологическими заболеваниями.

Эти исследования, в общем, не были убедительными. Даже при обнаружении изменений в кишечной микрофлоре, продолжала существовать извечная проблема курицы и яйца: было ли психиатрическое заболевание вызвано изменением микрофлоры кишечника, или же наоборот – микрофлора кишечника изменилась вследствие нарушений психиатрического состояния пациента? Или существует двустороннее взаимодействие?

 

Как кишечная микрофлора может влиять на мозг?

Как известно, стресс увеличивает проницаемость слизистой оболочки кишечника; это обеспечивает бактериям более легкий доступ к клеткам энтеральной  иммунной и нервной системы. Это может быть один из способов, с помощью которых микроорганизмы влияют на нас. Тем не мерее, был обнаружен другой, более прямой путь.

Одно исследование, используя пищевые патогенны, предоставило доказательства того, что бактерии в кишечнике могут активировать стресс, непосредственно влияя на блуждающий нерв – черепно-мозговой нерв, который иннервирует большое количество внутренних органов, включая верхнюю часть пищеварительного тракта.

Более прямой путь также может включать непосредственный контакт микробиома с чувствительными нейронами энтеральной нервной системы. Исследования 2013 года показали, что эти чувствительные нейроны менее активны у стерильных мышей. После того, как этим мышам дали пробиотики для восстановления микробиома, уровни активности этих нейронов вернулись к норме.

Пробиотики влияют на психологию

Если у стерильных мышей были обнаружены различия в поведении, то следующим был вопрос о том, сможет ли добавление кишечных бактерий вызвать подобные изменения у животных. Мета-анализ, опубликованный в июле 2016 года в Journal of Neurogastroenterology and Motility, сопоставил результаты исследований, изучавших влияние пробиотиков на функционирование центральной нервной системы у людей и животных.

Они проанализировали 25 исследований на животных и 15 исследований на людях, в большинстве из которых применялись бактерии родов Bifidobacterium и Lactobacillus в течение 2-4 недель. Ученые пришли к выводу: «Эти пробиотики показали эффективность в улучшении психических расстройств поведения, включая беспокойство, депрессию, аутизм, обсессивно-компульсивное расстройство, способности памяти».

Другое исследование, опубликованное в 2014 году в PLOS One, обнаружило, что возрастное ухудшение памяти у крыс может быть обращено вспять с помощью повышения уровней микроорганизмов Actinobacteria и Bacterioidetes в кишечнике с помощью пробиотиков.

Авторы пришли к выводу: «Данные подтверждают идею о том, что кишечным микробиомом можно манипулировать с целью положительного воздействия на функционирование нейронов».

 

Будущее оси микробиом-кишечник-мозг

Перед учеными, которые исследуют тайны оси микробиом-кишечник-мозг, впереди еще очень длительный и извилистый путь. Без сомнения, в этом процессе участвует множество различных веществ.

Возмжно, в отдаленном будущем будут созданы лекарственные средства, специфически влияющие на микробиом при различных психиатрических заболеваниях; микробиом может стать системой раннего предупреждение об развитии некоторых болезней и даже диагностическим инструментом.

На данный момент, все, то мы можем сделать – это обдумать влияние, которое бактерии оказывают на наше ежедневное состояние ума. Нас также должно удивить и поразить то, что такие умные люди, каковыми мы себя считаем, частично находятся под контролем одноклеточных форм жизни.

Возможно, нам не помешало бы вспомнить, что бактерии существовали в течение миллиардов лет до появления человека на Земле и, скорее всего, переживут наш вид еще на миллиарды лет.