Как микробы в кишечнике управляют нашим настроением, решениями и здоровьем

Источник материала:

С разрешения «Альпина-Паблишер» GO.TUT.BY публикует главу из книги «Второй мозг. Как микробы в кишечнике управляют нашим настроением, решениями и здоровьем». В ней физиолог Эмеран Майер объясняет, как микробы влияют на эмоции — сначала мышей, а потом и людей. 

Как микробиота сделала мышей любопытными экспериментаторами

— Группа исследователей из Канады сообщила об интригующих результатах своих экспериментов на животных. Эти данные позволили предположить, что сами кишечные микроорганизмы производят нейромедиаторы, способные изменять эмоциональное поведение.

Пржемысл Берчик и его команда из Университета Макмастера в течение недели поили группу здоровых мышей коктейлем из трех антибиотиков широкого ведение до, во время и после приема антибиотиков. Как и ожидалось, это лечение в значительной степени изменило состав кишечной микробиоты животных, увеличив популяции одних групп микроорганизмов (в частности, нескольких видов лактобацилл) и уменьшив популяции других. Однако Берчика удивило, что у мышей, прошедших лечение антибиотиками, увеличилась исследовательская активность — они начали проводить больше времени на хорошо освещенных открытых участках своих клеток или экспериментальных установок, а не в темных и защищенных местах, которые они предпочитали ранее.

Поскольку мыши не могут рассказать нам о своих симптомах тревоги, такое поведение рассматривается как сигнал, свидетельствующий, что животные менее тревожны или, как отмечают исследователи, теперь демонстрируют менее «тревожный тип поведения».

Через две недели после курса антибиотиков поведение мышей и их кишечная микробиота вернулись к нормальному состоянию, из чего можно предположить, что наблюдаемые изменения в эмоциональном поведении животных и вызванные антибиотиками изменения микробиоты кишечника связаны между собой.

Но каким образом головной мозг получал информацию об изменениях в кишечнике, вызванных антибиотиками?

Очевидным кандидатом на роль механизма передачи сигналов от кишечных микроорганизмов к головному мозгу был блуждающий нерв — основной канал коммуникаций между ЖКТ и головным мозгом. И действительно, мыши, у которых блуждающий нерв был перерезан, после подавления микробиоты антибиотиком больше не проявили снижения тревожности. Эти наблюдения наводят на мысль, что кишечная микробиота здоровых мышей стабильно поставляет вещества, которые способны подавить тревогу, и головной мозг оповещается об этом через блуждающий нерв.

Какие вещества, производимые кишечной микробиотой, могли приводить к такому анксиолитическому эффекту? Предыдущие исследования показали, что некоторые микроорганизмы способны производить нейромедиаторную гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК). Это одна из наиболее распространенных сигнальных молекул в нервной системе, контролирующая отделы головного мозга, отвечающие за эмоции, и лимбическую систему. Многие успокоительные препараты — валиум, ксанакс и клонопин — нацелены на ту же систему сигнализации, имитируя действие ГАМК.

Как связаны ГАМК, пациенты с циррозом и тревожность

Ранние свидетельства о связи между кишечными микроорганизмами, ГАМК и функциями головного мозга были получены около 30 лет назад у пациентов с прогрессирующим циррозом печени. Со временем психическое состояние таких пациентов ухудшается, а уровень алертности (состояния постоянной внутренней готовности) возрастает. Когда же они получают препарат, который блокирует действие сигнальной системы ГАМК, их когнитивные функции быстро улучшаются, а уровень энергии возрастает. Удивительно, но при получении антибиотиков широкого спектра действия функции головного мозга также улучшались. В то время исследователи еще не могли четко объяснить, как цирроз печени может привести к увеличению активности ГАМК в головном мозге. Сегодня мы знаем, что увеличенный объем ГАМК, производимой в пищеварительном тракте измененной микробиотой, отыскивает путь к специфическим ГАМК-рецепторам в головном мозге, где и подавляет когнитивные процессы и эмоциональные системы головного мозга. Как в экспериментах с мышами Берчика, антибиотики широкого спектра действия уменьшают популяцию бактерий, продуцирующих ГАМК, что приводит к снижению ее уровня в головном мозге и улучшению его работы.

Эти эксперименты четко зафиксировали тот факт, что микроорганизмы, обитающие в нашем пищеварительном тракте, могут производить успокоительные молекулы, а те при определенных обстоятельствах могут влиять на головной мозг. Однако у подавляющего большинства пациентов, получающих антибиотики, не наблюдается никаких побочных эмоциональных эффектов. Возникает вопрос: не могли бы мы воспользоваться этими знаниями для лечения тревожных расстройств с помощью микроорганизмов, продуцирующих ГАМК в виде пробиотиков? Мы знаем, что некоторые штаммы лактобацилл (лактобактерий) и бифидобактерий, двух из наиболее изученных семейств полезных кишечных бактерий, имеют механизмы синтеза, способные производить ГАМК. Так как различные штаммы бактерий этих двух родов являются активными ингредиентами большинства коммерчески доступных пробиотиков и поскольку обе группы также обычно имеются в изобилии в ферментированных пищевых продуктах, то, возможно, диета, обогащенная этими микроорганизмами, сделает нас менее напряженными? Вероятно, такое простое решение, как потребление ферментированных продуктов и пробиотиков, поможет людям, склонным к тревогам, понизить уровень тревожности?

Немногочисленные исследования, проведенные на мышах, позволяют выдвинуть предположение, что это на самом деле может подействовать. Так, ученые наблюдали снижение тревожности в поведении здоровых взрослых мышей, когда они кормили их пробиотиками Lactobacillus rhamnosus. В другом исследовании было установлено, что другой вид пробиотиков Lactobacillus longum заметно снижает уровень тревожности у мышей, больных колитом и хроническим воспалением толстой кишки. Имеется ряд клинических свидетельств, что такие «психобиотические» эффекты могут быть достигнуты и у людей.

Как йогурты испытывали на людях

Единственный надежный способ оценить возможное влияние пробиотиков на мозг человека — провести контролируемое клиническое испытание на людях. В таком испытании волонтеры случайным образом распределяются по двум группам: в одной участники принимают активное вещество (например, пробиотик), в другой, контрольной, принимают плацебо — вещество, которое не отличается от лекарства по внешнему виду, вкусу или запаху, но не производит никаких известных внутренних действий. Для повышения надежности проверки ни участники, ни ученые до конца эксперимента не могут знать, в какой группе оказался тот или иной участник. Именно такое слепое рандомизированное и контролируемое исследование является в медицине золотым стандартом для оценки эффективности всех видов лечения.

В 2013 году Кирстен Тиллич использовала такой подход в нашем научно-исследовательском центре, случайным образом распределив 36 участниц эксперимента по трем группам. В течение четырех недель участники группы активного лечения дважды в день ели йогурт, обогащенный штаммом пробиотической бактерии Bifi dobacterium lactis, а также тремя другими видами бактерий (Streptococcus thermophiles, Lactobacillus bulgaricus и Lactococcus lactis), которые обычно используются для превращения молока в йогурт. Участники второй группы получали неферментированный молочный продукт, в котором не было ни одного пробиотика, но по вкусу, консистенции и внешнему виду он был неотличим от йогурта, обогащенного пробиотиками. Участники третьей группы не ели никаких молочных продуктов.

В начале и в конце четырехнедельного исследования мы опросили каждую женщину об общем самочувствии, настроении, уровне тревожности и функционировании кишечника. Затем Кирстен Тиллич провела МРТ-сканирование головного мозга каждой испытуемой и проверила их способности оценивать эмоции других людей по выражению лица. Задание заключалось в том, чтобы, посмотрев на лица трех разных людей, которые выглядели рассерженными, напуганными или грустными, быстро определить, какие два из трех лиц передают одинаковые эмоции. Люди во всем мире, независимо от расы, страны или языка, очень верно и быстро — за доли секунды — делают такие оценки, из чего можно предположить, что это очень простой врожденный рефлекторный эмоциональный отклик, который, вероятно, связан с рефлекторным эмоциональным поведением животных. При выполнении такого задания не задействуются сложные нервные цепи в мозге, необходимые для формирования чувства, и потому тестируемые не испытывают ни грусти, ни злости.

При выполнении задания на распознавание эмоций участницы, в течение четырех недель получавшие пробиотическую смесь, показали меньшую связь между рядом областей мозга, чем участницы, получавшие молочные продукты без пробиотиков. Так некоторые удивительные результаты исследований на мышах подтвердились и в отношении людей, а именно: манипулирование кишечной микробиотой может заметно изменить функцию головного мозга человека во время выполнения задания, связанного с эмоциями, по крайней мере на самом базовом уровне эмоционального рефлекса.

Но как пробиотические бактерии из йогурта общаются с головным мозгом испытуемых?

Сначала мы думали, что регулярный прием пробиотиков может изменить кишечную микробную композицию, которая, в свою очередь, может повлиять на работу мозга. Однако, проанализировав состав микроорганизмов в фекальной массе участников исследования, мы не обнаружили никаких признаков воздействия пробиотиков на видовой и количественный состав кишечной микробиоты, кроме присутствия самого пробиотического микроорганизма.

Из этого следовало, что потребление йогурта не изменило микробиоты участниц экспериментов. Однако из проведенного ранее исследования мы уже знали, что идентичное пробиотическое лечение может изменить метаболиты, вырабатываемые кишечными микроорганизмами. Можно было обоснованно предположить, что некоторые из этих метаболитов, получивших стимулирование со стороны пробиотиков, добираются до головного мозга либо с кровотоком, либо через сигналы блуждающего нерва и меняют его эмоциональную реактивность. В коммуникациях между микробиотой и головным мозгом, возможно, какое-то участие принимают и клетки пищеварительного тракта, содержащие серотонин. Недавно появилось сообщение, что некоторые кишечные микроорганизмы могут стимулировать выработку серотонина в этих клетках, что изменяет уровень этого нейромедиатора в пищеварительном тракте и значительно влияет на силу передаваемого из ЖКТ в мозг сигнала, который модулирует эмоции, болевую чувствительность и самочувствие. Если данная информация подтвердится, это откроет поистине удивительные перспективы в лечении нарушений взаимодействия головного мозга и пищеварительного тракта. Потребляя определенные пробиотики, содержащиеся в ферментированных продуктах или обогащенных ими молочных продуктах и фруктовых соках, и регулируя уровень жизненно важного нейромедиатора серотонина, мы сможем тонко настраивать систему, которая контролирует многие функции мозга — от настроения до болевой чувствительности и сна.

Наши испытуемые были тщательно отобраны, они были здоровы и не имели никаких вызывающих опасение физических или психологических симптомов, поэтому мы можем только догадываться о том, приводили ли изменения, вызванные конкретным пробиотиком, к изменению их уровня тревожности.

Но так как испытуемые показали пониженную реактивность эмоциональных цепей мозга, когда обращали внимание на сердитые, грустные и страшные лица, мы узнали, что некоторые пробиотики способны ослабить эмоциональные реакции на отрицательный контекст.

Я был поражен этими выводами. Кто мог представить еще недавно, что регулярное потребление йогурта, который продается в любом супермаркете, может повлиять на работу головного мозга? Для нашей исследовательской группы эти результаты открыли совершенно новый подход к тому, как можно анализировать работу головного мозга в здоровом состоянии и в период болезни и как можно сохранять разум здоровым.

Только в последние несколько лет ученые начали исследовать роль питания для здоровья головного мозга и возможную роль кишечной микробиоты в отношениях между питанием и сознанием. Я убежден, что это быстро развивающееся научное направление коренным образом изменит наши представления о том, какие продукты полезны для нашего эмоционального и психического благополучия.

Читайте также