Ученые выявили новые функции обитающих в кишечнике микроорганизмов. Стресс и микрофлора. Микробы от депрессии
Кишечник и мозг обмениваются сигналами через блуждающий нерв, который спускается по шее в грудную и брюшную полость. Джулия Эндерс, автор бестселлера «Очаровательный кишечник. Как самый могущественный орган управляет нами», сравнивает блуждающий нерв с телефонным проводом, который соединяет кишечник с отдельными центрами головного мозга.
Мозг дирижирует всеми органами тела, и многими - через блуждающий нерв, но только кишечник обладает автономностью: если нерв перерезать, «отсоединив» мозг от кишечника, последний продолжит работать. Он имеет собственную нервную систему, которые ученые называют «вторым мозгом». Она состоит из огромного количества нейронов и вспомогательных клеток, производит несколько десятков нейромедиаторов. Функции настолько развитой нервной системы не могут ограничиваться регуляцией пищеварения.
Алло, это микробы?
Большинство сигналов по блуждающему нерву передается не сверху вниз, а снизу вверх - в мозг. Ученые предполагают, что кишечник влияет на наше психическое состояние. Для лечения депрессии, которая не поддается медикаментозной терапии, уже используется электрический стимулятор блуждающего нерва. Он заставляет нерв генерировать «правильные» импульсы.
В кишечнике вырабатывается 90 % серотонина – гормона счастья. Может быть, причина депрессии кроется не в мозге, а в кишечнике. Также ученые обнаружили связь между состоянием кишечника и тревожностью, аутизмом, нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Паркинсона и Альцгеймера.
Более того: не только сам кишечник подает сигналы через блуждающий нерв, но и населяющие его микроорганизмы. Они делают это разными способами - например, стимулируя выработку серотонина клетками слизистой оболочки кишечника. Влияние микрофлоры на поведение и настроение доказано в ходе многочисленных экспериментов на лабораторных мышах.
Любишь общаться? Поделись бактериями
Кишечные бактерии влияют и на социальное поведение лабораторных мышей. Ученые из Медицинского колледжа Бейлора в Хьюстоне (США) изучали связь между ожирением матери и расстройствами аутистического спектра у потомства. Контрольная группа мышей питалась обычно, а опытная получала корм с повышенным содержанием жиров. Как и ожидалось, самки из второй группы набрали лишний вес. Мышата перекормленных матерей намного меньше интересовались общением со своими сородичами, чем потомство контрольной группы.
Животных поместили в одну клетку, а совместное проживание неизбежно приводит к обмену кишечными бактериями. Спустя четыре-пять недель микрофлора необщительных мышей становилась такой же, как и у контрольной группы, а социальное поведение возвращалось в норму.
Ученые обнаружили , что у мышей с аутистическим расстройством сильно снижена численность бактерии Lactobacillus reuteri в кишечнике. Этот микроорганизм влияет на выработку окситоцина - гормона, который регулирует социальное поведение. Рацион с высоким содержанием жиров подавляет Lactobacillus reuteri в кишечнике матери, а она передает свою нарушенную микрофлору потомству.
Ты - то, что ты ешь. И наоборот
У микроорганизмов могут быть эволюционные причины контролировать наше поведение. По мнению ученых , бактерии стимулируют своих хозяев общаться, потому что это способствует обмену микрофлорой. Они также способны влиять на пищевые пристрастия хозяина, заставляя употреблять продукты, которые способствуют их росту и размножению. Возможно, когда вы не можете устоять перед тортом, дело не в слабой воле, а в микроорганизмах.
Некоторые бактерии любят жир, некоторые - сахар, а за их предпочтения порой приходится расплачиваться ожирением. Но чем разнообразнее состав микрофлоры кишечника, тем меньше вероятность, что один вид начнет преобладать над другими и захватит командование мозгом.
Рацион с высоким содержанием жиров и простых углеводов обедняет микрофлору кишечника; чтобы подержать разнообразие бактерий, нужно есть больше овощей, фруктов и кисломолочных продуктов. Исследование влияния диеты на вес, которое охватило 120 тысяч человек, показало , что главный продукт для похудения - это йогурт.
Микробы от депрессии
Эксперименты, изучающие влияние микрофлоры кишечника на психику людей, показывают, что депрессию и тревожное расстройство можно лечить с помощью пробиотиков - полезных бактерий. Ученые используют для их обозначения новое слово - психобиотики.
Японские ученые исследовали влияние кефира, содержащего штамм Shirota бактерии Lactobacillus casei, на психологическое состояние студентов-медиков во время сдачи важного экзамена. Они выяснили , что кефир нормализует уровень гормона стресса кортизола и повышает уровень серотонина. Кроме того, пробиотик уменьшает проявление недомоганий, связанных со стрессом, таких как простуда и боли в животе.
Исследования указывают на то, что изучение психобиотиков - перспективное направление. Но пока не изобретена волшебная таблетка, помогайте своему кишечнику проверенными способами: ешьте йогурты, овощи и фрукты. Тогда бактерии не захватят пульт управления мозгом.
Иллюстрация: Соня Коршенбойм.
В организме каждого человека имеется тонкий кишечник. Его длина людей превышает четыре метра. Убирается он в теле человека благодаря тому, что орган компактно сложен. В тонком кишечнике человека имеется несколько складок, а также ворсинки – небольшие выросты. На небольшой площади органа, размером с ноготь, их помещается несколько тысяч. Благодаря этому через такие ворсинки достаточно быстро попадают в организм полезные вещества и микроэлементы. Стенки кишечника сокращаются, и, таким образом, массы передвигаются по тонкому кишечнику, всасываясь внутрь стенок.
Толстый кишечник обладает способностью выделять в просвет пищеварительные соки с небольшим количеством ферментов. Из крови в просвет кишечника могут выделяться соли, алкоголь и другие вещества, вызывающие раздражение слизистой оболочки и развитие болезней, связанных с ней.
Огромное значение в жизнедеятельности организма и функций пищеварительного тракта играет микрофлора толстой кишки. Нормальная микрофлора желудочно-кишечного тракта является необходимым условием нормальной жизнедеятельности организма.
Работа кишечника
Основание кишечника находится в том месте, где заканчивается желудок. В этой области пищевой тракт и переходит в кишечник. Всего кишечник имеет три отдела – двенадцатиперстную, толстую и тонкую кишку. Толстая кишка заканчивается прямым коротким отростком.
Двенадцатиперстная кишка – это своеобразное начало тонкого кишечника. Называют ее так потому, что длина этого органа равна приблизительно двенадцати сложенным вместе пальцам. Затем тонкий кишечник мягко укладывается волнами в центральной части брюшной полости. Толстая кишка имеет форму «П». Внизу она имеет небрежный росчерк – прямую кишку.
Толстый кишечник создает в брюшной полости некую арку или даже гирлянду шаров над сложным лабиринтом тонкого кишечника. Соединение толстой и тонкой кишки находится возле аппендикса.
Главное назначение кишечника – это работа пищеварительной системы. Частично переваренная пища попадает из желудка в двенадцатиперстную кишку, где подвергается воздействию поджелудочного сока, желчи, выступающей из печени, и сока желез в слизистой оболочке двенадцатиперстной кишки. Затем пища поступает в тонкий кишечник. Там пища переваривается, и тонкая кишка всасывает в себя жирорастворимые вещества, цинк, витамины и кальций. После этого пища продвигается в толстую кишку. Уже здесь в стенки кишечника всасывается вода. Бактерии толстого кишечника дальше участвуют в переваривании.
Чуете нутром? То у вас порхают в животе бабочки, то некто сосет под ложечкой от страха, то развивается медвежья болезнь при сильной тревоге. Знакомо? Сегодня мы поговорим о связи мозга и кишечника. Да-да, в кишечнике есть много нервных клеток, много бактерий, которые влияют на наш мозг намного сильнее, чем мы с вами думаем. Средний человек имеет около 1,5 килограммов бактерий кишечника.
А так называемая кишечная нервная система, располагающаяся между пищеводом и кишечником, состоит из 100 млн нервных клеток. Обратите внимание: в ней их больше, чем в спинном мозге. Это второе по сложности скопление нервов в организме человека после головного мозга. Наш мозг со всеми его чувствами, эмоциями и мыслями постоянно общается с «кишеченым мозгом». Этот процесс коммуникации получил название «ось мозг – кишечник». Помните, что здоровое питание – это половина здоровья. И здоровое питание обязательно включает влияние продуктов на наших маленьких кишечных друзей. Помните, что пища - это не только калории и энергия. Пища содержит информацию, которую она сообщает вашим генам, включая и выключая их, ежемоментно воздействуя на их функции. Пища - это наиболее мощное и быстродействующее лекарство, которое вы можете принять, чтобы изменить свою жизнь. Еда это не только калории. Это информация. Она сообщает генам, что им делать (и не делать).
Что такое ось кишечник-мозг?
Ось “кишечник-мозг” – воображаемая связная линия и один из новых горизонтов комплекса нейронаук. Микробиота кишечника (иначе, микрофлора), которую часто теперь называют “вторым геномом” и “вторым мозгом”, может влиять на наше настроение посредством механизмов, которые ученые только начинают понимать. И, в отличие от генов, которые мы наследуем, микрофлору можно изменить и даже вырастить. По мере того, как исследования переходят с мышей не людей, мы получаем все больше понимания связей микрофлоры с нашим мозгом, становятся видны важные связи с ментальным (или душевным) здоровьем. Одного японского магната однажды спросили, как он узнает, стоит ли ему вступать в сделку, и он ответил: "Я проглатываю это, и, если мне нравится ощущения в моем животе, я вступаю в сделку". Наш кишечник сам себе голова, но при этом непрерывно разговаривает с нашим мозгом.
Пищеварение - сложный процесс, поэтому нет ничего удивительного в том, что для его регуляции существует отдельная нейронная сеть. Пищеварительная нервная система отвечает за процессы механического перемешивания пищи в желудке, координирует сокращение круговой мускулатуры и всех сфинктеров на протяжении кишечника для того чтобы обеспечивать поступательное продвижение пищи, она также поддерживает разную биохимическую среду и уровень кислотности внутри каждой отдельной секции пищеварительного тракта, обеспечивая ферментам необходимые условия для их работы.
Не обязательно быть гастроэнтерологом, чтоб осознавать эти реакции, или быть может более тонкие ощущения в животе, которые сопровождают эмоции, такие как тревога, волнение, или страх в период стресса. На протяжении тысячелетий люди были убеждены, что желудочно-кишечный тракт связан с мозгом и оказывает влияние на здоровье. Только в последнее столетие эта связь была подробно изучена. Двумя пионерами в этой области были американский врач Б. Робинсон (опубликовал в 1907 году свой труд под названием «The Abdominal and Pelvic Brain») и его современник британский физиолог И. Лэнгли, который придумал термин «желудочно-кишечная нервная система».
В начале ХХ века англичанин Ньюпорт Лэнгли подсчитал количество нервных клеток в желудке и кишечнике - 100 миллионов. Больше, чем в спинном мозге! Здесь нет полушарий, но в наличии разветвленная сеть нейронов и вспомогательных клеток, где гуляют всяческие импульсы и сигналы. Возникло предположение: нельзя ли считать такое скопление нервных клеток своеобразным «брюшным» мозгом?
Кишечный мозг
На сей счет высказался профессор нейрогастроэнтерологии Пауль Энк из Тюбингенского университета: «Мозг живота устроен примерно так же, как головной. Его можно изобразить в виде чулка, охватывающего пищевод, желудок и кишечник. В желудке и кишечнике людей, страдающих болезнями Альцгеймера и Паркинсона, обнаружены те же повреждения тканей, что и в головном мозге. Поэтому антидепрессанты вроде прозака так действуют на желудок».
Спустя десятилетие после выхода в свет популярнейшего произведения "Второй мозг" американский ученый подтверждает предположение, что нервная система кишечника - это не тупое скопление узлов и тканей, выполняющих команды центральной нервной системы, как гласит старая медицинская доктрина, а уникальная сеть, способная осуществлять сложные процессы самостоятельно.
Примечательно, что кишечник продолжает функционировать, даже когда отсутствует связь с головным и спинным мозгом. Кишечный мозг самостоятельно решает все аспекты пищеварения на всем протяжении желудочно-кишечного тракта - от пищевода до кишечника и прямой кишки. При этом им используются те же инструменты, что и "благородным" мозгом: целой паутиной нейронных цепочек, нейропередатчиков и протеинов. Эволюция свидетельствует о своей проницательности: вместо того, чтобы заставлять голову жестоко напрягаться работой миллионов нервных клеток для связи с удаленным участком организма, она предпочла передоверить управление центру, расположенному в контролируемых им зонах.
Согласно современным представлениям, нейромедиаторы, вырабатываемые нейронами желудочно-кишечного тракта, не способны попасть в головной мозг, однако теоретически они, все-таки могут проникнуть в небольшие области мозга, где уровень проницаемости гематоэнцефалического барьера выше, например, в гипоталамус. Как бы там ни было, нервные сигналы, посылаемые из желудочно-кишечного тракта в головной мозг, бесспорно, затрагивают настроение. Исследователи начали расшифровывать способы, которыми бактерии кишечника могут подавать сигналы мозгу. Петерсон и другие показали, что у взрослых мышей микробные метаболиты влияют на основную физиологию гематоэнцефалического барьера. Кишечные микробы расщепляют сложные углеводы до короткоцепочечных жирных кислот с образованием массы эффектов: бутираты жирных кислот, например, укрепляют гематоэнцефалический барьер, “затягивая” соединения между клетками.
Сосуществование симбионтной микрофлоры и ее носителя, по большей части, взаимовыгодно. В частности, присутствие симбионтов принципиально для функционирования нашей иммунной системы, переработки питательных веществ и для других аспектов здоровой физиологии. Используя самые современные инструменты для изучения генетики и тканей организма на молекулярном уровне, ученые смогли продемонстрировать, что в кишечнике представлены несколько типов бактерий, и что симбионтные популяции характеризуются большим разнообразием: можно выделить до тысячи разных видов. В дополнение к этому, на формирование индивидуальной микрофлоры постоянно влияют такие факторы как пол, генетика, возраст, тип питания.
У здоровых людей бактериологическое разнообразие существенно больше, но при этом, изучая микрофлору таких людей в разные моменты времени (с промежутком в несколько месяцев, можно увидеть, что состав едва ли меняется. А вот в стрессовых ситуациях или в ответ на физиологические или диетические изменения, микрофлора может сама измениться, создавая дисбаланс во взаимодействии между микрофлорой и ее носителем. И такие изменения могут влиять на состояние здоровья человека.
Влияние на состояние здоровья
Взаимонаправленные связи между кишечником и мозгом осуществляются посредством эндокринной, нервной, иммунной систем и неспецифического природного иммунитета. Кишечная микрофлора как активный участник кишечно-мозговой оси не только оказывает влияние на кишечные функции, но также стимулирует развитие ЦНС в перинатальном периоде и взаимодействует с высшими нервными центрами, вызывая депрессию и когнитивные расстройства при патологии. Особая роль принадлежит микроглии кишечника. Помимо механической (защитной) и трофической функции для кишечных нейронов, глия осуществляет нейротрансмиттерную, иммунологическую, барьерную и моторную функции в кишечнике. Существует взаимосвязь между барьерной функцией кишечника и регуляцией гематоэнцефалического барьера.
Хроническая эндотоксинемия (высокий уровень токсинов в крови) как результат дисфункции кишечного барьера формирует устойчивое воспалительное состояние в околожелудочковых зонах мозга с последующей дестабилизацией гемато-энцефалического барьера и распространением воспаления на другие участки мозга, следствием чего является развитие нейродегенерации.
Установлено, что микробиота, оказывающая действие на барьерную функцию слизистой оболочки и вызывающая иммунный и нейроэндокринный ответ, может давать прямые и непрямые эффекты на функцию и даже морфологию мышечных и нервных клеток кишечника. Исследования показали наличие взаимосвязей между воспалением слизистой оболочки и моторной и сенсорной функциями кишки, нарушение ее барьерной функции при модификации микробиоты и последствия изменений целостности слизистой оболочки для хозяина. Иммунный ответ, индуцированный микроорганизмами, привлекает к себе повышенное внимание исследователей, учитывая возможный вклад воспаления в патогенез моторной дисфункции при различных заболеваниях.
Депрессия и микрофлора
Например, сегодня уже известно, что в депрессии есть воспалительный компонент и многие полезные бактерии в кишечнике вырабатывают короткоцепочечные жирные кислоты, такие как бутират, способствующие питанию клеток, выстилающих кишечник, чтобы уменьшить воспаление. Микробиом связали с депрессией совсем недавно, когда было обнаружено, что бактерии Oscillibacter вырабатывают химическое вещество, действующее как естественный транквилизатор, имитирующий действие нейромедиатора ГАМК (этот нейродиметиатор - гамма-аминомасляная кислота - понижает нервную активность мозга и может привести к депрессии). Способность почвенных микробов, например микобактерии вакка (Mycobacterium vaccae), модулировать иммунную систему человека давно известна, и некоторые исследователи даже предполагают, что это свойство можно использовать для создания вакцины против стресса и депрессии.
В частности, Грэм Рук из Университетского колледжа Лондона утверждает, что недостаточный контакт с нашими старыми друзьями - почвенными микробами, воздействию которых мы подвергались на протяжении всей истории, но теперь, в своем неумеренном стремлении к чистоте, свели к нулю, - это причина распространения многих заболеваний, в том числе диабета, артрита и депрессии.
Анорексия и микрофлора
Исследователи из Медицинской школы Университета Северной Каролины (University of North Carolina School of Medicine) считают, что этот бактериальный дисбаланс может быть связан с некоторыми психологическими симптомами, встречающимися при этом заболевании, которое, как известно, имеет самый высокий показатель смертности, чем любое другое нарушение психического здоровья. Известно, что микробное разнообразие – это признак хорошего общего здоровья. Предыдущие исследования также позволяют предполагать, что обилие и разнообразие микрофлоры кишечника может повлиять и на так называемую «ось кишечник-мозг». По мере того, как у пациенток с анорексией улучшался кишечный микробиом, увеличивался и вес, а также улучшалось и настроение пациенток, что предполагает наличие связи между этими факторами.
Тревога, воспаление и микрофлора
Поскольку кишечная микрофлора играет ключевую роль в развитии иммунитета, можно считать, что у стерильных мышей воспалительные процессы всегда тихие. Когда мы рассматриваем связь между воспалением и тревожным поведением, мы можем наблюдать, что низкая тревожность обнаруживается там же, где и воспалительные процессы не выражены сильно, а вот более сильное воспаление ведет к повышению тревожности.
Группа из Мак-Мастерского университета стал искать ответы, исследуя мышей. В исследовании 2011 года команда пересаживала образцы микрофлоры кишечника между различными штаммами мышей и показала, что поведенческие черты, характерные для определенного штамма, передаются вместе с ней. Берчик рассказывает, например, что «относительно застенчивые» мыши будет демонстрировать более “исследовательское” поведение при пересадке им микробиоты стремящихся к приключениям мышей. «Мне кажется, это удивительно. Микробиота действительно определяет фенотип поведения хозяина. Разница очевидна,» говорит Берчик. Неопубликованные исследования показывают, что выделенные от человека как с СРК и тревожностью фекальные бактерии при пересадке мышам вызывает беспокойное поведение и у них, в то время как пересадка бактерий здоровых людей такого эффекта не дает.
Стресс и микрофлора
Одно из первых исследований, рассматривающих связь стресса и микрофлоры показало, что у стерильных мышей стрессовая реакция излишне интенсивная. А другое, более свежее исследование показало, что подверженность стрессу крыс “в юности” вызывает нарушения в составе микрофлоры и ведет к более интенсивным стрессовым реакциям в зрелости. Важно, что в этом исследовании обнаружили: если крысятам давать пробиотик (бактерии Lactobacillus sp) это нормализует уровень гормонов стресса. Стресс на ранних этапах жизни ведет к более депрессивному поведению у зрелых крыс. Другое похожее исследование показало, что если крысиному молодняку, подверженному стрессу, давать пробиотики (бактерии Bifiodo infantis), то уменьшаются признаки депрессии в зрелости.
Вместе эти исследования наводят на вывод о том, что нужно признать связь между дисбалансом микрофлоры (дисбактериозом), изменениями в поведении в связи с влиянием стресса и стрессовой реакцией. Также напрашивается вывод, что использование пробиотиков может быть эффективно в лечении симптомов, связанных со стрессом.
В ходе небольшого исследования, участниками которого стали молодые здоровые мужчины, ученые из Университетского колледжа Корка (University College Cork), Ирландия, выявили, что прием пробиотических препаратов, содержащих штамм Bifidobacterium longum (B. longum), способствует снижению уровня физиологического и психологического стресса и улучшает состояние памяти. Доклад об этой работе представил руководитель исследования доктор Джерард Кларк (Gerard Clarke) на ежегодном собрании Сообщества нейронауки (Society for Neuroscience - SfN). Он отметил, что основой для ее проведения стали доклинические эксперименты, в ходе которых стало известно, что штамм B. longum оказывает позитивное воздействие на когнитивные функции лабораторных мышей и уменьшает выраженность физиологических и поведенческих проявлений стресса. 
В данной работе приняли участие 22 волонтера (мужчины, средний возраст - 25,5 года), которые в течение 4 нед принимали препарат, содержащий штамм B. longum NCIMB 41676, а затем следующие 4 нед - плацебо. В начале работы и по окончании каждого 4-недельного периода ученые оценивали уровень острого стресса у частников, используя холодовой прессорный тест и измеряя уровень кортизола - гормона стресса, а ежедневного - с помощью Шкалы воспринимаемого стресса Коэна (Cohen Perceived Stress). Состояние когнитивных функций у волонтеров определяли, исходя из показателей неврологической активности и результатов нейропсихологических тестов.
Проанализировав полученные результаты, авторы исследования отметили, что прием препарата, содержащего пробиотический штамм B. longum NCIMB 41676, приводил к снижению уровня кортизола и субъективному уменьшению уровня тревожности. Участники констатировали, что во время приема препарата они чувствовали себя менее напряженными, чем в начале исследования, а их зрительная память значительно улучшилась.
Исследователи подчеркнули, что новая концепция, рассматривающая микрофлору кишечника как ключевой регулятор поведения и функционирования головного мозга, представляет собой смену парадигмы в нейронауке. Точечное медикаментозное вмешательство в ось «микробиота - кишечник - мозг» с помощью психобиотиков - микроорганизмов с потенциально положительным влиянием на психическое здоровье - может рассматриваться как новый подход к лечению патологических состояний, ассоциированных со стрессом. Они полагают, что целью дальнейших работ должно стать изучение механизмов, лежащих в основе выявленной взаимосвязи.
Заключение
Кишечная микрофлора (микробиота) – огромная популяция, важная для здорового обмена веществ и функционирования головного мозга, а коммуникация между кишечником и мозгом проходит в т.ч. через нейронные связи. Кишечная микрофлора очень важна в раннем возрасте и может оказывать влияние на то, какие реакции на стресс будут вырабатываться в мозгу
Пробиотики (исследования на людях и животных показали что пробиотики или, иначе говоря, “хорошие бактерии”, оказывают положительное воздействие на настроение. И хотя это очень многообещающие открытия, не нужно спешить и думать, что мы уже нашли решение для клинических ситуаций (расстройств поведения и настроения). Конечно, микрофлора является важным модулятором здоровья и ее следует считать составляющей сложной, многогранной системы коммуникации, которая необходима для установления здорового баланса для развития и здоровой работы мозга.
Но! Критерием здоровья кишечника является не только некий один пробиотик, а именно разнообразие микрофлоры.Поэтому важна нормализация питания в целом! Увы, уникального пробиотика не существует. Что делать для улучшения микрофлоры, напишу потом. опубликовано
Андрей Беловешкин
P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet
Глава из свежей книги о последних достижениях науки в изучении ЖКТ, в последнее время к нему приковано внимание многих ученых. Предлагаем освежить свои знания о теле с помощью отрывка из книги «Второй мозг» с разрешения «Альпины».
На протяжении десятилетий наше понимание механизма работы пищеварительной системы было основано на механистической модели: весь организм считали чем-то вроде машины, а кишечник в основном рассматривали как старомодное устройство, которое работало по принципам парового двигателя XIX в.
В соответствии с этой моделью мы ели - жевали и глотали пищу, затем в желудке она дробилась на части при помощи механического измельчителя, которому помогала соляная кислота в составе желудочного сока. После этого гомогенизированная пища поступала в тонкую кишку, в которой из нее извлекались калории и питательные вещества, а непереваренная часть отправлялась в толстую кишку, которая распоряжалась тем, что оставалось. В конце концов остатки выводились из организма.
Эта понятная всем метафора промышленного века влияла на представления о медицине многих поколений врачей, включая современных гастроэнтерологов и хирургов. Считалось, что неправильно функционирующие части пищеварительного тракта можно легко обойти или удалить, а некоторые даже поменять местами (перекомпоновать), что приведет к снижению веса. Мы стали искусными мастерами в выполнении таких операций, теперь их уже делают через эндоскоп, не прибегая к традиционным хирургическим приемам.
Мозг и ЖКТ
Как теперь выясняется, это слишком упрощенная модель: медики по-прежнему считают пищеварительную систему частью организма, которая в значительной степени не зависит от головного мозга. Однако стало известно, что эти два органа неразрывно связаны друг с другом.
Такое понимание нашло отражение в концепции оси, соединяющей желудочно-кишечный тракт с головным мозгом. Если исходить из этой концепции, наша пищеварительная система - гораздо более тонкий, сложный и мощный механизм, чем мы полагали прежде. Новейшие исследования позволяют предположить, что благодаря тесному взаимодействию микроорганизмов желудочно-кишечный тракт может влиять на наши эмоции, восприятие боли, социальные контакты и на многие наши решения, не ограничиваясь вопросами пищевых предпочтений и размерами поглощаемой порции.
Верность бытовых выражений вроде «нутром чуять» подтверждается нейробиологическими данными. Сложные связи между ЖКТ и головным мозгом, как выяснилось, играют важную роль в принятии и других, в том числе важнейших, жизненных решений.
Связь между пищеварительной системой и мозгом должна быть предметом изучения не только психологов, поскольку она проявляется не только «в головах» людей. Ось взаимодействия образуют анатомические соединения, к тому же биологические сигналы передаются через кровоток. Однако прежде чем углубиться в эти материи, давайте сделаем шаг назад и внимательно приглядимся к нашей пищеварительной системе (она же ЖКТ), которая устроена гораздо сложнее, чем просто машины для переработки пищи.
Желудочно-кишечный тракт обладает возможностями, превосходящими показатели работы всех других органов нашего тела, он может даже соперничать с головным мозгом. В ЖКТ есть собственная нервная система (энтеральная, ЭНС), которую в популярных статьях нередко называют «вторым мозгом». Она состоит из 50–100 млн нервных клеток, что примерно равно числу клеток спинного мозга.
Находящиеся в ЖКТ иммунные клетки - это значительная часть иммунной системы человека. Для сравнения: в стенке пищеварительного тракта их больше, чем в крови или в костном мозге. Есть весомая причина, объясняющая такое скопление иммунных клеток в этом месте: желудочно-кишечный тракт первым подвергается воздействию потенциально смертельных микроорганизмов, содержащихся в продуктах, которые мы едим.
Иммунная система, сосредоточенная в ЖКТ, способна обнаруживать и уничтожать отдельные виды опасных бактерий, попадающих в пищеварительную систему с загрязненной пищей или водой. Интересно, что этот редут обороны защищает нас, выявляя небольшое количество потенциально смертоносных бактерий из невероятного множества - триллиона - полезных микроорганизмов, которые живут в ЖКТ и образуют его микробиоту. Постоянное выполнение этой сложной функции иммунными клетками гарантирует нам жизнь в полной гармонии с микробиотой ЖКТ.
Оболочка пищеварительного тракта выстлана огромным числом специализированных эндокринных клеток. Они содержат до 20 различных типов гормонов, которые при необходимости могут быть выпущены в кровоток . Если собрать эти клетки вместе, их вес превысил бы вес всех остальных эндокринных органов - половых желез, щитовидной железы, гипофиза и надпочечников - вместе взятых.
Желудочно-кишечный тракт также является крупнейшим хранилищем серотонина: в нем сосредоточено 95% этого важного гормона, имеющегося в организме.
Серотонин - сигнальная молекула, играющая важную роль во взаимодействии мозга и ЖКТ. Серотонин нужен не только для нормальной работы ЖКТ, например для его скоординированных сокращений, продвигающих пищу по пищеварительному тракту, но и для осуществления таких жизненно важных функций, как сон, аппетит, болевая чувствительность и даже настроение и общее самочувствие.
Эта активно участвующая в регулировании нескольких систем головного мозга сигнальная молекула является основной мишенью для большого класса антидепрессантов - ингибиторов обратного захвата серотонина.
Но если единственная функция ЖКТ состоит в управлении пищеварением, тогда зачем в составе его тканей имеется уникальная совокупность специализированных клеток и сигнальных систем? Один из вариантов ответа на этот вопрос может подсказать не слишком пока известная функция ЖКТ - он представляет собой огромный сенсорный орган, имеющий самую большую из всех органов тела поверхность . Если развернуть пищеварительный тракт, он будет размером с баскетбольную площадку, и эта поверхность усеяна тысячами датчиков, которые обрабатывают огромный объем информации, содержащейся в пище. Они делают это при помощи сигнальных молекул, распознающих свойства пищи - сладкая она или горькая, горячая или холодная, острая или нейтральная на вкус.
Пищеварительная система соединена с головным мозгом толстыми пучками нервов, по которым информация может передаваться в обоих направлениях, а также каналами связи через кровоток: гормоны и воспалительные сигнальные молекулы, создаваемые в ЖКТ, доводят сигналы до мозга, а гормоны, вырабатываемые мозгом, передают сигналы различным клеткам ЖКТ - гладким мышцам, нервам и иммунным клеткам, меняя характер их функционирования.
Сигналы, поступающие из пищеварительного тракта в головной мозг, не только создают в нем разные ощущения, вроде насыщения после плотной еды, тошноты, дискомфорта и чувства удовлетворения, но и вызывают ответные реакции головного мозга - сигналы, которые мозг отправляет обратно в ЖКТ, чтобы тот отреагировал определенным образом.
При этом сам мозг эти ощущения не забывает. В его обширных базах данных хранятся внутренние висцеральные ощущения, к которым впоследствии при принятии решений может быть обеспечен доступ. В конечном счете то, что ощущает наш желудочно-кишечный тракт, влияет не только на принимаемые решения: что нам есть, пить и с кем проводить время, но и на то, как мы оцениваем важную информацию, выступая в роли работников, членов жюри и руководителей .
В китайской философии есть концепция инь и ян, согласно которой противодействующие или противоположные силы можно рассматривать как дополняющие и взаимосвязанные, из взаимодействия которых появляется единое целое. Изучая связи мозга с пищеварительным трактом, можно рассматривать внутренние ощущения как инь, а внутренние реакции - как ян.
Связь мозга с ЖКТ подобна связи между инь и ян - они являются двумя взаимодополняющими сторонами одной сущности. И внутренние ощущения, и внутренние реакции - различные аспекты одной и той же действующей в обоих направлениях сети, которую составляют головной мозг и пищеварительный тракт. Она чрезвычайно важна для нашего самочувствия, эмоций и способности принимать интуитивные решения.
Открытие кишечного микробиома
На протяжении нескольких десятилетий мало кто следил за изучением взаимодействия между мозгом и ЖКТ, однако в последние годы такие исследования заняли центральное место. Это смещение акцентов во многом можно объяснить экспоненциальным увеличением объема знаний и данных о бактериях, архебактериях (археях), то есть о сообществе древних микроорганизмов, грибов и вирусов, которые обитают внутри пищеварительного тракта и в совокупности называются кишечной микробиотой.
Численность этих невидимых микроорганизмов огромна: в ЖКТ обитает в 100 000 раз больше микроорганизмов, чем людей на Земле . Мы узнали об их существовании около 300 лет назад, когда голландский ученый Антони ван Левенгук усовершенствовал устройство микроскопа. Взглянув в окуляр на соскобы, взятые с зубов, он увидел живые микроорганизмы. Левенгук назвал их микроскопическими организмами (парамециями, animalcules).
С тех пор прогресс принес огромные технологические изменения, позволяющие нам точнее выявлять и описывать такие микроорганизмы, и большая часть этих достижений выпала на последнее десятилетие. Главную роль в столь бурном прогрессе сыграл проект «Микробиом человека» (The Human Microbiome Project), выполнение которого началось в октябре 2007 г. по инициативе Национального института здравоохранения США (U. S. National Institute of Health) с целью определения и описания микроорганизмов, сосуществующих с людьми.
Этот проект был призван выяснить состав микробных компонентов нашего генетического и метаболического ландшафта и понять, как они способствуют поддержанию нормального состояния нашего организма и формированию предрасположенности к заболеваниям.
В последнее десятилетие микробиота ЖКТ стала объектом изучения почти во всех областях медицины, включая далекие друг от друга психиатрию и хирургию. В нашем мире невидимые сообщества микроорганизмов обитают повсюду - в растениях, животных, почве, жерлах глубоководных вулканов и верхних слоях атмосферы, поэтому ими увлеклись ученые, которые изучают микроорганизмы, живущие в океанах, почвах и лесах. Ажиотаж охватил даже Белый дом, который в 2015 г. собрал ученых со всего мира, чтобы они совместно изучили влияние микроорганизмов на климат, обеспечение продовольствием и здоровье человека.
На момент написания этих строк президент США Барак Обама планировал 13 мая 2016 г. объявить о начале реализации национального проекта «Микробиомная инициатива» (Microbiome Initiative) - аналога запущенной в 2014 г. инициативы BRAIN*, в рамках которой были выделены миллиарды долларов на исследования головного мозга человека.
Польза, которую кишечная микробиота приносит человеку, многообразна . Больше всего исследовано и подтверждено ее участие в переваривании компонентов пищи, с которыми кишечник не может справиться самостоятельно; в регулировании обмена веществ во внутренних органах, переработке и обезвреживании опасных веществ, попадающих в организм с пищей; в тренировке иммунной системы и регулировании ее деятельности; предотвращении вторжения и развития опасных биологических патогенов.
С другой стороны, нарушения и изменения в кишечном микробиоме (микробиоте ЖКТ в совокупности с ее генами и геномами) оборачиваются широким спектром болезней (воспалительные заболевания кишечника, вызванная приемом антибиотиков диарея, астма). Такие сбои даже могут повлиять на возникновение расстройств аутистического типа и таких нейродегенеративных заболеваний головного мозга, как болезнь Паркинсона.
С помощью новых технологий мы обнаруживаем и описываем различные популяции микроорганизмов, живущих на коже, лице, в ноздрях, полости рта, на губах, веках и даже между зубами. Однако местом обитания самых крупных популяций микроорганизмов является желудочно-кишечный тракт, в частности толстая кишка.
В почти лишенном кислорода пищеварительном тракте человека обитают более 100 трлн микроорганизмов - примерно столько же, сколько имеется всех клеток в организме человека, включая эритроциты.
Это означает, что в нашем организме только 10% клеток являются собственно человеческими. (Если включить в эту категорию красные кровяные тельца, эритроциты, доля может оказаться выше - около 50%.)
Если собрать вместе все кишечные микроорганизмы человека и представить их в виде одного органа тела, его вес составит 900–2700 г, что вполне сопоставимо с весом головного мозга (около 1200 г) . Понятно, почему кишечный микробиом иногда называют «забытым органом». В его состав входят 1000 видов бактерий, имеющих более 7 млн генов - до 360 генов бактерий на каждый человеческий ген. Из этого следует, что к человеческим по своему происхождению относится менее 1% всех человеческих и микробных генов (так называемый хологеном, hologenome).
Все эти гены дают микроорганизмам не только огромный потенциал для производства молекул, посредством которых микробиом может взаимодействовать с нами, но и предоставляют впечатляющие возможности вариаций. Кишечная микробиота каждого человека уникальна, состав штаммов и видов составляющих микроорганизмов широко варьирует. То, какие микроорганизмы обитают в каждом конкретном пищеварительном тракте, зависит от многих факторов, в том числе от ваших генов, от микробиоты матери, которую человек в какой-то степени заимствует при рождении, от микроорганизмов, имеющихся у других членов семьи, входящих в контакт с ребенком, от диеты, от работы головного мозга и состояния сознания конкретного человека.
Чтобы в полной мере осознать важнейшую роль, которую микроорганизмы играют в наших телах, следует помнить, откуда они пришли и как связаны с нами, людьми. Об истории этой эволюции в своей книге «Пропавшие микроорганизмы» (Missing Microbes) прекрасно рассказывает Мартин Блейзер.
На протяжении примерно 3 миллиардов лет единственными живыми обитателями на Земле были бактерии. Они заполняли собой каждый клочок земли, каплю воздуха и воды и способствовали осуществлению химических реакций, результаты которых создавали условия для эволюции многоклеточной жизни. Медленно, путем проб и ошибок в течение необъятного по продолжительности времени они изобрели сложные и надежные системы обратной связи, в том числе и наиболее эффективный язык, который до сих пор опосредует всю жизнь на Земле.
Все, что мы уже знаем о микробиоте кишечника, ставит под сомнение ряд традиционных научных воззрений. Это одна из причин того интереса и споров, которые эта тема породила в академической среде и в средствах массовой информации. Эти сомнения и дискуссии в свою очередь стали причиной того, почему некоторые люди задают в настоящее время более серьезные, философские вопросы о влиянии микробиома на жизнь человека.
Не является ли наш организм всего лишь транспортным средством для живущих в нем микроорганизмов? Не манипулируют ли они нашим мозгом, заставляя нас искать и потреблять продукты, которые лучше всего подходят для них? Может ли тот факт, что численность нечеловеческих клеток превосходит число живущих на Земле людей, изменить нашу концепцию человеческой личности?
На кого-то подобные философские рассуждения, безусловно, производят впечатление, но современная наука их не поддерживает. Что, однако, не делает менее серьезными последствия открытий, которые сделали ученые, занимающиеся человеческим микробиомом, за последнее десятилетие. Хотя мы находимся в самом начале пути, открывающегося в результате этих исследований, мы больше не можем считать себя единственным интеллектуальным продуктом эволюции, отличающимся от всех других живых существ на планете.
Подобно тому как революция Коперника в XVI в. коренным образом изменила понимание нашего положения в Солнечной системе, а революционная теория эволюции Дарвина в XIX в. навсегда изменила место людей в животном царстве, наука о микробиоме человека заставляет нас переосмыслить нашу позицию на планете. Согласно новой науке о микробиоме, мы, люди, фактически являемся суперорганизмами, состоящими из неотделимо связанных между собой человеческих и микробных компонентов, чье выживание напрямую зависит один от другого.
Может быть, больше всего в этом открытии нас беспокоит тот факт, что микробные составляющие вносят гораздо более весомый вклад в функционирование этого суперорганизма, чем собственно человеческие. Поскольку наша микробная составляющая через общую биологическую систему тесно связана с различными микробиомами почвы, воздуха, океанов, а микроорганизмы живут в симбиозе почти со всеми другими живыми существами, мы оказываемся прочно и неразрывно вплетены в общую паутину жизни на Земле. Новая концепция микробного суперорганизма уже серьезно повлияла на понимание нашей роли на Земле и многих аспектов здоровья и болезни.
1. Ученые выяснили, что кишечник человека обладает автономностью: если от него отсоединить мозг, то он продолжает жить. Более того, большинство сигналов идет из кишечника в мозг, а не наоборот. 2. У кишечника есть собственная нервная система. Состоит она из нейронов. Ученые называют ее «вторым мозгом». 3. Также они обнаружили связь между состоянием кишечника и тревожностью, …
1.
Ученые выяснили, что кишечник человека обладает автономностью: если от него отсоединить мозг, то он продолжает жить. Более того, большинство сигналов идет из кишечника в мозг, а не наоборот.
2.
У кишечника есть собственная нервная система. Состоит она из нейронов. Ученые называют ее «вторым мозгом».
3.
Также они обнаружили связь между состоянием кишечника и тревожностью, аутизмом, болезнью Паркинсона и Альцгеймера.
4.
То, как управляет нами кишечник, связанно с бактериями, которые в нем живут. Именно они стимулируют в кишечнике выработку тех или иных гормонов. Так, например, если робким мышам пересадить микрофлору мышей авантюристов, то они начинают проявлять больший интерес к исследованию объектов.
5.
Вообще, микроорганизмам выгодно, чтобы мы общались, то есть обменивались микрофлорой. Еще они могут менять чувствительность наших вкусовых рецепторов, чтобы мы ели именно то, что выгодно не нам, а им.
6.
Бактерии бывают вредными и полезными. Чем больше мы едим овощей, фруктов и кисломолочных продуктов, тем лучше у нас микрофлора. Жирная пища и пища с высоким содержанием углеводов обедняет нашу микрофлору. Одни бактерии начинают преобладать над другими и это плохо.
7.
Еще нужно пить пробиотики с полезными бактериями. Это улучшает микрофлору, а значит напрямую влияет на качество жизни: чем лучше микрофлора, тем лучше гормональный фон, а значит — настроение.