Як кишкові бактерії контролюють ваш мозок

Ваш кишківник – це жвава квітуча колонія чужинців. Вони налічують трильйони і включають тисячі різних видів. Багато з цих мікроорганізмів, зокрема бактерії, археї та еукарії, існували задовго до появи людей, еволюціонували разом з нами і зараз у багато разів перевищують кількість наших власних клітин.

Як яскраво висловився у виступі на TEDx Джон Краян, професор анатомії та неврології в Університетському коледжі Корка: “Коли ви йдете до туалету і позбуваєтеся певної кількості цих мікробів, просто подумайте: у вас стає трохи більше людського”.

У сукупності ці легіони мікроорганізмів відомі як “мікробіом” – і вони відіграють відому роль у підтримці нашого фізичного здоров’я, від травлення та метаболізму до імунітету. Вони також виробляють життєво важливі сполуки, які людський організм не в змозі виробити сам.

А як щодо того, що вони безпосередньо пов’язані з нашим розумом?

Автори книги “Чи ясно ви мислите? 29 причин, чому це не так, і що з цим робити” досліджують десятки внутрішніх і зовнішніх факторів, які впливають на наше мислення та маніпулюють ним – від генетики, особистості та упереджень до технологій, реклами та мови. І виявилося, що мікроби, які вважають наше тіло своїм домом, мають дивовижну здатність контролювати наш мозок.

Протягом останніх кількох десятиліть дослідники почали знаходити цікаві, переконливі – а іноді й суперечливі – докази того, що кишковий мікробіом не просто допомагає підтримувати наш мозок у працездатному стані, допомагаючи йому отримувати поживні речовини з їжі, але також може брати участь у формуванні наших думок та поведінки.

Їхні відкриття у майбутньому можуть навіть допомогти розробити нові методи лікування низки психічних захворювань, від депресії та тривожності до шизофренії.

Цей шлях ще дуже далекий від завершення, але після пандемії Covid-19, яка згубно вплинула на психічне здоров’я людей у багатьох частинах світу, розгадати цю головоломку може бути важливішим, ніж будь-коли.

Наш кишківник – дім для різних видів бактерій, деякі з яких, як виглядає, мають безпосередній вплив на наш мозок

Одна з ключових для цієї дослідницької галузі подій відбулася у 19 столітті у Північній Америці. Йшов 1822 рік, і молодий торговець на ім’я Алексіс Сент-Мартін тинявся біля торгової станції у сучасному штаті Мічиган. Поруч з ним випадково вистрілив мушкет і поцілив йому у бік з відстані менше метра.

Його поранення були настільки серйозними, що через рану в його лівому боці вивалилася частина його легенів та шлунка. Смерть здавалася неминучою, але військовий хірург на ім’я Вільям Бомонт приїхав на допомогу та врятував життя Сент-Мартіна, хоча для цього знадобився майже рік та кілька операцій.

Однак Бомонт не зміг загоїти діру в животі свого пацієнта. Ця фістула залишилася похмурим нагадуванням про інцидент для Сент-Мартіна, але Бомонт був із тих, хто не пропустить гарну нагоду – якою б неприємною вона була.

Зрозумівши, що цей отвір відкриває унікальне вікно до людського кишківника, він протягом кількох років досліджував тонкощі травлення Сент-Мартіна. Наскільки охоче його пацієнт погодився на ці досліди – питання відкрите, адже відомо, що Бомонт під час проведення досліджень найняв його до себе як слугу – сьогодні таку домовленість навряд чи вважали б етичною.

Однак серед іншого Бомонт під час свого дослідження дізнався, як на нутрощі впливали емоції їхнього власника, зокрема гнів.

Завдяки цьому відкриттю Бомонт, якого згодом назвуть “батьком гастрофізіології”, розвинув ідею про “вісь кишківник-мозок”, згідно з якою ці органи не є незалежними один від одного, а натомість взаємодіють, причому один впливає на інший і навпаки. А тепер ми знаємо, що мікроорганізми в нашому кишківнику роблять цей процес ще більш складним і вражаючим.

“Все більше і більше досліджень показують, що мікробіом кишківника може впливати на мозок і поведінку різних тварин”, – каже Елейн Сяо, доцентка кафедри інтегративної біології та фізіології Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі (UCLA).

Дослідження того, як саме наш мікробіом може впливати на наш розум – відносно нова сфера, яка, однак, швидко зростає. Протягом останніх 20 років у ній відбувався прогрес, особливо у дослідженнях тварин. І поступово з’являються свідчення того, що ці мікроорганізми є життєво важливою частиною не тільки нашого фізичного “я”, але й нашого психічного та емоційного “я”.

“У медицині ми, як правило, ділимо тіло на частини, – каже Джон Краян. – Тож коли ми говоримо про проблеми з мозком, ми схильні думати про частину зверху від шиї. Але нам потрібно розглядати речі еволюційно. Важливо пам’ятати, що мікроби існували ще до появи людини, тому ми еволюціонували разом із цими “друзями з перевагами”. Ніколи не було такого, щоб мозок існував без сигналів, що надходять від мікробів”.

“Чи можливо, що ці сигнали дійсно важливі для визначення того, як ми почуваємося, як ми поводимося та як діємо? І чи можемо ми впливати на ці мікроби терапевтично, щоб покращити мислення, поведінку та здоров’я мозку?” – запитує він.

Сяо є однією з провідних дослідників у цій галузі, й у своїй лабораторії в Каліфорнійському університеті в Лос-Анджелесі вона дослідила роль цих мікроорганізмів у всьому – від розвитку мозку плода до когнітивних функцій і неврологічних захворювань, таких як епілепсія та депресія. Вона також досліджувала, як ці мікроби можуть впливати на наш мозок і мислення.

“Окремі кишкові мікроби можуть змінювати імунну систему таким чином, що це впливає на мозок, а також виробляють молекули, які передають сигнали безпосередньо нейронам, щоб регулювати їхню діяльність”, – каже вона.

“Ми виявили, що кишкові мікроби можуть регулювати ранній розвиток нейронів, що призводить до тривалого впливу на мозкові ланцюги та поведінку. Ми також виявили, що кишкові мікроби можуть регулювати виробництво біохімічних речовин, таких як серотонін, які активно стимулюють нейронну діяльність”, – пояснює вчена.

Дійсно, дослідження свідчать, що наші мікроби можуть комунікувати з мозком різноманітними шляхами, від імунітету до біохімічних речовин.

Ще один “посередник” – блукаючий нерв, який діє як “швидкісний інтернет” між нашим мозком і внутрішніми органами, включно з кишківником.

Бактерія Lactobacillus rhamnosus JB1, наприклад, покращує настрій тривожних і депресивних мишей. Однак цей сприятливий ефект зникає, коли сигнали, що проходять уздовж блукаючого нерва, блокуються, що свідчить про те, що бактерії можуть використовувати його як шлях зв’язку із мозком.

Дослідження Вільяма Бомонта дали перші підказки про взаємодію між нашим кишківником і мозком

Значну частину досліджень у цій галузі проводять на мишах та інших дрібних тваринах. І, звісно, миші – не люди.

Встановлення причинно-наслідкового зв’язку між мікробними сигналами та змінами в мисленні та поведінці людини дуже складне, а дослідження на тваринах пролили світло на дивні взаємодії між бактеріями та мозком.

Наприклад, одне з досліджень показує, що щури та миші, що не мають жодного мікробіому після вирощування в стерильних умовах, більш схильні до тривожності та менш товариські, ніж ті, у яких мікробіом не порушена.

Також виявилося, що миші без мікробіому та миші, яким давали антибіотики, є більш гіперактивними, схильними до ризикованої поведінки та менш здатними до навчання чи запам’ятовування. Антибіотики, які можуть порушувати мікробіом у тварин, також зменшують схильність до скупчення у косяки у рибок даніо, тоді як пробіотики її підсилюють.

Знову ж таки, людський мозок значно складніший, ніж мозок гризуна чи риби, але вони мають певну схожість, і тому такі дослідження можуть дати вченим підказки.

Логічно, що для бактерій корисно, щоб їхні господарі були більш товариськими та менш тривожними – адже взаємодіючи з іншими людьми, ми сприяємо поширенню бактерій. Тому в еволюційних інтересах мікробів зробити своє середовище максимально сприятливим для виживання.

Але чи дійсно такі дослідження є важливими? Вчені сподіваються, що так. Адже в підсумку краще розуміння цих процесів може привести нас до віднайдення нових методів лікування низки психічних розладів.

“Ми запровадили термін “психобіотики” для медичних втручань, пов’язаних із мікробіомом, які позитивно впливають на людський мозок, — каже Краян. – І таких психобіотичних підходів стає все більше”.

Звичайно, тут також є нюанси. Тоді як деякі штами бактерій, здається, позитивно впливають на людський розум, багато інших – ні, і дослідникам ще потрібно остаточно встановити, чому так відбувається. Людські організми надзвичайно складні, і коли йдеться про мислення та психічне здоров’я, є незліченна кількість інших факторів, які можуть на нього впливати – від генетики до довкілля.

“Нам потрібно провести ще багато масштабних досліджень на людях, щоб врахувати ці індивідуальні відмінності, – каже Краян. – І, можливо, не всі будуть реагувати на конкретну бактерію однаково, тому що в будь-якому випадку у всіх буде дещо різний базовий мікробіом”.

Ці додаткові дослідження також можуть дати нову надію.

“Хороша новина полягає в тому, що свій мікробіом ви можете змінити, тоді як з генетикою багато не зробиш – хіба що звинувачувати своїх батьків, бабусь і дідусів”, – додає Краян.

Дійсно, про- та пребіотичні добавки, прості зміни в дієті – такі як вживання більшої кількості ферментованої їжі та клітковини – і навіть, можливо, медитація, можуть допомогти змінити наш мікробіом таким чином, що це принесе користь нашому розуму.

Філіп Бернет, професор кафедри психіатрії Оксфордського університету, зазначає, що багато психічних розладів пов’язані зі змінами мікробіому. Часто цей дисбаланс або “дисбактеріоз” характеризується зменшенням кількості певних бактерій, особливо тих, що виробляють коротколанцюгові жирні кислоти (наприклад, бутират, який, як вважають, покращує роботу мозку), коли розщеплюють клітковину в кишківнику.

Дослідження 2019 року, яке провела Мірея Валлес-Коломер, мікробіологиня з Льовенського університету у Бельгії, виявило кореляцію між кількістю бактерій, що виробляють бутират, і самопочуттям.

Зокрема, дослідники відзначили в дослідженні, що “бактерії Faecalibacterium і Coprococcus, що виробляють бутират, демонстрували стійкий зв’язок з вищими показниками якості життя. Водночас кількість Coprococcus spp. та Dialister також була меншою при депресії, навіть після поправки на ефект від антидепресантів”.

Антибіотики можуть змінювати поведінку рибок даніо

Досліджень зв’язку між кишківником, мозком і мікробіом на людях наразі відносно мало. І Бернет закликає бути обережними:

“Невідомо, чи це зміна кількості кишкових бактерій викликає поганий настрій, чи кількість мікробів змінюється через те, що люди в депресії можуть змінити свої харчові звички або їсти менше”.

Однак він досліджував, як пребіотики (які стимулюють ріст бактерій) і пробіотики (живі бактерії) потенційно можна буде використати як психобіотики для вирощування популяцій “хороших” бактерій і лікування різноманітних психічних розладів.

Дослідження 2019 року, яке Бернет провів разом із Рітою Баяо, психологинею з Оксфордського університету, та їхніми колегами дійшло до цікавих висновків.

Це дослідження фінансувала компанія, яка виробляє пробіотики, але це було рандомізоване, подвійне сліпе, плацебо-контрольоване дослідження, яке вважають золотим стандартом, під час якого ані учасники, ані дослідники не знають, хто отримує препарати, а хто – плацебо.

У рамках нього вчені дослідили вплив багатовидового пробіотика на емоційні реакції та когнітивні здібності у людей з легкою та помірною депресією. Також вони відстежували їхній настрій до та після експерименту за допомогою опитувальника здоров’я пацієнтів-9 (PHQ-9), який вимірює тяжкість депресії.

Учасники, які не приймали жодних інших ліків, протягом чотирьох тижнів отримували плацебо або пробіотик, який містив 14 видів бактерій, зокрема Bacillus subtilis, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium breve та Bifidobacterium infantis.

Результати вразили дослідників – зокрема тим, що учасники, які приймали пробіотики, відчули значне суб’єктивне покращення настрою порівняно з групою, яка отримувала плацебо, що, по суті, зменшило їхню депресію згідно з PHQ-9. Водночас змін у рівні тривожності в учасників не спостерігали.

Це було невелике дослідження (за участю 71 учасника), тож для підтвердження причинно-наслідкового зв’язку потрібно провести додаткові дослідження.

Але воно свідчить про те, що “психобіотики” одного разу можуть стати корисними для людей, які страждають на депресію – особливо тих, хто не бажає звертатися за медичною допомогою або приймати традиційні антидепресанти, каже Бернет. Психобіотики не замінять наявні ліки, але з часом можуть стати корисним доповненням.

“Тільки час покаже, чи будуть у нас психобіотики, – каже Бернет. – Але ця галузь дійсно рухається вперед. Однак нам потрібно більше досліджень на людях із більшою кількістю учасників”.

І потенціал психобіотиків приваблює багатьох.

“Ми також привернули великий інтерес громадськості, – додає Бернет. – Люди надзвичайно зацікавлені в підтримці свого здоров’я та добробуту за допомогою натуральних добавок, а стимулювання росту корисних бактерій для підтримки психічного здоров’я захопило уяву широкої громадськості. Особливо зараз, коли люди більше тривожні та депресивні внаслідок пандемії”.

Разом з Емі Чіа-Чінг Као та іншими науковцями Бернет також досліджував роль цих мікроорганізмів у розвитку психозу та те, чи можуть пребіотики, які сприяють росту бактерій у кишківнику, допомогти людям із цим захворюванням мислити чіткіше.

Багато людей знають, що психоз може викликати галюцинації, марення і відрив від реальності. Але люди з психозом також часто мають проблеми з когнітивними функціями, такими як увага, пам’ять і здатність розв’язувати задачі, що може вплинути на їхню здатність працювати та підтримувати стосунки.

Хоча для лікування галюцинацій і марення є ліки, покращити когнітивні порушення у хворих виявилося складніше.

Проте подвійне сліпе плацебо-контрольоване перехресне дослідження Бернета та Чіа-Чінг Као запропонувало можливі варіанти.

“Ми виявили, що призначення пребіотиків людям із психозом дійсно покращило когнітивні функції відповідно до клінічних шкал”, – каже Бернет.

На початку дослідження учасники приймали ліки і не мали психотичних симптомів, але відчували когнітивні порушення, типові для психозу. Протягом 12 тижнів їм давали пребіотик або плацебо, і тим часом вимірювали їхній метаболізм, імунітет і рівень когнітивних порушень.

Після закінчення 12 тижнів їх поміняли місцями, тож обидві групи однакову кількість часу отримували пребіотики та плацебо.

У результаті дослідження був помітний ефект. Пребіотик покращив загальну когнітивну функцію, зокрема увагу та здатність розв’язувати задачі, й дослідники дійшли висновку, що покращення було достатнім для підвищення соціального та психічного добробуту.

Водночас вони не знайшли жодних доказів зміни імунітету чи метаболізму в учасників, тому було незрозуміло, як саме пребіотик міг викликати такий ефект. Але це дослідження стало ще одним кроком до розуміння зв’язку між нашим мікробіомом та психічним здоров’ям, а також потенційної розробки нових методів лікування розладів, які впливають на наше мислення.

Також є натяки на те, що кишкові бактерії можуть мати ширший вплив на когнітивні навички. Загальновідомо, що антибіотики порушують кишкову мікрофлору, але чи впливають вони на наші когнітивні здібності?

Одне нещодавнє дослідження, під час якого спостерігали за станом здоров’я та самопочуттям 14 542 жінок-медсестер протягом кількох років під час їхньої роботи, виявило, що ті, хто вживав антибіотики протягом тривалого періоду часу (понад два місяці), показали нижчі результати на когнітивних тестах, ніж ті, хто такі ліки не приймав.

Важливо, що когнітивні функції жінок, які приймали антибіотики, також були дещо гіршими, коли їх перевірили через сім років. Дослідники вважають, що це могли спричинити зміни в кишківнику, викликані антибіотиками.

Кишкові мікроби можуть навіть впливати на наші соціальні взаємодії

Це захоплива, але дуже складна сфера, дослідження потребують фінансування, і попереду у науковців ще дуже довгий шлях.

Тим часом, мабуть, усім нам слід приділяти трохи більше уваги своєму кишківнику. Гарним початком може стати середземноморська дієта з високим вмістом клітковини, особливо з овочів. Також корисними будуть ферментовані продукти, такі як кімчі та кефір.

Під час невеликого дослідження за участю 45 учасників Краян і його колеги пересвідчилися, що ті, хто дотримувався дієти, яка включала багато клітковини, пребіотиків і ферментованих продуктів (таких як цибуля, йогурт, кефір і квашена капуста), відчували менший стрес, ніж контрольна група, яка дотримувалася іншої дієти.

“У ферментованих продуктах мені подобається те, що вони демократизують науку, – каже Краян. – Вони недорогі і їх не треба купувати у модних магазинах. Їх можна зробити самим. Ми хочемо мати можливість допомагати людям з усіх соціально-економічних прошарків суспільства”.

“Ці мікроби – наші попутники”, – додає Краян. Нам варто про це пам’ятати – як заради фізичного, так і, цілком можливо, психічного здоров’я.

Також на цю тему

Довготривалий COVID-19 може “зістарити” мозок на 20 років

Про це заявили вчені Ліверпульського університету. Вони провели дослідження, яке демонструє, що пацієнти з важкою формою COVID-19 через рік після хвороби фіксували погрішення розумової активності. Зокрема, вони гірше мислили, були менш активним та страждали на психічні розлади.

“Коронавірус може зістарити мозок на 20 років життя, а в деяких випадках мозок пацієнтів нагадує серйозну травму голови”, – ідеться у дослідженні.

Ще на початку поширення інфекції учені повідомляли про можливу “туманність мозку”, втому та появу різних когнітивних проблем у пацієнтів після того, як вони перехворіли на COVID-19.

Згідно з дослідженням, 46% пацієнтів з COVID-19, мали подібні проблеми.

Деталі дослідження

Учасники викнували прості тести на перевірку когнітивних здібностей, а також вони здавали аналіз крові та проходили сканування мозку.

Виявилось, що деякі ділянки людського мозку, що пов’язані з увагою, зменшилися в обсязі, а низка біомаркерів показали наявність черепно-мозкової травми.

Ба більше, довготривалий коронавірус ніби зістарював мозок людини на 20 років.

Наразі учені ще не встановили, чи є ці наслідки оборотними, чи згодом мозок відновлює свої здійбності. Водночас, уже зрозуміло, що “туманність мозку” – не просто збіг, а реальний симптом багатьох пацієнтів з COVID-19.

Важливо! Цей матеріал має винятково загальноінформаційний характер і не може бути основою для встановлення діагнозу або медичних висновків. Публікації на сайті засновані на останніх актуальних і науково обґрунтованих дослідженнях у сфері медицини. Але якщо Вам потрібні встановлення діагнозу або медична консультація, обов’язково зверніться до лікаря.