когда те питаются остатками перевариваемой пищи, желчными кислотами, секретируемыми печенью в кишечник, или покрывающей его стенки слизью. Фактически микробиота кишечника также участвует в диалоге ЖКТ и головного мозга, используя сложный биохимический язык. Симбиотические отношения между микроорганизмами ЖКТ и их хозяевами оказались настолько выгодными для обоих партнеров, что они законсервировались практически у каждого многоклеточного животного, обитающего сейчас на Земле, – от муравьев, термитов и пчел до коров, слонов и людей.
Ученые вдруг поняли, что основные пищеварительные функции появлялись и сохранялись на протяжении сотен миллионов лет, микробы развили у нас новый эволюционный интеллект, который оказался запрограммированным в нашем пищеварительном тракте и энтеральной нервной системе. Теперь становится понятным, почему взаимосвязь между микроорганизмами, ЖКТ и головным мозгом у человека является такой сложной.
Симбиоз микроорганизмов и их хозяев, сформировавшийся в простейшей форме миллионы лет назад, продолжает осуществляться в организме человека и сегодня. Микроорганизмы оказываются в выигрыше благодаря возможности наслаждаться выгодами жизни в пищеварительном тракте, где они всегда получают пищу, обитают в условиях умеренной температуры и имеют возможность быстро осваивать новые пищевые территории вместе с человеком.
Они также выигрывают и от бесплатного подключения к трафику нашего «внутреннего интернета» – постоянному потоку информации, передаваемой с помощью гормонов, гастроинтестинальных пептидов, нервных импульсов и других химических сигналов.
Эта информация позволяет им следить за эмоциональными состояниями, уровнями стресса, знать, спит человек или бодрствует, а также о том, какие условия окружающей среды воздействуют на него в каждый момент времени. Доступ к этой информации помогает микроорганизмам наладить производство метаболитов не только для обеспечения оптимальных условий жизни для себя, но и для продолжения гармонического сосуществования в пищеварительном тракте единого суперорганизма.
За эти блага микроорганизмы обеспечивают нас витаминами, участвуют в метаболических процессах обмена сложными пищеварительными ферментами, например, желчными кислотами, которые вырабатывает печень, и в детоксикации так называемых ксенобиотиков (чужих химических веществ, с которыми организм никогда не сталкивался) вместе с печенью.
Но самое главное – микроорганизмы переваривают пищевые волокна и сложные молекулы сахара, которые пищеварительная система не может сама расщепить или абсорбировать, и тем самым обеспечивают нас дополнительными калориями, которые иначе были бы выведены с калом.
В доисторические времена люди больше времени уделяли охоте и вообще поиску еды. Они не занимались спортом для того, чтобы влезать в узкие джинсы, просто дополнительные калории, которые кишечная микробиота извлекала из пищи, помогали людям выжить.
Влияние физиологии на психологию
Изучая влияние нашего микробиома на ось кишечник – мозг, исследователи задались вопросом: влияют ли бактерии в нашем кишечнике на наши психологию и поведение?
У людей гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая система является основным ответчиком на стресс любого вида. Это часть лимбической системы, которая активно участвует в эмоциях и памяти. Стресс приводит к высвобождению кортизола – «гормона стресса», который оказывает различные эффекты на многие органы, включая головной мозг и кишечник. Через кортизол реакция мозга на стресс влияет на клетки кишечника, иммунные клетки, энтеральные нейроны и энтерохромаффинные клетки (клетки, синтезирующие серотонин). Одновременно все эти клетки также находятся под влиянием наших бактерий. Так что между бактериями и нервной системой происходит двусторонний диалог.
Какие изменения в функциях мозга связывают с микробиомом? Приведем примеры последних открытий в этой области. Дети с аутизмом часто имеют ненормальный и менее разнообразный состав бактерий в кишечнике. Обнаружено, что кишечные микроорганизмы могут изменять уровень метаболитов, связанных с нейромедиаторами, которые влияют на взаимосвязь между кишечником и мозгом, и/или изменяют функционирование мозга.
Исследователи 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 воздействует на функции памяти.
Стерильные мыши стали основой для изучения оси микробиом – кишечник – мозг. На одних изучали влияние нейроактивных веществ, вырабатываемых микрофлорой кишечника; на других изучали отличия состава микрофлоры кишечника у людей с психиатрическими или неврологическими заболеваниями.
Выяснилось, что стресс увеличивает проницаемость слизистой оболочки кишечника; это обеспечивает бактериям более легкий доступ к клеткам энтеральной иммунной и нервной системы, хотя есть и другой, более прямой путь.
Используя пищевые токсины, ученые обнаружили, что бактерии в кишечнике могут активировать стресс, непосредственно воздействуя на блуждающий нерв, который иннервирует верхнюю часть пищеварительного тракта. Исследования 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.
Еще одно исследование обнаружило, что возрастное ухудшение памяти у грызунов может быть обращено вспять с помощью повышения уровней микроорганизмов в кишечнике с помощью пробиотиков. Авторы пришли к выводу о том, что кишечным микробиомом можно манипулировать с целью положительного воздействия на функционирование нейронов.
Как микробы кишечника влияют на работу мозга? Бактерии, населяющие наш кишечник, не могут проникать за его пределы, если он не поврежден, поэтому в нормальной ситуации они не контактируют с остальным телом напрямую. Тем не менее, бактерии и отходы, которые они выделяют в процессе своей жизнедеятельности, связаны с органами тела множеством путей.
Поговорим подробнее, как это происходит. Один пример. Короткоцепочечные жирные кислоты могут влиять на производство гормонов в кишечнике и тем самым косвенным образом воздействовать на те зоны в мозгу, которые подвергаются влиянию этих гормонов. Другой пример. Иммунные клетки присутствуют на внешней стенке кишечника и могут запускать отростки внутрь него, регистрируя изменения в кишечной среде, например, количество и качество бактерий. Зафиксировав дисбаланс, иммунные клетки начинают испускать сигналы, которые через кровоток достигают мозга.
В норме постоянная связь между бактериями и мозгом не вредит человеческому здоровью, поэтому эволюция сделала так, чтобы мы ничего не знали о своей бактериальной флоре.
Бактерии, из которых состоит микробиом, постоянно конкурируют за место в экосистеме кишечника. В первые годы жизни человека между бактериями разных видов устанавливается баланс, после чего серьезных колебаний относительной численности бактерий разных видов уже не происходит.
Соотношение бактерий в микробиоме разнится от человека к человеку, поэтому не существует определенного состава микробиома, который можно было бы назвать «правильным» для всех. Однако индивидуальный баланс зависит и от вредных привычек конкретных людей. Рацион питания сильнее всего влияет на типы бактерий, доминирующие в кишечнике, и большие перемены в рационе могут изменить и бактериальный состав микробиома. Или желудочная инфекция, то есть временное присутствие чужеродных микроорганизмов, которые вытесняют один или несколько видов привычных бактерий, может повлиять на микробиом, вызвав дисбаланс. Лечение таких инфекций антибиотиками тоже может
