Jesteś terapeutą?




Nerw błędny, złe bakterie i mózg

Jak sterować biomem jelitowym, żeby odzyskać kontrolę nad mózgiem?

09 styczeń 2018
Artykuł na: 17-22 minuty mikrobiom

Pogląd, że jelito grube jest jedynie składowiskiem toksycznych odpadów, które zatruwają organizm i stanowią główną przyczynę chorób na świecie, istnieje w medycynie od zarania jej dziejów. Przy takim założeniu rozsądne wydawało się wypłukiwanie złogów, do czego służyły coraz wymyślniejsze urządzenia. Chociaż ten rodzaj zabiegów jest popularny również dzisiaj, a ich stosowaniem chwalą się nawet celebryci, to niepobitym rekordzistą pozostaje w tej dziedzinie król Francji Ludwik XIV, któremu aplikowano nawet 200 lewatyw rocznie. Cóż, nikt wtedy nawet nie przypuszczał, że w ten sposób pozbawiano władcę mikrobów cennych dla zdrowia.

Jelito to nie tylko miejsce zalegania złogów, to także środowisko życia niezliczonej liczby mikroorganizmów, niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania ludzkiego organizmu1. Wszyscy jesteśmy świadomi obecności bakterii jelitowych, ale niewiele osób orientuje się, jak licznie są one tam reprezentowane - u człowieka liczba komórek bakteryjnych w jelicie jest sto razy większa od liczby wszystkich komórek ciała, a ich łączna masa sięga trzech kilogramów. W dodatku nie zadowala ich pożywianie się na resztkach i produktach odpadowych - mają swoje potrzeby, specyficzne wymagania, a nawet zachcianki. By je spełnić, manipulują gospodarzem!

Jak to robią, pozostaje w szczegółach niewyjaśnione, ale podstawowy mechanizm działania został już poznany - wydzielają rozmaite substancje chemiczne, działające na nerw błędny, nazwany tak, bo błądzi licznymi odnogami na długiej drodze od jelita do mózgu. Poprzez ten nerw bakterie jelitowe wpływają nie tylko na nasz apetyt, ale także na nastrój i stan psychiki.

"Mikroby potrafią zmieniać nasze zachowanie oraz nastrój przez oddziaływanie na strukturę neuroprzekaźników i receptorów smaku, a także przez wydzielanie toksyn, negatywnie oddziałujących na nasze samopoczucie, i substancji, które powodują, że czujemy się dobrze" - mówi dr Athena Aktipis, jedna z autorek pracy opisującej, jak bakterie jelitowe wpływają na nasze nawyki żywieniowe2.

Jak to się zaczęło?

Pionierem badań nad wpływem bakterii jelitowych na funkcjonowanie mózgu jest Mark Lyte, który rozpoczął swe badania w końcu lat 80. zeszłego wieku na uniwersytecie w Pittsburghu. Stwierdził on, że wśród licznych substancji produkowanych przez bakterie jelitowe znajdują się też neuroprzekaźniki, takie jak dopamina, serotonina i kwas gamma-aminomasłowy (GABA). Stąd już niedaleko było do hipotezy, że flora bakteryjna jelit może mieć wpływ na centralny układ nerwowy. Początkowo prace te przyjmowano dość sceptycznie, a sam pomysł przerabiania i badania kilogramów kału wydawał się mało atrakcyjny.

Dzisiaj jednak badania takie prowadzi wiele ośrodków naukowych, a ich wyniki coraz bardziej zaskakują. Zgromadzone dane wskazują, że pomiędzy mózgiem a jelitami istnieje silne, uwarunkowane biochemicznie sprzężenie zwrotne. Dzięki temu fizyczne i psychiczne czynniki stresogenne mogą wpływać na skład i aktywność metaboliczną flory bakteryjnej. Z kolei eksperymentalnie wywołane zmiany w środowisku jelita wpływają na nasze emocje i zachowanie, co prowadzi do spekulacji, częściowo potwierdzonych już w badaniach na zwierzętach, że stan flory jelitowej może mieć znaczenie w patogenezie takich chorób jak depresja, autyzm, nadpobudliwość czy ból psychosomatyczny. A to otwiera zupełnie nowe perspektywy przed neurofizjologią i neurologią3.

Obserwacje na myszach

Grupa badaczy z Uniwersytetu Cork w Irlandii i Uniwersytetu McMaster w Kanadzie opublikowała w 2011 r. wyniki badań prowadzonych na myszach. Zwierzęta wrzucano do wypełnionych wodą pojemników, z których nie mogły się wydostać, i mierzono czas, po którym przestawały pływać - innymi słowy, oceniano optymizm myszy i ich wiarę, że wytrwałe pływanie przyniesie im w końcu ratunek (podobnie testowano popularne antydepresanty, np. prozac). Wcześniej jednak wydzielonej grupie gryzoni podawano przez kilka tygodni bakterie Lactobacillus rhamnosus, obecne w mlecznych produktach fermentowanych.

Dodajmy, że bakterie te kolonizują jako pierwsze jelita noworodka w trakcie porodu. Wykazano nawet, że samice myszy poddawane stresowi w czasie ciąży przekazują młodym mniej bakterii niż te, których spokoju nic nie zakłócało. I co się okazało? Gryzonie wspomagane bakteriami pływały dłużej, czyli demonstrowały większy optymizm i były mniej zestresowane niż myszy z grupy kontrolnej - jak mówi pomysłodawca badań dr John Cryan, zachowywały się tak, jakby najadły się prozacu4.

Bakterie Lactobacillus syntetyzują znaczne ilości kwasu gamma-aminomasłowego (GABA), organicznego związku z grupy aminokwasów, który pełni funkcję głównego neuroprzekaźnika o działaniu hamującym w układzie nerwowym. GABA obniża próg reaktywności neuronów, co sprawia, że słabsze bodźce nie są przewodzone. Odpowiednie stężenie GABA umożliwia koncentrację, zwiększa efektywność przyswajania informacji, przynosi uczucie odprężenia, zapobiega bólom i skurczom mięśni podczas wysiłku fizycznego - czyli zapewnia wszystko, czego potrzebowały myszy wrzucone na głęboką wodę.

Nietypowa droga

Mózg jest strukturą odizolowaną, a przez barierę krew-mózg przedostają się tylko niektóre cząstki, głównie te, które go odżywiają - GABA i inne neuroprzekaźniki do nich nie należą. Niemniej jednak sygnały chemiczne wysyłane przez bakterie jelitowe docierają do mózgu. Odbywa się to za pośrednictwem nerwu błędnego, którego gałęzie zlokalizowane są w ścianach jelit. Poprzez ten nerw sygnały przetworzone na impulsy elektryczne przekazywane są do mózgu.

Przedstawiony szlak jest nazwany osią jelitowo-mózgową. Odgrywa on istotną rolę w patofizjologii chorób układu pokarmowego, zwłaszcza w powstawaniu stanów zapalnych jelit, a także kontrolowaniu apetytu i rozwoju otyłości. Wszelkie zaburzenia w funkcjonowaniu jelit spowodowane przez impulsy z centralnego układu nerwowego, jak choćby zmiana ich motoryki, wpływają na środowisko życia biomu jelitowego i prowadzą do zmiany liczebności poszczególnych gatunków bakterii - niektóre z nich kiepsko sobie radzą w warunkach stresu, inne właśnie wtedy intensywnie się rozwijają i namnażają.

Jednym ze związków pobudzających wzrost niektórych z nich jest norepinefryna, uwalniana w organizmie ssaków pod wpływem stresu. Dalsze badania wykazały, że wszelkie zaburzenia w składzie flory bakteryjnej jelit mogą prowadzić do zmian biochemicznych w mózgu, co wpływa na zachowanie. "Jak na razie poruszamy się trochę po omacku i po powierzchni zjawisk" - mówi dr Premysl Bercik z Uniwersytetu McMaster.

"Kuszący jest pomysł, aby przez celowe zmiany w obrębie flory bakteryjnej wpływać na zdrowie psychiczne pacjenta, ale nie bardzo wiemy, jaki jej skład należy uznać za prawidłowy, a wszelkie eksperymenty były jak dotąd prowadzone tylko na gryzoniach i małpach".

Powróćmy do myszy

W swoich badaniach dr Bercik wykazał, że myszy ze szczepu BALB/c, z natury bardzo płochliwe, po podaniu im koktajlu antybiotykowego (neomycyna i bacitracyna), co znacznie zmieniło skład ich biomu jelitowego, stały się odważne i ciekawskie, a w ich mózgach stwierdzono podwyższony poziom syntetyzowanego tam czynnika neurotroficznego (BDNF), wspomagającego pamięć i poprawiającego nastrój. Po odstawieniu antybiotyków zarówno zachowanie myszy, jak i poziom BDNF wracały do normy. Jednak gdy płochliwym myszom podawano w formie suplementów probiotyczny szczep Lactobacillus rhamnosus, na powrót stawały się śmiałe i pewne siebie.

W kolejnych badaniach wykorzystano dwa różne szczepy myszy - lękliwe BALB/c oraz odważne i ciekawskie NIH Swiss. Wyjściowo wszystkie zwierzęta pochodziły z hodowli germ-free, czyli zostały pozbawione flory bakteryjnej. Następnie podano im koktajl bakteryjny - myszom BALB/c bakterie z myszy NIH Swiss, a myszom NIH Swiss - z BALB/c. Okazało się, że zachowanie myszy nie zależy od tego, do jakiego szczepu należą, tylko liczy się to, jakie bakterie skolonizowały ich jelita5.

Bibliografia

  1. Smith P.A., The New York Times Magazine, June 2015
  2. Bioessays, 2014, 36(10)
  3. Mayer E.A. i wsp., J.Neurosc., 2014, 34(46)
  4. Cryan J. i wsp., Proc.Natl.Acad.Sc., 2011, 108(38)
  5. Bercik P. i wsp., Gastroenterology, 2011, 141(2)]
  6. Foster J.A. i Mac Vey-Neufeld K.A., Trends Neurosc., 2013,36(5)]
  7. Benton D. i wsp., Eur.J.Clin.Nutr., 2007, 1(3)
  8. Messaoudi M. i wsp., 2011, Br.J.Nutr. 105
  9. Kato-Kataoka A. i wsp., Appl.Environ.Microbiol., 2016, 82
  10. Tillisch K. i wsp., Gastroenterology, 2013, 144
  11. Zhang Y. i wsp., Int.J.Mol. Sci., 2015, 16(4)]

W innych badaniach wykazano, że wprowadzenie do jelita ślepego myszy jednego z nieinwazyjnych, patogennych szczepów bakterii, które normalnie w nim nie występują, wywoływało reakcję w ich mózgach - dochodziło do aktywacji jąder pnia mózgu, a myszy wykazywały nadpobudliwość i niepokój.

Badania na gryzoniach zainfekowanych bakterią Helicobacter pylori (uważaną za przyczynę wrzodów żołądka u ludzi) także ujawniało zmiany w ich zachowaniu, które można było odwrócić przez podanie bakterii Lactobacillus rhamnosus i Lactobacillus helveticus6. Zaproponowano nawet, by bakterie takie jak Lactobacillus zaliczyć do psychobiotyków, czyli żywych organizmów, które po zasiedleniu jelita wpływają pozytywnie na stan psychiczny gospodarza. Do tej grupy należą także bakterie Bifidobacteria i Mycobacterium. Tego typu mikroorganizmów jest niewątpliwie więcej, ale nie zostały jeszcze opisane - flora bakteryjna jelit do dziś nie jest poznana, a zasiedlające jelita beztlenowce szczególnie trudno wyizolować i hodować.

Pomogą nam bakterie?

Analogicznych badań z udziałem ludzi jest niewiele. Jedno z najwcześniejszych dotyczyło 124 pacjentów, u których stwierdzono subiektywnie odczuwane złe samopoczucie i pogorszenie nastroju, będące skutkiem chronicznych zaparć. Połowa uczestników eksperymentu otrzymywała codziennie napój mleczny z kulturą Lactobacillus casei, pozostali - placebo. Po trzech tygodniach badani z pierwszej grupy raportowali polepszenie nastroju, szczególnie wyraźne u osób, które wcześniej oceniały swoje samopoczucie jako wyjątkowo złe.

Podawanie bakterii nie wpłynęło jednak na częstość wypróżnień, nie znosiło więc fizycznej przyczyny złego samopoczucia. Z drugiej strony wspomagani bakteriami pacjenci nieco gorzej wypadali w testach pamięci, co autorzy badań składają na karb przypadku7. W trakcie jednego z badań podawano ochotnikom przez 30 dni bakterie Lactobacillus helveticus i Bifidobacterium longum. Po zakończeniu eksperymentu uskarżali się oni rzadziej na złe samopoczucie, kiepski nastrój i stres niż badani z grupy kontrolnej.

Analiza próbek moczu pobranych przed i po podaniu bakterii wykazała, że znacznie obniżył się w nich poziom wolnego kortyzolu, czyli hormonu stresu, a zatem subiektywne wrażenia badanych znalazły obiektywne potwierdzenie. W odróżnieniu od badań Bentona nie stwierdzono pomiędzy obiema grupami różnic w wynikach testów sprawdzających zdolność uczenia się i pamięć8.

Szczep Lactobacillus casei wykorzystano niedawno w badaniach nad stresem akademickim u japońskich studentów medycyny. Połowie badanych przez 8 tygodni poprzedzających bardzo trudne końcowe egzaminy podawano placebo, pozostałym - koktajl z bakteriami. Dzień przed egzaminem w surowicy krwi studentów suplementowanych bakteriami stwierdzano wyraźnie niższy poziom kortyzolu, a w ich kale - zwiększony poziom serotoniny.

Studenci z tej grupy nie skarżyli się na bóle brzucha, bezsenność i inne typowe objawy stresu akademickiego9. Podobne wyniki uzyskiwano również w innych badaniach poświęconych wpływowi psychobiotycznych bakterii jelitowych na nasze samopoczucie. Dzięki zastosowaniu funkcjonalnego rezonansu magnetycznego, pozwalającego badać aktywność mózgu, udało się wykazać, że u suplementowanych bakteriami osób zmniejsza się reaktywność neuronów na sygnały o charakterze emocjonalnym10.

Ostatnio kilka zespołów naukowych zajęło się problemem zaburzeń autystycznych (autism spectrum disorder, ASD). Charakteryzują się one powtarzalnością zachowań, często destrukcyjnych, zaburzeniami komunikacji oraz zmniejszeniem możliwości nawiązywania więzi społecznych. "Jak dotąd, autyzm postrzegany był jako choroba genetyczna lub zaburzenie funkcji mózgu, ale nowe badania wskazują, że może być skutkiem zaburzeń składu i funkcjonowania flory jelitowej" - stwierdza jeden z liderów badań, profesor Sarkis Mazmanian z California Institute of Technology.

U dzieci autystycznych flora bakteryjna jelit jest mniej zróżnicowana, obserwuje się nadmierne namnażanie bakterii Clostridium i Desulfovibrio przy równoczesnym spadku liczebności bakterii Bifidobacteria. Jak wiadomo, bakterie Clostridia wydzielają egzotoksyny wzmagające objawy autyzmu. Poziom 50 substancji wytwarzanych przez biom jelitowy jest różny w kale dzieci z autyzmem i dzieci zdrowych11. U myszy z wywołanymi eksperymentalnie objawami autyzmu, a także wykazującymi rozmaite dysfunkcje jelit, wskutek podania bakterii Bacteroides fragilis doszło do zmiany zachowania - stały się mniej agresywne i nawiązywały kontakt z innymi osobnikami.

Trzeba jednak dodać, że hipoteza "jelitowej patogenezy autyzmu" ma wielu krytyków, a oferowane chorym terapie bakteryjne wymagają dalszych badań. Zestaw bakterii jelitowych na autyzm? Koktajl z psychobiotyków, który poprawia nastrój? Brzmi obiecująco, ale profesor Mazmanian studzi entuzjazm. "Nasze badania są jeszcze w powijakach. Byłbym szczęśliwy, gdyby okazało się, że bakteryjna flora jelitowa jest lekarstwem na wszystko. Ale bardzo w to wątpię".

Mirosław Redlicki

Wczytaj więcej
Polub
Dołącz do nas na Facebooku:
Dołącz do naszego Newslettera i odbierz prezent:
Budujemy Dom
Nasze magazyny