Кишечник и мозг. Как кишечные бактерии исцеляют и защищают ваш мозг

Я подробнее остановлюсь на биологии «второго мозга» далее. В следующих главах вы познакомитесь с биологическими функциями, включающими участие микрофлоры кишечника. Несмотря на то что многие из этих функций кажутся очень далекими друг от друга (например, то, чем занимаются иммунные клетки организма, и то, сколько инсулина «откачивает» поджелудочная железа), скоро вы поймете, что у них общий знаменатель – микроорганизмы, населяющие кишечник. Во многих отношениях их можно назвать «охранниками» и «управляющими» организма. Они формируют «главный штаб». Это неизвестные герои и партнеры, поддерживающие здоровье человека и управляющие физиологическими процессами в организме, о чем вы, вероятно, даже никогда не задумывались.

Чтобы установить взаимосвязь между кишечником и мозгом, давайте рассмотрим общую реакцию организма на стресс как физический (например, когда вы бежите прочь от вооруженного грабителя, влезшего к вам в дом), так и психоэмоциональный (например, когда избегаете спора с боссом). К сожалению, организм не проводит различия между двумя этими видами стресса, именно поэтому ваше сердцебиение одинаково учащается, когда вы готовы убегать от грабителя и когда стоите на пороге кабинета начальника. Обе ситуации воспринимаются организмом как стрессовые, хотя только одна из них – нападение грабителя – несет реальную угрозу для существования. В обоих случаях в организме происходит мощный выброс естественных стероидов и адреналина, а иммунная система освобождает химические «мессенджеры» под названием «воспалительные цитокины», которые приводят систему в состояние боевой готовности. Эта схема эффективно работает в случаях единичной угрозы, но что происходит, когда организм находится в состоянии хронического стресса (или думает, что находится)?

Наверное, убегать от грабителей нам приходится все-таки не так часто, но физический стресс также включает взаимодействие с потенциально смертельными токсинами и болезнетворными микроорганизмами. А мы можем ежедневно подвергать этому организм, когда употребляем те или иные продукты питания. Хотя организм не переключается в режим «бей или беги» с учащением сердцебиения, когда сталкивается с веществами или ингредиентами, которые ему не нравятся, но он практически всегда дает собственный иммунный ответ. Постоянная активация иммунной системы и воспалительная реакция в результате взаимодействия с такими веществами может привести к хроническим болезням, от заболеваний мозга и сердца, таких как болезнь Паркинсона, рассеянный склероз, депрессия и деменция, до аутоиммунных расстройств, таких как язвенный колит и рак. В следующей главе мы рассмотрим этот процесс более детально, но сейчас вам стоит уяснить, что причина всех болезней – воспалительный процесс, вышедший из-под контроля. А контроль над ним осуществляет иммунная система. Однако при чем здесь микрофлора кишечника?

Она регулирует иммунный ответ, управляет им, то есть имеет самое непосредственное отношение к воспалительному процессу, происходящему в организме. Остановимся на этом подробнее.

Хотя каждый из нас постоянно находится под угрозой со стороны вредоносных химических веществ и возбудителей инфекций, мы обладаем удивительной системой защиты – иммунитетом. При ослабленной иммунной системе человек моментально становится жертвой многочисленных потенциальных возбудителей заболеваний. Если иммунная система не функционирует должным образом, даже простой укус комара может оказаться смертельно опасным. Но если не брать такие внешние события, как укус комара, каждая часть нашего организма населена патогенными организмами, потенциально опасными для жизни, которые, если бы не иммунная система, вполне могли бы вызвать летальный исход. При этом важно понимать, что иммунная система функционирует оптимально, когда находится в балансе.

Сверхактивность иммунной системы может привести к таким осложнениям, как аллергические реакции, которые в крайнем проявлении бывают настолько интенсивными, что могут спровоцировать анафилактический шок, чреватый смертельным исходом. Кроме того, при нарушении функций иммунной системы она может перестать распознавать обычные белки собственного организма и начать атаковать их. Это и есть механизм возникновения аутоиммунных заболеваний. Традиционные методы их лечения – препараты, агрессивно подавляющие функции иммунной системы, что часто ведет к серьезным негативным последствиям, в том числе изменению состава микрофлоры кишечника. Действие иммунной системы проявляется в ситуации, когда организм пациента отторгает трансплантированный орган, который должен спасти ему жизнь. И именно иммунная система помогает организму обнаруживать и уничтожать раковые клетки – этот процесс идет внутри вашего организма прямо сейчас.

Кишечник обладает собственной иммунной системой, так называемой кишечно-ассоциированной лимфоидной тканью (КАЛТ, или GALT). На нее приходится 70–80 % иммунной системы организма. Это красноречивее всего говорит о важности – и уязвимости – нашего кишечника. Если бы то, что в нем происходит, не оказывало такого важного влияния на жизнедеятельность человека, не было бы необходимости, чтобы значительная часть иммунной системы располагалась именно в кишечнике, защищая организм.

Причина, по которой большая часть иммунной системы расположена в кишечнике, проста: стенка кишечника представляет собой границу с внешним миром. Не считая кожного покрова, именно здесь у организма самая высокая вероятность взаимодействия с инородными для него веществами и организмами. Кроме того, здесь поддерживается постоянная коммуникация с каждой клеткой иммунной системы в организме. Если клетка сталкивается с «подозрительным» веществом в кишечнике, она приводит в состояние «боевой готовности» всю иммунную систему.

Одна из важных тем, о которых упоминается в книге, – необходимостьсохранения целостности этой нежной стенки кишечника, толщина которой составляет всего одну клетку. Она должна сохраняться невредимой, притом что выступает в качестве проводника сигналов между бактериями кишечника и клетками иммунной системы. В 2014 году на конференции, посвященной исключительно теме микрофлоры, доктор Алессино Фазано из Гарвардского университета назвал эти иммунные клетки, принимающие сигналы от кишечных бактерий, «первыми сотрудниками службы реагирования». В свою очередь, бактерии кишечника помогают иммунной системе оставаться «на страже», но не в полном защитном режиме. Они отслеживают ситуацию и «просвещают» иммунную систему, что в значительной степени помогает предотвратить ее неадекватную реакцию на пищевые продукты и провоцирование аутоиммунного ответа. В последующих главах мы увидим, какую важную роль кишечно-ассоциированная лимфоидная ткань играет в общем состоянии здоровья организма. Это его защитные войска, предотвращающие любую угрозу, которая может проникнуть со стороны пищеварительного тракта и оказать вредоносное влияние на все системы, вплоть до головного мозга.

Научные исследования как на животных, так и на людях доказали, что «плохие», или патогенные, бактерии могут вызвать развитие заболевания, но не только потому, что они связаны с определенным состоянием. Например, известно, что инфицирование бактерией Helicobacter pylori вызывает язву желудка и двенадцатиперстной кишки. Однако, как оказалось, эта патогенная бактерия также взаимодействует с иммунной системой кишечника, вызывая продуцирование воспалительных молекул и гормонов стресса, в силу чего система реагирования на стресс переключается в режим работы, при котором организм ведет себя так, словно подвергся нападению льва. Последние научные данные также свидетельствуют о том, что «плохие» бактерии способны изменять реакцию организма на боль: фактически у людей с нездоровой микрофлорой кишечника болевой порог может быть снижен[23 - Доктор Сири Карпентер. Это шестое чувство (That Gut Feeling), Am. Psychol. Assoc. 43, no. 8 (сентябрь 2012): 50, http://www.apa.org/monitor/2012/09/gut-feeling.aspx (http://www.apa.org/monitor/2012/09/gut-feeling.aspx).].

«Полезные» кишечные бактерии делают прямо противоположное. Они стараются минимизировать численность и последствия «плохих» своих собратьев, а также позитивно взаимодействуют как с иммунной, так и с эндокринной системами. Таким образом, полезные бактерии в состоянии «отключить» эту хроническую реакцию иммунной системы. Кроме того, они помогают держать под контролем уровень кортизола и адреналина – двух гормонов, связанных со стрессом, способных нанести существенный удар по организму, если они там постоянно производятся.

Каждая крупная группа кишечных бактерий содержит множество различных родов, и каждый из этих родов может оказывать на организм разное влияние. Две наиболее распространенные группы микроорганизмов в кишечнике, на которые приходится более 90 % популяции всех кишечных бактерий, – Firmicutes и Bacteroidetes. Бактерии группы Firmicutes известны как «любительницы жира», поскольку доказано, что у бактерий этой группы больше ферментов для расщепления сложных углеводов, то есть они гораздо более эффективны в извлечении энергии (калорий) из продуктов питания. Кроме того, относительно недавно выяснилось, что они играют важную роль в повышении абсорбции жиров[24 - Семова И. и др. Микробиота кишечника регулирует поглощение в кишечнике и метаболизм жирных кислот у рыбок данио (Microbiota Regulate Intestinal Absorption and Metabolism of Fatty Acids in the Zebrafish), Cell Host & Microbe 12, № 3 (2012): 277. См. также статью Медицинской школы Университета Северной Каролины «Кишечные бактерии помогают организму извлекать больше калорий из продуктов питания» (Gut Microbes Help the Body Extract More Calories from Food), ScienceDaily, 12 сентября 2012 г., доступно на сайте: http://www.sciencedaily.com/releases/2012/09/120912125114.htm (http://www.sciencedaily.com/releases/2012/09/120912125114.htm), по состоянию на 8 января 2015 г.]. Согласно результатам исследований, у людей, страдающих от излишнего веса, более высокий уровень содержания бактерий Firmicutes в микрофлоре кишечника, чем у худощавых, у которых преобладают бактерии группы Bacteroidetes[25 - Абдалла И. Н. Соотношение бактерий типа Firmicutes и Bacteroidetes в микрофлоре кишечника у детей и взрослых с нормальным и избыточным весом в Египте (Frequency of Firmicutes and Bacteroidetes in Gut Microbiota in Obese and Normal Weight Egyptian Children and Adults), Arch. Med. Sci. 7, № 3 (июнь 2011 г.): 501–7, http://dx.doi.org/10.5114/aoms.2011.23418 (http://dx.doi.org/10.5114/aoms.2011.23418), Epub 11 июля 2011 г.]. Фактически относительное соотношение двух этих групп бактерий, Firmicutes к Bacteroidetes (или F/B-соотношение), – критически важный показатель для определения здоровья и риска возникновения заболеваний. Более того, как стало недавно известно, более высокий уровень содержания бактерий Firmicutes фактически приводит к активации генов, повышающих риск развития ожирения, диабета и даже заболеваний сердечно-сосудистой системы[26 - Кумар Х. и др. Микробиота кишечника как эпигенетический регулятор: пилотное исследование на основе общегеномного анализа метилирования (Gut Microbiota as an Epigenetic Regulator: Pilot Study Based on Whole-Genome Methylation Analysis). mBio 5, no. 6 (2014): e02113–14, http://dx.doi.org/10.1128/mBio.02113–14 (http://dx.doi.org/10.1128/mBio.02113%E2%80%9314).]. Только задумайтесь: изменение соотношения этих бактерий способно повлиять на экспрессию вашей ДНК!

Два наиболее хорошо изученных рода бактерий сегодня – это Bifidobacterium и Lactobacillus. Не переживайте по поводу того, как запомнить эти мудреные названия. В этой книге вам еще не раз встретятся сложные латинские названия бактерий, но обещаю, что к концу чтения вы без проблем станете ориентироваться в бактериях разных родов. Хотя пока мы не можем с точностью утверждать, бактерии какого рода и в каком соотношении определяют оптимальное состояние здоровья, согласно принятому мнению, самое важное – это их разнообразие.

Следует отметить, что грань между «полезными» и «вредными» бактериями не настолько четкая, как можно подумать. Повторю, что важные факторы здесь – общее разнообразие и соотношение разных родов бактерий относительно друг друга. При неправильном соотношении некоторые роды бактерий, способных оказывать положительное влияние на состояние здоровья организма, могут превратиться во вредоносные. Например, печально известная бактерия Escherichia coli продуцирует витамин К, но может вызывать серьезнейшее заболевание. Бактерия Helicobacter pylori, о которой уже упоминалось ранее в связи с тем, что она вызывает пептическую язву, выполняет и полезную функцию – помогает регулировать аппетит, чтобы человек не переедал.

В качестве еще одного примера можно взять бактерию Clostridium difficile. Эта бактерия – главный возбудитель тяжелейшего инфекционного заболевания, если ее популяция в организме становится слишком высокой. Заболевание, основной симптом которого – сильная диарея, по-прежнему приводит к смерти почти 14 тысяч американцев ежегодно. Уровень заболевания инфекцией C. difficile резко повысился за последние 12 лет[27 - Инфекции, вызванные бактерией Clostridium difficile (Clostridium difficile Infection), Центры по контролю и профилактике заболеваний, 1 марта 2013 г., доступно на сайте: http://www.cdc.gov/HAI/organisms/cdiff/Cdiff_infect.html (http://www.cdc.gov/HAI/organisms/cdiff/Cdiff_infect.html), по состоянию на 12 января 2015 г.]. В период 1993–2005 годов количество заболеваний среди госпитализированного взрослого населения увеличилось в три раза, а в период 2001–2005 годов – в два раза[28 - Специалистам-медикам: быстро, недорого, уровень выздоровления 90 % (For Medical Professionals: Quick, Inexpensive and a 90 Percent Cure Rate), доступно на сайте: http://www.mayoclinic.org/medical-professionals/clinical-updates/digestive-diseases/quick-inexpensive-90-percent-cure-rate (http://www.mayoclinic.org/medical-professionals/clinical-updates/digestive-diseases/quick-inexpensive-90-percent-cure-rate), по состоянию на 12 января 2015 г.]. Кроме того, резко повысилась смертность, в основном из-за появления мутировавшей сверхвирулентной[9 - Вирулентность (от лат. virulentus – ядовитый) – степень способности данного инфекционного агента (штамма микроорганизма или вируса) заражать данный организм.] разновидности этой бактерии.

Обычно у всех нас в детском возрасте в кишечнике находится значительное число бактерий C. difficile, и это не вызывает проблем. Эта бактерия обнаружена в кишечнике примерно у 63 % новорожденных и у трети малышей в возрасте года – четырех. Однако изменение микрофлоры кишечника, спровоцированное, например, чрезмерным употреблением определенных антибиотиков, может вызвать слишком бурный рост численности этой бактерии, что способно привести к развитию смертельно опасного заболевания. Хорошая новость в том, что сегодня нам известен эффективный способ лечения этой инфекции – использование бактерий других родов для восстановления баланса микрофлоры кишечника.

В следующих главах вы узнаете больше о микрофлоре кишечника и ее взаимосвязи с иммунной системой и головным мозгом. А сейчас самое время задать себе следующий вопрос: откуда берутся наши бактерии? Иными словами, как они становятся неотъемлемой частью нашего организма?

У вас это от природы! Отчасти…

Большинство имеющихся у нас знаний о микрофлоре кишечника получены в результате лабораторных наблюдений за так называемыми стерильными мышами. Это специально выведенные мыши, лишенные бактериальной флоры, что позволяет ученым наблюдать за тем, какое влияние оказывает на живой организм отсутствие у него микробов, или, наоборот, что происходит, когда в организм попадает определенный род бактерий. Например, у стерильных мышей наблюдались острые приступы тревожности, неспособность справляться со стрессом, хронические воспалительные процессы в кишечнике и во всем организме, а также более низкий уровень важного белка, стимулирующего и поддерживающего развитие нейронов, – нейротрофического фактора головного мозга BDNF[29 - Левис Т. В гармонии с кишечником: как бактерии могут влиять на психическое здоровье (Go with Your Gut: How Bacteria May Affect Mental Health), LiveScience, 8 октября 2013 г., доступно на сайте: http://www.livescience.com/40255-how-bacteria-affect-mental-health.html (http://www.livescience.com/40255-how-bacteria-affect-mental-health.html), по состоянию на 12 января 2015 г.]. Однако эти симптомы снижались, если рацион питания мышей обогащался двумя распространенными пробиотиками – Lactobacillushelveticus или Bifidobacterium longum.

Считается, что, когда ребенок развивается в утробе матери – относительно стерильной среде, – он лишен собственной бактериальной флоры. (Думаю, что это положение вскоре будет опровергнуто, поскольку появляются новые научные данные о том, что плод может подвергаться воздействию микроорганизмов в утробе матери через плаценту и что формирование микрофлоры фактически начинается в этот период[30 - Агард К. и др. Роль плаценты в формировании уникальной микрофлоры кишечника (The Placenta Harbors a Unique Microbiome), Sci. Transl. Med. 237, № 6 (21 мая 2014 г.): 237ra65.]. Следите за новыми данными по этой теме.) Согласно принятой сегодня точке зрения, микрофлора человека начинает формироваться в тот момент, когда плод при движении через родовые пути подвергается воздействию микроорганизмов во влагалище матери. И хотя многие не хотят об этом думать, даже каловые массы матери в перианальной области помогают инокулировать новорожденного микроорганизмами, которые будут поддерживать его здоровье.

С точки зрения первоначального развития здоровой иммунной системы важным фактором для задания «пороговой величины» воспаления может быть способ рождения. Это одно из наиболее значимых событий для определения функциональной результативности микрофлоры. Под «пороговой величиной» я понимаю средний или базовый уровень воспаления, характерный для конкретного человека. Эту «пороговую величину» можно условно считать встроенным термостатом, запрограммированным на определенную температуру. Если у вас высокая «пороговая величина», условный термостат запрограммирован на температуру 78 градусов, в целом ваш индивидуальный уровень воспаления выше, чем у кого-то другого, у кого «пороговая величина» более низкая. Хотя здесь возможны некоторые вариации, в целом более высокая пороговая величина означает более высокую температуру (уровень воспаления). Как уже говорилось, способ рождения влияет на первоначальное формирование микрофлоры кишечника, что, в свою очередь, оказывает воздействие на индивидуальный уровень воспаления у конкретного человека.

Можно ли изменить эту пороговую величину? Да, несомненно. Точно так же как посредством диеты и спортивных упражнений можно изменить предопределенный вес и индекс массы тела (ИМТ, соотношение массы тела человека и его роста), предопределенный уровень воспаления можно изменить, корректируя свои базовые привычки и образ жизни. Однако, прежде чем перейти к обсуждению этого вопроса, важно, чтобы вы поняли, какая основа закладывается в ранние годы жизни и как способ рождения влияет на риски для здоровья.

В ходе многочисленных авторитетных исследований проводилось сравнение между детьми, рожденными с помощью кесарева сечения или через естественные роды[31 - Гренс К. Материнская микробиота (The Maternal Microbiome), The Scientist, 21 мая 2014 г., http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/40038/title/The-Maternal-Microbiome/ (http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/40038/title/The-Maternal-Microbiome/).]. Помимо сравнения доминирующих характеристик микрофлоры у двух этих групп ученые также проанализировали связанные с этим проблемы со здоровьем и пришли ко многим тревожным выводам. Согласно результатам исследований, существует очевидная взаимосвязь между тем, какие бактерии колонизируют кишечник новорожденного, и тем, какие бактерии находятся в родовых путях матери. Особенно интересны результаты одного из исследований, проведенного группой ученых в 2010 году, когда было выполнено генетическое секвенирование для определения типа бактерий, которые присутствуют у матерей и новорожденных младенцев. Выяснилось, что у младенцев, родившихся путем естественных родов, колонии бактерий напоминают состав вагинальной микрофлоры матери, с преобладанием полезных бактерий Lactobacillus. В то время как у рожденных с помощью кесарева сечения состав бактериальной флоры близок к тому, который находится на кожной поверхности, с преобладанием потенциально опасных бактерий Staphylococcus[32 - Домингес-Белло М. и др. Способ рождения определяет состав и структуру микробиоты у младенцев (Delivery Mode Shapes the Acquisition and Structure of the Initial Microbiota across Multiple Body Habitats in Newborns), Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107, № 26 (29 июня 2010 г.): 11971–75, Epub 21 июня 2010 г.].

В 2013 году в Canadian Medical Association Journal были опубликованы результаты исследований с прямым перечислением фактов, показывающие, как нарушения в микробиоте кишечника новорожденного связаны со многими воспалительными и иммунными проблемами, такими как аллергические реакции, астма и даже рак[33 - Азад М. Б. и др. Кишечная микробиота у здоровых канадских новорожденных: классификация по способу рождения и питания в 4 месяца (Gut Microbiota of Healthy Canadian Infants: Profiles by Mode of Delivery and Infant Diet at 4 Months), CMAJ 185, № 5 (19 марта 2013 г.): 385–94, Epub 11 февраля 2013 г.]. Авторы исследования подчеркнули важность способа рождения младенца, а также типа вскармливания – грудного или искусственного. Они вполне обоснованно говорили о микробиоте кишечника как о «супероргане», выполняющем «разнообразные функции для поддержания здоровья и при заболеваниях». В комментариях к исследованию доктор Роб Найт, руководитель авторитетной Лаборатории Найта в Университете Колорадо в г. Боулдере, отметил: «Дети, рожденные с помощью кесарева сечения или находившиеся на искусственном вскармливании, попадают в группу повышенного риска развития различных заболеваний в дальнейшей жизни. Оба этих процесса ведут к изменению микробиоты кишечника у здоровых младенцев, что может быть механизмом повышения риска»[34 - Кишечная микробиота у новорожденных, сформированная под воздействием кесарева сечения и грудного вскармливания, может оказывать долгосрочное влияние на здоровье (Infant Gut Microbiota Influenced by Cesarean Section and Breastfeeding Practices; May Impact Long-Term Health). Журнал Канадской медицинской ассоциации ScienceDaily, 11 февраля 2013 г., доступно на сайте: http://www.sciencedaily.com/releases/2013/02/130211134842.htm (http://www.sciencedaily.com/releases/2013/02/130211134842.htm), по состоянию на 8 января 2015 г.].

Польза бактерий Lactobacillus заключается в том, что они создают умеренно кислотную среду, в которой сокращается рост патогенных бактерий. Они обладают способностью использовать молочный сахар, лактозу, в качестве «топлива». Благодаря этому новорожденные перерабатывают лактозу, содержащуюся в грудном молоке. По большому счету у новорожденных, появившихся на свет с помощью кесарева сечения, может быть недостаточное количество бактерий Lactobacillus. Вместо этого они оказываются под влиянием бактерий, незримо присутствующих в операционной и на руках врачей и медсестер, – то есть бактерий, населяющих кожные покровы, в которых преобладают типы, не имеющие особого полезного влияния. Более того, как пишет в своей потрясающей книге Missing Microbes[10 - Издана на русском языке: Блейзер М. Жизнь после антибиотиков. М.: Эксмо, 2016.] доктор Мартин Блейзер, каждая женщина в Америке, рожающая ребенка с помощью кесарева сечения, получает антибиотики. Это означает, что все младенцы, появившиеся на свет с помощью хирургического вмешательства, в самом начале жизни подвергаются мощному воздействию антибиотиков – настоящий двойной удар[35 - Блейзер М. Жизнь после антибиотиков (Missing Microbes) (New York: Henry Holt, 2014).].

Доктор Блейзер, руководитель программы по изучению микрофлоры человека в Университете Нью-Йорка, далее отмечает, что каждый третий новорожденный в США сегодня появляется на свет с помощью кесарева сечения, что в два раза больше по сравнению с тем же показателем в 1996 году. Если эта тенденция продолжится, к 2020 году половина младенцев в США будет рождаться с помощью хирургического вмешательства. Мне очень нравится, как красноречиво доктор Блейзер описывает суть проблемы: «Замысловатые названия этих бактерий не настолько важны, как тот факт, что основные популяции микробов, обнаруженных у новорожденных после кесарева сечения, совсем не те, что были отобраны в ходе сотен тысяч или даже больше лет человеческой эволюции»[36 - Блейзер М. Жизнь после антибиотиков (Missing Microbes) (New York: Henry Holt, 2014), 99.].