Вплив мікробіому кишечника на фізичне та психічне здоров’я

Вплив мікробіома кишечника на фізичне та психічне здоров’я

Вперше опубліковано: 25 березня 2020 р

фізичне

Редакційна група: MEDICHUB MEDIA

ДВА: 10.26416/Med.133.1.2020.2996

Анотація

Резюме

Кишковий мікробіом у здорової людини -
"Суперорганізм"

Велике відкриття в 2000 році, яке запропонувало можливість розшифрувати ДНК людини, відкрило шлях до ідентифікації всього генетичного спадщини, запропонувавши можливість детально знати мікроорганізми, присутні в травній системі. Дослідники пропонують як термін для всього людського тіла та мікробіоти назву "Суперарганізм" (1), враховуючи доведену здатність мікробіома впливати на організм як краще, так і гірше в стані еубіозу або погано в стані дисбіозу. Вплив мікробіому виходить за межі шлунково-кишкового тракту, дослідження підкреслюють його роль у дихальній, кровоносній, імунній та метаболічній системах.

У кишечнику людини є спільнота мікроорганізмів, чисельність яких у десять разів більша за кількість клітин людського тіла, а геном яких має в сто разів більше генів, ніж геном людини (2). Також відома як кишкова флора, мікробіота в основному концентрується в товстій кишці і взаємодіє з господарем для модуляції ряду функцій організму, тісно пов’язаних із впливом навколишнього середовища (стрес, дієта, ліки). Дві фундаментальні взаємопов’язані характеристики, на яких вона базується, є впорядкованими: перша є специфічною для людей і стійка до зовнішніх методів лікування (нездорова їжа, антибіотики), надаючи індивідууму часову стабільність та зменшуючи схильність до хвороб, а друга - відносно гнучка до фізіологічних та екологічних змін (розвиток імунітету, наявність поживних речовин під час вагітності).

Ці два засновані на динамічній рівновазі в підтримці стану гомеостазу та пояснюють складний механізм, який опосередковує перехід від здоров'я до захворювання (3). Здорова мікробіота людини складається з багатьох мікроорганізмів, найчисленнішими з яких є бактерії, які становлять понад 99% людської мікробіоти (4). Їх щільність варіюється в різних областях людського тіла, найбільша концентрація на мілілітр знаходиться в товстій кишці, при цьому кількість бактерій становить 10 14, що становить 98% бактерій у всьому людському тілі (5). Ці бактерії утворюють бактеріому, яка складається з ряду видів від 500 до 1000, кожен з яких ідентифікується унікальним геномом.

Наукові дослідження останніх років були зосереджені на аналізі екосистеми мікробіоти, з тим щоб ідентифікувати види мікробів, що знаходяться в мікробіомі здорових людей, так що відсутність цих мікроорганізмів ілюструє дисбіоз та наявність патологій. Однак складне визначення здорової мікробіоти розглядає як склад, функцію, динаміку, так і системну екологію (6). Поперечне дослідження складу мікробіоти кишечника показало, що у випадку мисливців-збирачів мікробіом складався переважно з Prevotella, протеобактерій, спірохет, Clostridiales та Ruminobacter, тоді як у міських популяціях переважають Bacteroides, Bifidobacterium і Firmicutes.

До складу мікробіому кишечника входить наступне:

Бактерії (бактеріома, еубактерії)

Архе (археї, архебактерії)

Віруси та бактеріофаги (еувіром - віром - фагом)

Дріжджі, грибки та цвілі (мікобіом)

Основний вплив на склад мікробіоти кишечника мають зміни добового ритму, більш конкретно доступність поживних речовин, рівень антимікробних пептидів та антитіл господаря (7). Клінічні дослідження виявили відмінності у складі та функціональності мікробіоти у різний час доби (8). Здорова мікробіота взаємодіє з кишковим бар’єром через бактерії, щоб забезпечити належну функціональність.

Кишкові бактерії, особливо лактобактерії та біфідобактерії, виробляють бутират, який є результатом бродіння вуглеводів, відіграючи роль у блокуванні розвитку небезпечних бактерій (9). Таким чином, у стані еубіозу мікробіота запобігає та знищує розмноження патогенних бактерій, на відміну від фармацевтичного лікування, яке руйнує як збудника, так і кишковий захисний бар’єр.

У шлунково-кишковому тракті є багато клітин, які виконують роль захисту організму (лімфоцити, макрофаги, дендритні клітини тощо), які стимулюються мікробіотою в стані еубіозу, щоб захистити від зовнішніх агресій не тільки травну систему, а й дихальну систему та шкірний.

Іншою важливою функцією кишкових бактерій є поживна, дозволяючи синтезувати вітамін В2 (Bacillus subtilis Escherichia coli), вітамін В12 (Lactobacillus reuteri CRL1098), фолати (Bifidobacterium bifidum, Bifidocaterium longum subsp. Infantis), Es vitaminichi ) і вітамін В6 і РР (Streptococcus thermophilus ST5, Lactobacillus helveticus R0052, Bifidobacterium longum R0175), з незамінною роллю гомеостазу (10) .

Функціями кишкової мікробіоти є:

Метаболічні функції стосуються здатності мікробіоти виробляти метаболіти в результаті бактеріального бродіння. Основними бактеріями, відповідальними за цю активність, є Bacteroide, Bifidobacterium, Roseburia, Enterocateriacare та Fecalibacterium (11) .

Метаболічна здатність кишкового мікробіома підкреслюється такими регуляторними механізмами: рН кишечника, градієнти кисню, перетворення дієтичних компонентів у корисні продукти, виведення токсичних речовин та вироблення калу. По всій товстій кишці рН змінюється від кислого в проксимальній кишці до нейтрального в дистальному відділі товстої кишки.

Щодо стійкості бактерій до кислого рН, дослідження показують, що Firmicutes є більш стійким, ніж Bacteroides. На моделі in vitro спостерігалася зміна активності динаміки та складу мікробіоти кишечника при рН між 5,5 та 6,5 (12). .

Кисень - ще один фактор, який впливає на просторовий розподіл мікробіома, більшість елементів живлення є анаеробними, обмеженими в рості. Перетворюючи дієтичні компоненти у кінцеві компоненти, що поглинаються мікробіотою, рН змінюється.

Остання фаза травного процесу передбачає утворення маси калу, що скорочує час кишкового транзиту та включає деякі токсичні речовини, що впливають на здоров’я людського організму (13). На цьому рівні мікробіота кишечника перетравлює певні полісахариди та крохмаль, перетворює полісахариди в моносахариди, активуючи коротколанцюгові жирні кислоти (SCFA), які зв'язуються з білковими рецепторами, індукуючи пептид YY.

Структурні функції мікробіоти були підкреслені наявністю таких бактерій: Bacteroides thetaiotaomicron відіграє роль у підтримці десмосом епітеліальних ворсинок в кишечнику (14); Lactobacillus rhamnosus GG відіграють роль у запобіганні апоптозу епітеліальних клітин, виробляючи розчинні білки (15); Mukiniphilia Akkermansia відіграє роль у зменшенні ендотоксемії за рахунок підвищення рівня біоактивних ліпідів (16) .

Захисна активність мікробіому кишечника стосується, зокрема, боротьби з патогенами, продукуванням речовин, здатних інактивувати загарбників, зміною рН кишечника та підтриманням цілісності слизової оболонки кишечника (17). Основною лінією захисту кишкового бар’єру є лімфатична тканина (MALT).

Важливим аспектом для прояву всіх функцій мікробіоти кишечника є стан еубіозу, точніше постійний баланс між складом і кількістю мікроорганізмів, що складають мікробіом особини.

Взаємодія між мікробіомом кишечника та мозку (вісь кишечник-мозок)

Клінічні випробування дослідників, залучених до європейського проекту MyNewGut, виявили наявність штамів та видів бактерій, які виглядають багатообіцяючими у боротьбі з ожирінням, порушеннями обміну речовин та перепадами настрою. Доклінічні результати показали ефективність штаму бактерій Bacteroides uniformis CECT 7771 проти дисфункції імунної системи та метаболічної дисфункції при ожирінні. Результати тестів показали зниження рівня тригліцеридів у сироватці крові, непереносимості глюкози та маси тіла (18). .

Іншим важливим висновком мультидисциплінарної робочої групи було виявлення типу бактерії Bifidobacterium longum, яка позитивно впливала на вивільнення кортизолу, якість сну та сприйманий стрес. Гіпотеза робочої групи стосується можливості трансформації цих типів бактерій у майбутні пробіотики нового покоління, які будуть використовуватися для лікування таких метаболічних патологій, як ожиріння або проблеми, пов'язані зі стресом, та зміни настрою, такі як депресія (19). .

Класичні теорії показали, що спосіб життя впливає на мозок через вісь гіпоталамус-гіпофіз-наднирники. Клінічний досвід показав, що розлади, спричинені на цьому рівні хронічним стресом або генетичною вразливістю, можуть спричинити розлади психічного здоров'я, продемонстровані підвищенням рівня запальних цитокінів у сироватці крові.

Нові теорії, засновані на аналізі екосистеми, представленої мікробіомом, підкреслюють взаємозалежність здоров'я кишечника, еубіозу та здоров'я нервової системи. На останній конференції, яка завершила п’ятирічне дослідження впливу мікробіому під керівництвом дослідницьких груп MyNewGut, було представлено кілька лонгітюдних досліджень, які підкреслили чіткий взаємозв’язок між вживанням нездорової їжі та психічним здоров’ям.

Одне з цих досліджень, проведене протягом 6,2 року на 8 964 іспанських учасниках, прийшло до висновку, що фаст-фуд або тістечка збільшують ризик депресії (21). Докази базуються на змінах, спричинених індукцією експериментальних змін на мікробіоти кишечника та впливом пре- та пробіотиків на роботу мозку та нервово-психічну дисфункцію.

Ще одне експериментальне дослідження на кафедрі психології Оксфордського університету, проведене Джонсоном та Фостером у 2018 році, було зосереджене на зв'язках між кишечником, бактеріальною флорою та головним мозком (22). Цей експеримент базувався на гіпотезі про можливість поведінкових маніпуляцій організму господаря мікроорганізмами, що входять до складу кишкового мікробіома. У цьому випадку поведінка людини була б результатом маніпуляцій мікробіотою, так що будь-яка зміна мікроорганізмів виробляє ефекти в нейроентеричній системі через зв'язок між кишковою і нервовою системами (22). Більш конкретно, кишкова флора має здатність модулювати перистальтику кишечника за допомогою метаболітів, що виникають внаслідок бактеріального бродіння, які згодом впливають на вироблення серотоніну через блукаючий нерв та супутні нейрони (24). .

Інші дослідження доповнюють цю гіпотезу та підкреслюють роль мікробіоти кишечника в метаболізмі попередника серотоніну - триптофану, який перетинає гематоенцефалічний бар’єр та посилює секрецію серотоніну в центральній нервовій системі (25). .

На додаток до зміни індивідуальної поведінки через вісь мікробіота-кишечник-мозок, мікробіом може впливати безпосередньо на імунну систему, зменшуючи запальні реакції в організмі. Це було підкреслено в 2017 році групою дослідників (26), які провели експеримент на лабораторних мишах, яким вони передавали кал тварин із синдромом роздратованого кишечника. Результатом стала тривожна поведінка при виникненні імунної відповіді. Як рішення тривоги та депресії, дослідники дійшли висновку, що бактеріальні види лактобактерії та біфідобактерії мають сприятливу дію, зменшуючи симптоми (27). Експериментальні лабораторні дослідження показали, як лактобактерії сприяють соціальним взаємодіям у групі стресових мишей. Це стало можливим завдяки втручанню бактерій у виробництво окситоцину (28) .

Всі ці дослідження виявляють і з’ясовують те, що донедавна було сумнівним питанням, а саме те, як мікробіому вдається впливати на все функціонування людського організму. Через нейромедіатори та імунну систему мікробіота впливає на поведінку організму господаря, і будь-яка зміна типу або кількості кишкових мікроорганізмів через патогенне забруднення або тривале споживання антибіотиків пов’язана зі зміною поведінки та функцій. ДЦП (29-31) .

В останні роки мікробіом став завдяки спостережним та експериментальним дослідженням, які зробили можливим наукову еволюцію, поворотним пунктом у вирішенні багатьох захворювань, таких як тривога, депресія, хвороба Альцгеймера, ожиріння та метаболічні проблеми.

Згідно з рекомендаціями експертів, дієта видається найбільш розумним втручанням для запобігання хронічним патологіям, підтримуючи баланс між кишковою мікробною популяцією, точніше підтримуючи стан еубіозу.

Рекомендації, запропоновані експертами з консорціуму MyNewGut, враховують не тільки харчові потреби організму людини, що враховується організмом господаря, але і кишкового мікробіома. Для підтримання гомеостазу фахівці підкреслили важливість зменшення споживання підвищеної кількості жирів і білків та збагачення раціону харчовими волокнами, основним «паливом» мікробіоти кишечника.

Конфлікт інтересів: Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів.