Микробы, которые действуют на нервы

Расстройства пищеварения и психики

Тревога и депрессия часто сопровождаются функциональными расстройствами пищеварения. Самое известное из них — синдром раздраженного кишечника, именуемый в просторечье медвежьей болезнью, при котором у человека от сильного страха или нервного напряжения внезапно начинается диарея. Нередко нарушения работы желудочно-кишечного тракта связаны со стрессами и психическими расстройствами: тревогами, фобиями, депрессией.

Связь, существующая между пищеварительной и центральной нервной системами, прекрасно известна специалистам и называется ось «кишечник — мозг». Головной мозг регулирует активность автономной (вегетативной) нервной системы, координирующей автоматические функции организма, то есть те, над выполнением которых мы не задумываемся: сердцебиение, дыхание, пищеварение. Автономная нервная система, в свою очередь, управляет деятельностью энтеральной (внутрикишечной) нервной системы. Ее нейроны, а их около 100 миллионов, расположенные в стенках желудочно-кишечного тракта, регулируют моторику желудка и кишечника и поддерживают гомеостаз. Такая получается вертикаль власти, и ничего удивительного нет в том, что изменения нашего душевного состояния немедленно аукаются в животе.

Трудно себе представить, чтобы события в каком-то районе происходили без участия местного населения. А кишечник здорового млекопитающего населен микрофлорой. Масса бактерий, живущих в состоянии гармоничного симбиоза друг с другом и своим хозяином, представляет собой своеобразный внутренний орган, причем немаленький. Его клетки содержат в 100 раз больше ДНК, чем человеческое тело. Оскудение кишечной микрофлоры или изменение ее видового состава связаны с различными заболеваниями, такими, как ожирение или воспалительные заболевания кишечника. И все больше появляется доказательств того, что эти изменения влияют на работу центральной нервной системы. В оси «кишечник — мозг» должен быть третий участник — микробиота.

Интерес исследователей к роли кишечных бактерий в поддержании здоровья хозяина растет с каждым годом. Они экспериментируют с наиболее изученными видами пробиотиков, в основном с лактобациллами и бифидобактериями, и количество таких работ растет. Например, доктор Мишель Мессуди и ее коллеги из нескольких исследовательских институтов Франции и Канады обнаружили, что у крыс двухнедельный прием бактерий-пробиотиков Lactobacillus helveticus и Bifidobacterium longum значительно снижает тревожность. Лабораторные грызуны — основной объект подобных исследований, но ученые работали и с добровольцами-людьми, которые в течение 30 дней принимали пробиотики или плацебо, а затем прошли тестирование для оценки психического состояния. Оказалось, что люди, принимавшие пробиотики, менее склонны к депрессии, тревожности и гневливости и более устойчивы к стрессу, чем участники эксперимента, глотавшие плацебо. Исследователи заключили, что композиция Lactobacillus и Bifidobacterium обладает выраженным действием на психическое состояние здоровых людей. А значит, пробиотики можно принимать как успокоительное средство. Если же человек был вынужден долго пить антибиотики и погубил свою кишечную микрофлору, не стоит удивляться, что он впадает в депрессию.

Еще одно исследование, показавшее, что желудочно-кишечные расстройства и инфекции влияют на поведение, провели специалисты канадского Университета Макмастера. Они заражали грызунов мышиным власоглавом паразитическим червем, не опасным для человека. Паразит вызывает воспаление кишечника, разрушение некоторых белков, при этом мыши ведут себя тревожно. Нормализовать их поведение позволяет пробиотик B. longum. Однако бифидобактерии не помогают больным мышам, если у них перерезан блуждающий нерв.

Откуда вообще взялась идея нервы резать и почему именно блуждающий? Если микробиота кишечника влияет на поведение, она должна как-то сообщаться с центральной нервной системой, и блуждающий нерв — первый кандидат на роль соединительного кабеля между мозгом и микроорганизмами, поскольку его волокна регулируют тревожное поведение. А вообще блуждающий, он же вагусный, нерв содержит три типа волокон и выполняет множество функций. Чувствительные (афферентные) волокна отходят от рецепторов сосудов и внутренних органов, двигательные, или эфферентные, регулируют работу гортани и глотки, парасимпатические замедляют биение сердца и расширяют сосуды. Естественно, ученых интересовало, как крысы с целыми и поврежденными вагусными волокнами будут реагировать на успокаивающие пробиотики. У животных отсекают ветви блуждающего нерва, ведущие от желудка и кишечника, при этом волокна, иннервирующие привратник, сохраняются, и крысы с аппетитом едят и набирают вес не хуже, чем их соседи по виварию с целыми нервными волокнами. Аналогичные исследования проводили сотрудники Университетского колледжа Корка (Ирландия). Объединив усилия со специалистами Университета Макмастера, они исследовали влияние кишечной микрофлоры на поведение и работу нервной системы у здоровых животных и опубликовали результаты в «Proceedings of the National Academy of Sciences» (2011).

Ученые работали с мышами в возрасте 10–11 недель. Каждое утро в течение 28 дней им спаивали бульон с бактериями Lactobacillus rhamnosus штамм JB-1. Это известный пробиотик, который нормализует состав кишечной микрофлоры, стимулирует деятельность иммунной системы и снимает воспаление. Один из штаммов L. rhamnosus входит в состав «Активии», но исследователи работали с другим. Контрольные животные получали чистый бульон без бактерий. По окончании курса мышей подвергали нескольким поведенческим тестам.

Бактерия Lactobacillus rhamnosus

Испытания на крепость нервов

Самый простой тест называется «открытое поле». Грызунов по одному сажали на десять минут в чистые плексигласовые загончики площадью 18×38 см. Эти загончики оборудовали фотосенсорами, которые позволяют следить за перемещениями мышей. Чем спокойнее животные, тем они активнее, причем бегают не только вдоль стен, но и по всему полу. Читатели «РиккиТики-Тави» Редьярда Киплинга помнят, конечно, крысу Чучундру с разбитым сердцем, которая кралась вдоль стен и никак не могла набраться храбрости, чтобы выбежать на середину комнаты. Бедная Чучундра не прошла тест «открытое поле». А лабораторные мыши с ним справляются, причем животные, получавшие лактобациллы, чаще выходили в центр загончика и проводили там больше времени, чем контрольные особи.

Мышь в крестообразном лабиринте. Куда она побежит?

Второе традиционное испытание мышиной психики проходит в приподнятом крестообразном лабиринте. Устройство имеет два длинных узких открытых рукава и два закрытых такой же площади. Сходные рукава расположены напротив друг друга и отходят от маленькой центральной платформы 5×5 см. Вся эта конструкция приподнята на 60 см над уровнем пола на центральном пьедестале. Мышь помещают на центральную платформу мордочкой к открытому рукаву и оставляют на пять минут. Исследователи записывают все происходящее на видео, а затем анализируют количество входов в открытые и закрытые рукава, время, проведенное в рукавах и на центральной платформе. Зверьки, принимавшие пробиотики, спокойнее себя чувствуют в этом лабиринте, чаще заходят в освещенные зоны и дольше там остаются.

В тесте «принудительное плаванье» мышей бросают в цилиндр, наполовину заполненный водой. Нормальный активный грызун барахтается в цилиндре, пытаясь вылезти, животное в депрессии висит в воде, следя лишь за тем, чтобы голова была на поверхности. В этом тесте мыши контрольной группы проводят в пассивном состоянии 160 секунд из четырех минут наблюдения, принимавшие лактобациллы —120 секунд.

Принудительное плаванье. Мышь то барахтается в воде, пытаясь вылезти, то просто висит, удерживая голову над поверхностью

Выпали мышам и другие испытания, но результат один: пробиотики делают здоровое животное более спокойным и стрессоустойчивым. Следовательно, лактобациллы влияют на функционирование мозга у здоровых животных. Спрашивается, каким образом? Возможных механизмов воздействия много, и исследователи пока проверили только один — влияние на ГАМК-эргическую систему.

ГАМК (GABA) — гамма-аминомасляная кислота — представляет собой один из важнейших нейромедиаторов мозга. Это основное тормозящее вещество центральной нервной системы. Она действует на два больших класса рецепторов, GABA-A и GABA-B, каждый из которых состоит из нескольких субъединиц. Изменение экспрессии разных рецепторов ГАМК в разных отделах мозга влияет на память и поведение, в том числе на развитие тревоги, депрессии, стрессозависимых психиатрических состояний, которые часто сопровождаются функциональными кишечными расстройствами. Именно эти рецепторы служат мишенями для лекарств противотревожного действия, например бензодиазепины — транквилизаторы и снотворные препараты влияют на GABA-A -рецепторы.

Оказалось, что 28-дневный прием лактобацилл вызвал в мозгу у мышей изменения в уровне экспрессии генов белков-рецепторов ГАМК, причем изменения (увеличение или уменьшение количества РНК) зависели от типа рецептора и его локализации в мозгу. Известно, как эти изменения должны влиять на поведение. Например, инактивация рецептора GABA-B в гиппокампе усиливает пространственную память. У мышей, принимавших пробиотики, уровень экспрессии РНК GABA-B тоже понизился, а память стала лучше.

Таким образом, пробиотики непосредственно влияют на химию мозга у здоровых животных. А с мозгом они сообщаются, действуя мышам на нервы, точнее — на блуждающий нерв. Если ответвление вагуса, идущее от желудка, перерезано (эта операция называется ваготомией), лактобациллы не оказывают никакого действия ни на ГАМК-рецепторы, ни на поведение животных. Степень тревожности мышей оценивали в том числе по их физической активности. Исследователи подчеркивают, что подвижность ваготомированных мышей не изменилась. Например, в тесте «открытое поле» расстояние, пройденное за время наблюдения, осталось таким же, только прооперированные животные не выходили на середину загончика, а бегали вдоль стен. Похожая ситуация и с принудительным плаваньем. После ваготомии мыши, принимавшие и не принимавшие бактерии, зависают в цилиндре на такое же время, как контрольные животные.

Пересечение осей

Канадские и ирландские ученые доказали, что кишечные бактерии L. rhamnosus непосредственно влияют на поведение и физиологические реакции животных, то есть на работу центральной нервной системы, регулируя синтез мозговых рецепторов, и осуществляют это влияние через блуждающий нерв. Так работает ось «микробиота — кишечник — мозг», причем в деятельности своей она пересекается с другой важнейшей осью «гипоталамус — гипофиз — надпочечники». Что же делать, если организм млекопитающего весь пронизан осями.

Как мы помним, мышей, принимавших пробиотики, подвергали различным стрессам. Любой стресс, независимо от его природы, стимулирует гипоталамус, тот синтезирует кортиколиберин, воздействующий на переднюю долю гипофиза, в котором вызывает секрецию адренокортикотропного гормона, а он, в свою очередь, стимулирует кору надпочечников, и она выделяет гормон стресса — кортизол, помогающий организму пережить потрясение. Чем сильнее стресс, тем больше кортизола.

Исследователи установили, что у мышей, принимавших лактобактерии, уровень стрессового гормона после всех перенесенных испытаний (тестов в «открытом поле» и крестообразном лабиринте и барахтанья в цилиндре) в два раза ниже, чем у контрольных животных, следовательно, пробиотики делают мышей более стрессоустойчивыми. Значит, они и на гипоталамус действуют. Перед подвигами пейте йогурт!

L. rhamnosus регулирует поведение и физиологические реакции животных, «перезваниваясь» с мозгом через блуждающий нерв. Но и мозг влияет на кишечную микрофлору либо через сигнальные молекулы, выделяемые в просвет кишечника разными клетками, в том числе нейронами и клетками иммунной системы, либо косвенно, регулируя перистальтику и секреторную деятельность кишечника. Подробности исследователям еще предстоит выяснить, равно как и методы воздействия бактерий на нервную систему. Расследованию может помочь то обстоятельство, что не каждый вид кишечной микрофлоры служит успокаивающим средством. Lactobacillus salivarius, например, лишены психотропных свойств, а бифидобактерии, обитающие в мышином кишечнике, хотя и снижают тревожность животных, но действуют независимо от блуждающего нерва. Будет полезно сравнить геномы этих бактерий и выделяемые ими вещества.

Бактерии кишечника, стимулируя блуждающий нерв, влияют на синтез ГАМК-рецепторов мозга. Мозг, в свою очередь, регулирует активность кишечной микрофлоры (механизм этого воздействия еще предстоит выяснить). Кроме того, лактобактерии делают мышей более стрессоустойчивыми

Ученые не исключают, что лактобациллы взаимодействуют не только с системой ГАМК-рецепторов, но и с другими нейромедиаторами, которые влияют на психические отклонения, вызванные стрессом. В качестве кандидатов на исследование они называют 5-гидрокситритамин, норэпинефрин, глутамат и кортикотрофин-рилизинг фактор. Однако, несмотря на многие неясности, ученые намерены разработать пробиотики для лечения психических расстройств, вызванных стрессом.

На это же надеется и доктор Филип Барнет из Оксфордского университета. Комментируя статью канадских и ирландских ученых, он отмечает, что выяснение механизмов действия кишечных бактерий на центральную нервную систему очень важно, поскольку может привести к открытию альтернативных путей лечения мозговых расстройств, не всегда поддающихся лекарственной терапии. Было бы здорово получить бактерии, которые помогают больным людям, а не только повышают настроение и стрессоустойчивость здоровых. Теоретически пробиотики могли бы излечивать эпилепсию, поскольку они влияют на блуждающий нерв, а стимуляция вагуса понижает склонность пациентов к судорогам. Возможно, рассуждает доктор Барнет, свойства микробиоты зависят от плотности культуры в кишечнике или от каких-то компонентов субстрата. Нужно заняться селекцией кишечных бактерий, обращая внимание на питательные вещества, которые они потребляют, повысить сродство лактобацилл и бифидобактерий к кишечнику. И если провести всесторонние, комплексные исследования кишечной микробиоты, не исключено, что нам раскроется могучий терапевтический потенциал этих бактерий. Кто знает, на что они еще способны.

Кандидат биологических наук
Н.Л. Резник