Как микробы в кишечнике управляют нашим настроением, решениями и здоровьем
Глава из свежей книги о последних достижениях науки в изучении ЖКТ, в последнее время к нему приковано внимание многих ученых. Предлагаем освежить свои знания о теле с помощью отрывка из книги «Второй мозг» с разрешения «Альпины».
На протяжении десятилетий наше понимание механизма работы пищеварительной системы было основано на механистической модели: весь организм считали чем-то вроде машины, а кишечник в основном рассматривали как старомодное устройство, которое работало по принципам парового двигателя XIX в.
В соответствии с этой моделью мы ели — жевали и глотали пищу, затем в желудке она дробилась на части при помощи механического измельчителя, которому помогала соляная кислота в составе желудочного сока. После этого гомогенизированная пища поступала в тонкую кишку, в которой из нее извлекались калории и питательные вещества, а непереваренная часть отправлялась в толстую кишку, которая распоряжалась тем, что оставалось. В конце концов остатки выводились из организма.
Эта понятная всем метафора промышленного века влияла на представления о медицине многих поколений врачей, включая современных гастроэнтерологов и хирургов. Считалось, что неправильно функционирующие части пищеварительного тракта можно легко обойти или удалить, а некоторые даже поменять местами (перекомпоновать), что приведет к снижению веса. Мы стали искусными мастерами в выполнении таких операций, теперь их уже делают через эндоскоп, не прибегая к традиционным хирургическим приемам.
Мозг и ЖКТ
Как теперь выясняется, это слишком упрощенная модель: медики по-прежнему считают пищеварительную систему частью организма, которая в значительной степени не зависит от головного мозга. Однако стало известно, что эти два органа неразрывно связаны друг с другом.
Такое понимание нашло отражение в концепции оси, соединяющей желудочно-кишечный тракт с головным мозгом. Если исходить из этой концепции, наша пищеварительная система — гораздо более тонкий, сложный и мощный механизм, чем мы полагали прежде. Новейшие исследования позволяют предположить, что благодаря тесному взаимодействию микроорганизмов желудочно-кишечный тракт может влиять на наши эмоции, восприятие боли, социальные контакты и на многие наши решения, не ограничиваясь вопросами пищевых предпочтений и размерами поглощаемой порции.
Верность бытовых выражений вроде «нутром чуять» подтверждается нейробиологическими данными. Сложные связи между ЖКТ и головным мозгом, как выяснилось, играют важную роль в принятии и других, в том числе важнейших, жизненных решений.
Связь между пищеварительной системой и мозгом должна быть предметом изучения не только психологов, поскольку она проявляется не только «в головах» людей. Ось взаимодействия образуют анатомические соединения, к тому же биологические сигналы передаются через кровоток. Однако прежде чем углубиться в эти материи, давайте сделаем шаг назад и внимательно приглядимся к нашей пищеварительной системе (она же ЖКТ), которая устроена гораздо сложнее, чем просто машины для переработки пищи.
Желудочно-кишечный тракт обладает возможностями, превосходящими показатели работы всех других органов нашего тела, он может даже соперничать с головным мозгом. В ЖКТ есть собственная нервная система (энтеральная, ЭНС), которую в популярных статьях нередко называют «вторым мозгом». Она состоит из 50–100 млн нервных клеток, что примерно равно числу клеток спинного мозга.
Находящиеся в ЖКТ иммунные клетки — это значительная часть иммунной системы человека. Для сравнения: в стенке пищеварительного тракта их больше, чем в крови или в костном мозге. Есть весомая причина, объясняющая такое скопление иммунных клеток в этом месте: желудочно-кишечный тракт первым подвергается воздействию потенциально смертельных микроорганизмов, содержащихся в продуктах, которые мы едим.
Иммунная система, сосредоточенная в ЖКТ, способна обнаруживать и уничтожать отдельные виды опасных бактерий, попадающих в пищеварительную систему с загрязненной пищей или водой. Интересно, что этот редут обороны защищает нас, выявляя небольшое количество потенциально смертоносных бактерий из невероятного множества — триллиона — полезных микроорганизмов, которые живут в ЖКТ и образуют его микробиоту. Постоянное выполнение этой сложной функции иммунными клетками гарантирует нам жизнь в полной гармонии с микробиотой ЖКТ.
Оболочка пищеварительного тракта выстлана огромным числом специализированных эндокринных клеток. Они содержат до 20 различных типов гормонов, которые при необходимости могут быть выпущены в кровоток. Если собрать эти клетки вместе, их вес превысил бы вес всех остальных эндокринных органов — половых желез, щитовидной железы, гипофиза и надпочечников — вместе взятых.
Желудочно-кишечный тракт также является крупнейшим хранилищем серотонина: в нем сосредоточено 95% этого важного гормона, имеющегося в организме.
Серотонин — сигнальная молекула, играющая важную роль во взаимодействии мозга и ЖКТ. Серотонин нужен не только для нормальной работы ЖКТ, например для его скоординированных сокращений, продвигающих пищу по пищеварительному тракту, но и для осуществления таких жизненно важных функций, как сон, аппетит, болевая чувствительность и даже настроение и общее самочувствие.
Эта активно участвующая в регулировании нескольких систем головного мозга сигнальная молекула является основной мишенью для большого класса антидепрессантов — ингибиторов обратного захвата серотонина.
Но если единственная функция ЖКТ состоит в управлении пищеварением, тогда зачем в составе его тканей имеется уникальная совокупность специализированных клеток и сигнальных систем? Один из вариантов ответа на этот вопрос может подсказать не слишком пока известная функция ЖКТ — он представляет собой огромный сенсорный орган, имеющий самую большую из всех органов тела поверхность. Если развернуть пищеварительный тракт, он будет размером с баскетбольную площадку, и эта поверхность усеяна тысячами датчиков, которые обрабатывают огромный объем информации, содержащейся в пище. Они делают это при помощи сигнальных молекул, распознающих свойства пищи — сладкая она или горькая, горячая или холодная, острая или нейтральная на вкус.
Пищеварительная система соединена с головным мозгом толстыми пучками нервов, по которым информация может передаваться в обоих направлениях, а также каналами связи через кровоток: гормоны и воспалительные сигнальные молекулы, создаваемые в ЖКТ, доводят сигналы до мозга, а гормоны, вырабатываемые мозгом, передают сигналы различным клеткам ЖКТ — гладким мышцам, нервам и иммунным клеткам, меняя характер их функционирования.
Сигналы, поступающие из пищеварительного тракта в головной мозг, не только создают в нем разные ощущения, вроде насыщения после плотной еды, тошноты, дискомфорта и чувства удовлетворения, но и вызывают ответные реакции головного мозга — сигналы, которые мозг отправляет обратно в ЖКТ, чтобы тот отреагировал определенным образом.
При этом сам мозг эти ощущения не забывает. В его обширных базах данных хранятся внутренние висцеральные ощущения, к которым впоследствии при принятии решений может быть обеспечен доступ. В конечном счете то, что ощущает наш желудочно-кишечный тракт, влияет не только на принимаемые решения: что нам есть, пить и с кем проводить время, но и на то, как мы оцениваем важную информацию, выступая в роли работников, членов жюри и руководителей.
В китайской философии есть концепция инь и ян, согласно которой противодействующие или противоположные силы можно рассматривать как дополняющие и взаимосвязанные, из взаимодействия которых появляется единое целое. Изучая связи мозга с пищеварительным трактом, можно рассматривать внутренние ощущения как инь, а внутренние реакции — как ян.
Связь мозга с ЖКТ подобна связи между инь и ян — они являются двумя взаимодополняющими сторонами одной сущности. И внутренние ощущения, и внутренние реакции — различные аспекты одной и той же действующей в обоих направлениях сети, которую составляют головной мозг и пищеварительный тракт. Она чрезвычайно важна для нашего самочувствия, эмоций и способности принимать интуитивные решения.
Открытие кишечного микробиома
На протяжении нескольких десятилетий мало кто следил за изучением взаимодействия между мозгом и ЖКТ, однако в последние годы такие исследования заняли центральное место. Это смещение акцентов во многом можно объяснить экспоненциальным увеличением объема знаний и данных о бактериях, архебактериях (археях), то есть о сообществе древних микроорганизмов, грибов и вирусов, которые обитают внутри пищеварительного тракта и в совокупности называются кишечной микробиотой.
Численность этих невидимых микроорганизмов огромна: в ЖКТ обитает в 100 000 раз больше микроорганизмов, чем людей на Земле. Мы узнали об их существовании около 300 лет назад, когда голландский ученый Антони ван Левенгук усовершенствовал устройство микроскопа. Взглянув в окуляр на соскобы, взятые с зубов, он увидел живые микроорганизмы. Левенгук назвал их микроскопическими организмами (парамециями, animalcules).
С тех пор прогресс принес огромные технологические изменения, позволяющие нам точнее выявлять и описывать такие микроорганизмы, и большая часть этих достижений выпала на последнее десятилетие. Главную роль в столь бурном прогрессе сыграл проект «Микробиом человека» (The Human Microbiome Project), выполнение которого началось в октябре 2007 г. по инициативе Национального института здравоохранения США (U. S. National Institute of Health) с целью определения и описания микроорганизмов, сосуществующих с людьми.
Этот проект был призван выяснить состав микробных компонентов нашего генетического и метаболического ландшафта и понять, как они способствуют поддержанию нормального состояния нашего организма и формированию предрасположенности к заболеваниям.
В последнее десятилетие микробиота ЖКТ стала объектом изучения почти во всех областях медицины, включая далекие друг от друга психиатрию и хирургию. В нашем мире невидимые сообщества микроорганизмов обитают повсюду — в растениях, животных, почве, жерлах глубоководных вулканов и верхних слоях атмосферы, поэтому ими увлеклись ученые, которые изучают микроорганизмы, живущие в океанах, почвах и лесах. Ажиотаж охватил даже Белый дом, который в 2015 г. собрал ученых со всего мира, чтобы они совместно изучили влияние микроорганизмов на климат, обеспечение продовольствием и здоровье человека.
На момент написания этих строк президент США Барак Обама планировал 13 мая 2016 г. объявить о начале реализации национального проекта «Микробиомная инициатива» (Microbiome Initiative) — аналога запущенной в 2014 г. инициативы BRAIN*, в рамках которой были выделены миллиарды долларов на исследования головного мозга человека.
Польза, которую кишечная микробиота приносит человеку, многообразна. Больше всего исследовано и подтверждено ее участие в переваривании компонентов пищи, с которыми кишечник не может справиться самостоятельно; в регулировании обмена веществ во внутренних органах, переработке и обезвреживании опасных веществ, попадающих в организм с пищей; в тренировке иммунной системы и регулировании ее деятельности; предотвращении вторжения и развития опасных биологических патогенов.
С другой стороны, нарушения и изменения в кишечном микробиоме (микробиоте ЖКТ в совокупности с ее генами и геномами) оборачиваются широким спектром болезней (воспалительные заболевания кишечника, вызванная приемом антибиотиков диарея, астма). Такие сбои даже могут повлиять на возникновение расстройств аутистического типа и таких нейродегенеративных заболеваний головного мозга, как болезнь Паркинсона.
С помощью новых технологий мы обнаруживаем и описываем различные популяции микроорганизмов, живущих на коже, лице, в ноздрях, полости рта, на губах, веках и даже между зубами. Однако местом обитания самых крупных популяций микроорганизмов является желудочно-кишечный тракт, в частности толстая кишка.
В почти лишенном кислорода пищеварительном тракте человека обитают более 100 трлн микроорганизмов — примерно столько же, сколько имеется всех клеток в организме человека, включая эритроциты.
Это означает, что в нашем организме только 10% клеток являются собственно человеческими. (Если включить в эту категорию красные кровяные тельца, эритроциты, доля может оказаться выше — около 50%.)
Если собрать вместе все кишечные микроорганизмы человека и представить их в виде одного органа тела, его вес составит 900–2700 г, что вполне сопоставимо с весом головного мозга (около 1200 г). Понятно, почему кишечный микробиом иногда называют «забытым органом». В его состав входят 1000 видов бактерий, имеющих более 7 млн генов — до 360 генов бактерий на каждый человеческий ген. Из этого следует, что к человеческим по своему происхождению относится менее 1% всех человеческих и микробных генов (так называемый хологеном, hologenome).
Все эти гены дают микроорганизмам не только огромный потенциал для производства молекул, посредством которых микробиом может взаимодействовать с нами, но и предоставляют впечатляющие возможности вариаций. Кишечная микробиота каждого человека уникальна, состав штаммов и видов составляющих микроорганизмов широко варьирует. То, какие микроорганизмы обитают в каждом конкретном пищеварительном тракте, зависит от многих факторов, в том числе от ваших генов, от микробиоты матери, которую человек в какой-то степени заимствует при рождении, от микроорганизмов, имеющихся у других членов семьи, входящих в контакт с ребенком, от диеты, от работы головного мозга и состояния сознания конкретного человека.
Чтобы в полной мере осознать важнейшую роль, которую микроорганизмы играют в наших телах, следует помнить, откуда они пришли и как связаны с нами, людьми. Об истории этой эволюции в своей книге «Пропавшие микроорганизмы» (Missing Microbes) прекрасно рассказывает Мартин Блейзер.
На протяжении примерно 3 миллиардов лет единственными живыми обитателями на Земле были бактерии. Они заполняли собой каждый клочок земли, каплю воздуха и воды и способствовали осуществлению химических реакций, результаты которых создавали условия для эволюции многоклеточной жизни. Медленно, путем проб и ошибок в течение необъятного по продолжительности времени они изобрели сложные и надежные системы обратной связи, в том числе и наиболее эффективный язык, который до сих пор опосредует всю жизнь на Земле.
Все, что мы уже знаем о микробиоте кишечника, ставит под сомнение ряд традиционных научных воззрений. Это одна из причин того интереса и споров, которые эта тема породила в академической среде и в средствах массовой информации. Эти сомнения и дискуссии в свою очередь стали причиной того, почему некоторые люди задают в настоящее время более серьезные, философские вопросы о влиянии микробиома на жизнь человека.
Не является ли наш организм всего лишь транспортным средством для живущих в нем микроорганизмов? Не манипулируют ли они нашим мозгом, заставляя нас искать и потреблять продукты, которые лучше всего подходят для них? Может ли тот факт, что численность нечеловеческих клеток превосходит число живущих на Земле людей, изменить нашу концепцию человеческой личности?
На кого-то подобные философские рассуждения, безусловно, производят впечатление, но современная наука их не поддерживает. Что, однако, не делает менее серьезными последствия открытий, которые сделали ученые, занимающиеся человеческим микробиомом, за последнее десятилетие. Хотя мы находимся в самом начале пути, открывающегося в результате этих исследований, мы больше не можем считать себя единственным интеллектуальным продуктом эволюции, отличающимся от всех других живых существ на планете.
Подобно тому как революция Коперника в XVI в. коренным образом изменила понимание нашего положения в Солнечной системе, а революционная теория эволюции Дарвина в XIX в. навсегда изменила место людей в животном царстве, наука о микробиоме человека заставляет нас переосмыслить нашу позицию на планете. Согласно новой науке о микробиоме, мы, люди, фактически являемся суперорганизмами, состоящими из неотделимо связанных между собой человеческих и микробных компонентов, чье выживание напрямую зависит один от другого.
Может быть, больше всего в этом открытии нас беспокоит тот факт, что микробные составляющие вносят гораздо более весомый вклад в функционирование этого суперорганизма, чем собственно человеческие. Поскольку наша микробная составляющая через общую биологическую систему тесно связана с различными микробиомами почвы, воздуха, океанов, а микроорганизмы живут в симбиозе почти со всеми другими живыми существами, мы оказываемся прочно и неразрывно вплетены в общую паутину жизни на Земле. Новая концепция микробного суперорганизма уже серьезно повлияла на понимание нашей роли на Земле и многих аспектов здоровья и болезни.
Понравилась статья? Поделитесь с друзьями на Facebook:
published on according to the materials
Комментарии (0)