Ось кишечник-мозг. Новые возможности работы с психоневрологическими заболеваниями

В последние годы наука все больше обращает на вопрос, как кишечник влияет на мозг человека. В связи с новыми открытиями появляются инновационные методы лечения психических расстройств, таких как депрессия, тревожные состояния, шизофрения.

Ученые выяснили, что в кишечнике сосредоточено около 100 млн нейронов. Кишечник через различные механизмы способен влиять на эмоциональное состояние человека. Представлено множество данных о том, что нарушение кишечной микробиоты играет большую роль в возникновении депрессии и тревожных расстройств. И наоборот, нарушение состояния нервной системы отражается на здоровье кишечника, вызывая различные патологии.

Именно поэтому его называют «вторым мозгом». Понимание связи нервной системы и кишечника открывают новые возможности для лечения психоневрологических заболеваний.

Что такое энтерическая нервная система или «второй мозг»

Энтерическая нервная система (ЭНС) — это автономная система способная функционировать независимо от центральной нервной системы, координируя перистальтику, секрецию ферментов и кровоток в кишечнике. Однако ее роль выходит далеко за рамки пищеварения – ЭНС активно участвует в регуляции эмоционального состояния и когнитивных функций. Связь мозга и кишечника осуществляется через различные механизмы (вегетативные нервы, гормоны и нейромедиаторы). 

• Серотонин (5-HT): Около 90% всего серотонина в организме синтезируется энтерохромаффинными клетками кишечника из триптофана под действием фермента триптофангидроксилазы (TPH1). При дисбиозе снижается активность TPH1, что приводит к дефициту серотонина и развитию депрессивных состояний.

• ГАМК: Определенные штаммы бактерий (например, Lactobacillus и Bifidobacterium) способны синтезировать гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК) через фермент глутаматдекарбоксилазу. Через взаимодействие с иммунными клетками кишечника ГАМК-продуцирующие бактерии  подавляют выработку IL-6, TNF-α и IL-1β, снижая воспаление. ГАМК уменьшает кишечную проницаемость, предотвращая попадание липополисахаридов (LPS) грамотрицательных бактерий в кровоток. LPS через активацию TLR4 могут повреждать ГЭБ, открывая путь для провоспалительных молекул и нейротоксинов.

• Дофамин: Некоторые бактерии (например, Bacillus spp.) продуцируют предшественники дофамина. Нарушение этого процесса может способствовать развитию когнитивных расстройств, включая болезнь Паркинсона.

• Арилуглеводородные рецепторы (AhR): Активируются микробными метаболитами (индол, скатол), регулируя целостность кишечного барьера и подавляя воспаление. Дефицит активации AhR связан с аутоиммунными и нейровоспалительными процессами.

• Toll-подобные рецепторы (TLR4): Распознают липополисахариды (LPS) грамотрицательных бактерий. Гиперактивация TLR4 запускает каскад NF-κB, приводя к выбросу провоспалительных цитокинов (IL-6, TNF-α), которые повреждают гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) и способствуют нейродегенерации.

Разработка терапии, основанной на взаимодействии между ЭНС и ЦНС, предполагает более целостный подход к лечению психоневрологических заболеваний. Вместо того чтобы сосредоточиваться исключительно на неврологических компонентах, врачи и исследователи начинают рассматривать и кишечные аспекты здоровья. Это многообещающее направление может привести к созданию инновационных методов, направленных не только на симптоматическое лечение, но и на восстановление нарушенных взаимосвязей между организмом и психикой.

Основные пути коммуникации между кишечником и мозгом

Связь между двумя органами, известная как ось "кишечник–мозг", представляет собой сложную нейробиологическую структуру, регулирующую множество физиологических и психических процессов. 

Современные исследования доказали, что кишечник не только отвечает за переваривание пищи, но и влияет на работу нервной системы, и даже на эмоциональное состояние человека. Эта связь осуществляется через множество путей.

Блуждающий нерв (n. vagus) – главный проводник сигналов между кишечником и мозгом:

• Афферентные волокна экспрессируют серотониновые рецепторы (5-HT), рецепторы GLP-1 (глюкагоноподобный пептид-1)  и грелина. Например, Lactobacillus rhamnosus JB-1 усиливает GABA-ергическую передачу в префронтальной коре через стимуляцию вагуса.

• Эфферентные волокна стимулируют моторику и секрецию ЖКТ, влияя на состав микробиоты.

Кишечные гормоны:

• Грелин (синтезируется в желудке) стимулирует выброс нейропептида Y (NPY) в гипоталамусе, снижая тревожность при хроническом стрессе.

• GLP-1  улучшает нейропластичность через активацию cAMP/PKA-сигнального пути и активирует PI3K/Akt-путь, важный  для выживания нейронов при болезни Альцгеймера.

Иммунный путь (цитокины и нейровоспаление)

Дисбиоз кишечника приводит к:

• активации TLR4 LPS грамотрицательных бактерий стимулирует выброс IL-1β и IL-6, вызывая повреждение ГЭБ;

• снижению PSA: Bacteroides fragilis продуцирует полисахарид А (PSA), который индуцирует Treg, подавляя избыточный Th17-ответ (важно при расстройствах аутистического спектра).

Метаболический путь (КЦЖК, TMAO, триптофановый обмен)

Короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК):

• Бутират ингибирует гистондеацетилазы (HDAC), усиливая экспрессию BDNF (нейротрофический фактор мозга), но также подавляет нейровоспаление через активацию PPAR-γ.

• Пропионат активирует рецепторы FFAR3 на энтероэндокринных клетках, снижая синтез грелина.

Триметиламин-N-оксид (TMAO):

• Продуцируется из холина и карнитина при участии Prevotella,  Clostridium и др.. Высокий уровень TMAO ассоциирован с риском болезни Альцгеймера.

Кинурениновый путь:

• При воспалении активируется IDO (индоламин-2,3-диоксигеназа), что переключает метаболизм триптофана с синтеза серотонина на образование нейротоксичного хинолината.

Открытие оси "кишечник–мозг" позволило рассматривать физическое и психическое здоровье как взаимосвязанные элементы. Это знание позволяет создавать более целостные подходы к лечению психоневрологических заболеваний, что может привести к улучшению качества жизни многих пациентов. Способность влиять на психическое состояние через коррекцию состояния кишечника знаменует собой новую эру в психиатрии и неврологии, открывая двери к более эффективным методам терапии.

Роль кишечной микрофлоры 

Микробиота пищеварительного тракта взаимодействует с энтеральной нервной системой, образуя ось кишечник-мозг, которая регулирует физиологические и психологические процессы. 

Исследования показывают, здоровье кишечной микрофлоры напрямую связано с состоянием психики и может служить как индикатором, так и терапевтическим инструментом при лечении психоневрологических отклонений.

Способность кишечной микрофлоры влиять на нервные центры включает в себя несколько механизмов. 

1. Микробиота модулирует синтез серотонина и дофамина в кишечнике, влияя на ЦНС через нейрональные и иммунные пути.

2. Кишечная микрофлора влияет на воспалительные процессы в организме и, соответственно, на функционирование мозга. Исследования демонстрируют, что воспаление может вызывать или усугублять психические расстройства, такие как шизофрения, биполярное расстройство и депрессия. Установлено, что пробиотики и пребиотики могут оказывать противовоспалительное действие и способствовать восстановлению баланса в микробиоме, что, в свою очередь, может облегчать симптомы различных психоневрологических заболеваний.

3. Кишечная микрофлора активно участвует в обмене веществ и синтезе необходимых соединений: витамина B12 и фолатов, участвующих в метилировании ДНК и работе нейротрансмиттерных систем. Дефицит B9 и B12 повышает уровень гомоцистеин, увеличивая  риск нейродегенерации.

Патогенез психоневрологических заболеваний через призму оси кишечник–мозг

Современные исследования подтверждают связь между состоянием кишечной микробиоты и развитием психоневрологических заболеваний. Кишечные бактерии синтезируют предшественники (триптофан для серотонина) или аналоги (4-этилфенилсульфат, имитирующий дофамин). Также модулируют синтез нейротрансмиттеров энтерохромаффинными клетками и нейронами ЭНС через метаболиты (КЦЖК, индол).

• Депрессия

Дисбиоз, включая снижение Lactobacillus, нарушает метаболизм триптофана, активируя IDO-зависимый кинурениновый путь. Это повышает уровень хинолиновой кислоты, повреждающей нейроны, и снижает синтез серотонина в кишечнике. Параллельно NLRP3-инфламмасома усиливает нейровоспаление, подавляя BDNF-зависимый нейрогенез.

• Шизофрения

Избыток Clostridium spp. повышает уровень микробных метаболитов (p-крезол), которые нарушают дофаминергическую передачу через эпигенетические механизмы, а не прямое ингибирование D2-рецепторов.

• Болезнь Паркинсона

Дисбиоз с доминированием Enterobacteriaceae ( E. coli) способствует синтезу бактериальных амилоидов (Curli), которые ускоряют агрегацию эндогенного α-синуклеина в нейронах кишечника. Агрегаты распространяются в ЦНС по блуждающему нерву, запуская нейродегенерацию.

Лечение заболеваний кишечника может стать новым направлением в терапии психоневрологических расстройств.

Как поддержать здоровье кишечной микрофлоры

• Здоровое питание

Рацион, содержащий клетчатку, пробиотики и пребиотики улучшит состояние микробиоты кишечника. Пробиотики — это живые полезные бактерии, которые улучшают микрофлору кишечника, способствуют пищеварению и укрепляют иммунитет (кисломолочные продукты, квашеная капуста, чайный гриб. Пребиотики — это пищевые волокна, которые не перевариваются, но служат питанием для полезных бактерий в кишечнике (овощи, фрукты, зерновые и бобовые).

Это положительно сказывается на психическом состоянии. Также важно избегать продуктов с высокой степенью обработки, сахара и трансжиров. Избыток сахара провоцирует рост грибков и протеобактерий, вызывающих дисбиоз. Трансжиры  повреждают кишечный барьер

• Физические упражнения

Упражнения повышают триптофан (предшественник серотонина) в крови, что косвенно влияет на ЦНС. Физическая нагрузка увеличивает разнообразие микробиоты и выработку бутирата, который подавляет нейровоспаление. Физическая активность повышает уровень Akkermansia muciniphila — бактерии, укрепляющей слизистый барьер кишечника и снижает воспаление. Это способствует укреплению  связи между кишечником и мозгом.

• Борьба с нервным напряжением

Специальные психологические упражнения, такие как медитация, йога или дыхательные упражнения. Эти упражнения снижают уровень кортизола, который повреждает кишечный барьер и меняет состав микробиоты. Также они активируют парасимпатическую нервную систему через блуждающий нерв, улучшая моторику ЖКТ. Программирование на осознанное питание, то есть внимание к тому, что и как мы едим, также способствует улучшению пищеварения и психоэмоционального состояния.

• Ритм сна

Микробиота  имеет собственные циркадные ритмы.  Ночные перекусы и нерегулярный сон нарушают ее активность. Установление регулярного расписания сна, воздержание от приема пищи за два часа до сна, комфортная обстановка и ограничение экранного времени перед сном улучшат качество сна.

Заключение

Установленная связь между кишечной микробиотой и психическим здоровьем подчеркивает важность комплексного подхода к лечению, который включает не только фармакотерапию, но и коррекцию рациона, изменения образа жизни и применение пробиотиков. Микрофлора кишечника может стать ключевым элементом в патогенезе и терапии депрессии, тревожных расстройств и других неврологических состояний.

Сложная взаимосвязь между физиологией и психическим состоянием человека подчеркивает необходимость междисциплинарного подхода к изучению и лечению заболеваний, что, в конечном итоге, может привести к более эффективному управлению и улучшению качества жизни пациентов. Постепенное внедрение знаний о кишечной микрофлоре и её влиянии на мозговую активность является основой новых эффективных методов терапии.

Список использованной литературы

1. Новикова А.П. ОСЬ "МИКРОБИОТА-КИШЕЧНИК-МОЗГ": ОБЗОР ВЗАИМОСВЯЗЕЙ / НОВИКОВА А.П., ОКОНЕНКО Т.И., АНТРОПОВА Г.А. // Современные основы биомедицины.- №4 (30).- 2024

2. Широлапов И.В. РОЛЬ ВЗАИМОСВЯЗЕЙ ПО ОСИ МОЗГ-КИШЕЧНИК-МИКРОБИОМ В РЕГУЛЯЦИИ ЦИРКАДИАННЫХ РИТМОВ, МЕХАНИЗМАХ СНА И ИХ НАРУШЕНИЙ / И.В. Широлапов, О.В. Грибкова, А.М. Ковалев и др. // Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова.- №5-2.- 2024.- С. 79-86

3. Ворсина Е.С. ВЗАИМОСВЯЗЬ МОЗГА И МИКРОБИОМА КИШЕЧНИКА / Е.С. Воронина // Павловские чтения: Материалы IX Международной научно-практической конференции, посвященной 130-летию со дня рождения профессора Н.К. Верещагина. - Курск.- 2023

4. Алымжан У.Б. ОСЬ КИШЕЧНИК-МОЗГ И НЕВРОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ: МЕХАНИЗМЫ ВЗАИМОВЛИЯНИЯ / У.Б. Алымжан, Э.М. Мамытова, А.Т. Исраилова // Вестник медицины и образования.- №1-5.- 2023.- С. 21-24

5. Реутов В.П. ПРИЧИННО-СЛЕДСТВЕННАЯ СВЯЗЬ МЕЖДУ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИМИ И ПАТОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ В МОЗГЕ И В ЖЕЛУДОЧНО- КИШЕЧНОМ ТРАКТЕ: ОСЬ "МОЗГ - КИШЕЧНИК" / В.П. Реутов, Е.Г. Сорокина // Биофизика.- №6.- 2022.- С. 1192-1208

6. Болотова Н.В. СОВРЕМЕННЫЙ ВЗГЛЯД НА РОЛЬ МИКРОБИОТЫ КИШЕЧНИКА В РАЗВИТИИ МЕТАБОЛИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ / Н.В. Болотова, К.А. Чередникова, Н.Ю. Филина и др. // Педиатрия. Журнал им. Г.Н. Сперанского.- №4.- 2023.- С. 140-146