Въздействието на чревния микробиом върху физическото и психическото здраве
Влияние на чревния микробиом върху физическото и психическото здраве
Първо публикувано: 25 март 2020 г.
Редакционна група: MEDICHUB MEDIA
ДВЕ: 10.26416/Med.133.1.2020.2996
Резюме
Обобщение
Чревен микробиом при здрав мъж -
"Суперорганизъм"
Голямото откритие през 2000 г., което предлага възможност за дешифриране на човешка ДНК, проправя пътя за идентифициране на цялото генетично наследство, предлагайки възможността да се познават подробно микроорганизмите, присъстващи в храносмилателната система. Изследователите предлагат като термин за цялото човешко тяло и микробиота името "Суперарганизъм" (1), като се има предвид доказаната способност на микробиома да влияе върху тялото за добро или лошо в състояние на еубиоза или лошо в състояние на дисбиоза. Влиянието на микробиома надхвърля стомашно-чревния тракт, проучвания подчертават неговата роля в дихателната, кръвоносната и имунната и метаболитната системи.
Човешкото черво е домакин на общност от микроорганизми, чийто брой е десет пъти по-голям от този на клетките на човешкото тяло и чийто геном има сто пъти повече гени, отколкото съдържа човешкият геном (2). Известна също като чревна флора, микробиотата е концентрирана най-вече в дебелото черво и взаимодейства с гостоприемника, за да модулира редица телесни функции в тясна връзка с излагането на околната среда (стрес, диета, лекарства). Двете основни, взаимосвързани характеристики, на които се основава, са подредени: първата е специфична за индивидите и устойчива на външни лечения (нездравословна храна, антибиотици), като дава на индивида времева стабилност и намалява предразположението към болести, а втората е относително гъвкава към физиологични и екологични промени (развитие на имунитет, наличност на хранителни вещества по време на бременност).
Двете се основават на динамичния баланс при поддържане на състоянието на хомеостазата и обясняват сложния механизъм, който медиира прогресията от здраве към заболяване (3). Здравата човешка микробиота се състои от много микроорганизми, най-много от които са бактерии, които представляват повече от 99% от човешката микробиота (4). Тяхната плътност варира в различните области на човешкото тяло, най-високата концентрация на милилитър е в дебелото черво, с количество 10 14 бактерии, което е 98% от бактериите в цялото човешко тяло (5). Тези бактерии образуват бактериома, който се състои от редица видове, вариращи от 500 до 1000, всеки идентифициран чрез уникален геном.
Научните изследвания през последните години са фокусирани върху анализа на екосистемата на микробиотата, така че да се идентифицират микробните видове, които се намират в микробиома на здрави хора, така че липсата на тези микроорганизми да илюстрира дисбиоза и наличието на патологии. Сложната дефиниция на здрава микробиота обаче разглежда както състава, функцията, динамиката, така и системната екология (6). Проучване на напречното сечение на състава на чревната микробиота показва, че в случая на ловци-събирачи микробиомът се състои главно от Prevotella, Proteobacteria, Spirochaetes, Clostridiales и Ruminobacter, докато в градските популации преобладават Bacteroides, Bifidobacterium и Firmicutes.
Съставът на чревния микробиом включва следното:
Бактерии (бактериом, еубактерии)
Архе (археи, архебактерии)
Вируси и бактериофаги (euvirom - virom - phagoma)
Дрожди, гъбички и плесени (микобиом)
Основно въздействие в състава на чревната микробиота имат промените в циркадния ритъм, по-конкретно наличието на хранителни вещества, нивото на антимикробните пептиди и антителата гостоприемник (7). Клиничните проучвания разкриват разлики в състава и функционалността на микробиотата по различно време на деня (8). Здравата микробиота взаимодейства с чревната бариера чрез бактерии, за да осигури нейната правилна функционалност.
Чревните бактерии, особено лактобацилите и бифидобактериите, произвеждат бутират, който е резултат от ферментацията на въглехидрати, с роля в блокирането на развитието на опасни бактерии (9). По този начин, в състояние на еубиоза, микробиотата предотвратява и унищожава размножаването на патогенни бактерии, за разлика от фармацевтичното лечение, което унищожава както патогена, така и чревната защитна бариера.
В стомашно-чревния тракт има много клетки с роля в защитата на тялото (лимфоцити, макрофаги, дендритни клетки и др.), Които се стимулират от микробиотата в състояние на евбиоза, за да предпазят от външни агресии не само храносмилателната система, но и дихателната система и кожен.
Друга важна функция на чревните бактерии е хранителната, позволяваща синтеза на витамин В2 (Bacillus subtilis Escherichia coli), витамин В12 (Lactobacillus reuteri CRL1098), фолати (Bifidobacterium bifidum, Bifidocaterium longum subsp. Infantis), Es vitaminichi ) и витамин B6 и PP (Streptococcus thermophilus ST5, Lactobacillus helveticus R0052, Bifidobacterium longum R0175), с незаменима роля за хомеостазата (10) .
Функциите на чревната микробиота са:
Метаболитните функции се отнасят до способността на микробиотата да произвежда метаболити в резултат на бактериална ферментация. Основните бактерии, отговорни за тази дейност, са Bacteroide, Bifidobacterium, Roseburia, Enterocateriacare и Fecalibacterium (11) .
Метаболитният капацитет на чревния микробиом се подчертава от следните регулаторни механизми: чревно рН, кислородни градиенти, превръщане на хранителните компоненти в използваеми продукти, отстраняване на токсични вещества и фекално производство. В дебелото черво рН варира от киселинно в проксималното дебело черво до неутрално в дисталното дебело черво.
По отношение на устойчивостта на бактериите към киселинно рН, проучванията показват, че Firmicutes е по-устойчив от Bacteroides. При in vitro модел се наблюдава промяна в активността на динамиката и състава на чревната микробиота при рН между 5,5 и 6,5 (12). .
Кислородът е друг фактор, който влияе върху пространственото разпределение на микробиома, като повечето батерии са анаеробни, с ограничен растеж. Чрез трансформиране на диетичните компоненти в крайни компоненти, абсорбиращи се от микробиотата, рН се променя.
Последната фаза на храносмилателния процес включва образуването на масата на изпражненията, което намалява времето за чревен транзит и включва някои от токсичните вещества, които влияят върху здравето на човешкото тяло (13). На това ниво ролята на чревната микробиота е да смила определени полизахариди и нишесте, да превръща полизахаридите в монозахариди, активирайки късоверижни мастни киселини (SCFA), които се свързват с протеиновите рецептори, индуцирайки YY пептида.
Структурните функции на микробиотата са подчертани от присъствието на следните бактерии: Bacteroides thetaiotaomicron има роля в поддържането на десмозомите на епителните вили в червата (14); Lactobacillus rhamnosus GG имат ролята за предотвратяване на апоптозата на епителните клетки чрез производство на разтворими протеини (15); Akkermansia muciniphilia има роля за намаляване на ендотоксемията чрез увеличаване на биоактивните нива на липидите (16) .
Защитната активност на чревния микробиом се отнася по-специално до борбата срещу патогените, чрез производството на вещества, способни да инактивират нашествениците, чрез промени в чревното рН и чрез поддържане целостта на чревната лигавица (17). Основната линия на защита на чревната бариера е лимфната тъкан (MALT).
Важен аспект за проявата на всички функции на чревната микробиота е състоянието на евбиоза, по-точно постоянният баланс между състава и броя на микроорганизмите, които съставят микробиома на индивида.
Взаимодействието между чревния микробиом и мозъка (ос на червата и мозъка)
Клинични изпитвания от изследователи, участващи в европейския проект MyNewGut, разкриха наличието на щамове и видове бактерии, които изглеждат обещаващи в борбата срещу затлъстяването, метаболитните нарушения и промени в настроението. Предклиничните резултати показват ефективността на бактериалния щам Bacteroides uniformis CECT 7771 срещу дисфункция на имунната система и метаболитна дисфункция при затлъстяване. Резултатите от теста показват намаляване на серумните нива на триглицериди, непоносимост към глюкоза и телесно тегло (18). .
Друга важна констатация на мултидисциплинарната работна група е идентифицирането на вид бактерия Bifidobacterium longum, която има положително въздействие върху освобождаването на кортизол, качеството на съня и възприемания стрес. Хипотезата на работната група се отнася до възможността за трансформиране на тези видове бактерии в бъдещи пробиотици от ново поколение, които да се използват при лечение на метаболитни патологии като затлъстяване или проблеми, свързани със стреса и промени в състоянието, като депресия (19) .
Класическите теории показват, че начинът на живот влияе върху мозъка чрез оста хипоталамус-хипофиза-надбъбречна жлеза. Клиничният опит показва, че нарушенията, причинени на това ниво от хроничен стрес или генетична уязвимост, могат да причинят нарушения на психичното здраве, демонстрирани от повишени серумни възпалителни цитокини.
Новите теории, базирани на анализа на екосистемата, представена от микробиома, подчертават взаимозависимостта между чревното здраве, евбиозата и здравето на нервната система. Последната конференция, приключила петгодишното изследване за въздействието на микробиома, водено от изследователските групи MyNewGut, представи няколко надлъжни проучвания, които подчертаха ясната връзка между нездравословната консумация на храна и психичното здраве.
Едно от тези проучвания, проведени в продължение на 6,2 години върху 8 964 испански участници, стигна до заключението, че бързата храна или тестените изделия увеличават риска от депресия (21). Доказателствата се основават на промени, причинени от предизвикването на експериментални промени върху чревната микробиота и от ефекта на пре- и пробиотиците върху мозъчната функция и невропсихиатричната дисфункция.
Друго експериментално проучване в катедрата по психология в Оксфордския университет, проведено от Джонсън и Фостър през 2018 г., се фокусира върху връзките между червата, бактериалната флора и мозъка (22). Този експеримент се основава на хипотезата за възможността за поведенческа манипулация на организма гостоприемник от микроорганизмите, съставляващи чревния микробиом. В този случай човешкото поведение би се получило в резултат на манипулацията с микробиотата, така че всяка промяна в нивото на микроорганизмите да доведе до ефекти в невроентериалната система чрез комуникация между ентеричната и нервната системи (22). По-точно, чревната флора има способността да модулира чревната подвижност чрез метаболити в резултат на бактериална ферментация, които впоследствие влияят върху производството на серотонин през блуждаещия нерв и свързаните с него неврони (24) .
Други изследвания допълват тази хипотеза и подчертават ролята на чревната микробиота в метаболизма на серотониновия предшественик, триптофан, който преминава кръвно-мозъчната бариера и засилва секрецията на серотонин в централната нервна система (25) .
В допълнение към промяната на индивидуалното поведение през оста микробиота-черва-мозък, микробиомът може да действа директно върху имунната система, намалявайки възпалителните реакции в тялото. Това беше подчертано през 2017 г. от група изследователи (26), които проведоха експеримент върху лабораторни мишки, на които прехвърлиха изпражнения от животни със синдром на раздразненото черво. Резултатът е тревожно поведение, когато настъпи имунен отговор. Като решение за тревожност и депресия, изследователите стигнаха до заключението, че бактериалните видове лактобацили и бифидобактерии имат благоприятен ефект, намалявайки симптомите (27). Експериментални лабораторни проучвания показват как лактобацилите благоприятстват социалните взаимодействия при група стресови мишки. Това стана възможно чрез намесата на бактерии върху производството на окситоцин (28) .
Всички тези проучвания разкриват и изясняват онова, което доскоро беше спорен проблем, а именно как микробиомът успява да повлияе върху цялостното функциониране на човешкото тяло. Чрез невротрансмитери и имунната система микробиотата оказва влияние върху поведението на организма гостоприемник и всяка промяна във вида или броя на чревните микроорганизми чрез патогенно замърсяване или продължителна консумация на антибиотици е свързана с промени в поведението и функциите. церебрална парализа (29-31) .
През последните години микробиомът се превърна в наблюдателни и експериментални изследвания, които научната еволюция направи възможно, в повратната точка в решаването на много медицински състояния, като тревожност, депресия, болест на Алцхаймер, затлъстяване и метаболитни проблеми.
Според препоръките на експертите диетата изглежда най-разумната намеса за предотвратяване на хронични патологии, чрез поддържане на баланс между чревната микробна популация, по-точно поддържане на състоянието на еубиоза.
Препоръките, предоставени от експерти от консорциума MyNewGut, отчитат не само хранителните нужди на човешкото тяло, считано за организма гостоприемник, но и тези на чревния микробиом. За да се поддържа хомеостазата, експертите подчертаха значението на намаляването на приема на увеличени количества мазнини и протеини и обогатяването на диетата с диетични фибри, основното „гориво“ на чревната микробиота.
Конфликт на интереси: Авторите не декларират конфликт на интереси.