Oś jelitowo-mózgowa

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Od około roku 2005 naukowcy zaczęli rozumieć relację pomiędzy procesem trawienia a funkcjami mózgu i jego rozwojem. Relację tą nazywa się osią jelitowo-mózgową.

Oś jelitowo-mózgowa odnosi się do sygnalizacji biochemicznej zachodzącej pomiędzy przewodem pokarmowym i układem nerwowym, często z udziałem mikroflory jelitowej[1]. Oś jelitowo-mózgowa odgrywa ważną rolę w utrzymywaniu normalnego funkcjonowania mózgu[2][3].

Flora bakteryjna jelit komunikuje się z centralnym układem nerwowym (OUN) w ramach szlaków nerwowych, immunologicznych oraz hormonalnych[4] i ma wpływ na funkcje oraz działanie mózgu. Liczne badania naukowe wskazują, że mikroflora jelitowa jest zaangażowana w regulację lęku, bólu, zaburzeń funkcji poznawczych oraz nastroju. W badaniach oddziaływania flory bakteryjnej jelit na funkcjonowanie mózgu stosuje się porównanie wolnych od zarazków (sterylnych) zwierząt, które były poddane działaniu infekcji patogenicznymi bakteriami, bakterii probiotycznych i antybiotyków, do zwierząt hodowanych w niesterylnych warunkach. Oś jelitowo-mózgowa jest obecnie rozwijaną koncepcją, która może być pomocna w opracowaniu nowych strategii terapeutycznych złożonych zaburzeń ośrodkowego układu nerwowego polegających na modyfikacji flory bakteryjnej jelit[3].

Funkcje mózgu[edytuj | edytuj kod]

Badania sugerują, że oś jelitowo-mózgowa, dwukierunkowy neurohumoralny system łączności w organizmie ludzkim, funkcjonuje dla flory bakteryjnej jelit jako droga modulowania funkcji mózgu jej gospodarza. Poporodowa kolonizacja układu pokarmowego drobnoustrojami ma długotrwały wpływ na neuronowe przetwarzanie sygnałów sensorycznych dotyczących reakcji osi podwzgórze-przysadka-nadnercza na stres. Wczesna kolonizacja poporodowa sterylnych myszy przyczynia się do rozwoju ośrodkowego układu nerwowego. Ostatnie badania wykazały, że myszy, których dieta została uzupełniona o Bifidobacterium breve, wykazują podwyższone stężenia kwasów tłuszczowych w mózgu, w tym kwasu arachidowego oraz kwasu dokozaheksaenowego, które odgrywają ważną rolę w rozwoju układu nerwowego, w tym procesów neurogenezy[5]. Podanie Bifidobacterium infantis wywołało szybką aktywację c-Fos w jądrze przykomorowym. Bifidobacterium infantis moduluje także metabolizm tryptofanu, co sugeruje, że mikroflora jelit może pełnić rolę prekursora serotoniny, która jest skorelowana z neurofizjologicznym zachowaniem. Zachowania lękowe oraz zaburzenia neurochemiczne zostały złagodzone u sterylnych myszy w porównaniu do myszy wolnych od określonej bakterii patogenicznej. Ponadto w kale dzieci chorych na autyzm w porównaniu do dzieci zdrowych znalezione zwiększoną zawartość bakterii Clostridium[6].

Rozwój i zachowanie mózgu[edytuj | edytuj kod]

Wykazano, że kolonizacja flory bakteryjnej jelit ma wpływ na rozwój mózgu ssaków poprzez inicjowanie mechanizmów sygnalizacji kontrolujących obwody nerwowe mające wpływ na kontrolę motoryczną i zachowania lękowe. Przy użyciu pomiarów aktywności ruchowej oraz zachowań lękowych naukowcy zademonstrowali, iż sterylne myszy wykazały większą aktywność motoryczną oraz mniejszy niepokój w porównaniu z myszami z normalną florą jelitową, wolnymi od specyficznych patogenów. Ten fenotyp zachowania jest związany ze zmienioną ekspresją genów mających wpływ na ścieżki przekaźnikowe II rzędu oraz długotrwałe wzmocnienie synaptyczne w regionach mózgu zaangażowanych w regulację kontroli motorycznej i zachowań lękowych[7].

Fenotyp zachowania[edytuj | edytuj kod]

Badania z wykorzystaniem szczurów wykazały poprawę zdolności do radzenia sobie ze stresującymi sytuacjami (takimi jak pływanie) u osobników, których dieta została wzbogacona o specyficzne bakterie probiotyczne.

Podczas porodu kolonizacja drobnoustrojami przyczynia się do rozwoju funkcji barierowej nabłonka, homeostazy jelita, angiogenezy, wrodzonych funkcji adaptacyjnych układu immunologicznego, a także częstych zaburzeń neurorozwojowych (takich jak autyzm[8][9], schizofrenia). W porównaniu do wolnych od patogenu myszy, myszy sterylne wykazały zwiększoną aktywność motoryczną, zredukowaną ilość zachowań lękowych, zmodyfikowaną ekspresję genów odpowiadających za plastyczność mózgu, jak również podwyższony poziom noradrenaliny, dopaminy oraz serotoniny w prążkowiu (prążkowie jest częścią kresomózgowia i bierze udział w szeregu różnych procesów poznawczych). Mysz wolna od poszczególnych patogenów, wystawiona na działanie antybiotyków, infekcji przewodu pokarmowego, stresu oraz gwałtownych zmian w diecie, wykazała zaburzenia równowagi homeostazy jelit oraz ośrodkowego układu nerwowego. Działanie antybiotyków wskazuje na rolę mikroflory jelitowej w regulacji nastroju, lęku, procesów poznawczych oraz bólu.

Ból trzewny[edytuj | edytuj kod]

Ból trzewny, mogący pojawić się w jelitach, wywołuje zaburzenia żołądkowo-jelitowe, takie jak zespół jelita drażliwego[3]. Za percepcję bólu trzewnego odpowiadają zjawisko sensytyzacji obwodowej nerwów ruchowych oraz korowe i subkorowe szlaki na poziomie centralnym. Ponadto istnieje istotne nakładanie się obszarów mózgu odpowiadających za odczuwanie bólu trzewnego oraz obszarów odpowiedzialnych za przetwarzanie stresu psychologicznego. Badanie obrazowe ludzi cierpiących na zespół jelita drażliwego[10][11] oraz na zwierzętach laboratoryjnych[12][13] wykazały zwiększoną aktywację tego samego obszaru mózgu. Klinicznie wykazano, że mikroflora jelit może mieć wpływ na percepcję bólu trzewnego. Na przykład Lactobacillus i Bifidobacterium mogą zredukować poziom bólu trzewnego wywołanego stresem i zespołem jelita drażliwego[14][15][16] u ludzi i myszy. Także wiele innych probiotyków wykazuje korzystne działanie u ludzi cierpiąnych na bóle brzucha[17][18].

Stres[edytuj | edytuj kod]

Z obserwacji wynika, że niektóre probiotyki pomagają zredukować stres, lęk oraz mają wpływ na nastrój pacjentów cierpiących na zespół jelita drażliwego i chroniczne zmęczenie. Mechanizm działania tego zjawiska obecnie pozostaje niejasny. Sugeruje się, że może on obejmować kombinację procesów neuronowych, odpornościowych oraz hormonalnych. Gatunek bakterii probiotycznej Lactobacillus reuteri wykazuje działanie modyfikujące układ odpornościowy, odpowiada za zmniejszenie niepokoju i redukcję wzrostu poziomu kortykosteronu wywołanego działaniem stresu. Inne probiotyki mają zdolność obniżania poziomów cytokin prozapalnych, redukcji stresu oksydacyjnego oraz poprawienia stanu odżywienia organizmu[19].

Oś jelito-mózg-wątroba[edytuj | edytuj kod]

Wątroba odgrywa dominującą rolę w homeostazie glukozy we krwi poprzez utrzymywanie równowagi między wychwytem i magazynowaniem glukozy poprzez szlaki metaboliczne glikogenogenezy i glukoneogenezy. W ostatnich badaniach została zilustrowana regulacja homeostazy glukozy przez lipidy z udziałem osi jelito-mózg-wątroba. Podawanie lipidów bezpośrednio do jelita cienkiego powoduje zwiększenie poziomów długołańcuchowych estrów koenzymu A (LCFA-CoA) i hamuje wytwarzanie glukozy nawet po podprzeponowej wagotomii lub deaferentacji nerwu błędnego w jelicie. Powoduje to przerwanie połączenia neuronowego pomiędzy mózgiem i jelitami oraz blokuje zdolność lipidów znajdujących się w jelicie cienkim do hamowania wytwarzania glukozy. Oś jelito-mózg-wątroba wraz z florą bakteryjną jelit ma zdolność regulowania homeostazy glukozy w wątrobie i może być rozpatrywana w potencjalnych metodach leczenia otyłości i cukrzycy[6].

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. Montiel-Castro, A. J.; González-Cervantes, R. M.; Bravo-Ruiseco, G.; Pacheco-López, G. (2013). "The microbiota-gut-brain axis: Neurobehavioral correlates, health and sociality".(pdf) Frontiers in Integrative Neuroscience 7. doi:10.3389/fnint.2013.00070.
  2. Jane A. Foster, Karen-Anne McVey Neufeld, Gut–brain axis: How the microbiome influences anxiety and depression, „Trends in Neurosciences”, 36 (5), 2013, s. 305–312, DOI10.1016/j.tins.2013.01.005, PMID23384445.
  3. a b c John F. Cryan, Timothy G. Dinan, Mind-altering microorganisms: The impact of the gut microbiota on brain and behaviour, „Nature Reviews Neuroscience”, 13 (10), 2012, s. 701–712, DOI10.1038/nrn3346, PMID22968153.
  4. H.Ahlman,O.Nilsson. The gut as the largest endocrine organ in the body (pdf). Annals of Oncology 12 (Suppl. 2): S63-S68, 2001. dostęp 22.06.2015
  5. Innis, S. M. Dietary (n-3) fatty acids and brain development. J. Nutr. 137, 855–859 (2007).
  6. a b Chen, X., Roshan S., and Seong-Tshool H.. "The role of gut microbiota in the gut-brain axis: current challenges and perspectives." Protein & Cell 4.6 (2013): 403-14. PMID 23686721
  7. Rochellys Diaz Heijtz, Shugui Wang, Sven Patterson "Normal gut microbiota modulates brain development and behavior". (pdf) PNAS (2011): PMCID: PMC3041077
  8. Vuong HE, Hsiao EY. Emerging Roles for the Gut Microbiome in Autism Spectrum Disorder. „Biol Psychiatry”. 16, 2016 Aug 26. DOI: 10.1016/j.biopsych.2016.08.024. PMID: 27773355 (ang.). 
  9. Li Q, Zhou JM. The microbiota-gut-brain axis and its potential therapeutic role in autism spectrum disorder. „Neuroscience”. 324, s. 131-9, 2016 Jun 2. DOI: 10.1016/j.neuroscience.2016.03.013. PMID: 26964681 (ang.). 
  10. Mayer, E. A. i wsp. Functional GI disorders: from animal models to drug development. (pdf) Gut 57,384–404 (2008)
  11. Mertz, H. et al. Regional cerebral activation in irritable bowel syndrome and control subjects with painful and nonpainful rectal distention. Gastroenterology. 2000 maj;118(5):842-8.
  12. Gibney, S. M., Gosselin, R. D., Dinan, T. G. & Cryan,J. F. Colorectal distension-induced prefrontal cortex activation in the Wistar–Kyoto rat: implications for irritable bowel syndrome. Neuroscience 165, 675–683 (2010)
  13. Wang, Z. i wsp. Regional brain activation in conscious, nonrestrained rats in response to noxiousstimulation.(pdf) Pain 138, 233–243 (2008)
  14. Verdu, E. F. i wsp. Specific probiotic therapy attenuatesantibiotic induced visceral hypersensitivity in mice. (pdf) Gut. 2006 luty; 55(2): 182–190.
  15. Gareau, M. G., Jury, J., MacQueen, G., Sherman, P. M. Perdue, M. H. Probiotic treatment of rat pups normalises corticosterone release and ameliorates colonic dysfunction induced by maternal separation. (pdf) Gut. 11/2007;56(11):1522-8. Epub 05.03.2007
  16. McKernan, D. P., Fitzgerald, P., Dinan, T. G., Cryan, J. F. The probiotic Bifidobacterium infantis 35624 displays visceral antinociceptive effects in the rat. (pdf) Neurogastroenterol. Motil. 22, 1029–1035 (2010)
  17. Bercik, P., Collins, S. M. & Verdu, E. F. Microbes and the gut–brain axis. (pdf) Neurogastroenterol. Motil. 24, 405–413 (2012)
  18. Clarke, G., Cryan, J. F., Dinan, T. G., Quigley, E. M. Review article: probiotics for the treatment of irritable bowel syndrome — focus on lactic acid bacteria. (pdf) Aliment. Pharmacol. Ther. 35, 403–413 (2012)
  19. Chen, X., Roshan S., and Seong-Tshool H.. "The role of gut microbiota in the gut-brain axis: current challenges and perspectives." Protein & Cell 4.6 (2013): 403-14. PMID 23686721