Przejdź do treści

Psychobiom: Psychobiom – jak bakterie jelitowe wpływają na układ nerwowy

dr inż. Dorota Zaręba, ZSG Warszawa
dr hab. Małgorzata Ziarno, prof. SGGW, SGGW Warszawa
Forum Mleczarskie Biznes 2/2024 (55)
bakoma man protein
© fm

Ośrodkowy układ nerwowy, czyli mózg i rdzeń kręgowy oraz związany z nim obwodowy układ nerwowy (połączenia nerwowe z poszczególnymi narządami), pełni określone funkcje w organizmie człowieka, stanowiąc dwa układy: somatyczny (zależny od naszej woli) i autonomiczny (wegetatywny, niezależny od naszej woli). Prawidłowość funkcjonowania układu nerwowego zależy od wielu czynników i jest sterowana między innymi neuroprzekaźnikami. Rodzaj neuroprzekaźników i ich natężenie mają bezpośredni wpływ na reakcje zachodzące w układzie nerwowym, które objawiają się w formie poznawczej (intelektualnej) i afektywnej (psychicznej). Anomalie w funkcjonowaniu układu nerwowego demonstrują się w postaci zaburzeń zachowania organizmu człowieka – zaburzeń psychicznych (takich jak depresja, nerwica lękowa, anoreksja, bulimia, schizofrenia) i wielu innych. Najpowszechniejszą chorobą cywilizacyjną układu nerwowego jest depresja. Dotyka ona nawet do kilkunastu procent dorosłych Europejczyków. Depresji bardzo często towarzyszy lęk, który może mieć różne oblicza w postaci nerwicy lękowej lub nerwicy natręctw (w której lęk wiąże się z przymusem wykonania określonej czynności). Zgodnie z badaniami Instytutu Psychiatrii i Neurologii EZOP II w ciągu całego życia aż 16,07% populacji polskiej mierzy się z lękami i fobiami, aż 11,63% z uzależnieniem, z kolei 3,85% osób (czyli ponad 1,2 mln mieszkańców naszego kraju) cierpi na depresję. W latach 2017–2023 liczba prób samobójczych zwiększyła się o 30%. Przerażający jest fakt, że coraz częściej próby samobójcze podejmują nastolatkowie i dzieci. Zdaniem WHO jedna na osiem osób cierpi na zaburzenia psychiczne, a znaczny wpływ na tę sytuację miała pandemia. Najbardziej smuci fakt, że około 30% osób z depresją nie poddaje się leczeniu.

Zaburzenia psychiczne, w tym depresja i stany lękowe, często współistnieją z problemami jelitowymi, co sugeruje dwukierunkowy związek między zdrowiem psychicznym i funkcjonowaniem układu pokarmowego. Potencjał stymulowania komunikacji pomiędzy mikroflorą gospodarza i osią mózgowo-jelitową wpływa na zdrowie psychiczne poprzez stosowanie żywności funkcjonalnej i jest nowym i dynamicznie rozwijającym się polem badawczym. Już na chwilę obecną badania na temat roli mikroflory układu pokarmowego w funkcjonowaniu poznawczym (intelektualnym) i afektywnym (psychicznym) doprowadziły do wniosków, że suplementacja wyselekcjonowanymi probiotykami i prebiotykami (tj. substancjami selektywnie wykorzystywanymi przez drobnoustroje probiotyczne, które wywierają korzystny i udokumentowany efekt prozdrowotny) może być strategią wsparcia w łagodzeniu stanów depresyjnych i kognitywnych lub zapobieganiu im.

Układ pokarmowy i mózg są strukturami ściśle połączonymi ze sobą osią mózgowo-jelitową, która obejmuje dwukierunkową komunikację za pośrednictwem szlaków nerwowych, hormonalnych i immunologicznych. Badania z ostatnich lat potwierdzają, że komunikacja ta zależy również od interakcji mikrobiomu, który jest odpowiedzialny za uwalnianie szeregu metabolitów sygnalizacyjnych i aktywujących układ odpornościowy, pośrednio wpływając na regulację odpowiedzi neurologicznej mózgu.

Ogólne pojęcie mikrobiomu dotyczy komensalnych, symbiotycznych i patogennych mikroorganizmów naturalnie bytujących w organizmie człowieka. Ocenia się, że na masę mikroflory organizmu człowieka przypada 2 kg biomasy. W samym układzie pokarmowym znajduje się około 1014 komórek mikroorganizmów, składających się z gatunków typów Firmicutes i Bacteroides, w mniejszym stopniu Proteobacteria i Actinobacteria, ale również grzybów, wirusów i archeonów. To przekłada się na fakt, że ogólna liczba mikroorganizmów zamieszkujących organizm ludzki jest kilkadziesiąt razy większa od liczby komórek ciała ludzkiego. Mikroflora jelitowa uczestniczy w trawieniu i fermentacji składników żywności, produkcji składników aktywnych i odżywczych (witamin z grupy B i K, krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych, bakteriocyn i wielu innych). Zakłócenia w obrębie profilu mikroflory jelit przenosi się na funkcje barierowe jelit, zwiększając ich przepuszczalność i przyczyniając się do uogólnionej reakcji zapalnej, która jest stanem charakterystycznym i obserwowanym w przebiegu zaburzeń neuropsychicznych. Za degradacyjny wpływ ogólnoustrojowego stanu zapalnego na ośrodkowy układ nerwowy odpowiadają cytokiny prozapalne (interleukiny, interferony, chemokiny, czynnik TNF) indukowane przy narażeniu na antygen w efekcie odpowiedzi immunologicznej. Przedłużający się stan zapalny prowadzi ostatecznie do eskalacji i inwazji na ośrodkowy układ nerwowy, co stanowi etiologię depresji. W nerwie błędnym i w nerwach rdzeniowych odkryto różne receptory cytokin, które mogą sygnalizować stan zapalny w mózgu, potencjalnie wywołując stany lękowe i depresje. W innym przypadku cytokiny mogą przedostawać się do mózgu przez narządy okołokomorowe na drodze dyfuzji lub za pośrednictwem transporterów przez barierę krew-mózg. Jednak badania potwierdzają również, że podanie szczurom po infekcji Escherichia coli preparatu wieloszczepowego (zawierającego bakterie Lactobacillus helveticus R0052 i Bifidobacterium longum R0175 w połączeniu z Lacticaseibacillus rhamnosus R0011) powodowało obniżenie poziomu cytokin prozapalnych interleukiny-1α, interleukiny-6, interferonu-γ i czynnika TNF. Ponadto u szczurów leczonych probiotykami wykazano znaczne zwiększenie poziomu cytokin przeciwzapalnych interleukiny-4 i interleukiny-10 w surowicy w porównaniu do grupy kontrolnej.

jogurt grecki bez laktozy, jogurt bakoma
© fm

Należy podkreślić, że na indywidualny profil mikroflory jelitowej wpływa wiele czynników, takich jak dieta, styl życia, genotyp, płeć oraz wiek. Skład mikroflory jelitowej i stan naszego zdrowia są ze sobą ściśle powiązane. Dla przykładu dieta bogata w produkty wysokoprzetworzone (typu fast food) ma bezpośredni wpływ na zwiększenie przepuszczalności jelit i zwiększoną predyspozycję do ujawniania objawów depresyjnych. Z kolei dieta bogata w warzywa, owoce i ryby prowadzi do zmniejszania objawów depresyjnych. Dieta wysokotłuszczowa stymuluje wzrost udziału bakterii z rodzin Bacteroidetes i Enterobacteriaceae w profilu mikroflory jelit, który jest charakterystyczny dla pacjentów z depresją. U osób cierpiących na depresję stwierdza się podwyższony udział przeciwciał IgA i IgM przeciwko lipopolisacharydom LPS komensalnych bakterii Gram-ujemnych.

Ścisłe powiązanie funkcjonowania układu pokarmowego i funkcjonowania mózgu zwróciło uwagę badaczy na możliwości terapeutyczne w łagodzeniu stresu i objawów lękowych oraz depresji poprzez suplementację i modyfikację profilu mikrobiologicznego jelit. Aktualnie badania eksperymentalne z tego zakresu prowadzone są zarówno na zwierzętach, jak i na ludziach. Jedne z pierwszych obserwacji dotyczących wpływu mikroflory jelit na odpowiedź neurologiczną gospodarza opisano na przykładzie myszy. Szwedzcy naukowcy dopatrzyli się różnic pomiędzy stanami lękowymi i aktywnością ruchową w dwóch grupach myszy, przy czym jedna grupa była hodowana gnotobiotycznie (tj. sterylnie), a druga posiadała naturalnie wysymulowany mikrobiom. Wykazano, że kolonizacja drobnoustrojami jelitowymi wywołuje zmiany neurochemiczne w mózgu i inicjuje mechanizmy sygnalizacyjne, które wpływają na szlaki neuronowe związane z kontrolą motoryczną i zachowaniami lękowymi. Jednocześnie upośledzona kolonizacja jelit we wczesnych etapach życia może istotnie przyczyniać się do nadmiernej reakcji na stres w wieku dorosłym w postaci lęków i zaburzenia nastroju. W doświadczeniach na myszach wykazano również, że po doustnej aplikacji patogenu zwierzęta były pobudzone i zaniepokojone. Kolejne badania na szczurach potwierdziły pozytywny wpływ bakterii mlekowych z gatunków L. rhamnosus i L. helveticus na funkcjonowanie okrężnicy, kolonizację i normalizację poziomu kortykosteronu u młodych szczurów poddanych stresowi związanemu z separacją od matki. W innym przypadku aplikacja bakterii z gatunku Bifidobacterium infantis zmniejszyła depresyjne zachowania szczurów, które były zmuszane do pływania. Podobny efekt obniżenia poziomu kortykosteronu w osoczu szczurów narażonych na stres uzyskano po podaniu bakterii mlekowych z gatunku Limosilactobacillus reuteri. Te doniesienia zapoczątkowały badania nad zastosowaniem mikroflory jelit w zakresie zaburzeń neuropsychiatrycznych. Wykazano jej wpływ na nastrój i zachowanie – głównie reakcję na stres – i w efekcie na nasilenie objawów depresyjnych i lękowych. Wyniki tych badań wskazują na istotną rolę mikroflory w funkcjonowaniu osi jelitowo-mózgowej i tym samym uzasadniają próby poszukiwania nowych metod terapii zaburzeń psychicznych poprzez modyfikację profilu mikrobiomu. Z tego względu w 2013 r. po raz pierwszy zaproponowano nową grupę mikroflory, którą nazwano psychobiotykami. Psychobiotyk to szczep probiotyczny, który po spożyciu w odpowiedniej ilości wykazuje istotny wpływ na funkcjonowanie osi jelitowo-mózgowej, a co za tym idzie – na stan pacjentów cierpiących na zaburzenia psychiczne.

Badania kliniczne wykazują istotne zmiany w składzie mikroflory jelit osób cierpiących na depresję w porównaniu do osób zdrowych. Przede wszystkim u osób cierpiących na depresję stwierdza się podwyższony udział bakterii z rodziny Bacteroidetes, w tym wyraźnie opisuje się zwiększenie liczby bakterii z rodzaju Alistipes. Jest to stosunkowo nowy rodzaj bakterii, izolowany głównie z próbek klinicznych. Do rodzaju Alistipes zaliczanych jest 13 gatunków, które izoluje się z ludzkiego mikrobiomu, najczęściej pacjentów cierpiących na różne schorzenia, w tym z objawami depresji. Dlatego zasugerowano, że rodzaj ten może mieć istotny wpływ na rozwój stanu zapalnego stymulującego objawy depresji. Jednocześnie zaobserwowano, że nasilenie objawów depresji jest skorelowane z obniżonym poziomem populacji bakterii z rodzaju Faecalibacterium. Podobnych obserwacji dokonano u pacjentów z zespołem jelita drażliwego z jednoczesnym zawyżonym udziałem bakterii z rodziny Bacteroidetes oraz nasileniem objawów depresyjnych.

kefir robico, jogurt
© fm

Psychobiotyki wytwarzają substancje neuroaktywne, które mogą dotrzeć do mózgu szlakami endokrynnymi (układ hormonalny) i autonomicznymi (neurologiczny). Przykładem takiej substancji jest tryptofan. Metabolizm tryptofanu wpływa na modyfikację poziomu serotoniny. Z kolei serotonina, jako jeden z podstawowych neuroprzekaźników z grupy amin biogennych pochodnych tryptaminy, odpowiada pośrednio lub bezpośrednio za regulację snu, bezsenności, apetyt, jak również zmęczenie i zaburzenia depresyjne. Mikrobiota może syntetyzować różne neurohormony, takie jak: katecholaminy, histaminy, acetylocholina, melatonina, GABA (kwas gamma-aminomasłowy). Dlatego też badania kliniczne związane z suplementacją psychobiotykami są niezwykle obiecujące. Opisywany jest pozytywny wpływ na poprawę nastroju po spożyciu mlecznych produktów wzbogaconych szczepem Lacticaseibacillus casei Shirota. W innych badaniach wykazano, że spożycie fermentowanych produktów mlecznych z dodatkiem bakterii z gatunków Bifidobacterium animalis, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus i Lactococcus lactis spowodowało zwiększenie aktywności obszarów mózgu odpowiedzialnych za emocje i funkcje afektywne (psychiczne). Z kolei suplementacja bakteriami z gatunków L. helveticus i B. longum przełożyła się na redukcję objawów depresyjnych i lękowych potwierdzoną poprzez oznaczenie poziomu kortyzolu (hormon stresu) we krwi. W innym przypadku w grupie 40 osób suplementacja probiotykami z gatunków Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium lactis, Lactobacillus acidophilus i Levilactobacillus brevis przez 28 dni zaowocowała spadkiem agresji i wyraźną redukcją objawów depresji w porównaniu do placebo. W kolejnych badaniach wykazano wpływ 30-dniowej aplikacji preparatu probiotycznego składającego się z L. helveticus ROOO52 i B. longum R0175 na zmniejszenie odczucia lęku w warunkach szpitalnych poprzez zmniejszenie incydentów agresji i objawów stanów depresyjnych. W kolejnych, randomizowanych badaniach na ludziach porównano dwie grupy – spożywającą przez 4 tygodnie produkt placebo oraz spożywającą preparat z kilkoma szczepami bakterii probiotycznych: B. bifidum W23, B. lactis W52, L. acidophilus W37, L. brevis W63, L. casei W56, Ligilactobacillus salivarius W24 i L. lactis W19 oraz W58. Grupa spożywająca preparat probiotyczny wykazała znacznie zmniejszoną reaktywność na smutny nastrój. W innym eksperymencie studenci przyjmowali probiotyk L. casei Shirota lub placebo przez 8 tygodni. W efekcie potwierdzono, że grupa przyjmująca preparat probiotyczny wykazywała niższe poziomy kortyzolu w osoczu w porównaniu z grupą placebo, jednocześnie po kolejnych dwóch tygodniach grupa studentów spożywających probiotyk wykazała znacznie wyższy poziom serotoniny w kale. W innym badaniu grupa studentów spożywająca szczep Lactobacillus gasseri OLL2809 wraz z α-laktoalbuminą (frakcją białek serwatkowych mleka) wykazała podwyższony nastrój i złagodzenie zmęczenia po intensywnym wysiłku sportowym. W innych ciekawych badaniach (przeprowadzonych na ochotnikach cierpiących na zespół jelita drażliwego, który jest związany z zaburzeniami w obrębie osi jelitowo-mózgowej i profilu mikroflory jelit, czemu często towarzyszą stany lękowe lub depresja) grupie wolontariuszy zaordynowano preparat L. salivarius UCC4331, B. infantis 35624 lub placebo. Na początku tego badania u pacjentów występował nieprawidłowy stosunek cytokin prozapalnych – interleukiny-10 i interleukiny-12 – co dowodziło, że jest u nich aktywny stan zapalny. Jednakże na końcu eksperymentu okazało się, że uczestnicy, którzy przyjmowali preparat B. infantis 35624 wykazywali normalizację stosunku cytokin. Wyniki te wykazują, że probiotyki mogą indukować zmiany w poziomach cytokin w organizmie człowieka, jednak efekty te są specyficzne dla określonych szczepów. Inne ciekawe doświadczenie wykonano z udziałem grupy kobiet przyjmujących przez 4 tygodnie preparat zawierający bakterie z gatunków B. animalis, S. thermophilus, L. delbrueckii subsp. bulgaricus i L. lactis (grupa kontrolna nie otrzymywała tego preparatu). Po zakończeniu eksperymentu, w celu określenia wpływu spożycia probiotyków na aktywność neurofizjologiczną, badana grupa została poddana funkcjonalnemu obrazowaniu metodą rezonansu magnetycznego (fMRI) polegającemu na okazaniu zdjęć z twarzą pełną emocji (w szczególności twarze pełne strachu). W porównaniu z grupą placebo uczestnicy spożywający wymienione probiotyki wykazali zdecydowanie mniejszą aktywność neuronów.

Badania nad wykorzystaniem psychobiotyków w terapii poddają analizie poszczególne obszary mózgu związane z przetwarzaniem emocji, jak również zdolności poznawcze związane z przetwarzaniem emocji, czyli podejmowaniem decyzji i rozpoznawaniem z pamięci. Zaobserwowano między innymi, że grupa otrzymująca psychobiotyki wykazała znaczną poprawę reakcji na nieprzyjemne bodźce, co wskazuje na poprawę wydajności pamięci, zwłaszcza w kontekście emocji. Wyniki opierały się również na badaniach biochemicznych, na przykład pomiarze poziomu kortyzolu czy pomiarze stężenia neuroprzekaźników in vivo za pomocą spektroskopii rezonansu magnetycznego.

Badania przedkliniczne i kliniczne potwierdzają również, że różnorodne czynniki stresogenne o charakterze psychologicznym i fizjologicznym mogą zaburzać prawidłową mikroflorę jelitową. Stres powoduje zmniejszenie liczby pałeczek mlekowych i bakterii z rodzaju Bifidobacterium. To dowodzi, że bakterie jelitowe i mózg pozostają w ścisłym związku i oddziałują na siebie nawzajem, wykorzystując różne pozytywne i negatywne sprzężenia zwrotne. Wartość psychobioty-ków jako środka terapeutycznego, zapobiegawczego i uzupełniającego w chorobach związanych ze stresem wydaje się być aktualnie bezsporna. Niemniej jednak potrzebne są dalsze badania w celu potwierdzenia efektów terapeutycznych stosowania psychobiotyków na różnych grupach pacjentów oraz lepszego zrozumienia mechanizmu terapeutycznego tego układu, aby ustalić, czy preparaty probiotyczne mogą wzmacniać farmakoterapię lub ją zastąpić. 

Serwis www.forummleczarskie.pl wykorzystuje ciasteczka (ang. cookies) w celu gromadzenia informacji, które pozwalają lepiej adaptować stronę do potrzeb i preferencji Czytelników oraz budować statystyki dotyczące oglądalności. Cookies można wyłączyć w każdej chwili w ustawieniach przeglądarki internetowej. Brak takiej zmiany oznacza możliwość zapisu w pamięci urządzenia. Więcej informacji znajdą Państwo w Polityce prywatności.