Oś jelito-mózg. Jak mikrobiom i psychobiotyki kształtują naszą psychikę?

Indeks:

• Szlak komunikacji
• Serotonina w jelitach
• GABA – kwas γ-aminomasłowy
• SCFA – rola krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych
• Jak zadbać o oś jelitowo-mózgową?
• Zastosowanie psychobiotyków
• Psychobiotyki w IBS
• Probiotykoterapia w depresji
• Podsumowanie

7 minut czytania

Szlak komunikacji

Nasz układ nerwowy wyposażony jest w nerwy, które stanowią podstawową drogę komunikacji pomiędzy narządami. Jelita i mózg łączy dwukierunkowa oś mająca wpływ na nasze zachowania, funkcje poznawcze, w tym pamięć, emocje i nastrój [1]. Możemy wyróżnić kilka szklaków komunikacji pomiędzy układem nerwowym a układem pokarmowym, bowiem regulacja homeostazy ustroju odbywa się na poziomie neuronalnym, hormonalnym i immunologicznym. Powierzchnia jelit wyposażona jest w gęstą sieć neuronalną, którą określa się jelitowym (enterycznym) układem nerwowym. To właśnie w enterocytach, czyli komórkach jelitowych, wytwarzane są neuroprzekaźniki takie jak serotonina czy acetylocholina, dzięki którym komunikacja pomiędzy jelitami a mózgiem jest możliwa. Wydzielanie neuroprzekaźników i hormonów stanowi więc niezbędny element tejże komunikacji. Komunikacja odbywa się z udziałem nerwu błędnego, który jest dziesiątym nerwem czaszkowym. Jest on najdłuższym nerwem w układzie nerwowym i zaopatruje klatkę piersiową, przeponę i jamę brzuszną unerwiając przy tym większą część układu pokarmowego [2].

Serotonina w jelitach

Do produkcji neuroprzekaźników przyczyniają się również bakterie jelitowe. Serotonina - potocznie nazywana hormonem szczęścia - jest neuroprzekaźnikiem, który w niemal 90% powstaje w jelitach. Pozostałe 10% serotoniny syntezowane jest w mózgu. Oznacza to, że największa część produkcji serotoniny zależna jest od bakterii jelitowych i składu mikrobiomu jelitowego. Nie ma ona zdolności przekraczania bariery krew-mózg i nie przedostaje się bezpośrednio do mózgu, ale oddziałuje miejscowo na jelitowy układ nerwowy na drodze kilku mechanizmów. Przede wszystkim reguluje motorykę jelit poprzez stymulację skurczów mięśni gładkich i w efekcie wpływa na perystaltykę. Reguluje również sekrecję płynów, dzięki czemu utrzymuje odpowiednią konsystencję treści jelitowej, a także oddziałuje na funkcje immunologiczne regulując procesy zapalne [3].

Serotonina - zarówno ta, której docelowym miejscem działania jest przewód pokarmowy, jak i ta, która oddziałuje na mózg - wytwarzana jest na drodze przemian tryptofanu. Tryptofan jest aminokwasem, którego organizm nie jest w stanie samodzielnie wytworzyć, więc musi być on dostarczany z pożywieniem. Dobrym źródłem tryptofanu są orzechy, pestki, kakao, płatki owsiane, mięso i ryby, dlatego warto włączyć je do codziennej diety. Działanie serotoniny w układzie nerwowym wpływa korzystnie na nasz nastrój, pamięć i koncentrację. Ponadto związane jest z uczuciem szczęścia, odczuwaniem przyjemności, a także wzmożonego apetytu. Odpowiedni poziom serotoniny w mózgu redukuje uczucie lęku i niepokoju [4].

GABA – kwas γ-aminomasłowy

Oprócz serotoniny, efektem sprawnego funkcjonowania mikrobioty jelitowej jest też kwas γ-aminomasłowy (GABA – gamma-aminobutyric acid). Jest to kolejny neuroprzekaźnik - pełni on w układzie nerwowym funkcję hamującą. GABA odgrywa w ludzkim organizmie wiele ról, np. odpowiada za kontrolę stanów emocjonalnych, bierze udział w regulacji funkcji poznawczych czy regulacji ciśnienia tętniczego krwi. Oprócz tego oddziałuje też na przewód pokarmowy - pobudzenie odpowiednich receptorów GABA zlokalizowanych w układzie pokarmowym wiąże się z relaksacją mięśni gładkich i wpływa na perystaltykę jelit [5]. Niedobór GABA może być wynikiem nadmiernego spożycia alkoholu, kofeiny czy dużej ilości przewlekłego stresu. Do produkcji tego neuroprzekaźnika niezbędny jest glutaminian, a kofaktorami syntezy GABA są: witamina B6, magnez, cynk i witamina K. Dlatego też różnorodna i zrównoważona dieta jest tak ważna dla prawidłowego funkcjonowania układu nerwowego oraz zdrowia psychicznego. Do produkcji GABA przyczyniają się także bakterie z rodzaju Lactobacillus i Bifidobacterium. Wspierają one funkcjonowanie osi jelitowo-mózgowej wykazując zdolność do syntezy GABA poprzez uczestnictwo w metabolizmie aminokwasów, w tym kwasu glutaminowego [6].

SCFA – rola krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych

Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA – short-chain fatty acids) są metabolitami bakteryjnymi, które stanowią wynik fermentacji polisacharydów. Wśród SCFA wyróżnia się kwas masłowy, octowy i propionowy. Głównym zadaniem maślanu jest odżywienie i regeneracja nabłonka jelitowego, z kolei octan i propionian stanowią pokarm dla bakterii. SCFA są odpowiedzialne za utrzymania homeostazy organizmu, biorą udział w modulowaniu układu odpornościowego i odpowiadają za utrzymanie równowagi w reakcjach pro- i przeciwzapalnych [7]. Ponadto SCFA odgrywają kluczową rolę w metabolizmie serotoniny zwiększając aktywność enzymu przekształcającego tryptofan w prekursor serotoniny. Badanie przeprowadzone na grupie polskich kobiet chorujących na depresję wykazało, że ilość SCFA w próbkach kału kobiet z depresją jest niższa niż u osób zdrowych. Co ciekawe, naukowcy zauważyli też odwrotnie proporcjonalną zależność pomiędzy nasileniem objawów depresyjnych a stężeniem SFCA [8]. Obniżony poziom bakterii produkujących kwas masłowy, w tym bakterii Faecalibacterium prausnitzii, przyczynia się do pogorszenia ogólnego samopoczucia [9].

Jak zadbać o oś jelitowo-mózgową?

Skoro nasz komfort psychiczny ściśle zależny jest od komfortu jelitowego, to istotnym działaniem będzie wsparcie mikrobiomu jelitowego. Aby całościowo zaopiekować środowisko jelitowe, należy oprzeć swoje działania na trzech podstawowych filarach zdrowego tryby życia: różnorodnej diecie, regularnej aktywności fizycznej i dobrej jakości śnie. Dieta ma szczególne znaczenie - powinna być zbilansowana, bogata w błonnik pokarmowy i niskoprzetworzona. Oznacza to, że żywność powinna być naturalna, poddana jak najmniejszej ilości procesów technologicznych i nie powinna zawierać dodatków do żywności, takich jak konserwanty, wzmacniacze smaku, sztuczne barwniki czy stabilizatory. Z kolei tak zwana „zachodnia dieta” charakteryzująca się obecnością wysokoprzetworzonej żywności i niskim spożyciem błonnika, będzie zaburzać skład mikrobiomu jelitowego i może stanowić przyczynę dysbiozy. Ilość błonnika pokarmowego ma szczególne znaczenie dla zdrowia i właściwego składu mikrobioty jelitowej, ponieważ niestrawne włókna błonnika mają działanie prebiotyczne, a więc stanowią pożywkę dla bakterii bytujących w jelicie. Jako źródła błonnika, w diecie warto więc postawić na pełnoziarniste źródła węglowodanów, orzechy, pestki, warzywa i owoce. Warto zaznaczyć, że żywność fermentowana może być naturalnym źródłem probiotyków, choć nie należy porównywać jej do preparatów probiotycznych podawanych doustnie [10].

Psychobiotyki w IBS

Przewlekły stres działa destrukcyjnie na ludzki organizm, co przekłada się również na skład mikrobiomu jelitowego. W zespole jelita drażliwego podwyższony poziom stresu jest w zasadzie nieodłącznym elementem funkcjonowania osób, które są nim dotknięte. Niestety IBS wiąże się z przewlekłym bólem brzucha, co uprzykrza codzienne funkcjonowanie i podnosi poziom stresu. Badania na osobach chorujących na IBS wykazały, że przyjmowanie celowanej kompozycji probiotycznej już po 4 tygodniach interwencji zmniejszyło dolegliwości związane z IBS w porównaniu do czasu bez probiotykoterapii. Co więcej, przyjmowanie tejże kompozycji bakteryjnej zwiększyło różnorodność mikrobioty jelitowej, jednocześnie wpływając pozytywnie na szczelność bariery jelitowej, którą oceniano na podstawie badania stężenia zonuliny. Oprócz tego, wykazano również zwiększoną aktywność metaboliczną mikrobiomu jelitowego, co przełożyło się na wytwarzanie większej ilości przeciwzapalnych SFCA w postaci maślanu i octanu [13].

Skład przebadanej kompozycji probiotycznej:

• Lactobacillus casei W56,
• Lactobacillus acidophilus W22,
• Lactobacillus paracasei W20,
• Bifidobacterium lactis W51,
• Lactobacillus salivarius W24,
• Lactobacillus lactis W19,
• Lactobacillus plantarum W62,
• Bifidobacterium bifidum W23.

Probiotykoterapia w depresji

Metabolity wytwarzane przez bakterie jelitowe, takie jak maślan, octan i propionian, wykazują działanie przeciwzapalne i mogą przenikać barierę krew-mózg, dzięki czemu oddziałują one korzystnie na objawy psychiatryczne [14]. Przeprowadzone w 2022 roku randomizowane badanie kliniczne kontrolowane placebo porównywało efekt standardowego leczenia przeciwdepresyjnego oraz w połączeniu z celowaną probiotykoterapią. W interwencji probiotycznej zastosowano taką samą kompozycję bakteryjną, jak w przypadku przytoczonego wcześniej badania dotyczącego IBS. Do obserwacji objawów depresyjnych użyto skal psychiatrycznych, na podstawie których zauważono poprawę już na wczesnym etapie leczenia. Po niespełna miesięcznej probiotykoterapii wywnioskowano, że przyjmowanie suplementów probiotycznych może pomóc zrównoważyć skład mikrobioty jelitowej u osób z zaburzeniami depresyjnymi [15].

Podsumowanie

Oś jelito-mózg to dwukierunkowy system komunikacji układu pokarmowego z układem nerwowym. Jelita i mózg stale wymieniają się „informacjami”, dzięki czemu wzajemnie na siebie oddziałują. Na funkcjonowanie tej osi korzystnie wpływają psychobiotyki. Wykazują one zdolność do modyfikowania składu mikrobioty jelitowej, co może wpływać pozytywnie na funkcjonowanie ośrodkowego układu nerwowego. Badania dowodzą, że interwencje probiotyczne mogą przynosić korzyści w leczeniu stanów, takich jak depresja, lęk czy stres, poprzez przywrócenie równowagi mikrobioty jelitowej i poprawę metabolizmu związanych z nią substancji biologicznych.

Bibliografia:

1. Watson C., Kirkcaldie M., Paxinos G. The brain: an introduction to functional neuroanatomy — Chapter 4 - Peripheral nerves. Academic Press, 2010. 43-54
2. Cryan JF, O Riordan KJ, Cowan CSM, et al. The Microbiota-Gut-Brain Axis. Physiol Rev. 2019;99(4):1877-2013.
3. Berger M, Gray JA, Roth BL. The expanded biology of serotonin. Annu Rev Med. 2009;60:355-66.
4. Yabut JM, Crane JD, Green AE, Keating DJ, Khan WI, Steinberg GR. Emerging Roles for Serotonin in Regulating Metabolism: New Implications for an Ancient Molecule. Endocr Rev. 2019;40(4):1092-1107.
5. Auteri M, Zizzo MG, Serio R. GABA and GABA receptors in the gastrointestinal tract: from motility to inflammation. Pharmacol Res. 2015 Mar;93:11-21. doi: 10.1016/j.phrs.2014.12.001. Epub 2014 Dec 17.
6. Barrett E, Ross RP, O’Toole PW, et al. g-Aminobutyric acid production by culturable bacteria from the human intestine. J Appl Microbiol. 2012; 113(2): 411–417
7. Czajkowska A., Szponar B. Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (SCFA) jako produkty metabolizmu bakterii jelitowych oraz ich znaczenie dla organizmu gospodarza. Postepy Hig Med Dosw, 2018; 72: 131-142
8. Skonieczna-Zydecka K, Grochans E, Maciejewska D,. Faecal short chain fatty acids profile is changed in polish depressive women. Nutrients 2018, 10
9. Bourassa, M. W., Alim, I., Bultman, S. J., & Ratan, R. R. 2016. Butyrate, neuroepigenetics and the gut microbiome: can a high fiber diet improve brain health?. Neuroscience letters, 625, 56-63
10. Gibson GR, Roberfroid MB. Dietary modulation of the human colonic microbiota: introducing the concept of prebiotics .J Nutr, 1995; 125:1401-12.
11. Dinan TG, Stanton C, Cryan JF. Psychobiotics: a novel class of psychotropic. Biol Psychiatry. 2013;74(10):720-726.
12. Cheng L.H., Y.W. Liu, C.C. Wu, S. Wang, Y.C. Tsai. 2019. „Psychobiotics in mental health, neurodegenerative and neurodevelopmental disorders”. Journal of Food and Drug 27 (3): 632-648.
13. Moser AM, Spindelboeck W, Halwachs B, Strohmaier H, Kump P, Gorkiewicz G, Högenauer C. Effects of an oral synbiotic on the gastrointestinal immune system and microbiota in patients with diarrhea-predominant irritable bowel syndrome. Eur J Nutr. 2019 Oct;58(7):2767-2778.
14. Morrison, D.J.; Preston, T. Formation of Short Chain Fatty Acids by the Gut Microbiota and their Impact on Human Metabolism. Gut Microbes 2016, 7, 189–200.
15. Reininghaus EZ, Platzer M, Kohlhammer-Dohr A, et al. PROVIT: Supplementary Probiotic Treatment and Vitamin B7 in Depression-A Randomized Controlled Trial. Nutrients. 2020 Nov 8;12(11):3422.