Od stuleci ludzie podejrzewali, że dieta i choroby jelit oddziałują na samopoczucie, a nawet mogą być odpowiedzialne za występowanie chorób psychicznych. Jednak dopiero pierwsze dwie dekady XXI wieku okazały się przełomowe dla zrozumienia znaczenia jelitowego układu nerwowego dla funkcjonowania mózgu, kondycji psychicznej i fizycznej człowieka i zwierząt. Liczba badań naukowych poświęconych tematowi osi jelitowo-mózgowej zaczęła bardzo znacząco wzrastać od czasu odkryć japońskiego uczonego – prof. Sudo, który jako pierwszy udowodnił, że brak normalnej mikrobioty w przewodzie pokarmowym na wczesnych etapach życia istotnie wpływa na odporność na stres w okresie dorosłości, a odpowiednia kolonizacja przewodu pokarmowego przez mikroorganizmy do pewnego stopnia odwraca niedobory odporności na czynniki stresowe.

Badania przeprowadzone na wielu modelach zwierzęcych potwierdzają wpływ jelitowego układu nerwowego oraz mikrobiomu przewodu pokarmowego na ośrodkowy układ nerwowy (OUN). Poza modulowaniem odpowiedzi na stres, mikrobiota bierze udział w powstawaniu reakcji lękowych, odpowiedzi na bodźce szkodliwe, kształtowaniu zachowań żywieniowych i preferencji smakowych. Ponadto istnieją dowody, że mikrobiota i stymulowana przez nią oś jelitowo-mózgowa mogą wpływać na poziom agresji wykazywanej przez zwierzęta. Poparciem tej tezy są badania przeprowadzone na chomikach dżungarskich, którym podawano doustnie antybiotyk o szerokim spektrum działania. Postępowanie to spowodowało zniszczenie mikrobiomu przewodu pokarmowego i jednocześnie spadek zachowań agresywnych wykazywanych wcześniej przez te zwierzęta. Wyniki innych badań wskazują, że niektóre szczepy bakterii stosowanych jako probiotyki poprawiają stan zdrowia zwierząt poprzez osłabienie reakcji lękowych i obniżenie poziomu hormonów (glikokortykosteroidów) odpowiedzialnych za powstawanie reakcji agresywnych. Na przykład podawanie baterii Lactobacillus rhamnosus (JB-1) zmniejszało reakcje lękowe u myszy, a Bacteroides fragilis NCTC 9343 zmniejszało nasilenie reakcji lękowych w mysim modelu wykorzystywanym do indukcji zachowań lękowych. Udowodniono również, że bakterie kolonizujące przewód pokarmowy potrafią produkować substancje neuroaktywne, w tym prekursory neurotransmiterów, które oddziałują na oś jelitowo-mózgową i wtórnie na odczuwanie lęku i depresję.

foto flickr

Pośrednio mikroorganizmy zasiedlające przewód pokarmowy oddziałują także na metabolizm, a w przypadku jego zaburzenia współodpowiadają za stany patologiczne prowadzące do powstawania licznych chorób. Można zatem zaryzykować stwierdzenie, że nasze zdrowie i funkcjonowanie mózgu zależy przynajmniej do pewnego stopnia od tego, co jemy i jak pracują nasze jelita. Od pewnego czasu wiadomo, że podobnie jest u psów.

Oś jelitowo-mózgowa jest złożonym systemem połączeń pomiędzy ośrodkowym układem nerwowym, a przewodem pokarmowym. Informacje pomiędzy obydwoma elementami osi przebiegają różnymi drogami. Wymiana informacji zachodzi w obydwu kierunkach i jest ściśle uzależniona od składu mikrobioty. Stąd też oś jelitowo-mózgowa bywa nazywana „osią mózg-jelita-mikrobiota”.

W medycynie ludzkiej….

foto flickr

Wiele badań wskazuje na wpływ mikrobioty na OUN, w tym nastrój i zachowanie oraz na jej prawdopodobne działanie przeciwlękowe i przeciwdepresyjne. Mikrobiota oddziałuje na OUN m.in. poprzez modulację stężenia przekaźników przeciwzapalnych, wpływ na produkcję licznych neuromediatorów (w tym serotoniny, tzw. neuroprzekaźnika szczęścia) oraz siłę ich oddziaływania na receptory w mózgu. Wiadomo również, że działanie osi jest wyjątkowo wrażliwe na czynniki stresowe. Mikrobiota odgrywa także kluczową rolę w profilaktyce zwiększonej przepuszczalności bariery jelitowej pod wpływem stresu psychologicznego i cytokin prozapalnych. W medycynie człowieka istnieją niezbite dowody na kluczową rolę układu odpornościowego i cytokin prozapalnych w powstawaniu depresji, a także coraz więcej dowodów na udział zwiększonej przepuszczalności bariery jelitowej (leaky gut syndrome) w rozwoju depresji. Dlatego też wydaje się, że bardzo obiecujące jest stosowanie probiotyków w terapii zaburzeń psychicznych, głównie depresyjnych i lękowych, oraz w profilaktyce efektów stresu psychologicznego poprzez zmniejszanie przepuszczalności bariery jelitowej.

A u psa….

foto flickr

Podobnie jak u człowieka, również u psów potwierdzono istnienie kilku szlaków komunikacji pomiędzy mózgiem i mikrobiotą przewodu pokarmowego:

• – Jelitowy układ nerwowy (enteric nervous system – ENS), nazywany także drugim mózgiem, jest drugim największym skupiskiem neuronów w organizmie. Komórki nerwowe budujące ENS komunikują się z OUN za pośrednictwem nerwu błędnego i w ten sposób przekazują sygnały indukowane przez mikrobiotę.
• – Współczulny układ nerwowy za pośrednictwem adrenaliny i noradrenaliny prowokuje zachowania typu walcz albo uciekaj, które pośrednio zmieniają motorykę jelit i tym samym wpływają na interakcje miokrobiomu ze strukturami przewodu pokarmowego.
• – Oś podwzgórze-przysadka-nadnercza indukuje uwalnianie kortyzolu, który reguluje odpowiedź organizmu na bodźce stresowe. Wyniki badań naukowych dowodzą, że mikrobiota wpływa na kształtowanie tego neuro-hormonalnego systemu i tym samym modyfikuje reakcje na sytuacje stresowe.
• – Sygnalizacja immunologiczna jest kolejną metodą oddziaływania mikrobioty na mózg. Mikrobiom wpływa na komórki układu odpornościowego zlokalizowane w błonie śluzowej przewodu pokarmowego, które modyfikują aktywność neuronów ENS. Jednocześnie pobudzone komórki immunologiczne uwalniają cytokiny, które warunkują odpowiedź organizmu na czynniki zapalne i zakaźne.
• – Metabolity produkowane przez bakterie zasiedlające przewód pokarmowy. Fermentując i metabolizując niestrawne włókna (tzw. prebiotyki) mikroorganizmy produkują w jelitach lotne kwasy tłuszczowe (LKT, krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe), w tym kwas octowy, masłowy, mlekowy i propionowy, które mogą oddziaływać na funkcje mózgu. Ponadto aktywność bakterii w przewodzie pokarmowym reguluje intensywności produkcji hormonów i neuroprzekaźników, takich jak dopamina i serotonia, które modulują pracę OUN.

Wielu ciekawych i istotnych informacji dla zrozumienia zależności pomiędzy mikrobiotą przewodu pokarmowego, a zmianami w zachowaniu dostarczyło amerykańskie badanie, w którym uczeni określili wpływ składu mikrobiomu zasiedlającego jelita na stopień wykazywanej agresji u psów rasy pit bull i pokrewnych, które zostały wykupione z organizacji zajmującej się walkami psów. Choć grupa badanych psów nie była bardzo duża (31 osobników), autorzy zaobserwowali, że liczba bakterii z rodzaju Bacteroides zasiedlających przewód pokarmowy była zdecydowanie wyższa u psów mniej agresywnych. Podobnie bakterie z rodzaju Dorea reprezentowane były liczniej u mniej agresywnych psów, co jest ciekawym spostrzeżeniem, gdyż wiadomo, że bakterie te są rzadziej spotykane u zwierząt cierpiących na choroby zapalne jelit i inne enteropatie, a choroby te z kolei często towarzyszą zaburzeniom psychogennym. Wyniki przeprowadzonych badań wskazują, że fizjologia agresji u obserwowanych psów wynikała z kompozycji mikrobiomu. Autorzy sugerują, że wiedzę tę można wykorzystać do oceny ryzyka agresji u psów i w przypadku wyniku wskazującego na duże prawdopodobieństwo wystąpienia zachowań agresywnych, prewencyjnie poddać psy terapii behawioralnej. Dodatkowo autorzy przytaczanej pracy zaobserwowali, że agresja i mikrobiom przewodu pokarmowego są podobnie powiązane z fizjologicznymi i środowiskowymi zmiennymi, np. procesami zapalnymi czy poziomem kortyzolu, które wzmacniają rozwój reakcji agresywnych u psów.

Przykładem kolejnego badania o podobnej tematyce było naprzemienne badanie kliniczne z próbą ślepą, przeprowadzone przez producenta karm – firmę Purina. Uzyskane wyniki wykazały, że suplementacja diety psów bakteriami Bifidobacterium longum pozwalała zredukować częstotliwość i nasilenie reakcji lękowych. U większości psów otrzymujących probiotyk zaobserwowano także zwolnienie częstotliwości pracy serca oraz niższe stężeniu kortyzolu w ślinie, co jak wspomniano wcześniej przyczynia się do redukcji agresji. Działanie bakterii było szczególnie widoczne u bardziej lękliwych psów.

Innym ciekawym aspektem dotyczącym osi jelitowo-mózgowej jest udział diety w kształtowaniu składu i aktywności miokrobioty. Poszczególne składniki diety psów oraz prebiotyki modyfikują selektywnie aktywność mikroorganizmów przewodu pokarmowego osłabiając lub wzmacniając te z drobnoustrojów, które odpowiadają za indukowanie zachowań lękowych, agresywnych, itp.

Choć badania poświęcone działaniu osi jelitowo-mózgowej u psów są bardzo nieliczne należy się spodziewać, że dziedzina ta będzie się intensywnie rozwijać i pozwoli nam niebawem lepiej zrozumieć wpływ diety i mikrobiomu na oś jelitowo-mózgową i zachowania psów.

Dr n. wet. Marta Mendel

kwiecień 2019

Słowniczek:

• Probiotyk: to żywe drobnoustroje, które podane w odpowiedniej ilości wywierają korzystny wpływ na zdrowie gospodarza
• Prebiotyk: to składniki pożywienia nie ulegające trawieniu, pobudzające wzrost lub aktywność korzystnych dla organizmu bakterii obecnych w jelicie grubym. Prebiotykami mogą być: nie trawiona skrobia, polisacharydy (pektyny, guma guarowa i owsiana) i oligosacharydy
• Mikrobiom (= mikrobiota): to ogół mikroorganizmów występujących w danym organizmie

O autorze:

Więcej informacji:

1. Bravo J.A., Forsythe P., Chew M.V., Escaravage E., Savignac H.M., Dinan T.G., Bienenstock J., Cryan J.F. Ingestion of Lactobacillus strain regulates emotional behavior and central GABA receptor expression in a mouse via the vagus nerve. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2011, 108, 16050-16055.
2. De Napoli J.S., Dodman N.H., Shuster L., Rand W.M., Gross K.L. Effect of dietary protein content and tryptophan supplementation on dominance aggression, territorial aggression, and hyperactivity in dogs. Journal of the American Veterinary Medical Association 2000, 217, 504-508.
3. at/2000022716375/Kann-die-Darmflora-das-Gehirn-krank-machen
4. Foster J.A., Lyte M., Meyer E., Cryan J.F. Gut microbiota and brain function: an evolving field in neuroscience. The International Journal of Neuropsychopharmacology 2016, 19(5): pyv114
5. Hsiao E.Y., McBride S.W., Hsien S., Sharon G., Hyde E.R., McCue T., Codelli J.A., Chow J., Reisman S.E., Petrosino J.F., Patterson P.H., Mazmanian S.K. Microbiota modulate behavioral and physiological abnormalities associated with neurodevelopmental disorders. Cell 2013, 155, 1451-1463.
6. Johnson K.V.A. & Foster K.R. Why does the microbiome affect behaviour? Nature Reviews Microbiology 2018, 16, 647–655.
7. Kirchoff N.S., Udell M.A.R., Sharpton T.J. The gut microbiome correlates with conspecific aggression in a small population of rescued dogs (Canis familiaris). PeerJ 2019, 7, e6103.
8. com/science-of-nutrition/promoting-gastrointestinal-health/gut-brain-axis
9. Re S., Zanoletti M., Emanuele E. Aggressive dogs are characterized by low omega-3 polyunsaturated fatty acid status. Veterinary Research Communications 2008, 32, 225-230.
10. Sudo N., Chida Y., Aiba Y., Sonoda J., Oyama N., Yu X-N., Kubo C., Koga Y. Postnatal microbial colonization programs the hypothalamic–pituitary–adrenal system for stress response in mice. Journal of Physiology 2004, 558, 263-275.
11. Sylvia K.E., Jewell C.P., Rendon N.M., St John E.A., Demas G.E. Sex-specific modulation of the gut microbiome and behavior in Siberian hamsters. Brain, Behavior, and Immunity 2017, 60, 51-62.