Текст книги "Второй мозг: Как микробы в кишечнике управляют нашим настроением, решениями и здоровьем"

В Древнем Египте и Месопотамии люди считали, что гниющая в кишечном тракте пища образует ядовитые вещества, а кровоток разносит их по всему телу, что приводит к повышению температуры и в конце концов к болезни. Для излечения таких недугов в папирусе Эберса, египетском медицинском тексте, датируемом XIV в. до н. э., предписывается клизма, пригодная, как тогда считалось, для лечения более 20 различных проблем желудка и кишечника путем «удаления экскрементов». Древние египтяне утверждали, что бог мудрости Тот рассказал о самоотравлении и об очистке кишечника, к которой надо прибегать, чтобы избежать болезни. Узнав об этом, фараон назначил специального служителя, который назывался «смотритель за прямой кишкой», он отвечал за постановку клизм фараону, что было одной из первых грязных работенок в истории.

В Древней Месопотамии шумеры, представители первой известной нам цивилизации, также прибегали к клизмам для изгнания болезни. Так же поступали вавилоняне и ассирийцы, на чьих глиняных скрижалях, относящихся к 600 г. до н. э., упоминается использование клизм. Отец индийской хирургии Сушрута в своих рекомендациях, приведенных в санскритских медицинских текстах, детально описал использование шприцев, бужей и ректальных расширителей. Эта традиция продолжилась в медицине аюрведы: самым важным из пяти аюрведических средств детоксикации и очищения организма считались клизмы, использовавшиеся для очистки нижней части пищеварительного тракта. Лекари также широко применяли niruha basti – декоктовые (с отварами) клизмы[7]7
  В аюрведе практикуют четыре вида очищающей терапии панчакарма: вамана – лечебная рвота, виречана – терапия слабительными, нируха басти – декоктовые клизмы, насья – назальные капли. См.: URL: http://vedayu.ru/content/vedi_sciences/211/9444/. – Прим. ред.


[Закрыть] – дословно «то, что удаляется». Басти – разновидность клизм, применявшихся для лечения различных заболеваний, включая артрит, боли в спине, запоры, синдром раздраженного кишечника, неврологические расстройства и ожирение. Китайских и корейских целителей также беспокоили опасности, создаваемые нечистым кишечником. Они назначали клизмы и орошение кишечника, чтобы избежать «внутренней сырости», которая, по их мнению, могла вызвать множество проблем, в том числе, прибегая к современным терминам, высокий уровень холестерина, синдром хронической усталости, фибромиалгию, аллергии и рак.

У основоположников западной медицины были иные представления о том, как аутоинтоксикация влияет на тело, но они соглашались с тем, что это влияние, безусловно, вредное. Древнегреческий врач Гиппократ, чьим именем названа врачебная клятва, в своих трактатах писал о применении клизмы для лечения лихорадки и других телесных расстройств. Гиппократу также приписывают известное утверждение, что все болезни начинаются в кишечнике. Древние греки приняли идею египтян о том, что гниющая пища внутри нас приводит к образованию токсинов, которые в свою очередь вызывают болезни. В результате такого толкования появилась теория о наличии в организме четырех жизненных соков (жидкостей), соотношение которых для поддержания здоровья должно быть сбалансированным. Эта теория была в ходу на протяжении всего средневековья.

Почему люди в течение столь длительного времени и так упорно интересовались опасностями, таящимися в кишечнике? И сейчас многие пациенты, с которыми я встречаюсь в своей клинике, при всех различиях в происхождении, образовании и социально-экономическом положении твердо верят в эту теорию. Они убеждены, что ответственность за проблемы в пищеварении и другие трудности со здоровьем несут слабо выявленные и по большей части бездоказательные с научной точки зрения процессы, происходящие в ЖКТ. На протяжении многих лет «под подозрением» оставались кандидоз желудочно-кишечного тракта, аллергии и гиперчувствительность ко всем видам пищевых компонентов, непроходимость кишечника, а в последнее время – и дисбаланс микробиоты ЖКТ. Чтобы справиться с подозрительными недугами, люди нередко прибегают к дорогостоящим и обременительным процедурам, включая жесткие ограничения в диете, употребление пищевых добавок и даже антибиотиков. Однако тот факт, что они до сих пор приходят в мою клинику с непрекращающимися пищеварительными проблемами, заставляет меня задаться вопросом, существует ли метод лечения, прибегнув к которому они ощутили реальную пользу, или в лучшем случае все ограничивается лишь ослаблением тревоги у пациентов?

Люди прибегают к самым разным ненаучным объяснениям и ритуалам, чтобы уменьшить свой страх перед болезнями, с которыми они не могут справиться. В этом отношении особенно популярны диетические очистительные процедуры, в том числе диеты, предназначенные для очищения кишечника, – практики, сами по себе являющиеся противоречивыми. Сейчас страхи и беспокойство резко усилились из-за бесконечного потока публикуемых в популярных изданиях историй, в которых рассказывается об опасностях, таящихся в пище, которую мы едим. Исследования ученых показывают, что страхи, связанные с микроорганизмами, живущими в ЖКТ, и веществами, которые они могут продуцировать, в какой-то степени обоснованы. Как в человеческом обществе есть преступники, мошенники и компьютерные хакеры, точно так же имеются микроорганизмы, которые не играют по общим правилам. Некоторые из этих временно появляющихся микроорганизмов, в частности паразиты и вирусы, имеют особое предназначение (как правило, производство потомства), и в стремлении его реализовать они игнорируют здоровье и самочувствие человека или даже вредят ему. Они научились взламывать нашу самую сложную компьютерную систему – головной мозг, чтобы использовать его операционные программы, относящиеся к эмоциям, для достижения собственной эгоистичной выгоды.

Чтобы продемонстрировать, насколько сложными могут быть эти организмы, позвольте мне поделиться с вами захватывающей историей, которую я впервые услышал 15 лет назад на встрече психиатров в Сан-Франциско. Роберт Сапольски, ведущий эксперт по влиянию хронического стресса на головной мозг, выступил с вдохновляющей речью, в которой рассказал о злом и умном микроорганизме под названием Toxoplasma gondii. В ходе выступления он упомянул опубликованную в 2000 г. работу Мануэля Бердоя и его группы из Оксфордского университета. Это исследование показало, что у T. gondii имеется собственная программа выживания и воспроизводства, выполнением которой она занимается удивительно хитрым и эгоистическим способом.

Хотя токсоплазмы могут размножаться только в одном месте – желудочно-кишечном тракте зараженных кошек, – на деле этот паразит может проникнуть в головной мозг любого млекопитающего (включая человека), умело преодолев гематоэнцефалический барьер, который, как экран, защищает головной мозг от нежелательных воздействий. Инфицированные кошки распространяют этот микроорганизм через свои экскременты. По этой причине гинекологи рекомендуют беременным женщинам не держать кошек и их лотки дома, а также воздерживаться от работ в саду в тех местах, где кошки могут закапывать свои фекалии. В нашем, идеальном для токсоплазмы мире кошки освобождаются от паразитов, которых поглощают грызуны. После этого паразиты образуют круглые тканевые цисты в теле грызуна, в частности в его головном мозге. Кошка, в свою очередь, питается зараженными грызунами, цисты формируются в желудочно-кишечном тракте кошки, она с экскрементами выводит наружу новых паразитов, и цикл их жизни продолжается.

В этом месте рассказ делает захватывающий сюжетный поворот, свидетельствующий о замечательной ловкости этого микроорганизма. При нормальных обстоятельствах возбудитель из организма инфицированной крысы вряд ли снова попал бы в организм кошки, поскольку грызуны инстинктивно стараются избегать кошек. Однако крысы, инфицированные токсоплазмой, не только теряют инстинктивный страх перед своими врагами, но даже предпочитают участки, на которых пахнет кошачьей мочой.

Чтобы это произошло, крошечные цисты паразита должны попасть в определенную часть головного мозга крысы – и они попадают точно туда. Их цель – эмоциональная операционная система, отвечающая за срабатывание реакции «испугайся и убегай». Эта эмоционально-моторная программа обычно заставляет крыс убегать при первом колебании воздуха от движения приближающейся кошки. Однако паразит особым образом устраняет у крыс страх перед кошками. При этом инфицированные крысы продолжают проявлять обычное защитное поведение по отношению к другим хищникам, не кошкам, и показывают нормальные показатели при лабораторных испытаниях памяти, эмоций тревоги, страха и поведения по отношению к другим животным. Но, когда дело доходит до кошек, цисты не останавливаются на достигнутом. Они повышают активность центров мозга, контролирующих половое влечение, заставляя инфицированных токсоплазмой крыс, которые чуют запах кошек, испытывать к ним сексуальное влечение. Это ловкое вмешательство в операционную систему мозга крысы – во врожденную реакцию страха, которая подавляется с помощью сексуального влечения, вызываемого кошачьим запахом. Другими словами, у зараженной крысы вырабатывается фатальное влечение к кошкам.

В основе этих стратегий лежит замечательный эволюционный интеллект. Фармацевтические компании потратили миллиарды долларов на разработку лекарств, предназначенных для решения тех задач, с которыми легко справляется токсоплазма. Большая часть этих инвестиций не привела к успеху. Вещества, разработанные для ослабления реакции страха при тревожных расстройствах и блокирования действия молекулы кортиколиберина, принимающей участие в реакции на стресс, как и вещества, созданные для повышения либидо у женщин со сниженным сексуальным влечением, оказались слабыми и вдобавок обладали потенциально опасными побочными эффектами.

Существует много других микроорганизмов, которые разработали поразительно сложные способы манипулирования поведением животного-хозяина. Когда вирус бешенства делает его носителя – собаку, лисицу или летучую мышь – агрессивным, он добивается этого путем проникновения в центр головного мозга, отвечающий за гнев и агрессию. Это повышает вероятность того, что зараженное животное набросится на другое животное (или человека) и покусает его, тем самым передавая дальше вирус, который в составе слюны окажется в ране жертвы. Токсоплазма и вирус бешенства отличаются специализированными знаниями о нервной системе их животных-хозяев, но и многие другие болезнетворные микроорганизмы, в том числе бактерии, простейшие и вирусы, также разработали удивительные способы манипулировать поведением своих хозяев.

Если бы хакеры манипулировали взломанной компьютерной системой так же умело, как токсоплазма и вирус бешенства манипулируют головным мозгом, у нас были бы все основания подозревать, что наш компьютер взломал опытный специалист, хорошо разбирающийся в коде системы. Токсоплазма и вирус бешенства эволюционировали настолько, что знают все о механизмах взаимодействия между головным мозгом и пищеварительным трактом млекопитающих, и так хорошо разобрались в эмоциональных операционных программах млекопитающих, что могут манипулировать ими для достижения своих целей.

Однако паразиты и вирусы – не единственные организмы, способные влиять на головной мозг. За последнее десятилетие исследователи обнаружили, что некоторые микроорганизмы, мирно обитающие в нашем пищеварительном тракте, обладают такими же впечатляющими способностями, хотя они не используют их против нас. Тем не менее на взаимодействие головного мозга и ЖКТ они влияют весьма серьезно.

Всего несколько лет назад многие исследователи думали, что мы уже установили все компоненты, которые определяют двусторонние коммуникации мозга и ЖКТ.

Мы знали о способах, с помощью которых ЖКТ контролирует пищеварение и окружающую среду – как он чувствует тепло, холод, боль, растяжение, кислотность, наличие питательных веществ в пище и другие характеристики. Мы знали, что поверхность пищеварительного тракта является самой большой и самой сложной сенсорной системой в организме человека. Нам казалось очевидным, что внутренние ощущения с помощью гормонов, молекул иммунных клеток и чувствительных нервов (особенно блуждающего нерва) передаются из ЖКТ в маленький и большой мозг. Это объясняло, почему наша пищеварительная система большую часть времени прекрасно функционирует без участия сознания, почему ЖКТ специфически реагирует на испорченную еду и почему после вкусной трапезы человек чувствует себя хорошо.

Мы также знали, что энтеральная нервная система – маленький мозг в ЖКТ – выступает в качестве «низового» органа, регулирующего пищеварение, а при возникновении чрезвычайных ситуаций действует в тесном контакте с высшим органом – головным мозгом. Мы узнали, что, когда мы испытываем эмоции, специализированные эмоциональные операционные программы в головном мозге создают различные сюжеты, разыгрывающиеся в нашем пищеварительном тракте. Они вызывают особые паттерны (комбинации) сокращений в ЖКТ, изменяют кровоток, а также секрецию жизненно важных пищеварительных жидкостей, характерных для каждой эмоции.

Клиницисты довольны новым знанием о том, что нарушение коммуникаций головного мозга и пищеварительного тракта играет важную роль в возникновении таких функциональных расстройств ЖКТ, как синдром раздраженного кишечника. И вопреки мнению подавляющего большинства психиатров и большинства моих коллег-гастроэнтерологов я уже давно подозревал, что нарушения в этой системе коммуникаций могут проявляться в таких не относящихся напрямую к пищеварению расстройствах, как тревога, депрессия и аутизм.

Однако, как это часто бывает в науке, первоначальная уверенность оказалась преждевременной. Мы многое уяснили в двусторонней связи между пищеварительным трактом и головным мозгом, и тем не менее становилось все более очевидным, что организм на самом деле организует внутренние реакции и ощущения в виде сложной схемы связи между головным мозгом и ЖКТ. В состав этой схемы в качестве основного компонента входит кишечная микробиота. В тогдашних выводах и прогнозах мы не учитывали важнейшую роль, которую она играет.

Как оказалось, реакции пищеварительного тракта, запускаемые под влиянием эмоций, не ограничиваются ощущениями, будто в животе «что-то крутит» и происходят спазмы. Они вызывают массу других сенсорных сигналов в ЖКТ, которые передаются обратно в головной мозг. Там они могут изменяться или создавать определенные ощущения и хранятся в виде эмоциональных воспоминаний о пережитом конкретном опыте. Лишь в последние несколько лет, к удивлению ученых всего мира, стало понятно, сколь важную роль в этом взаимодействии между реакциями и ощущениями в ЖКТ играет микробиота.

Как мы теперь знаем, эта масса невидимых живых организмов может постоянно общаться с головным мозгом с помощью различных сигналов, в том числе подаваемых гормонами, нейротрансмиттерами и несметным числом соединений, называемых метаболитами. Эти метаболиты являются результатом специфических привычек питания микроорганизмов и возникают, когда те питаются остатками перевариваемой пищи, желчными кислотами, секретируемыми печенью в кишечник, или покрывающей его стенки слизью. Фактически микробиота кишечника также участвует в активно происходящем диалоге ЖКТ и головного мозга, используя сложный биохимический язык, который я называю «микробоговорение» (‘microbe-speak’).

Зачем головному мозгу и кишечным микроорганизмам нужна эта сложная коммуникационная система? Как формировался язык, на котором разговаривают микроорганизмы? Чтобы ответить на эти вопросы, нам придется заглянуть в далекое прошлое – в первобытные, богатые микроорганизмами океаны Земли.

Жизнь появилась на Земле примерно 4 млрд лет назад в виде одноклеточных микроорганизмов – архей. В течение первых трех миллиардов лет существования микроорганизмы были единственными обитателями нашей планеты. Триллионы микроорганизмов (а это больше, чем звезд в нашей Галактике) плавали в океанских водах, давших приют примерно миллиарду видов микроорганизмов разных форм, цветов и типов поведения.

На протяжении этого огромного пласта времени методом проб и ошибок, совершаемых в ходе естественного отбора, постепенно совершенствовалась способность микроорганизмов общаться друг с другом. Для передачи сигналов они создали сигнальные молекулы, а также рецепторные молекулы, действовавшие как механизмы декодирования получаемых сигналов. Сигнальные молекулы, испускаемые одним микроорганизмом, могли быть декодированы другим, например соседним. Такая сигнализация вызывает временное или постоянное изменение в поведении принимающего микроорганизма. Как обнаружили Джесси Рот и Дерек леройт, многие из сигнальных молекул во многом похожи на гормоны и нейротрансмиттеры, которыми пользуется наш пищеварительный тракт для связи с энтеральной нервной системой и головным мозгом. В совокупности эти молекулы можно считать древним и относительно простым языком, чем-то вроде тех биологических сигнальных диалектов, которые в наши дни используют различные системы органов в теле человека.

Около 500 млн лет назад в океане начали развиваться первые примитивные многоклеточные морские организмы, а в их пищеварительных системах поселились морские микроорганизмы. Одну из крошечных древних многоклеточных – гидру – можно и сегодня обнаружить в водоемах с пресной водой. По сути, это плавающий желудочно-кишечный тракт. Гидра представляет собой трубку длиной в несколько миллиметров со ртом на одном конце, пищеварительной системой, заполненной микроорганизмами, и так называемой подошвой на другом конце, с помощью которой гидра прикрепляется к скале или к подводному растению.

Постепенно у животных и микроорганизмов сформировались симбиотические отношения, и микроорганизмы нашли способы передавать своим хозяевам жизненно важную генетическую информацию. Эта информация поступала в виде молекул, которых у самих животных-хозяев не было, микроорганизмы же в течение миллиардов лет методом проб и ошибок научились производить их. Некоторые из этих молекул стали нейромедиаторами, гормонами, гастроинтестинальными пептидами, цитокинами и другими видами сигнальных молекул, которыми организм человека пользуется и сейчас.

Примитивные морские животные за миллионы лет превратились в более сложные существа, они сформировали простые нервные системы в виде нервных цепей, окружающих их примитивные кишечники и мало чем отличавшихся от цепей энтеральной нервной системы. Получив от микроорганизмов генетические инструкции, нервные цепи стали производить сигнальные вещества, позволяющие нейронам передавать сообщения друг другу и инструктировать мышечные клетки, заставляя их сокращаться. Эти вещества были предшественниками нейромедиаторов человека.

Удивительно, но эти простые нервные цепи и сигнальные молекулы позволяли примитивным животным миллионы лет назад реагировать на съеденную пищу таким же образом, как это сегодня делает пищеварительный тракт. Поглощая пищу, эти существа совершали стереотипные движения, подобные движениям желудочно-кишечного тракта человека, – так развивались рефлексы продвижения пищи из пищевода через желудок в верхний отдел кишечника, выталкивая из него нежелательное содержимое. Когда примитивные животные поглощали с пищей токсины, они могли изгнать их через один или оба конца желудочно-кишечного тракта, что эквивалентно рвоте и диарее у человека при пищевом отравлении. Первые морские животные также имели клетки, которые выделяли определенные вещества, запускавшие пищеварительный рефлекс. Возможно, эти секреторные клетки были предками энтероэндокринных клеток – специализированных клеток в пищеварительном тракте человека, которые производят большую часть серотонина и гастроинтестинальных гормонов, заставляющих нас чувствовать себя голодными или сытыми.

Новый симбиоз крошечных морских существ и их микроорганизмов-резидентов дал много преимуществ тем и другим. Животные обрели способность переваривать определенные продукты и получать витамины, которые они не могли синтезировать сами, а также избегать токсинов или удалять их и реагировать на другие опасности в окружающей среде. Микроорганизмы, обитавшие в пищеварительных системах этих животных, получали удобную среду, в которой они могли процветать, и возможность перемещаться из одного места в другое. такую совокупность микроорганизмов можно рассматривать как первую версию микробиоты в пищеварительном тракте человека.

Симбиотические отношения между микроорганизмами ЖКТ и их хозяевами оказались настолько выгодными для обоих партнеров, что они законсервировались практически у каждого многоклеточного животного, обитающего сейчас на Земле, – от муравьев, термитов и пчел до коров, слонов и людей. Тот факт, что основные пищеварительные виды деятельности сохранялись на протяжении сотен миллионов лет, свидетельствует о замечательном эволюционном интеллекте, который был запрограммирован в нашем пищеварительном тракте и энтеральной нервной системе. Теперь становится понятным, почему взаимосвязь между микроорганизмами, ЖКТ и головным мозгом у человека является такой сложной.

По мере того как появлялись все более сложные виды животных, первые примитивные нервные системы превращались во все более сложную сеть нейронов за пределами пищеварительной системы. Эта сеть была отделена от энтеральной нервной системы (хотя и осталась по-прежнему тесно связанной с ней) и сохранила большинство сигнальных механизмов. В конце концов сложная новая нейронная сеть превратилась в центральную нервную систему со штаб-квартирой в черепной коробке.

Постепенно центральная нервная система взяла на себя управление видами поведения, имеющими отношение к внешнему миру, которыми первоначально занималась исключительно энтеральная нервная система, в том числе способностью приближаться к другим животным или избегать их в зависимости от обстоятельств. Эти функции в конечном счете были переданы участкам головного мозга, регулирующим эмоции, в то время как контроль выполнения основных пищеварительных функций остался за энтеральной нервной системой. Такое же разделение обязанностей остается при взаимодействии между головным мозгом и ЖКТ человека.

С тех пор как горстка микроорганизмов впервые вступила в контакт с примитивным кишечником простого морского животного, прошли сотни миллионов лет. Долгий эволюционный путь, который человек с тех пор проделал, помогает объяснить, почему в наши дни ЖКТ, включая его энтеральную нервную систему и микробиоту, продолжает сильно влиять на эмоции и общее самочувствие человека.