Как микробиота кишечника способствует хорошему сну?

Здоровье кишечника тесно связано со здоровым функционированием мозга. Новое исследование ученых из Университета Цукуба (University of Tsukuba) в Японии дает основания предположить, что кишечные бактерии также могут влиять на нормальный режим сна, помогая создавать важные химические посредники в мозгу, такие как серотонин и дофамин.

Это открытие может дать надежду людям, которые испытывают проблемы со сном. «Мы установили, что микробное истощение выводит серотонин из кишечника, и мы знаем, что уровни серотонина в мозгу могут влиять на циклы сна и бодрствования. Таким образом, изменение микробиома кишечника путем изменения диеты может помочь тем, у кого проблемы со сном», — отметил ведущий автор исследования профессор Масаси Янагисава (Masashi Yanagisawa).

Это новое исследование основано на данных предыдущего наблюдения, в ходе которого было установлено, что элементы познания и развития мозга имеют прочную связь с микробным здоровьем кишечника и метаболизмом.

Ось микробиота — кишечник — мозг

Внутренние и внешние сигналы, такие как циркадные ритмы и прием пищи, существенно влияют на сон. Циркадные ритмы — это важные биологические процессы или функции, которые следуют 24-часовому циклу, основанному на внутренних часах организма.

Один из наиболее важных циркадных ритмов — это цикл сна и бодрствования. Факторы, которые изменяют или нарушают цикл сна и бодрствования, могут вызывать нарушения сна.

Метаболизм в кишечнике тесно связан с функцией мозга через систему кровообращения и блуждающий нерв, которые создают сеть, называемую осью «мозг — кишечник» или осью «микробиота — кишечник — мозг».

Исследования показывают, что микробиом кишечника (сообщество бактерий, вирусов и грибов, которые населяют кишечник) влияет на элементы когнитивной функции, развитие мозга, формирование памяти, циркадные ритмы и психическое здоровье.

Изменения микробиоты кишечника могут повлиять на метаболизм, поскольку микробы, принадлежащие к микробиоте, производят множество метаболитов кишечника — молекул, которые возникают в результате химических реакций, происходящих в процессе пищеварения. Следовательно, изменение диеты может улучшить сон человека или уменьшить выраженность проблем со сном.

Проведение исследования

В ходе исследования ученые разделили 25 генетически идентичных 8-недельных мышей-самцов на 2 группы.

Они предоставили мышам в экспериментальной группе доступ к воде с четырьмя обычно используемыми антибиотиками широкого спектра действия. Ученые включали лечение антибиотиками для уничтожения микробиоты кишечника мышей. Тем временем другие мыши — контрольная группа — пили воду без антибиотиков.

Через 4 нед исследователи выявили, что у мышей, которые пили воду с антибиотиком, было гораздо меньше кишечных метаболитов, чем у животных контрольной группы.

«Около 60 нормальных метаболитов отсутствовало у мышей с истощенной микробиотой, а другие метаболиты различались по количеству — некоторых было больше, а некоторых — меньше, чем у контрольных мышей», — подчеркнул профессор М. Янагисава.

Команда ученых установила, что биологические пути, на которые больше всего повлияло лечение антибиотиками, играют роль в производстве нейротрансмиттеров, молекул, которые нейроны используют для связи.

Результаты показали, что лечение антибиотиками полностью отключило путь «триптофан — серотонин». У мышей с истощенной микробиотой уровень триптофана был выше, чем у контрольных мышей, но почти не было серотонина. Таким образом, ученые предполагают, что кишечные микробы имеют решающее значение для процесса производства серотонина из триптофана в пищевых продуктах.

Мыши с истощенной микробиотой также испытывали дефицит метаболитов витамина B₆, которые представляют собой молекулы, ускоряющие выработку серотонина и дофамина.

Затем исследователи изучили активность мозга мышей с помощью электродов, которые они имплантировали им в кожу головы для записи сигналов электроэнцефалограммы/электромиограммы, которые отслеживают электрическую активность мозга.

Этот шаг показал, что по сравнению с контрольными мышами у мышей с истощенной микробиотой наблюдалось более быстрое движение глаз (rapid eye movement — REM) и фаза медленного сна (non-REM sleep) ночью, когда мыши должны быть активными. У мышей с истощенной микробиотой также было меньше медленного сна в дневное время, которое они обычно проводят во сне.

Полученные данные свидетельствуют о том, что мыши с истощенной микробиотой чаще переключались между стадиями сна и бодрствования, чем животные из контрольной группы. Исследователи считают, что такие нарушения сна могут быть связаны с низким уровнем серотонина, но для определения механизма необходимы дополнительные исследования.

Ограничения исследования

Ограничения исследования включают тот факт, что ученые не могли игнорировать прямое влияние антибиотиков на функцию мозга. Исследователи предполагают, что один из способов обойти это в будущих исследованиях — использовать стерильных мышей.

В будущих исследованиях можно также использовать контролируемое кормление и введение установленных микробов для определения микробиоты кишечника. Это позволит команде оценить индивидуальное влияние каждого микроорганизма на цикл сна — бодрствования.

Некоторые исследования показывают, что пребиотики — питательные вещества, поддерживающие здоровую кишечную микробиоту, — помогают улучшить качество сна у людей. Добавки с пребиотиками могут также уменьшить выраженность нарушений сна, связанных со стрессом, у крыс.

В будущих исследованиях ученые планируют проверить, верны ли эти результаты, при участии людей.

По материалам medicalnewstoday.com