Как кишечная микрофлора способствует хорошему сну

Здоровье кишечника тесно связано со здоровой функцией головного мозга. Авторы нового исследования из Университета Цукуба (University of Tsukuba) в Японии пришли к выводу, что кишечные бактерии могут влиять на нормальный режим сна, помогая создавать важные химические посредники в мозгу, такие как серотонин и дофамин. Результат научной работы опубликованы в журнале Scientific Reports.

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 кишечника 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 грибков, которые живут в кишечнике) влияет на элементы когнитивной функции, развитие мозга, формирование памяти, циркадную ритмичность и психическое здоровье.

Когда и что люди едят, влияет на состав, размер и суточные ритмы микробиоты кишечника. Изменения микробиоты кишечника могут повлиять на метаболизм кишечника, 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 проблемы со сном. Это будет естественным, довольно упрощенной альтернативой снотворным препаратам, которые могут иметь ряд негативных побочных эффектов, включая дневную сонливость и проблемы с желудочно-кишечным трактом.

Данное исследование может дать новую надежду людям, которые плохо спят или испытывают связанные со сном проблемы со здоровьем, такие как бессонница и хроническая усталость.

«Мы обнаружили, что микробное истощение выводит серотонин из кишечника, и мы знаем, что уровни серотонина в головном мозгу могут влиять на циклы сна и бодрствования», — говорит ведущий автор исследования, профессор Масаси Янагисава (Masashi Yanagisawa). «Таким образом, изменение состава микробов в кишечнике путем изменения диеты может помочь тем, у кого проблемы со сном».

Это новое исследование основывается на предыдущей работе, которая установила, что элементы познания и развития мозга имеют прочную связь с микробным здоровьем и метаболизмом кишечника.

Материалы и методы исследования

В ходе исследования ученые разделили 25 генетически идентичных 8-недельных мышей-самцов на две группы. Они предоставили мышам в экспериментальной группе доступ к воде с четырьмя обычно используемыми антибиотиками широкого спектра действия. Антибиотики вызвали уменьшение микробиоты кишечника мышей. Тем временем другие мыши — контрольная группа — пили воду без антибиотиков. Через 4 недели исследователи обнаружили, что у мышей, которые пили воду с антибиотиком, было гораздо меньше кишечных метаболитов, чем у контрольных мышей.

«Мы обнаружили более 200 различий метаболитов между группами мышей», — говорит профессор Янагисава. «Около 60 нормальных метаболитов отсутствовало у мышей со слабой микробиотой, а другие различались по количеству — некоторые больше и меньше, чем у контрольных мышей». 

Результаты научной работы

Команда обнаружила, что биологические пути, на которые повлияло лечение антибиотиками, были теми, которые играют роль в производстве нейротрансмиттеров, молекул, которые нейроны используют для связи.

Результаты исследования 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, кишечная микрофлора имеют решающее значение для процесса производства серотонина из триптофана в пищевых продуктах. Мыши со слабой микробиотой также имели дефицит метаболитов витамина B6, которые представляют собой молекулы, ускоряющие выработку серотонина и дофамина. Затем исследователи изучили активность мозга мышей с помощью электродов, которые имплантировали в кожу головы для записи сигналов электроэнцефалограммы (ЭЭГ) / электромиограммы (ЭМГ), отслеживающих электрическую активность мозга.

Данный этап исследования показал, что по сравнению с контрольными мышами, мыши с истощенной микробиотой имели более быстрое движение глаз и сон ночью, когда мыши должны быть активными. У мышей с истощенной микробиотой также было меньше медленного сна в дневное время, большинство из которых обычно проводят во сне.

Наконец, команда отметила, что у мышей с истощенной микробиотой наблюдалось большее количество эпизодов быстрого сна. Эти данные свидетельствуют о том, что мыши с истощенной микробиотой чаще переключались между стадиями сна и бодрствования, чем контрольные мыши. Исследователи считают, что эти нарушения сна могут быть связаны с низким уровнем серотонина, но необходимы дополнительные исследования, чтобы определить данный механизм.

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

В будущих научных работах можно также использовать контролируемое кормление и введение определенных микроорганизмов для определения микробиоты кишечника, что позволит оценить индивидуальное влияние каждого микроорганизма на цикл сна и бодрствования.

Некоторые исследования показывают, что пребиотики, которые являются питательными веществами, поддерживающими здоровую кишечную микробиоту, помогают улучшить качество сна у людей. Добавки с пребиотиками могут также уменьшить нарушения сна у крыс, связанные со стрессом. В будущих исследованиях необходимо будет проверить, верны ли эти результаты на людях.

Статья по теме: Как микробиота контролирует активность нейтрофилов?