XVII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2025

В настоящее время микробиом человека рассматривается как еще один активный орган. Микробиота тесно взаимодействует с макроорганизмом, определяя функциональное состояние человека [1, c.142].

В настоящее время доказано взаимовлияние кишечной микробиоты и ЦНС (ось «кишечник–мозг»). Так, например, кишечная микрофлора может влиять на развитие отделов мозга, контролирующих состояния, вызванные стрессом, такие как тревожность или депрессия [1, c.143].

В условиях глобальной конкуренции за формирование наибольшего человеческого капитала качество потребляемой пищи является самым приоритетным. Психическое здоровье является одним из важнейших механизмов формирования всей системы качества жизни. Передовые позиции страны по всем показателям её успешности будут напрямую зависеть от состояния здоровья, настроения, трудо – и обороноспособности, репродукционных возможностей населения. А все это, в первую очередь, замыкается на качестве и безопасности продуктов питания. В этом смысле качество сельскохозяйственного продовольствия – это качество жизни современного человека [2, с.158].

В последние годы активно изучается влияние пробиотиков на такие патологические состояния, как тревога, депрессия, аутизм, когнитивные нарушения и т.д. Показано, что дисбактериоз кишечника может быть связан с неврологическими и психическими проблемами, однако большинство исследований проводилось на животных, а эти результаты не всегда можно экстраполировать на человека. Тем не менее, клинические исследования подтверждают, что пробиотики способны ослаблять тревожное и депрессивное поведение, открывая новые горизонты для терапии психических расстройств через диетические изменения и коррекцию микробиоты. Таким образом, связь между диетой и когнитивно-поведенческими функциями становится важным аспектом в понимании здоровья человека и разработки новых методов лечения [2, 3].

Микрофлора, населяющая организм человека, представляющая собой сложную экосистему, включающую разнообразные микроорганизмы, играет ключевую роль в поддержании здоровья. Основными компонентами микрофлоры являются бактерии, однако не менее важны их метаболиты.

Наиболее изученной является кишечная микрофлора, в которой доминируют следующие группы бактерий:

Firmicutes (Фирмикуты): обширная группа, включающая множество родов, таких как Lactobacillus, Bacillus, Clostridium, играет важную роль в ферментации углеводов и синтезе короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК) [1, 2].

Bacteroidetes (Бактероидеты): группа представлена в основном родом Bacteroides, участвующем в расщеплении сложных углеводов и метаболизме желчных кислот [1].

Actinobacteria (Актинобактерии): важным представителем этой группы является род Bifidobacterium, известный своим положительным влиянием на иммунитет и участие в синтезе витаминов [3].

Proteobacteria (Протеобактерии): включает разнообразные полезные и условно-патогенные роды, такие как Escherichia [4].

Verrucomicrobia (Верукомикробии): группа представлена родом Akkermansia, представители которого, как показали исследования, могут оказывать положительное влияние на метаболизм и иммунитет [3].

Бактерии, составляющие микрофлору, производят широкий спектр веществ, оказывающих влияние на здоровье хозяина.

К наиболее важным относятся:

Короткоцепочечные жирные кислоты (КЦЖК): ацетат, пропионат и бутират играют ключевую роль в поддержании здоровья кишечника, регуляции иммунитета и метаболизме энергии. Бутират является основным источником энергии для колоноцитов и обладает противовоспалительным действием.

Витамины: микрофлора кишечника способна синтезировать витамин K и витамины группы B, что особенно важно при их недостаточном поступлении с пищей.

Аминокислоты: микрофлора участвует в синтезе аминокислот, включая незаменимые.

Желчные кислоты: микрофлора модифицирует первичные желчные кислоты, оказывая влияние на обмен холестерина [4, 5].

Нейротрансмиттеры: некоторые бактерии способны синтезировать нейротрансмиттеры, такие как серотонин и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), которые могут влиять на настроение и поведение.

Роль нейромедиаторов в функционировании организма:

Нейроны могут синтезировать нейромедиаторы в пресинаптических пузырьках (везикулах). Известно около 50 различных нейромедиаторов (нейротрансмиттеров), некоторые из которых достаточно хорошо изучены [3, c.56].

Наиболее важные нейромедиаторы трех групп: (1) аминокислоты (аспартат, ГАМК, глутамат, глицин), (2) биогенные амины (ацетилхолин, гистамин и моноамины), (3) моноамины, образующие в свою очередь группу катехоламинов (дофамин, норадреналин/норэпинефрин, адреналин/эпинефрин) и серотонин [3, c.57].

1. Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) (GABA, gamma-aminobutyric acid) может быть и нейромедиатором и нейромодулятором, принадлежит к тормозным нейромедиаторам, так как ее основная задача – снижение возбудимости нейронов по отношению к нервным импульсам. ГАМК обеспечивает передачу тормозящих импульсов приблизительно в 30-50% синапсов клеток мозга. ГАМК по важности своей тормозной роли может сравниться только с глутаматом, главным возбудительным нейромедиатором мозга [3, c.57].

2. Глицин (glycine) – нейромедиатор и нейромодулятор – относится к заменимым аминокислотам (если в организме не хватает определенных аминокислот, они синтезируются из других аминокислот – взаимозаменяются). В спинном мозге и в структурах ствола мозга глицин – это главный тормозной нейромедиатор. В тканях мозга глицина немного. Если блокируется действие глицина, то малейшее раздражение вызывает тоническое сокращение мышц всего тела. Эксперименты показывают, что глицин подавляет раздражительность, успокаивает и тем самым усиливает умственную работоспособность и повышает скорость реакции [3, c.58].

3. Аспартат (аспарагиновая кислота) (aspartate) – нейромодулятор и нейромедиатор возбуждающего действия – относится к заменимым аминокислотам. Такие нейромедиаторы необходимы для всех основных функций головного мозга, включая поддержание его тонуса, психологическую и физическую активность, бодрствование, регуляцию поведения, обучение, память, восприятие чувствительных и болевых импульсов. Аспарагиновая кислота, помимо перераспределения азота в организме, принимает участие в обезвреживании токсичного аммиака, превращая его в нетоксичный аспарагин или мочевину, которая затем выводится из организма. Способствует повышению проницаемости клеточной мембраны для ионов калия и магния и участвует во внутриклеточном обмене и в работе калиево-натриевого насоса. Аспарагиновая кислота, как и глутаминовая, способна окисляться в митохондриях головного мозга с выходом энергии, запасаемой в виде АТФ [3, c.58].

4. Глутамат (глутаминовая кислота) (glutamate) – нейромодулятор и возбуждающий нейромедиатор – может связываться как с ионотропными, так и метаботропными рецепторами, и относится к заменимым аминокислотам. Существуют тяжелые болезни, вызванные слишком большим высвобождением глутамата в синапс. Это характерно для эпилепсии. Избыток глутамата в синапсе приводит к перевозбуждению мозга вплоть до развития судорожного приступа. При шизофрении глутаматергические пути малоактивны [3, c.59].

Дисбаланс между возбуждением и торможением является давно предложенным механизмом в отношении иктогенеза и эпилептогенеза. Этот дисбаланс связан с повышением внеклеточного глутамата в мозге и/или снижением концентрации ГАМК, что приводит к эксайтотоксичности, судорогам и гибели клеток.

Исследования на микродиализе и некоторые серологические исследования подтверждают наличие повышенного уровня внеклеточного глутамата у пациентов с эпилепсией [4].

5. Ацетилхолин (acetylcholine) – нейромедиатор и нейромодулятор – распространен в головном мозге и в периферических окончаниях нервных волокон. Ацетилхолин выбрасывается в окончания двигательных нервов, управляющих мышцами (в места соединения нейронов с мышечными клетками), таким образом участвуя в мышечном сокращении [3, c.59].

6. Болезнь Альцгеймера связана с нарушением работы нейронов, выделяющих ацетилхолин, и рецепторов, участвующих в передаче сигналов в мозге. При мышечной слабости белковые молекулы блокируют связывание ацетилхолина с его рецепторами, что приводит к параличу. Ацетилхолин играет ключевую роль в памяти, обучении и внимании, стимулируя высвобождение других нейромедиаторов, таких как норадреналин и серотонин, что активирует гиппокамп и улучшает память. Он также влияет на дофамин, что важно для ощущения награды и регулирования функций памяти, включая шифровку и извлечение информации. [4, 6].

7. Гистамин (histamine) можно найти в центральной нервной системе в роли нейромедиатора или нейромодулятора. Гистамин в зависимости от рецепторов постсинаптической мембраны может оказывать как возбуждающий, так и тормозной эффект. Гистамин влияет на сон и бодрствование. И хотя гистамин оказывает в основном стимулирующее влияние на нейроны, он также оказывает и тормозящий эффект, защищая организм от подверженности к судорогам, ишемии и стрессу. Предполагается, что он также контролирует механизмы забывания. Как часть иммунной системы, гистамин вовлечен в работу иммунной системы и аллергических реакций. Довольно высокие концентрации гистамина обнаружены в гипофизе и в соседнем срединном возвышении гипоталамуса. В остальных отделах центральной нервной системы уровень гистамина очень низок [2, 5].

Моноамины

К моноаминам (monoamines) относится нейромедиатор серотонин и нейромедиаторы, образующие группу катехоламинов, в которую входят дофамин, норадреналин (норэпинефрин), адреналин (эпинефрин) [7].

Монамины тесно связаны с настроением и эмоциональными расстройствами. Клиническая депрессия возникает из-за изменения уровня моноаминов, в особенности серотонина и норадреналина. Частичная инактивация моноаминов происходит в результате их окисления моноаминоксидазой. Функция моноаминов весьма многообразна – медиаторная, гормональная, регуляция эмбриогенеза.

8. Адреналин (эпинефрин) – это гормон и нейромедиатор, который быстро выделяется при угрозе или стрессе, активируя симпатическую нервную систему через амигдалу. Он высвобождается из надпочечников при страхе и депрессии и может оказывать как тормозной, так и возбуждающий эффект. Адреналин вызывает спазмы сосудов и расслабляет бронхи, в то время как ацетилхолин усиливает сокращение кишечника и замедляет работу сердца. При высоком уровне адреналина люди могут паниковать, тогда как преобладание норадреналина помогает быстро мобилизовать силы и действовать решительно в критических ситуациях. [6, 7].

Холинергическая гипотеза указывает на то, что холинергическая система у пациентов с болезнью Альцгеймера является аномальной. Холинергическое действие важно для поддержания внимания и памяти. Соответствующие исследования показали, что происходит массовая потеря холинергических нейронов и снижение высвобождения ацетилхолина в мозге пациентов при этой болезни [5]

9. Норадреналин (норэпинефрин) может быть нейромедиатором, гормоном и нейромодулятором. Он вырабатывается в надпочечниках и нейронах голубоватого пятна и прилежащих участках среднего мозга. Также норадренергические нейроны находятся в вентролатеральном ядре ретикулярной формации и гипоталамусе. В отличие от ГАМК, норадреналин вызывает различные эффекты через разные рецепторы. Он модулирует процессы приобретения новой информации, рабочую память и внимание. [8]. Ретикулярная формация ствола мозга активируется, тонизируя головной мозг, включая кору полушарий. Низкий уровень норадреналина снижает внимание и может привести к дефициту внимания и гиперактивности. Норадреналин участвует в реакциях "бей или беги", но в меньшей степени, чем адреналин. Его уровень повышается при стрессе, шоке, травмах, тревоге и страхе. Норадреналин выделяется в синаптическую щель при гневе и психологической мобилизации, а также участвует в депрессии, снижая подавленность и тоску. Нарушение его обмена может вызывать тревогу и страх. Он важен для бодрствования, эмоционального подъема, чувства голода и учащения сердцебиения. [9, 10].

10. Серотонин (серотонин) – нейромедиатор, гормон и нейромодулятор, играющий важную роль в организме. Наибольшая концентрация серотонина находится в стволе головного мозга, особенно в эпифизе, где он превращается в мелатонин, и в энтерохромаффинных клетках кишечника. Серотонинергические нейроны группируются в варолиевом мосту и ядрах шва, откуда идут проекции в спинной мозг и другие области мозга. Синтезированный серотонин помещается в везикулы, где участвует в передаче импульса, а часть возвращается обратно. Норадреналин тормозит выброс серотонина в синаптическую щель. [2, 8]. Серотонин расщепляется моноаминооксидазой и играет ключевую роль в лечении нервных заболеваний. Он, наряду с допамином, участвует в гипоталамической регуляции гормональной функции гипофиза. Серотонин влияет на объем информации в сенсорных путях, регулирует сосудистый тонус, участвует в свертывании крови, повышает проницаемость сосудов и миграцию лейкоцитов в воспаление, а также влияет на процессы аллергии. Он регулирует моторику и секрецию в ЖКТ, усиливает перистальтику и секрецию. Дефицит серотонина может привести к депрессии, мигрени и бессоннице. Серотонин также активизирует кору надпочечников и влияет на синтез белка, а его уровень снижается при дисбактериозе и некоторых заболеваниях толстой кишки. [5]. Обмен моноаминов нарушается при депрессии. Для лечения депрессии используют блокаторы обратного захвата моноаминов нейронами, а также ингибиторы фермента моноаминоксидазы, метаболизирующего катехоламины и серотонин, вследствие чего снижается инактивирование моноаминов и их уровень в синапсе возрастает [6].

11. Дофамин – это нейромедиатор, гормон и нейромодулятор. Как гормон, он вырабатывается надпочечниками и регулируется нервной системой. Дофамин присутствует в 62 "центрах удовольствия" лимбической системы и в ядрах ретикулярной формации. Он участвует в творческом мышлении, избирательном внимании, согласованных движениях, а также влияет на возбуждение и высшие функции мозга. [3, 9]. Дофамин выделяется при получении удовольствия и имеет наркотические аналоги, такие как амфетамин и экстази. Патологии, связанные с дофамином, включают шизофрению и болезнь Паркинсона. Шизофрения характеризуется снижением дофамина в мезокортикальном пути (когнитивные нарушения) и повышением в мезолимбическом пути (бред и галлюцинации). Также наблюдаются нарушения метаболизма глутамата и функционирования ГАМК. Недостаток дофамина может привести к болезни Паркинсона и проявляется в виде летаргии, социальной изоляции и дефицита мотивации. Переизбыток дофамина ассоциируется с галлюцинациями, паранойей и неконтролируемыми движениями. [3, c.63].

Синтез нейромедиаторов

Синтез нейротрансмиттеров – сложный и многоступенчатый процесс, специфичный для каждого типа медиатора.

Каждый нейротрансмиттер имеет свои механизмы синтеза. Ацетилхолин образуется из ацетилкоэнзима А и холина с помощью фермента ацетилтрансферазы. Биогенные амины (дофамин, норадреналин, адреналин) синтезируются из тирозина через последовательные ферментативные реакции. Серотонин образуется при окислении и декарбоксилировании триптофана, а гамма-аминомасляная кислота синтезируется путем декарбоксилирования глутаминовой кислоты. [6].

Важно отметить, что глицин и глутамат, являясь распространенными аминокислотами, используемыми в метаболизме многих клеток организма, выполняют функцию нейротрансмиттеров лишь в определенных нейронах. При этом необходимо отличать метаболические глицин и глутамат от медиаторных, которые хранятся в синаптических пузырьках и высвобождаются в синаптическую щель [6].

Ферменты, необходимые для синтеза низкомолекулярных нейротрансмиттеров, локализованы в цитоплазме нейрона, а сам синтез происходит на свободных полисомах. Затем образовавшиеся молекулы упаковываются в синаптические пузырьки и транспортируются в аксонный терминал посредством аксоплазматического транспорта. Синтез низкомолекулярных медиаторов также может происходить непосредственно в аксонном терминале [1, 2].

Пептидные нейротрансмиттеры синтезируются в теле нейрона из белковых молекул-предшественников. Синтез происходит в эндоплазматическом ретикулуме, а дальнейшие преобразования – в аппарате Гольджи. Затем, в составе секреторных пузырьков, молекулы медиатора транспортируются в нервное окончание с помощью быстрого аксонального транспорта. В синтезе пептидных медиаторов участвуют ферменты, относящиеся к сериновым протеазам [8].

Пептидные нейротрансмиттеры могут выполнять как возбуждающие, так и тормозные функции. Интересно, что некоторые пептиды, такие как гастрин, секретин, ангиотензин и вазопрессин, изначально известные как гормоны, действующие вне мозга, также могут функционировать как нейротрансмиттеры, если они действуют локально в месте своего высвобождения [5].

Факторы, влияющие на синтез нейромедиаторов

Ось «микробиом-кишечник-мозг» является двусторонней связующей системой между ЦНС и желудочно-кишечным трактом. Спровоцированный пестицидами дисбактериоз может привести к развитию резистентности к инсулину, нарушениям жирового обмена и регуляции уровня гормона грелина. Этот гормон является защитным для дофаминовых нейронов [7].

Дофамин контролирует двигательную активность и обеспечивает интеграцию сенсорных и моторных функций. Кроме того, нарушение нормального состава кишечной микрофлоры может вызвать нейровоспаление, приводящее к активации клеток микроглии, которые способны начать ошибочно уничтожать нейроны. Это провоцирует развитие нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона [1, c.156].

Связь диеты и когнитивно-поведенческих функций организма?

При этом эксперименты Д.Х. Келлога послужили в определенной степени триггерным механизмом в развитии нового направления в патофизиологии и терапии нервно-психической патологии. Но, как это часто бывает, вначале появилось множество исследований, направленных на изучение патологических воздействий на ЦНС меняющейся в связи с разного рода патологическими процессами и старением кишечной микробиоты. И уже затем, в том числе и в связи с развитием производства продуктов, содержащих пробиотики, внимание уже современных исследователей вновь привлекли терапевтические опыты Д.Х. Келлога. Приоритетными в отношении использования пробиотиков для лечения и профилактики заболеваний ЦНС являются исследования, направленные на такие патологии, как расстройства настроения, тревога и депрессия, аутизм, когнитивные нарушения, паркинсонизми др. Отдельно рассматриваются вопросы созревания и активации тканевых макрофагов ЦНС и микроглии в гомеостатических условиях [8, c.94].

«Микробиота кишечника влияет на развитие и функционирование ЦНС и что дисбактериоз кишечника связан со значительными неврологическими и психическими проблемами. Однако наибольшая часть этих данных была собрана на экспериментальных животных и не может быть абсолютно аналогичной для человека. Пока не установлено окончательно, зависят ли неврологические заболевания от общей модификации микробиоты кишечника или же отдельный бактериальный тип или вид играет специфическую роль для какого-либо отдельного патологического состояния. Показано, что пробиотики ослабляют тревожное и депрессивное поведение, и эти результаты подтверждены клиническими исследованиями» [8, c.94]

Проведенные исследования и результаты

Исследования японских авторов определили терапевтический потенциал Bifidobacterium breve A1 в предотвращении когнитивных нарушений у пожилых пациентов с легкими когнитивными расстройствами в процессе 12-недельного лечения. Зафиксировано значительное увеличение показателей тестирования при сравнении с группой плацебо при полном отсутствии побочных эффектов используемого лечения. Некоторые клинические исследования показали, что добавление пробиотиков на основе Lactobacillus и Bifidobacterium улучшало когнитивные, сенсорные и эмоциональные функции даже у пациентов с болезнью Альцгеймера. Такие растительные продукты, как диетические полифенолы, оказались способными восстанавливать дисбактериоз и быть эффективными в противодействии начальному формированию слабоумия, причем независимо от активности данных полифенолов в отношении свободных радикалов или усиления реакции клеточного стресса. Вполне оправдано уже сегодня включение пробиотиков в схемы лечения деменции у представителей пожилого и старческого возраста уже на самых ранних этапах [8, c.96].

Результаты исследования показывают, что использование Bifidobacterium breve A1 является безопасным и эффективным методом улучшения функций памяти у пациентов с подозрением на болезнь Альцгеймера [9].

Развитие нутриционной психиатрии:

Влияние микробиома кишечника на синтез нейромедиаторов становится все более очевидным, что открывает новые перспективы в лечении нейропсихиатрических заболеваний. Одним из факторов, тесно связанных с дисбалансом микробиоты, является неправильное питание, которое, в свою очередь, усугубляет глобальную проблему ожирения. Важно отметить, что ожирение часто сопровождается такими серьезными заболеваниями, как болезнь Альцгеймера и депрессия [1, 3].

В связи с этим, нутриционная психиатрия активно исследует возможности модуляции микробиоты кишечника с помощью пробиотиков и пребиотиков в качестве новой терапии для лечения различных нейропсихических расстройств. Двусторонняя связь между микробиотой кишечника и мозгом, как было показано, оказывает влияние на нейротрансмиссию и поведение, ассоциирующиеся с нейропсихиатрическими заболеваниями. Более того, микробиом связан с многочисленными системными патологиями и ожирением, что подчеркивает его значимость для общего здоровья организма [10].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. И. Ф. Зверева, М. Р. Карпова, Л. С. Муштоватова. Медицинская микробиология. Общий курс: учебное пособие, 2024. 

2. К. Х. Ибрагимов, Т. М. Нинциева, Д. К. Батаев. Качество сельскохозяйственного продовольствия: организационно-правовые аспекты : монография , 2024. 221 с.

3. О. В. Ромащенко, В. В. Гуреев, М. В. Корокин. Фармакология: актуальные вопросы и решения : учебное пособие, 2021.

4. Sarlo GL, Holton KF. Brain concentrations of glutamate and GABA in human epilepsy: A review.  2021 .91. 213-227

5. Yang H, Yang X, Yan S, Sun Z. Effect of acetylcholine deficiency on neural oscillation in a brainstem-thalamus-cortex neurocomputational model related with Alzheimer's disease. Sci Rep. 2022 12(1):14961.

6. Кемеровский государственный университет. ЛЕКЦИЯ №6 . НЕЙРОМЕДИАТОРЫ // Студфайл. 2015. [Электронный ресурс]. URL: https://studfile.net/preview/3299181/ (Дата обращения: 10.02.2025)

7. Курочкина А. Назван неожиданный фактор риска развития болезни Паркинсона. //Газета .ру. 2023 . [Электронный ресурс]. URL:https://www.gazeta.ru/science/news/2023/12/08/21878971.shtml?ysclid=lpwuid4pdh803858431 (Дата обращения: 02.02.2025)

8. В. С. Мякотных, Е. С. Остапчук, В. Н. Мещанинов. Патологическое старение: основные «мишени», возраст-ассоциированные заболевания, гендерные особенности, геропрофилактика : учебное пособие, 2021

9. Xiao J, Katsumata N, Bernier F, Ohno K, Yamauchi Y, Odamaki T, Yoshikawa K, Ito K, Kaneko T. Probiotic Bifidobacterium breve in Improving Cognitive Functions of Older Adults with Suspected Mild Cognitive Impairment: A Randomized, Double-Blind, Placebo-Controlled Trial. J Alzheimers Dis. 2020;77(1):139-147.

10. Owen L, Corfe B. The role of diet and nutrition on mental health and wellbeing. Proc Nutr Soc. 2017 Nov;76(4):425-426.

Код для цитирования: Скопировать