Как кишечные микробы способствуют хорошему сну.

Здоровье кишечника тесно связано со здоровой работой мозга. Новое исследование, проведенное в Университете Цукуба в Японии, показывает, что кишечные бактерии также могут влиять на нормальный режим сна, помогая вырабатывать в мозге важные химические вещества, такие как серотонин и дофамин.

Это открытие может дать новую надежду людям, которые испытывают трудности со сном или проблемы со здоровьем, связанные со сном, такие как бессонница, хроническая усталость и затуманенность сознания.

Мы обнаружили, что при элиминации микробов в кишечнике отсутствует серотонин, а мы знаем, что уровень серотонина в мозге может повлиять на циклы сна и бодрствования, — говорит ведущий автор исследования, профессор Масаси Янагисава. Таким образом, изменение состава микробов в кишечнике путем изменения рациона питания может помочь тем, у кого проблемы со сном.

Это новое исследование основывается на результатах предыдущей работы, в ходе которой было установлено, что когнитивные функции и развитие мозга тесно связаны со здоровьем кишечной микрофлоры и метаболизмом.

Ось микробиота-кишечник-мозг

Внутренние и внешние факторы, такие как циркадный ритм и прием пищи, значительно влияют на сон. Циркадные ритмы — это важнейшие биологические процессы или функции, которые следуют 24-часовому циклу, основанному на внутренних часах организма.

Одним из наиболее важных циркадных ритмов является цикл сна-бодрствования. Факторы, которые изменяют цикл сна-бодрствования или нарушают его, могут вызывать нарушения сна.

Метаболизм в кишечнике тесно связан с функционированием мозга посредством системы кровообращения и блуждающего нерва, которые создают сеть, называемую “ось мозг-кишечник” или “ось микробиота-кишечник-мозг”.

Исследования показывают, что микробиом кишечника (сообщество бактерий, вирусов и грибков, обитающих в кишечнике) оказывает влияние на элементы когнитивной функции, развитие мозга, формирование памяти, циркадную ритмичность и психическое здоровье.

То, когда и что люди едят, влияет на состав, размер и суточные ритмы кишечной микробиоты. Изменения в кишечной микробиоте могут повлиять на метаболизм кишечника, поскольку входящие в ее состав микробы вырабатывают множество метаболитов — молекул, которые образуются в результате химических реакций, происходящих в процессе пищеварения.

Таким образом, изменение рациона питания потенциально может улучшить сон человека или уменьшить проблемы со сном. Если это окажется правдой, это послужит естественной, довольно простой альтернативой снотворным препаратам, которые могут иметь ряд негативных побочных эффектов, включая дневную сонливость и проблемы с желудочно-кишечным трактом.

Проведение исследования

В ходе исследования ученые разделили 25 генетически идентичных самцов мышей в возрасте 8 недель на две группы.

Они дали мышам из экспериментальной группы доступ к воде с четырьмя широко используемыми антибиотиками широкого спектра действия. Они включали лечение антибиотиками, направленное на истощение 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 антибиотиками, в кишечнике было гораздо меньше метаболитов, чем у контрольных мышей.

Мы обнаружили более 200 различий в метаболитах между группами мышей, — говорит профессор Дж. Янагисава. У мышей с истощенной микробиотой отсутствовало около 60 нормальных метаболитов, а количество остальных отличалось — у одних больше, у других меньше, чем у контрольных мышей.

Команда ученых обнаружила, что лечение антибиотиками в наибольшей степени повлияло на биологические пути, которые играют важную роль в выработке нейромедиаторов — молекул, используемых нейронами для связи.

Результаты показали, что лечение антибиотиками полностью блокировало путь триптофан-серотонин. У мышей с истощенной микробиотой уровень триптофана был выше, чем у контрольных мышей, но серотонина почти не было. Таким образом, похоже, что кишечные микробы играют решающую роль в процессе производства серотонина из триптофана, содержащегося в продуктах питания.

Мыши с истощенной микробиотой также испытывали дефицит метаболитов витамина В6, которые являются молекулами, ускоряющими выработку серотонина и дофамина.

Затем ученые исследовали мозговую активность мышей с помощью электродов, которые они имплантировали себе в кожу головы для записи сигналов электроэнцефалограммы (ЭЭГ)/электромиограммы (ЭМГ), которые отслеживают электрическую активность мозга.

Этот этап показал, что по сравнению с контрольными мышами, мыши с истощенной микробиотой имели более быстрое движение глаз (REM) и более медленный сон ночью, в то время, когда мыши должны быть активными. У мышей с истощенной микробиотой также было меньше времени быстрого сна в дневное время, большую часть которого мыши обычно проводят во сне.

Наконец, команда отметила, что мыши с истощенной микробиотой испытывали большее количество эпизодов быстрого сна, чем контрольные мыши, как днем, так и ночью, и большее количество эпизодов, не связанных с быстрым сном, в дневное время.

Эти данные свидетельствуют о том, что мыши с истощенной микробиотой чаще переключались между стадиями сна и бодрствования, чем контрольные мыши. Исследователи полагают, что эти нарушения сна могут быть связаны с низким уровнем серотонина, но необходимы дополнительные исследования, чтобы определить механизм.

Ограничения исследования и будущие исследования

К ограничениям исследования относится тот факт, что исследователи не могли игнорировать прямое воздействие антибиотиков на функции мозга. Исследователи предполагают, что одним из способов обойти это в будущих исследованиях является использование мышей, не заселенных бактериями.

В будущих исследованиях можно было бы также использовать контролируемое кормление и введение определенных микробов для определения микробиоты кишечника, что позволило бы команде оценить индивидуальное влияние каждого микроорганизма на цикл сна-бодрствования.

Некоторые исследования показывают, что пребиотики, которые являются питательными веществами, поддерживающими здоровую микрофлору кишечника, помогают улучшить качество сна у людей. Добавки с пребиотиками могут также уменьшить нарушения сна у крыс, связанные со стрессом.

Будущие исследования должны проверить, подтвердятся ли эти результаты на людях.