Помоги проекту - поделись книгой:
Откусите кусочек сочного гамбургера или свежеиспеченного хрустящего багета, попробуйте клэм-чаудер — похлебку с моллюсками, которую готовят в Новой Англии, вдохните изысканный аромат плитки шоколада… Какой вкус вы чувствуете в каждом случае?
Ответить на этот вопрос вам поможет совокупность рецепторов, расположенных на вкусовых сосочках языка. Эти структуры, находящиеся на наружной мембране клеток, распознают конкретные химические вещества в пище, которую вы едите. Они распознают их, как замóк распознает свой ключ. Когда рецептор соотносит себя с химическим веществом, имеющимся в пище, он посылает сообщение в головной мозг, и там на основе сенсорной информации, поступающей от ротовой полости и языка, создается ощущение конкретного вкуса.
Вкусовые рецепторы языка могут обнаружить пять различных вкусов — сладкий, горький, соленый, кислый и умами[6]. Вкус пищи определяется сочетанием этих вкусов. Кроме того, текстура того, что мы едим — хрустящая упругость моркови, обволакивающая однородность йогурта или бархатистая мягкость тыквы, — стимулирует работу других рецепторов, специализирующихся на распознавании механических свойств еды. Сочетание всех этих ощущений и создает то, что воспринимается нами как вкус. Компании — производители еды умело используют эти знания, разрабатывая свои продукты.
Недавние исследования показали, что не все механизмы и молекулы, которые участвуют в создании вкусовых ощущений, расположены во рту, некоторые из них распределены по всему желудочно-кишечному тракту. Достоверно это известно о рецепторах горького и сладкого. Фактически в пищеварительном тракте человека обнаружено около 25 различных вкусовых рецепторов горького. Установлено, что вкусовые рецепторы в ЖКТ очень слабо или вообще никак не влияют на формирование вкусового опыта, но мы мало что знаем о роли этих рецепторов в функционировании оси головной мозг — кишечник. Эти молекулы-рецепторы расположены на чувствительных нервных окончаниях и на гормон-содержащих клетках в стенке пищеварительного тракта (содержащие серотонин клетки, о которых мы рассказывали в предыдущей главе). Это идеальные позиции для участия в диалоге между головным мозгом и ЖКТ.
Некоторые из этих рецепторов активизируют специфические молекулы, имеющиеся в таких травах и специях, как чеснок, острый перец, горчица и васаби, в то время как другие реагируют на ментол, камфору, перечную мяту, хладагенты и даже на гашиш. Только в кишечнике мыши найдено 28 так называемых фитохимических рецепторов, и не приходится сомневаться в том, что в пищеварительном тракте человека мы обнаружим такое же, а то и более широкое разнообразие рецепторов, чувствительных к химическим веществам в растениях.
Многие добавляют в пищу специи и травы, чтобы стимулировать вкусовые рецепторы на языке и улучшить тем самым вкус еды. Появляется все больше людей, которые верят в лечение природными средствами: в лечебных целях они едят травы или принимают экстракты из них, и знатоки трав приведут вам длинный список их целебных свойств. Во многих частях мира специи являются неотъемлемой частью культуры. Невозможно представить себе блюда индийской и мексиканской кухни без перца чили, персидскую еду — без йогурта со свежей зеленью, а марокканский чай — без мяты.
Вполне вероятно, что региональные и географические различия во вкусовых предпочтениях людей в отношении различных трав и специй эволюционировали таким образом, чтобы стимулировать их потребление, а также обеспечить защиту от наиболее часто встречающихся там заболеваний. Разве острая пища во многих частях развивающегося мира не защищает от желудочно-кишечных инфекций? Разве расстройство желудка не предотвращают травы в блюдах персидской кухни, как и обязательный мятный чай после трапезы в Марокко? Как бы мы ни объясняли использование таких видов еды и напитков во всем мире, вещества растительного происхождения связывают нас и взаимодействие между головным мозгом и пищеварительным трактом с растительным миром. Внутреннюю экосистему человека (кишечную микробиоту) с окружающим миром синхронизирует множество фитохимических веществ, получаемых из пищи, богатой разнообразными растениями, и помогает этому идеально согласованная работа сенсорных механизмов в ЖКТ.
Почему в пищеварительном тракте человека так много сенсоров? Некоторые рецепторы, наподобие тех, которые чувствуют сладкий вкус, играют важную роль в усвоении пищи. Когда рецепторы, отвечающие за сладкий вкус, чувствуют глюкозу (она образуется при переваривании углеводов) или искусственные подсластители, они стимулируют всасывание глюкозы в кровь и способствуют высвобождению инсулина из поджелудочной железы. Эти же рецепторы стимулируют выброс в организм ряда других гормонов, которые посылают сигналы в головной мозг и создают ощущение сытости.
Как именно действуют рецепторы горького вкуса, расположенные в ЖКТ, мы пока не знаем. Моя коллега по университету Катя Стернини, нейробиолог и специалист по энтеральной нервной системе, считает, что некоторые вкусовые рецепторы в ЖКТ могут реагировать на метаболиты, производимые кишечной микробиотой, а изменения в этих рецепторах, вызванные чрезмерным потреблением жиров и их воздействием на микробиоту кишечника, могут играть роль в развитии ожирения. Результаты нашего совместного исследования показали: эта гипотеза причин ожирения имеет под собой веские основания.
Предполагают, что у рецепторов горького вкуса в желудочно-кишечном тракте имеются и другие функции. Например, было установлено, что их стимулирование приводит к выбросу гормона грелина, также известного как гормон голода, который в головном мозге стимулирует аппетит. Я не удивлюсь, если привычка пить горький аперитив в некоторых европейских странах сформировалась потому, что такие напитки стимулируют рецепторы горького вкуса в ЖКТ, вызывают выброс грелина, в результате чего пробуждается аппетит.
Вспомните и об ужасно горьких лекарствах растительного происхождения, применяемых в традиционной китайской медицине. Похоже, что их терапевтический эффект каким-то образом связан с активизацией одного или нескольких из 25 рецепторов горького вкуса в ЖКТ, посылающих целительные сообщения головному мозгу и организму в целом. Еще более интригует недавно открытый факт, что точно такие же обонятельные рецепторы в носу, позволяющие нам наслаждаться запахом роз и прожаренного куска мяса или предупреждающие о том, что молоко скисло, рассеяны по всему желудочно-кишечному тракту. Как и вкусовые рецепторы в ЖКТ, эти обонятельные рецепторы, расположенные в основном на эндокринных клетках, контролируют высвобождение различных гормонов.
Поскольку вкусовые и обонятельные рецепторы расположены не только во рту и в носу, а по всему пищеварительному тракту, их первоначальное разделение на «вкусовые» и «обонятельные» устарело. Теперь ученые понимают, что эти рецепторы являются частью большого семейства химических сенсорных механизмов, расположенных во внутренних органах, и в зависимости от местоположения играют разные роли. Лично я не удивлюсь, если узнаю, что эти химические сенсоры могут принимать сообщения от сообществ микроорганизмов, обитающих в этих органах.
Как нервная система получает свою долю жизненно важной информации, поступающей из столь запутанного источника сигналов, как ЖКТ? Есть же какая-то причина, по которой такая высокопроизводительная система сбора данных встроена в хаотическое смешение частично переваренной пищи и агрессивных химических веществ, перемещающихся по ЖКТ. Однако на самом деле прямого контакта с его содержимым здесь нет, так как сами нейроны находятся внутри слизистой оболочки пищеварительного тракта и напрямую с содержимым кишечника не контактируют, а прибегают к помощи специализированных клеток слизистой оболочки, которые обращены в просвет пищеварительного тракта и собирают информацию обо всем происходящем там. Эти клетки подают сигналы клеткам-посредникам в стенках ЖКТ, в частности эндокринным клеткам, а те, в свою очередь, сигнализируют сенсорным нейронам, в том числе нейронам блуждающего нерва. Уже выявлено и опознано большое число различных сенсорных нейронов, каждый из которых специализируется на определенном виде чувствительности в ЖКТ и реагирует на определенную молекулу, которую выбрасывают эндокринные клетки пищеварительного тракта. Такие нейроны посылают сигналы в энтеральную нервную систему или в головной мозг.
Эндокринные клетки ЖКТ, передающие сигналы нервной системе, играют важнейшую роль в поддержании здоровья и благополучия организма. Если бы мы могли объединить все гормон-содержащие клетки ЖКТ, получился бы самый большой эндокринный орган в организме человека. Эндокринные клетки в стенках пищеварительного тракта — от желудка до конца толстой кишки — могут распознавать широкий спектр химических веществ, содержащихся в еде, и тех веществ, которые создает микробиота. Например, когда желудок пустой, специализированные клетки его стенок производят грелин, который разносится кровью или передает через блуждающий нерв сигналы в головной мозг, где эти сигналы формируют чувство голода. Но, когда человек сыт и тонкая кишка занята перевариванием пищи, расположенные в ней клетки вырабатывают гормоны сытости, которые сообщают головному мозгу, что есть больше не надо, пора прекратить поступление еды.
В дополнение к каналу взаимодействия между головным мозгом и ЖКТ с привлечением эндокринных клеток действует еще одна система нашего организма. Ее образуют иммунная система пищеварительного тракта и производимые ее клетками молекулы воспаления, так называемые цитокины. Иммунные клетки, обитающие в ЖКТ, преимущественно сгруппированы в тонкой кишке. Они известны как пейеровы бляшки; кроме того, иммунные клетки имеются в аппендиксе и в стенках тонкой и толстой кишки. Иммунные клетки ЖКТ отделены тончайшим слоем клеток от пространства внутри кишечника, а некоторые из них, так называемые дендритные клетки, даже проходят через оболочку кишечника и могут взаимодействовать с кишечными микроорганизмами и потенциальными патогенами. Самое важное, что цитокины, высвобождаемые из этих клеток, могут проникнуть сквозь слизистую оболочку кишечника, попасть в большой круг кровообращения и с кровотоком достичь головного мозга. В альтернативном варианте сигнальные молекулы, высвобождаемые гормон-содержащими клетками пищеварительного тракта, посылают сигналы в головной мозг по блуждающему нерву.
Такое количество механизмов, участвующих в информировании нервной системы о свойствах съеденной еды, свидетельствует: наш желудочно-кишечный тракт спроектирован для выполнения куда большей работы, чем простое усвоение питательных веществ. Сложные сенсорные системы ЖКТ выступают в качестве «службы безопасности» организма, собирая информацию из всех областей ЖКТ, в том числе из пищевода, желудка и кишечника, игнорируя массу получаемых сигналов, но поднимая тревогу, когда что-то выглядит подозрительно или какой-то процесс происходит неправильно. Пищеварительный тракт — один из самых сложных сенсорных органов человека.
Полная информированность пищеварительного тракта
Всякий раз, когда мы что-то едим или пьем, пищеварительная система сбора данных передает массу важной информации маленькому мозгу в кишечнике (энтеральной нервной системе) и головному мозгу. Оба мозга заинтересованы в получении этой информации, но их интересуют разные ее составляющие.
Маленькому мозгу информация нужна, чтобы генерировать оптимальные пищеварительные реакции и при необходимости вывести из организма токсины, удалив содержимое пищеварительного тракта через оба его конца — в виде рвоты или диареи (поноса). В обрабатываемых им отчетах сообщается об объеме и составе пищи, попадающей в ЖКТ (в том числе информация о химических веществах, удельных долях жира, белка и углеводов, о концентрации, консистенции и размерах частиц). Эти сообщения также содержат результаты анализа, выявляющего признаки враждебных вторжений в ЖКТ бактерий, вирусов или других токсинов из зараженной пищи. Если маленький мозг получит информацию о высоком содержании жира в попавшем в желудок десерте, он замедлит скорость опорожнения желудка и перемещения содержимого по кишечному тракту. Если поступит информация о низкой калорийности пищи, маленький мозг ускорит освобождение желудка, чтобы поглотить достаточное количество калорий. А получив информацию о потенциально опасных нарушителях, маленький мозг стимулирует секрецию воды и меняет характер перистальтики, освобождая желудок и ускоряя перемещение содержимого по всей длине тонкой и толстой кишки, чтобы быстрее удалить из организма провоцирующее вещество.
Головной мозг больше озабочен общим состоянием здоровья и благополучия организма. Он контролирует сигналы, поступающие из ЖКТ, и объединяет их с сигналами из других частей организма и с информацией о среде, в которой обитает человек. Головной мозг отслеживает все, что происходит в энтеральной нервной системе, а кроме этого, его очень интересуют реакции ЖКТ, ведь состояние пищеварительного тракта отражает наше эмоциональное состояние. Например, когда мы сердимся, в желудке и толстой кишке происходят болезненные сокращения, а когда находимся в состоянии депрессии, активность желудочно-кишечного тракта будет нулевой. Образно говоря, головной мозг внимательно следит и за театром, и за пьесой, которая разыгрывается на сцене ЖКТ. Головной мозг почти наверняка также получает информацию, создаваемую триллионами микроорганизмов, обитающих в пищеварительной системе. Вопрос о сигналах, поступающих из ЖКТ в головной мозг, привлек внимание исследователей всего несколько лет назад. Хотя мозг ведет постоянный мониторинг всей сенсорной информации, поступающей из ЖКТ, свои повседневные обязанности он делегирует другим органам, в данном случае — энтеральной нервной системе. Непосредственно в процесс головной мозг вмешивается, только когда требуется совершить какое-то действие или когда ситуация несет серьезную угрозу и необходима ответная реакция головного мозга.
Неважно, бодрствует человек или спит — на протяжении всего дня пищеварительный тракт с помощью различных сенсорных механизмов каждую миллисекунду сообщает головному мозгу обо всем, что происходит внутри организма. Однако ЖКТ — не единственная часть организма, обеспечивающая постоянной обратной связью центральную нервную систему. Головной мозг постоянно получает сенсорную информацию от каждой клетки и каждого органа. Легкие и диафрагма передают механические сигналы в головной мозг каждый раз при вдохе и выдохе, сердце производит механические сигналы с каждым ударом, стенки артерий посылают сигналы о давлении крови, а мышцы передают информацию об уровне их тонуса.
Ученые называют эти текущие отчеты о состоянии организма интероцептивной информацией — информацией, которую головной мозг затем использует для поддержания баланса систем организма и их бесперебойного функционирования. Хотя интероцептивная информация поступает от каждой клетки организма, сообщения, направляемые в головной мозг пищеварительным трактом и его сенсорными системами, уникальны по огромному числу, разнообразию и сложности. Чтобы это понять, начните хотя бы с того факта, что сенсорная сеть ЖКТ распространена по всей поверхности его оболочки, а она в 200 раз больше поверхности кожи и сопоставима с площадью баскетбольной площадки. Теперь представьте баскетбольную площадку с миллионами крошечных механических датчиков, которые собирают информацию о движениях игроков, их весе, ускорениях и торможениях, о каждом прыжке и последующих приземлениях в ходе игры. А поскольку сигналы пищеварительного тракта также включают данные о химических, пищевых и других параметрах, наша метафора в первом приближении дает представление об огромном объеме информации, закодированной во внутренних ощущениях.
Скоростная трасса для сообщений между мозгом и ЖКТ
Блуждающий нерв играет особенно важную роль в доведении ощущений из пищеварительного тракта до головного мозга. Именно блуждающий нерв связывает с мозгом подавляющее большинство клеток ЖКТ и рецепторы, которые кодируют его ощущения. Многие сигналы, посылаемые в головной мозг микробиотой ЖКТ, также передаются через этот канал коммуникаций. В исследованиях нарушений кишечной микробиоты и ее влияния на эмоциональное поведение грызунов это влияние больше не наблюдалось после того, как блуждающий нерв был рассечен. При этом блуждающий нерв — не односторонний канал связи, скорее это шестиполосная скоростная трасса, даже в час пик обеспечивающая движение в обоих направлениях (хотя 90 % трафика направлено от ЖКТ к головному мозгу). Блуждающий нерв обеспечивает такой напряженный трафик, поскольку является одним из главных регуляторов работы внутренних органов, связывающим мозг не только с ЖКТ, но и со всеми другими органами.
Особую важность этой системы связи между мозгом и пищеварительным трактом для благополучия организма можно показать на примере еще одного моего пациента. Во время учебы в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе я встретил Джорджа Миллера, который уже давно страдал от симптомов обширной язвы двенадцатиперстной кишки — первой части тонкой кишки. Мало того что при обострении язвы его мучили боли, ему дважды пришлось ложиться в больницу, когда открывалось острое кровотечение. Поскольку Джордж страдал от этих симптомов уже много лет, гастроэнтеролог решил направить его к хирургу, чтобы тот перерезал блуждающий нерв, стимулирующий выработку кислоты в желудке. Рассказы таких пациентов, как Миллер, и изучение развития симптомов, возникающих после рассечения блуждающего нерва, многое объяснили нам в природе внутренних ощущений и в том, что происходит с людьми, которые лишены возможности получать интероцептивную информацию из жизненно важного источника.
В начале 1980-х гг. врачи и особенно хирурги считали, что самый простой и эффективный способ остановить выработку желудком избыточного количества кислоты и вылечить язвенную болезнь — это рассечение блуждающего нерва, трункулярная ваготомия. Эти операции делали, не задумываясь о потоке информации, проходящей через блуждающий нерв в головной мозг, и о возможной важности этой информации для нашего общего самочувствия. К счастью, сейчас врачи редко прибегают к таким радикальным процедурам, как ваготомия, поскольку могут лечить большинство язв при помощи лекарств.
Прооперировали Миллера успешно, если под успехом понимать то, что язва его больше не беспокоила. Однако цена, которую он за это заплатил, была огромной. После операции он стал испытывать множество неприятных ощущений в пищеварительном тракте. Он не только чувствовал, что объелся, даже съев небольшой объем пищи, но еще и испытывал постоянную тошноту. Прибавились и такие симптомы, как рвота, судороги, боли в животе и диарея.
Врачи не могли объяснить причин возникновения этих симптомов, в число которых входили такие симптомы неясной природы, как учащенное сердцебиение, потливость, головокружение и сильная усталость. Врачи предположили, что у Миллера усиление невротизма и «синдром альбатроса». Этот термин используется, когда операция, как в случае Миллера, приводит к успешному излечению язвы желудка, но оставляет неприятные ощущения в ЖКТ: боли в животе, тошноту, рвоту и плохое усвоение пищи. Теперь мы понимаем, что по крайней мере во многих случаях симптомы имеют прочную физиологическую основу.
Сегодня мы знаем о сложном характере внутренних ощущений в ЖКТ и важной роли, которую играет блуждающий нерв в передаче этих сигналов в гипоталамус и лимбическую систему. Эти области мозга в свою очередь влияют на широкий спектр таких жизненно важных функций, как боль, аппетит, настроение и даже на когнитивные показатели. Оглядываясь назад, сейчас уже несложно понять, что закрытие этой жизненно важной информационной скоростной трассы (по значимости сопоставимой, например, с шоссе номер 405 в Лос-Анджелесе) сильно влияет на ощущения человека, которые он испытывает по утрам, когда просыпается, или во время еды.
Вряд ли мы когда-нибудь узнаем до конца, какие именно механизмы вызывали такие мучительные симптомы, как у Миллера, поскольку в настоящее время ваготомию проводят весьма редко. Вновь возник интерес к роли блуждающего нерва при передаче сенсорной информации из ЖКТ в основные центры управления в мозге. Новым способом вызывать ощущения в ЖКТ считается электрическое или фармакологическое стимулирование блуждающего нерва, которое сейчас применяется для лечения ряда мозговых нарушений, в том числе депрессии, эпилепсии, хронической боли, ожирения и даже для таких хронических воспалительных заболеваний, как артрит. Новые данные еще раз подтверждают важность общения между блуждающим нервом, головным мозгом и ЖКТ для здоровья и самочувствия людей.
Роль серотонина
К наиболее мучительным ощущениям в кишечнике относятся те, что связаны с пищевыми отравлениями. Около 40 лет назад я познакомился с ними слишком близко. Я участвовал в четырехнедельном турпоходе в Индии, который на тот момент уже завершался. По пути, который пролегал через пустынные долины и горные перевалы, ведущие из северной Индии в предгорья Гималаев, я видел мирные буддийские монастыри и оазисы со множеством персиковых деревьев. Мой ежедневный рацион составляли суп из чечевицы, рис и чай сума — популярный у тибетцев чай с молоком, маслом яка и солью. Питьевую воду я брал из девственно чистых ручьев. Я редко бывал в таком приподнятом настроении, как в тот раз, когда наконец прибыл на железнодорожную станцию города Манали. Чтобы отпраздновать это событие, я отступил от обычного рациона и решил побаловать себя вкусной острой едой в местном ресторане.
На следующий день рано утром я сел в автобус, чтобы за 24 часа добраться до Нью-Дели. Тот день я буду помнить всю жизнь — это был день ужаснейших проблем. Мои попытки контролировать желудочно-кишечную деятельность были похожи на попытки убедить атакующую стаю гиен лечь на землю и кувыркаться. Все это оставило глубокий след в моей эмоциональной памяти, и я всегда буду помнить о том, насколько мощными могут быть внутренние ощущения (и память о них).
Пищевое отравление происходит, когда вы случайно съедаете или выпиваете что-то, содержащее патогенные вирусы, бактерии или произведенные ими токсины. Например, это может быть токсин инвазивного вида Escherichia coli (кишечная палочка). В пищеварительном тракте он связывается с рецепторами, которые расположены на клетках, содержащих серотонин. Это немедленно переключает желудочно-кишечный тракт на «ужасную рвоту и бурный понос». Подобную реакцию вызывают некоторые противораковые химиотерапевтические препараты, например цисплатин (Cisplatin).
Такая реакция представляет собой встроенный механизм выживания: когда пищеварительный тракт обнаруживает значительное количество токсина или патогена, энтеральная нервная система выдает приказ энергично удалить все содержимое, чтобы избавиться от токсина через оба конца вашего пищеварительного тракта, — полезная, хотя и крайне неприятная реакция.
Эту реакцию вызывают серотонинсодержащие клетки в верхних отделах ЖКТ, которые играют важную роль в формировании ощущений. При секреции в обычных условиях серотонин помогает процессу пищеварения проходить в нормальном режиме. Он освобождается в результате действия слабых механических сил, возникающих, когда перевариваемая пища продвигается по пищеварительному тракту и «трется» о так называемые энтерохромаффинные клетки. Как и другие гормоны, содержащиеся в эндокринных клетках ЖКТ, высвобожденный серотонин активизирует чувствительные нервные окончания блуждающего нерва и энтеральной нервной системы (ЭНС), что, в свою очередь, держит ЭНС в курсе о продвижении по пищеварительному тракту, позволяя ей запускать в действие перистальтический рефлекс. Но при пищевом отравлении или в ответ на цисплатин высвобождается слишком много серотонина, что приводит к рвоте, интенсивному испражнению или к тому и другому одновременно.
Моя исследовательская группа во взаимодействии с группой из Нидерландов обнаружила, что у здоровых людей диета с дефицитом аминокислоты триптофана, необходимой для производства серотонина, снижает уровень серотонина в головном мозге и повышает активность нервных цепей в состоянии возбуждения. Такие изменения в работе центральной нервной системы также связаны с повышенной чувствительностью к механической стимуляции толстой кишки. Диета, приводящая к снижению уровня серотонина, повышает, как было показано выше, вероятность депрессии у людей в опасной ситуации (в том числе тех, в чьей семейной истории часто встречались депрессии).
Серотонин — важнейшая сигнальная молекула для головного мозга и ЖКТ. Клетки, содержащие серотонин, причудливым образом связаны и с маленьким мозгом в ЖКТ, и с головным мозгом. Базирующаяся в пищеварительном тракте серотониновая система сигнализации играет ключевую роль в связывании происходящих в ЖКТ событий с пищей, кишечной микробиотой, некоторыми лекарственными препаратами и активностью пищеварительной системы, а также с нашим самочувствием. Небольшому количеству серотонина, содержащемуся в нейронах пищеварительного тракта и головного мозга, также поручено исполнение очень важных ролей. Нервные окончания в ЖКТ, содержащие серотонин, имеют первостепенное значение для регулирования перистальтики, а скопления нервных клеток в головном мозге посылают сигналы в большинство областей головного мозга, влияя на широкий спектр жизненно важных функций, в том числе на аппетит, болевую чувствительность и настроение.
Майкл Гершон, исследователь-первопроходец системы серотонина в ЖКТ, любит повторять, что о кишечных ощущениях, связанных с серотониновой системой, мы узнаем только тогда, когда она передает нам плохие или очень плохие новости (вроде той кошмарной поездки на автобусе в Нью-Дели, о которой я вспоминал). Но так ли все обстоит на самом деле? Давайте ненадолго оставим в стороне драматические события, которые происходят, когда бактериальная либо вирусная инфекция вызывает массивное высвобождение серотонина или изменения в системе производства серотонина в ЖКТ порождают симптомы CPK или диарею. Огромные запасы серотонина в ЖКТ расположены рядом с вагусными путями, которые ведут непосредственно к центрам эмоций в головном мозге. Вполне вероятно, что в ответ на механическое воздействие перевариваемой пищи на клетки, содержащие серотонин, или на метаболиты кишечной микробиоты постоянный поток слабых сигналов идет из ЖКТ к центрам эмоций головного мозга. Даже если мы не осознаем эти закодированные с помощью серотонина сигналы, высвобождение серотонина в незначительных количествах может повлиять на наши фоновые эмоции и на то, как мы себя чувствуем, создав положительный настрой. Может быть, этим объясняется, почему так много людей испытывают чувство удовлетворения и благополучия, когда едят вкусную еду.
Еда как информация
Все сказанное выше ставит важный вопрос: если люди редко осознают возникающие в ЖКТ ощущения, даже сильное вздутие живота после обильной трапезы, зачем пищеварительному тракту нужен свой специализированный сенсорный аппарат?
Простой (и подтверждаемый научными данными) ответ таков: эти чувствительные механизмы имеют важное значение для нормального функционирования и координации основных функций ЖКТ (опорожнение желудка, перемещение пищи по кишечнику, секреция кислоты и пищеварительных ферментов), и для связанных с приемом пищи функций организма (аппетит, чувство сытости), и, наконец, для основного обмена, включая контроль уровня сахара в крови. Эти функциональные аспекты ощущений в пищеварительном тракте возникли, скорее всего, миллионы лет назад, когда крошечные примитивные морские животные были колонизированы микроорганизмами, которые помогли им усваивать определенные питательные вещества.
Есть и другой, более провокационный ответ на вопрос о том, зачем нужна эта сенсорная система: ей приходится справляться с потоком информации, поступающей из пищеварительного тракта в головной мозг, — информации, которая не связана непосредственно с функциями ЖКТ и метаболическими потребностями и в основном не замечается нами. Огромное количество информации из ЖКТ, направляемой в головной мозг и включающей лавину сообщений от триллионов кишечных микроорганизмов, позволяет оси головной мозг — ЖКТ играть уникальную и весьма неожиданную роль регулятора здоровья и общего состояния, чувств и даже, как будет показано в главе 5, принимаемых нами решений.
Когда мы задумываемся над тем, насколько сложны с научной точки зрения сенсоры пищеварительного тракта и блуждающий нерв, а также над их функцией в процессе пищеварения и рассматриваем их в общем контексте внутренних ощущений, возникает совершенно новая картина наших пищевых привычек. Помимо того, что пищеварительный тракт способен не только поглощать бóльшую часть питательных веществ и калорий из еды (в то время как микробиота занимается остатками того, что ЖКТ переварить не может), сложная система наблюдения, имеющаяся в пищеварительном тракте, может анализировать состав питательных веществ в пище и извлекать информацию, необходимую для ее оптимального усвоения. Другими словами, еда поступает в ЖКТ одновременно с точными указаниями о том, как ее следует переварить, а также с набранными мелким шрифтом длинными дополнительными инструкциями. До недавнего времени ученые вообще о них не знали и лишь теперь пытаются уяснить их смысл. Это важно для всех — для веганов и мясоедов, для фанатиков модных диет и для того несчастного, который подхватил кишечную инфекцию во время поездки в Мексику. Самое удивительное, что сенсорная система пищеварительного тракта начинает извлекать эту информацию, как только пища попадает в рот (вкусовые рецепторы на языке и энтеральные нейроны в пищеводе начинают передачу данных о том, что мы собираемся съесть), и продолжает свою работу до тех пор, пока пища не оказывается в толстой кишке. И все это пищеварительный тракт делает без всякого вмешательства в наши повседневные дела.
Когда мы видим скопления сенсорных рецепторов и обширную область, которую они занимают в слизистой оболочке стенки ЖКТ, становится очевидно, что пищеварительный тракт ежесекундно передает огромные объемы информации в головной мозг. Сам он получает эту информацию и в результате сложных процессов, связанных с пищеварением, и напрямую от 100 трлн обитающих в нем и любящих поболтать друг с другом микроорганизмов. В том, что касается сбора, хранения, анализа и реагирования на огромный объем информации, ось головной мозг — ЖКТ похожа на настоящий суперкомпьютер. Такое сравнение серьезно отличается от наших прежних представлений о пищеварительной системе: в прошлом ее считали чем-то вроде медленно работающего парового двигателя.
Это часть нового, современного понимания механизма работы ЖКТ. Повышенное внимание к макро- и микроэлементам, нюансам обмена веществ и килокалориям сменяется интересом к тому, что ЖКТ с собственной нервной системой и сообществом населяющих его микроорганизмов по сути является удивительным механизмом обработки информации. Он серьезно превосходит головной мозг по числу клеток, участвующих в этом процессе, а по некоторым своим возможностям способен соперничать с «большим собратом». Через продукты питания эта система плотно связывает нас с окружающей средой, собирая жизненно важную информацию о том, как выращивается пища, что мы вносим в почву и какие химические вещества были добавлены в еду, прежде чем она попала на полки супермаркета. В следующей главе мы узнаем, какую роль в связи между тем, что мы едим, и тем, как себя чувствуем, играет кишечная микробиота.
Глава 4
Разговор микроорганизмов — важный компонент общения между головным мозгом и пищеварительным трактом
В 1970–1980-е гг. важнейшие исследования коммуникаций между головным мозгом и желудочно-кишечным трактом проводились в Лос-Анджелесе в Центре исследований язвенных болезней и подготовки специалистов (CURE, Center for Ulcer Research and Education, сейчас входит в состав Министерства по делам ветеранов США). Этот Центр, основанный выдающимся физиологом Мортоном Гроссманом, был Меккой для исследователей и лечащих врачей со всего мира, которые хотели на фундаментальном уровне изучать проблему язвы желудка (серьезную врачебную проблему в то время) и основные механизмы, участвующие в работе пищеварительной системы. Об этом Центре и сделанных в нем научных открытиях, о его харизматичном основателе и об ученике Гроссмана по имени Джон Уолш написаны книги, а рассказы об их работах можно услышать и сегодня.
Когда я приехал в Лос-Анджелес в начале 1980-х гг. и начал работать в Центре, я хотел изучать биологию процессов коммуникации в пищеварительном тракте. В учебной программе медицинского факультета Университета Людвига и Максимилиана в Мюнхене, где я учился, тема взаимодействия головного мозга и ЖКТ почти не затрагивалась. Я только что закончил стажировку по внутренним болезням в Университете Британской Колумбии в Ванкувере и не мог дождаться начала обучения в ординатуре, чтобы продолжить углубленно заниматься интересующей меня темой. Я полагал, что на эти исследования и ординатуру у меня уйдет два года.
В то время Джон Уолш был блестящим молодым исследователем, который уже принял много дальновидных решений и сделал немало открытий, руководствуясь своими внутренними ощущениями, что я понял гораздо позже. Он уже тогда заинтересовался группой таинственных сигнальных молекул — «кишечных гормонов» или «кишечных пептидов», которые были выделены из кожи экзотических лягушек, а затем из ЖКТ и головного мозга млекопитающих. В то время биологи полагали, что эти сигнальные молекулы работают как простые химические переключатели, которые запускают или останавливают выработку желудком соляной кислоты, или секрецию поджелудочной железой пищеварительных гормонов, или сокращения желчного пузыря. Однако в течение следующих нескольких лет, которые я провел в этой колыбели новейших исследований пищеварительного тракта и головного мозга, я видел, как менялось понимание функции сигнальных молекул — от простых двухпозиционных переключателей до основы сложного универсального биологического языка, которым пользуются триллионы микроорганизмов для общения с пищеварительной системой и головным мозгом человека.
Группа итальянских биологов под руководством Витторио Эрспамера обнаружила первые гастроинтестинальные (кишечные) пептиды в коже экзотических лягушек. В тот момент казалось, что роль этих веществ заключалась в отпугивании хищников. Когда неопытная молодая птица проглатывает лягушку, эти молекулы выбрасываются в ее желудочно-кишечный тракт, вызывая такую острую реакцию, что это побуждает птицу отрыгивать лягушку. Неприятный опыт учит птицу не трогать этот вид лягушек в будущем. А так как лягушка вырабатывает пептид, на который реагирует желудок птицы, то получается, что лягушки и птицы имеют общую систему химической связи, что и показали результаты исследований.
Вскоре после того, как итальянцы сообщили о своих находках, Виктор Матт с коллегами из Каролинского института в Швеции начал поиски гастроинтестинальных пептидов в тканях млекопитающих. В конце концов они научились выделять эти молекулы в промышленном масштабе из специально подготовленных свиных кишок и снабдили ими интересующихся этой темой исследователей во всем мире. Драгоценные экстракты были отправлены и в лабораторию Уолша. Мы отнеслись к ним с благоговением, зная, сколько труда и времени потребовалось для их выделения. Позже мы стали сами ездить по утрам на бойню в Лос-Анджелесе и возвращались оттуда с контейнерами свиных кишок, из которых выделяли гастроинтестинальные пептиды. Мы вводили одно из этих веществ — гастрин — и наблюдали, как желудок животного усиливал секрецию соляной кислоты. Инъекция другого пептида — секретина — приводила к секреции пищеварительных соков поджелудочной железой, а инъекция соматостатина, как правило, обе эти функции выключала. Гастроинтестинальные пептиды также называют гастроинтестинальными гормонами, так как, попав в кровь, они могут достигать отдаленных целей в организме, как вырабатываемые щитовидной железой или яичниками гормоны, отправляющие свои сообщения на дальние в масштабах тела расстояния.
Ученым не потребовалось много времени, чтобы обнаружить, что гастроинтестинальные пептиды присутствуют не только в гормон-содержащих клетках пищеварительного тракта, но и в нервных клетках энтеральной нервной системы, которая использует их для тонкой настройки перистальтики, поглощения жидкости и секреции. Далее нейробиологи обнаружили идентичные вещества в головном мозге. Там пептиды играли роль химических переключателей, которые могут включать и выключать различные модели поведения и моторные программы, участвующие в формировании чувства голода, гнева, страха и тревоги.
История приняла неожиданный оборот в начале 1980-х гг., когда группа ученых из Национальных институтов здоровья США (National Institutes of Health) во главе с биологами Джесси Ротом и Дереком леройтом решила выяснить, существуют ли микроорганизмы, способные производить те же сигнальные молекулы, которые Уолш, Матт и Эрспамер выделили у лягушек, свиней, собак и других животных. Они выращивали различные микроорганизмы в питательном бульоне, отделяли их и проверяли на наличие инсулина — гормона, который посылает тканям сигнал выделять энергию из сахара.
И в клетках, и в бульоне были обнаружены молекулы, похожие на человеческий инсулин, — настолько похожие, что они стимулировали выращенные в лаборатории жировые клетки крыс выделять энергию из сахара. Этот впечатляющий результат позволил предположить, что инсулин впервые появился не у животных, как думали биологи, а у примитивных одноклеточных организмов, которые возникли около миллиарда лет назад.
Я узнал об увлекательном исследовании Рота и Леройта, когда они прислали экстракты других микроорганизмов в лабораторию Уолша. Там для идентификации и количественной оценки этих молекул был проведен радиоиммунологический анализ. Он дал удивительные результаты: помимо инсулина мои коллеги обнаружили молекулы, похожие на гастроинтестинальные пептиды других млекопитающих. С тех пор были идентифицированы древние микробные версии многих гастроинтестинальных и других пептидов, гормонов и сигнальных молекул, в том числе норадреналина, эндорфина и серотонина и их рецепторов.
В статье, опубликованной в 1982 г. в журнале New England Journal of Medicine, Рот и Леройт обобщили полученные результаты и написали, что сигнальные молекулы, которые эндокринная система и головной мозг человека используют для коммуникаций, вполне вероятно, возникли у древних микроорганизмов. Несколько лет спустя меня так сильно заинтересовало это формировавшееся направление науки, что я решил написать дискуссионную обзорную статью. К работе над ней я привлек моего друга и блестящего математика Пьера Бальди, работавшего в Калифорнийском технологическом институте. И хотя один известный профессор лингвистики пытался тогда убедить меня, что о языке можно говорить только в контексте общения между людьми, мы назвали нашу работу так: «Не являются ли гастроинтестинальные пептиды словами универсального биологического языка?» (Are Gut Peptides the Words of a Universal Biological Language?). Наша статья была опубликована в American Journal of Physiology в 1991 г.
Когда я показал ее рукопись Уолшу, он шутливо заметил: «Тебе повезло, что этот дискуссионный материал приняли к публикации. Эти идеи лет на тридцать опережают наше время». (И эта оценка, как всегда бывало с предсказаниями Уолша, оказалась точной.) В статье мы высказали предположение, что сигнальные молекулы являются своего рода словами универсального биологического языка, которым пользуются не только пищеварительный тракт, но и нервная система, в том числе маленький и большой мозг, а также иммунная система. Не только люди используют эту систему клеточных коммуникаций: ученые уже показали, что ей также пользуются лягушки, растения и даже микроорганизмы, живущие в пищеварительной системе человека. Применив к биологическим данным математическую теорию, которая называется теорией информации, мы даже оценили объемы информации, которые различные типы сигнальных молекул — от гормонов до нейромедиаторов — могли бы посылать между разными клетками и органами.
К сожалению, научный мир еще не был готов осознать значение тех открытий. Как и предсказывал Уолш, потребовалось почти три десятилетия исследований взаимодействия между головным мозгом и пищеварительным трактом, чтобы кишечная микробиота снова привлекла к себе серьезное внимание.
Оборотная сторона раннего очищения кишечника
Далия вошла в мой кабинет в черной одежде и темных очках, как будто после визита в клинику она собралась на похороны. Меня не удивил ее вид, за годы врачебной практики я повидал много таких пациентов. Темные очки могут означать повышенную чувствительность к свету, она часто встречается при мигренях у людей, страдающих от стресса. А может быть, ее одежда была покровом, за которым сорокапятилетняя женщина пыталась скрыть разочарование.
Далия попросила ее принять, чтобы я помог ей справиться со стойкими запорами, однако ее проблемы со здоровьем не ограничивались только проблемами с кишечником. К другим симптомам относились хронические боли по всему телу, усталость, головные боли и мигрени. Во время беседы с нею мне стало ясно, что Далия также страдает от хронической депрессии, которую она объясняла исключительно проблемами в желудочно-кишечном тракте. Она рассказала мне, что трудности с регулярным опорожнением кишечника начались еще в младенчестве. Мать регулярно ставила ей клизмы — обычная практика, к которой прибегали в те времена, чтобы добиться ежедневной дефекации у детей.
К сожалению, единственным способом, при помощи которого Далия могла гарантированно добиваться дефекации, оставались ежедневные клизмы и глубокие еженедельные орошения (более интенсивные клизмы, когда горячую воду впрыскивают в верхнюю часть толстой кишки). Без этого, по ее словам, она не могла добиться спонтанного испражнения в течение нескольких недель. Далия была уверена, что ее толстая кишка «омертвела» и больше не в состоянии транспортировать содержимое. Она очень боялась, что без ежедневных принудительных процедур ее состояние станет невыносимо дискомфортным, и была убеждена, что никогда не сможет обходиться без клизмы.
Далия уже перепробовала множество терапевтических подходов, и все они оказались неудачными, она лечила депрессию различными лекарственными средствами, которые лишь кратковременно влияли на ее запоры. Казалось, какой-то неизвестный механизм упорно искажал взаимодействие между ее головным мозгом и пищеварительным трактом. Я назначил ей ряд диагностических обследований, но ни одно не выявило причин ее состояния. Самым интересным было то, что обследование транзита толстой кишки показало: время, которое требовалось для прохождения отходов пищеварения по толстой кишке, было абсолютно нормальным.
Далия была также убеждена, что ее симптомы тревоги, депрессии, усталости и хронические боли были вызваны брожением токсичных отходов в кишечнике, а неспособность организма самопроизвольно избавляться от отходов серьезно влияла на ее самочувствие. Часто врачи, встретив пациентов с совокупностью таких симптомов и выслушав их странные истории, прибегают к колоноскопии, выписывают им рецепт на получение нового слабительного и отправляют к психиатру. Однако, как мы теперь знаем, при такой стратегии игнорируются некоторые важные биологические факторы, влияющие на симптомы пациента. Вполне вероятно, что клизмы, которые Далии делали в раннем детстве, в первые годы ее жизни, помешали формированию нормального состава кишечной микробиоты, в итоге это привело к продолжительным изменениям в способе общения между ее микробиотой и нервной системой. Мы до сих пор точно не знаем, в чем заключаются те ранние изменения в составе кишечной микробиоты, которые приводят к появлению таких симптомов, как у Далии. И все же ее история наводит на мысль, что такие изменения могут создавать риск развития у пациентов неврологических симптомов и провоцировать постоянные, продолжающиеся на протяжении всей жизни сбои диалога головного мозга и ЖКТ. Я не сомневаюсь, что в будущем появятся терапевтические стратегии, позволяющие исправить ошибки программирования на ранних стадиях взаимодействия между головным мозгом и ЖКТ. Но пока полезен, скорее, целостный подход к лечению. Он включает комбинацию фармакологических методов и поведенческих коррекций, которые должны помочь справиться с неврологическими симптомами, а также добиться более разнообразного состава кишечной микробиоты, для чего потребуются пробиотики, диета с высоким содержанием растительной клетчатки и прием слабительных средств растительного происхождения, чтобы стимулировать секрецию жидкости в толстой кишке. В случае с Далией этот подход позволил постепенно ослабить не только ее желудочно-кишечные симптомы, но и симптомы тревоги и депрессии.
На протяжении многих лет врачебной практики я видел массу пациентов со сложными и, казалось бы, необъяснимыми симптомами и по результатам этих встреч усвоил один важный урок: нужно обязательно выслушивать их рассказы — непредвзято, независимо от того, насколько странно они звучат и насколько соответствуют современным научным взглядам, считающимся догмой. Студентов-медиков не учат тому, как ставить диагноз таким пациентам, и потому даже опытный гастроэнтеролог вполне мог оставить без внимания странные предположения Далии, сочтя их специфическими психологическими отклонениями. Однако я думаю, что помимо нарушения коммуникации между микробиотой и головным мозгом состояние Далии отчасти было следствием давно укоренившегося убеждения, что отходы, скапливающиеся в толстой кишке, — причина всех проблем, от соматических до психологических, и потому необходимо прибегать к очищению толстой кишки. Страх перед гнилостным разложением остатков пищи в кишечнике и аутоинтоксикацией (самоотравлением организма) такой же древний, как египетские папирусы, и исцелить человека от этой напасти пытались испокон веков во всех частях обитаемого мира.
Кишечник под подозрением
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] — 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.
Являются ли микроорганизмы посредниками в коммуникациях головного мозга и ЖКТ?
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.
Зарождение «микробоговорения» — диалога микроорганизмов
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.
Поделиться книгой: