Modularea microbiotei intestinale și schimbările care au loc la nivel cognitiv
Microbiota intestinală poate să moduleze multe dintre procesele cerebrale și să influențeze comportamentul prin intermediului axei microbiotă-intestin-creier. Microbiota intestinală normală influențează sănătatea gazdei printr-o varietate de mecanisme diferite, incluzând digestia carbohidraților complecși, absorbția nutrienților, secreția metaboliților bacterieni, producerea de vitamine și neurotransmițători, precum și modificarea barierei epiteliale intestinale și permeabilitatea la nivelul barierei hematoencefalice (1,2,3). Deși nu există o conexiune directă între bacteriile intestinale și creier, totuși acestea pot influența emoțiile, cogniția și comportamentul gazdei (3), printr-o relație complexă, bidirecțională (2).
Deși atunci când se discută despre această legătură complexă între microbiomul intestinal și diversele procese psihice se folosește mai degrabă termenul de corelație, decât de cauzalitate, totuși cercetările recente susțin cu încredere faptul că microbii exercită o influență semnificativă asupra sistemului nervos (3). Aceste rezultate au fost observate în mod special pentru tulburările afective și anxioase. Pe lângă acestea, microbiomul intestinal poate genera modificări și în ce privește funcționarea cognitivă, materialul de față prezentând aspectele care țin de această corelație.
Anii se adună, bacteriile se trec
Compoziția microbiotei intestinale este strâns legată de vârstă, iar profilul bacterian este diferit pentru copii, adolescenți, adulți și bătrâni. Aceste variații sunt strâns legate de starea de sănătate, consumul de medicamente, dietă și traumele apărute de timpuriu (3). În ceea ce îi privește pe vârstnici, dar nu doar pentru aceștia, o microbiotă intestinală diversă și stabilă poate avea efecte benefice asupra sănătății în general, prin reducerea nivelului inflamației sistemice, menținerea unei greutăți corporale optime, scăderea vulnerabilității în fața bolilor, crescând în acest fel longevitatea gazdei (1). S-a observat faptul că la centenarii și supercentenarii sănătoși există anumite categorii bacteriene considerate a fi benefice pentru organismul uman, care domină intestinul acestor persoane (4). Aceste patternuri ale microbiomului intestinal i-au făcut pe oamenii de știință să aprofundeze mecanismele și lucrurile ce ar putea influența funcționalitatea normală a axei microbiom-intestin-creier.
În acest sens, ei au descoperit faptul că există o diminuare dependentă de vârstă a producției acizilor grași cu lanț scurt. Dintre aceștia, acidul gras butirat este în mod special important în ceea ce privește rolul său critic în menținerea integrității epiteliale și a inflamației4. Ambele procese intervin în accelerarea declinului cognitiv și instalarea afecțiunilor neurodegenerative (1,3,4).
Entități mici cu potențial mare
Microbiota intestinală asigură oamenilor numeroși micronutrienți esențiali, incluzând tiamina, riboflavina, biotina, folatul, vitamine B, vitamina A, vitamina D și vitamina K (1,5). Aceste substanțe s-au dovedit a fi esențiale pentru funcționarea normală a creierului și prevenirea diverselor afecțiuni neurodegenerative.
Relația dintre bacterii și cogniție a fost evidențiată prin cercetările în care erau implicați șoareci al căror intestin nu era deloc colonizat cu microorganisme. Aceștia au obținut rezultate nesatisfăcătoare la testele pentru memorie și scăderea BDNF (factor neurotrofic derivat din creier) la nivelul hipocampului, structura cerebrală responsabilă în special de învățare și memorare (2). BDNF intervine în funcționarea normală și supraviețuirea neuronilor în sistemul nervos central și periferic. Proliferarea microbiotei intestinale la șobolani prin administrarea agenților prebiotici a condus la creșterea expresiei BDNF în hipocamp și în cortexul prefrontal (2).
În condiții normale, microbiota intestinală secretă neurotransmițători (ex: acid gama-amino-butiric – GABA, serotonină) și factori trofici (ex: factorul neurotrofic derivat din creier – BDNF). Fiecare dintre aceștia deține un rol esențial în menținerea echilibrului proceselor mintale. De exemplu, dezechilibrele apărute în funcționarea GABA, principalul neurotransmițător inhibitor al sistemului nervos, determină deficit cognitiv și mnezic (2). De asemenea, speciile bacteriene Lactobacillus și Bacillus au capacitatea de a produce acetilcolină, un neurotransmițător care se află în cantități reduse în creierului pacienților cu demență (1). Modularea acestui neurotransmițător este ținta diverselor medicamente administrate pacienților cu afecțiuni neurodegenerative. În condițiile în care industria farmaceutică nu are o soluție pentru stoparea sau măcar ameliorarea declinului cognitiv la vârstnici, menținerea sănătății acestui „organ intestinal” devine de mare importanță.
Când echilibrul se dezechilibrează
Dezechilibrele produse la nivelul microbiomului intestinal generează consecințe la distanță. De exemplu, s-a observat faptul că persoanele diagnosticate cu sindromul colonului iritabil, o condiție caracterizată prin disbioză, au un risc de aproximativ două ori mai mare de a dezvolta boala Alzheimer, în timp ce pentru pacienții cu colită ulceroasă, probabilitatea de a muri din cauza bolii Alzheimer este de 2,5 ori mai mare, comparativ cu populația generală (1).
Atunci când vorbim despre disbioză, cei mai importanți factori modulatori sunt dieta și antibioterapia. În ceea ce privește a doua categorie, a fost demonstrat faptul că administrarea unor antibiotice cu spectru larg, la animalele de laborator, incluzând ampicilină/sulbactam, vancomicină sau imipenem/metronidazol, a diminuat sever variabilitatea microbiotei intestinale și a redus de aproape două ori neurogeneza la nivelul hipocampului și de aproximativ trei ori performanțele ce țin de memorie (1,2). Da, unele antibiotice îți pot șterge nu doar amintirea bolii infecțioase, dar și pe cea a trăirilor la care ții.
De asemenea, disbioza care implică în mod special bacteriile din speciile Lactobacillus și Bifidobacterium afectează producția intestinală de GABA, cu scăderea secundară a disponibilității GABA la nivelul sistemului nervos central5. Acest efect conduce la dezechilibrul activității GABA/glutamat, ceea ce face creierul mai vulnerabil în fața excitotoxicității (2). În aceste condiții, celula nervoasă se epuizează prin stimulare excesivă, generând moartea neuronilor. Este impresionant cum ceea ce se întâmplă în intestin stabilește amploarea acestui proces distructiv și cum funcționarea microbiomului intestinal decide dimensiunile cimitirului de celule nervoase pe care îl vom găzdui în cutia noastră craniană.
Sunt anumite bacterii patogene, cum sunt E. coli, S. enterica și S. aureus, care produc substanțe ce întrețin sau chiar generează procesele distructive de la nivel cerebral. Dintre acestea, lipopolizaharidele și beta-amiloidul ocupă un rol esențial prin întreținerea neuroinflamației. Peptidul beta-amiloid poate fi depozitat la nivelul sistemului nervos central, iar acumularea lui în plăci reprezintă principalul mecanism fiziopatologic în demența Alzheimer (1,2,5).
Bacteriile benefice situate la nivelul intestinului stimulează secreția substanțelor antiinflamatorii, în timp ce agenții patogeni generează efectul invers, întreținând procesul inflamator (1,6). Modul în care acționează aceste microorganisme și felul în care pot fi influențate de către diverși factori a fost cel mai bine evidențiat în studiile efectuate pe animalele de laborator. Una dintre aceste cercetări arată că șobolanii tratați cu ampicilină timp de o lună au prezentat o microbiotă afectată, care a rezultat în creșterea nivelului de corticosteroizi, a inflamației și a anormalităților cognitive și comportamentale. Însă și la oameni este bine cunoscut și acceptat faptul că inflamația este strâns legată de severitatea declinului cognitiv la persoanele vârstnice (1,4).
Unde dai, și unde crapă
Transformările produse la nivelul microbiotei intestinale sunt asociate cu modificări ale dietei atât pe termen scurt (chiar și după o zi de la schimbările intervenite în alimentație), cât și pe termen lung. Patternurile alimentare nesănătoase, caracterizate prin ingestia crescută de alimente bogate în zaharuri și grăsimi pot genera reducerea diversității microbiotei intestinale, ceea ce va afecta funcționarea cerebrală normală. O diversitate mai mare a populației bacteriene intestinale a fost asociată cu o mai mare variație în microstructura creierului, inclusiv a hipocampului (3).
O dietă săracă nutritiv, dar bogată în acizi grași saturați și colesterol posedă un risc crescut de a dezvolta boala Alzheimer. Această situație poate să apară din cauza dezechilibrelor microbiene pe care o astfel de alimentație le produce la nivel intestinal, prin selectarea microbiotei patogene, în detrimentul celei sanogene. Același algoritm este valabil și pentru consumul acizilor grași de tip omega-3, cu mențiunea că aceștia au efect contrar asupra echilibrului microbian, cu efecte benefice (1).
De asemenea, a fost observat faptul că, în cazul persoanelor care timp de două săptămâni au consumat cereale integrale a crescut cantitatea de acetat din materiile fecale, comparativ cu persoanele care au consumat cereale rafinate. Digestia carbohidraților complecși în acizi grași cu lanț scurt de către bacteriile intestinale poate juca un rol semnificativ în dezvoltarea răspunsului imunitar (1), proces a cărui funcționare dezechilibrată distruge celule neuronale.
Acidul galic, o substanță produsă prin metabolizarea polifenolilor de către bacteriile intestinale, se acumulează preferențial la nivelul creierului. El crește activitatea neuronală la nivelul hipocampului și îmbunătățește cogniția. Alți produși ai metabolizării fenolilor pot interfera cu producerea proteinelor, care vor forma plăcile de amiloid, proces patologic caracteristic bolii Alzheimer (1).
Într-un studiu randomizat, dublu-orb controlat, consumul probioticelor de către pacienții cu demență Alzheimer a fost asociat cu beneficii pentru funcția cognitivă și pentru statusul metabolic. În această cercetare, grupul intervențional a primit timp de 12 săptămâni 200 ml/zi de lapte care conținea trei tulpini de Lactobacili și Bifidobacterii. Persoanele din grupul de experiment au avut scoruri mai bune ale MMSE*, comparativ cu grupul control și au obținut ameliorarea statusului proinflamator și a rezistenței la insulină (2).
Luate împreună, datele prezentate stabilesc faptul că microbiota intestinală este capabilă să regleze mecanismele celulare și moleculare caracteristice afecțiunilor neurodegenerative, precum și simptomele clinice ale acestor afecțiuni și că microbiota poate să își exercite influența asupra creierului prin mecanisme neuroinflamatorii variate (1).
Până la urmă, bacteriile, deși mici, pot răsturna multe dintre procesele cognitive. Protejarea acestor microorganisme unicelulare printr-o dietă echilibrată, reducerea stresului și limitarea consumului de antibiotice la situațiile strict necesare vor menține creierul sănătos chiar și la vârste înaintate. Să ne fie bacteriile fericite și mințile limpezi!
*MMSE – mini mental scale examination, test de evaluare a funcţiei cognitive.
Bibliografie:
1. Spielman L., Gibson D.L. & Klergeris A. (2018), „Unhealthy gut, unhealthy brain: The role of intestinal microbiota in neurodegenerative diseases”, în Neurochemistry International, 120, 149-163.
2. De-Paula V., Forlenza A. & Forlenza O. (2018), „Relevance of gut microbiota in cognition, behaviour and Alzheimer’s disease”, în Pharmacological Research, 136, 29-34.
3. Sarkar A., Harty S., Lehto S. & Burnet P. (2018), „The Microbiome in Psychology and Cognitive Neuroscience”, în Trends in Cognitive Sciences, 22(7).
4. Caracciolo B., Xu W., Collins S. & Fratiglioni L. (2014)., „Cognitive decline, dietary factors and gut-brain interactions”, în Mechanisms of Ageing and Development, 136-137, 59-69.
5. Manusco C. & Santangelo R. (2018), „ Alzheimer’s disease and gut microbiota modifications: The long way between preclinical studies and clinical evidence”, în Pharmacological Research, 129, 329-336.