Tarm-hjärna axel
| Del av en serie om |
| mikrobiomer |
|---|
 |
Tarm -hjärnaaxeln är den tvåvägs biokemiska signalering som sker mellan mag-tarmkanalen (GI-kanalen) och det centrala nervsystemet (CNS). Termen "tarm-hjärnaxel" används ibland för att referera till tarmmikrobiotans roll i samspelet. Axeln " mikrobiota–tarm–hjärna ( MGB eller BGM ) " inkluderar uttryckligen rollen av tarmmikrobiotan i de biokemiska signalhändelserna som äger rum mellan GI-kanalen och CNS. Rätt definierad inkluderar tarm-hjärna-axeln centrala nervsystemet , neuroendokrina systemet, neuroimmuna system , hypotalamus-hypofys-binjureaxeln (HPA-axeln), det autonoma nervsystemets sympatiska och parasympatiska armar , det enteriska nervsystemet , vagusnerven , och tarmmikrobiotan.
Kemikalier som frigörs i tarmen av mikrobiomet kan i hög grad påverka utvecklingen av hjärnan , från och med födseln. En recension från 2015 säger att mikrobiomet påverkar det centrala nervsystemet genom att "reglera hjärnans kemi och påverka neuroendokrina system förknippade med stressrespons, ångest och minnesfunktion". Tarmen, ibland kallad den "andra hjärnan", fungerar utanför samma typ av neurala nätverk som det centrala nervsystemet, vilket tyder på varför den spelar en betydande roll för hjärnans funktion och mental hälsa .
Den dubbelriktade kommunikationen sker genom immun- , endokrina- , humorala och neurala förbindelser mellan mag-tarmkanalen och det centrala nervsystemet. Mer forskning tyder på att tarmmikroorganismerna påverkar hjärnans funktion genom att frigöra följande kemikalier: cytokiner , neurotransmittorer , neuropeptider , kemokiner , endokrina budbärare och mikrobiella metaboliter som " kortkedjiga fettsyror, grenkedjiga aminosyror och peptidoglykaner " . Tarmmikrobiomet kan sedan avleda dessa produkter till hjärnan via blodet , neuropodceller, nerver , endokrina celler med mera för att bestämmas. Produkterna kommer sedan till viktiga platser i hjärnan och påverkar olika metaboliska processer. Studier har bekräftat kommunikationen mellan de hippocampus , prefrontala cortex och amygdala (ansvarig för känslor och motivation), som fungerar som en nyckelnod i tarm-hjärnans beteendeaxel.
Medan IBS är den enda sjukdomen som bekräftats vara direkt påverkad av tarmmikrobiomet, har många störningar (som ångest , autism , depression och schizofreni ) också kopplats till tarm-hjärnaxeln. Effekten av axeln, och de olika sätt på vilka man kan påverka den, är fortfarande ett lovande forskningsfält som kan resultera i framtida behandlingar för psykiatriska, åldersrelaterade, neurodegenerativa och neuroutvecklingssjukdomar. Till exempel, enligt en studie från 2017, " probiotika förmågan att återställa normal mikrobiell balans och har därför en potentiell roll i behandlingen och förebyggandet av ångest och depression".
Den första av de hjärn-tarm-interaktioner som visades var den cefaliska fasen av matsmältningen, i frisättningen av mag- och bukspottkörtelsekret som svar på sensoriska signaler, såsom lukten och synen av mat. Detta visades först av Pavlov genom Nobelprisbelönt forskning 1904.
Vetenskapligt intresse för området hade redan lett till översyn under andra hälften av 1900-talet. Det främjades ytterligare av en primärforskningsstudie från 2004 som visade att bakteriefria (GF) möss visade ett överdrivet HPA-axelsvar på stress jämfört med icke-GF laboratoriemöss.
Från och med oktober 2016 hade det mesta av arbetet med tarmmikrobiotans roll i tarm-hjärnans axel utförts på djur, eller på att karakterisera de olika neuroaktiva föreningarna som tarmmikrobiotan kan producera. Studier med människor – mätning av variationer i tarmmikrobiota mellan personer med olika psykiatriska och neurologiska tillstånd eller när de är stressade, eller mätning av effekter av olika probiotika (döpt till " psykobiotika " i detta sammanhang) – hade generellt sett varit små och hade precis börjat generaliseras. Huruvida förändringar i tarmmikrobiotan är ett resultat av sjukdom, en orsak till sjukdom eller båda i ett antal möjliga återkopplingsslingor i tarm-hjärnans axel, förblev oklart.
Det enteriska nervsystemet
Det enteriska nervsystemet är en av nervsystemets huvudavdelningar och består av ett nätliknande system av nervceller som styr mag-tarmsystemets funktion ; den har beskrivits som en "andra hjärna" av flera skäl. Det enteriska nervsystemet kan fungera autonomt. Det kommunicerar normalt med det centrala nervsystemet (CNS) genom det parasympatiska (t.ex. via vagusnerven ) och sympatiska (t.ex. via de prevertebrala ganglierna ) nervsystemet. Studier på ryggradsdjur visar dock att när vagusnerven skärs av fortsätter det enteriska nervsystemet att fungera.
Hos ryggradsdjur inkluderar det enteriska nervsystemet efferenta neuroner , afferenta neuroner och interneuroner , som alla gör det enteriska nervsystemet kapabelt att bära reflexer i frånvaro av CNS-input. De sensoriska neuronerna rapporterar om mekaniska och kemiska förhållanden. Genom tarmmusklerna styr motorneuronerna peristaltiken och churning av tarminnehållet. Andra neuroner styr utsöndringen av enzymer . Det enteriska nervsystemet använder också mer än 30 signalsubstanser , varav de flesta är identiska med de som finns i CNS, såsom acetylkolin , dopamin och serotonin . Mer än 90 % av kroppens serotonin ligger i tarmen, liksom cirka 50 % av kroppens dopamin; den dubbla funktionen hos dessa signalsubstanser är en aktiv del av tarm-hjärnforskning.
Den första av interaktionen mellan tarm och hjärna visade sig vara mellan synen och lukten av mat och frisättningen av magsekret, känd som den cefaliska fasen , eller cefalisk reaktion vid matsmältningen.
|
Tryptofanmetabolism genom mänsklig gastrointestinal mikrobiota ( )
 |
Integration mellan tarm och hjärna
Tarm-hjärna-axeln, ett dubbelriktat neurohumoralt kommunikationssystem, är viktigt för att upprätthålla homeostas och regleras genom de centrala och enteriska nervsystemen och de neurala, endokrina, immun- och metabola vägarna, och särskilt inklusive hypotalamus - hypofys-binjureaxeln ( HPA-axeln). Den termen har utökats till att omfatta tarmmikrobiotans roll som en del av "mikrobiom-tarm-hjärna-axeln", en koppling av funktioner inklusive tarmmikrobiotan.
Intresset för området väcktes av en studie från 2004 (Nobuyuki Sudo och Yoichi Chida) som visade att bakteriefria möss (genetiskt homogena laboratoriemöss, födda och uppvuxna i en antiseptisk miljö) visade ett överdrivet HPA-axelsvar på stress, jämfört med icke- GF laboratoriemöss.
Tarmmikrobiotan kan producera en rad neuroaktiva molekyler, såsom acetylkolin , katekolaminer , y-aminosmörsyra , histamin , melatonin och serotonin , som är nödvändiga för att reglera peristaltiken och känseln i tarmen. Förändringar i sammansättningen av tarmmikrobiotan på grund av kost, droger eller sjukdomar korrelerar med förändringar i nivåerna av cirkulerande cytokiner , av vilka några kan påverka hjärnans funktion. Tarmmikrobiotan frigör också molekyler som direkt kan aktivera vagusnerven, som överför information om tillståndet i tarmarna till hjärnan.
På samma sätt aktiverar kroniska eller akut stressiga situationer hypotalamus–hypofys–binjureaxeln , vilket orsakar förändringar i tarmmikrobiotan och tarmepitel , och kan eventuellt ha systemiska effekter . Dessutom påverkar den kolinerga antiinflammatoriska vägen , som signalerar genom vagusnerven, tarmepitelet och mikrobiotan. Hunger och mättnad är integrerade i hjärnan, och närvaron eller frånvaron av föda i tarmen och typer av föda som finns påverkar också sammansättningen och aktiviteten av tarmmikrobiotan.
Som sagt, det mesta av arbetet som har gjorts på tarmmikrobiotans roll i tarm-hjärnans axel har utförts på djur, inklusive de mycket konstgjorda bakteriefria mössen. Från och med 2016 har studier med människor som mäter förändringar i tarmmikrobiota som svar på stress, eller mäter effekter av olika probiotika, i allmänhet varit små och kan inte generaliseras; huruvida förändringar i tarmmikrobiota är ett resultat av sjukdom, en orsak till sjukdom eller båda i ett antal möjliga återkopplingsslingor i tarm-hjärnans axel, är fortfarande oklart.
Konceptet är av särskilt intresse för autoimmuna sjukdomar som multipel skleros . Näring och mikrobiota kan påverka både varandra och immunförsvaret, till exempel genom att modifiera Th17- och Treg -cellernas frekvenser och aktivitet i djurmodeller och preliminära försök på människor.
Idéhistorien om förhållandet mellan magen och sinnet härstammar från artonhundratalet. Begreppen dyspepsi och neurasthenia gastrica hänvisade till tarmens inverkan på mänskliga känslor och tankar.
Tarm-hjärna-hud axel
En förenande teori som kopplade gastrointestinala mekanismer till ångest, depression och hudtillstånd som akne föreslogs redan 1930. I en artikel 1930 föreslogs det att känslotillstånd kan förändra normal tarmmikrobiota vilket kan leda till ökad tarmpermeabilitet och bidrar därför till systemisk inflammation. Många aspekter av denna teori har validerats sedan dess. Tarmmikrobiota och orala probiotika har visat sig påverka systemisk inflammation, oxidativ stress, glykemisk kontroll, vävnadslipidhalt och humör.
Tarmmikrobiota
Tarmmikrobiotan är det komplexa samhället av mikroorganismer som lever i matsmältningsorganen hos människor och andra djur. Tarmmetagenomet är aggregatet av alla arvsmassan i tarmmikrobiotan . Tarmen är en nisch som människans mikrobiota bebor.
Hos människor har tarmmikrobiotan den största mängden bakterier och det största antalet arter, jämfört med andra delar av kroppen. Hos människor etableras tarmfloran ett till två år efter födseln; vid den tiden tarmepitelet och tarmslemhinnan som det utsöndrar utvecklats tillsammans på ett sätt som är tolerant mot, och till och med stödjande, tarmfloran och som också utgör en barriär för patogena organismer.
Förhållandet mellan tarmmikrobiota och människor är inte bara kommensalt (en icke-skadlig samexistens), utan snarare ett mutualistiskt förhållande. Mänskliga tarmmikroorganismer gynnar värden genom att samla energin från jäsningen av osmälta kolhydrater och den efterföljande absorptionen av kortkedjiga fettsyror ( SCFA), acetat , butyrat och propionat . Tarmbakterier också en roll för att syntetisera vitamin B och vitamin K samt metabolisera gallsyror , steroler och xenobiotika . Den systemiska betydelsen av SCFA och andra föreningar som de producerar är som hormoner och själva tarmfloran verkar fungera som ett endokrina organ ; dysregulation av tarmfloran har korrelerats med en mängd inflammatoriska och autoimmuna tillstånd.
Sammansättningen av människans tarmmikrobiota förändras över tiden, när kosten förändras och när den allmänna hälsan förändras. Generellt sett har den genomsnittliga människan över 1000 arter av bakterier i sin tarmmikrobiom, där Bacteroidetes och Firmicutes är de dominerande phyla. Dieter som är högre i bearbetade livsmedel och onaturliga kemikalier kan negativt förändra förhållandena mellan dessa arter, medan dieter med mycket helfoder positivt kan förändra förhållandena. Ytterligare hälsofaktorer som kan skeva sammansättningen av tarmmikrobiotan är antibiotika och probiotika . Antibiotika har allvarliga effekter på tarmmikrobiotan, och befriar både bra och dåliga bakterier. Utan ordentlig rehabilitering kan det vara lätt att skadliga bakterier blir dominerande. Probiotika kan hjälpa till att mildra detta genom att tillföra friska bakterier i tarmen och fylla på rikedomen och mångfalden i tarmmikrobiotan. Det finns många stammar av probiotika som kan administreras beroende på en specifik individs behov.
Gallsyror och kognitiv funktion
Mikrobiellt härledda sekundära gallsyror som produceras i tarmen kan påverka kognitiv funktion. Förändrade gallsyraprofiler förekommer vid lindrig kognitiv funktionsnedsättning och Alzheimers sjukdom med en ökning av cytotoxiska sekundära gallsyror och en minskning av primära gallsyror. Dessa fynd tyder på en roll för tarmmikrobiomet i utvecklingen till Alzheimers sjukdom. I motsats till den cytotoxiska effekten av sekundära gallsyror kan gallsyran tauroursodeoxicholsyra vara fördelaktig vid behandling av neurodegenerativa sjukdomar .