Второй мозг: Как микробы в кишечнике управляют нашим настроением, решениями и здоровьем

Когда в 1970 г. я начинал изучать медицину, врачи относились к человеку как к сложной машине, состоящей из конечного числа независимо работающих узлов. Считалось, что эта машина прослужит примерно 75 лет, если о ней нормально заботиться и заправлять подходящим топливом. Как любой автомобиль высокого класса, она хорошо ездит, если только не попадала в аварии, не получала серьезных повреждений или тем более ее части не ломалась. Все, что нужно делать, чтобы избежать неприятных неожиданностей с машиной нашего организма, – проходить регулярные осмотры. А для устранения таких неотложных проблем, как инфекционные заболевания, случайные травмы или болезни сердца, у медицины в целом и хирургии в частности есть в наличии мощные инструменты.

Однако за последние 40–50 лет с нашим здоровьем стало твориться что-то неладное, причем на глубинном уровне, и поэтому прежняя модель здоровья, по всей видимости, уже не может ни объяснить причин кардинальных сбоев, ни тем более подсказать, как с ними справиться. Происходящее с организмом уже нельзя объяснить только неправильной работой одного органа или гена. Мы начинаем понимать, что на сложные регуляторные механизмы, помогающие нашему телу и мозгу адаптироваться к динамично меняющейся среде, влияют перемены в образе жизни. Эти механизмы не функционируют независимо друг от друга, а работают как части единого целого, образуя систему. Они регулируют потребление нами пищи, обмен веществ и вес, работу иммунной системы, а также развитие и здоровье головного мозга[1]. Только сейчас мы начинаем понимать, что желудочно-кишечный (ЖКТ, пищеварительный) тракт с живущими в нем микроорганизмами и сигнальными молекулами, которые они производят из своих генов, является одним из основных компонентов этих систем.

В этой книге я познакомлю вас с новым, революционным взглядом на то, как мозг, ЖКТ и триллионы обитающих в нем микроорганизмов (микробиота/микробиом[2]) взаимодействуют друг с другом, образуя условную ось. Особое внимание будет уделено роли этого взаимодействия в сохранении здоровья мозга и пищеварительной системы. Также будут показаны негативные последствия для здоровья этих двух органов, возникающие при нарушениях взаимодействия между ними, и предложены способы достижения оптимального здоровья за счет восстановления и оптимизации связей между мозгом и пищеварительным трактом.

Уже на студенческой скамье меня не устраивали доминирующие традиционные подходы к медицине. Изучая системы, органы и механизмы заболеваний, я не переставал удивляться тому, что головной мозг и его возможная роль в возникновении таких распространенных заболеваний, как язва желудка, гипертония или хронические боли, упоминались крайне редко. Во время врачебных обходов в больнице я видел многих пациентов, у кого даже самые тщательные диагностические исследования не помогли выявить причины возникновения симптомов. В основном они проявлялись как хронические боли – в животе, тазовой области и грудной клетке. Поэтому на третьем году обучения я решил, что буду писать дипломную работу по биологии взаимодействия головного мозга с организмом, надеясь, что это поможет мне лучше разобраться в причинах многих распространенных заболеваний. В течение нескольких месяцев я задавал вопросы профессорам, которые специализировались в лечении таких болезней. «Мистер Майер, – сказал мне как-то Карл, профессор кафедры внутренних болезней моего университета, – мы все знаем, насколько важную роль в хроническом заболевании играет психика. Но у нас нет ни одного научного способа, который позволил бы изучить это явление клинически. Поймите, у вас нет шансов написать дипломную работу на эту тему».

Модель болезни, которой следовал профессор Карл и остальные представители традиционной системы медицины, была хорошо приспособлена для описания механизма ряда острых заболеваний. Такие болезни возникали внезапно и/или продолжались недолго, как это случается при инфекциях, сердечных приступах или неотложных состояниях, требующих операций, например при воспалении аппендикса. Благодаря успехам в лечении таких болезней вера представителей современной медицины в традиционную модель только крепла. В тот период едва ли оставалось какое-нибудь инфекционное заболевание, которое нельзя было бы вылечить набирающими мощность антибиотиками. Считалось что новые хирургические методы могут справиться со многими болезнями: пришедшие в негодность части организма можно было удалить или заменить. Оставалось только выяснить оставшиеся, в том числе малейшие, детали общей конструкции машины нашего организма, которые обеспечивали функционирование ее отдельных узлов. Американская система здравоохранения, все больше и больше зависящая от развития новых технологий, активно поддерживала всеобщий оптимизм и веру в то, что в конце концов нам удастся справиться даже со смертельно опасными хроническими заболеваниями, в том числе с таким бичом человечества, как рак.

Когда президент Ричард Никсон в 1971 г. подписал закон о Национальной программе борьбы с раком (National Cancer Act of 1971), западная медицина вышла на очередные рубежи и стала пользоваться новой метафорой – из военной области. Рак стал врагом нации, а организм человека – полем битвы. Чтобы избавить организм от болезни, врачи взяли на вооружение стратегию выжженной земли: теперь они использовали токсичные химические вещества, назначали смертельно опасные дозы радиации и проводили хирургические операции, чтобы наносить по раковым клеткам все более мощные удары. До этого медицина успешно использовала подобную стратегию в борьбе с инфекционными заболеваниями, предлагая широкий спектр антибиотиков, причем таких, которые могли убивать многие виды полезных бактерий, чтобы в конце концов уничтожить болезнетворные. Пока победа в целом была на стороне медиков, сопутствующий ущерб стал считаться приемлемым риском.

В течение многих десятилетий именно эта механистическая и милитаристская модель болезни определяла главное направление медицинских исследований: считалось, что, если можно чинить поврежденные части машины, значит, проблема рано или поздно будет решена. При таком подходе не было никакой необходимости разбираться в первопричине сбоя. Эта философия привела к методам лечения высокого кровяного давления с использованием бета-блокаторов и антагонистов кальция, чтобы блокировать аберрантные (неверные) сигналы, идущие от мозга к сердцу и кровеносным сосудам, и к ингибиторам протонной помпы, которыми лечат язвы желудка и изжогу, подавляя избыточную выработку соляной кислоты в желудке. При этом ни лечащие врачи, ни исследователи никогда не обращали внимания на сбои в функционировании головного мозга, который как раз и является главной причиной всех этих проблем. Иногда подход не срабатывал, и тогда в качестве последнего средства медики прибегали к еще более радикальным воздействиям. Если, например, ингибитор протонного насоса не мог подавить язву, всегда можно было вырезать и весь блуждающий нерв – мощный пучок нервных волокон, который соединяет головной мозг с пищеварительным трактом.

Безусловно, некоторые из этих приемов терапии были очень успешными, поэтому на протяжении многих лет казалось, что ни медицинской системе, ни фармацевтической промышленности не нужно изменять свой подход к лечению. В те годы медицина не предпринимала особых попыток по-новому влиять на пациента, чтобы предупредить возникновение и развитие болезни. Например, сложилось мнение, что не нужно изучать роль головного мозга и сигналов, которые он посылает организму в период стресса или тяжелого душевного состояния. Первоначально использовавшиеся для лечения высокого кровяного давления, болезней сердца и язвы желудка средства постепенно были заменены гораздо более эффективными методами лечения, которые помогали спасать жизнь больных, ослабляли их страдания и к тому же обогащали фармацевтическую отрасль.

Однако в наше время прежние механистические подходы и выражающие их метафоры начинают давать сбои. И это легко объяснить. Транспортные средства сорокалетней давности (автомобили, корабли и самолеты), на аналогии с которыми опиралась традиционная модель болезни, не имели современных компьютеров, которые в наши дни играют ведущую роль в работе машин. Даже у космических кораблей «Аполлон», летавших на Луну, на борту были примитивные вычислительные устройства, в миллионы раз менее мощные, чем у нынешних айфонов. ЭВМ на ракетах тех лет можно сравнить с калькулятором компании Texas Instruments 1980-х годов! Неудивительно, что общепринятые тогда механистические модели болезни не подразумевали серьезного использования вычислительных возможностей – основы интеллекта. Иначе говоря, в этих моделях болезни не принимали во внимание головной мозг.

Однако параллельно с технологическими изменениями стали меняться и модели, которыми мы пользуемся для объяснения работы организма человека. Вычислительная мощность компьютеров росла в геометрической прогрессии. Автомобили фактически превратились в мобильные компьютеры на колесах, контролирующие и регулирующие работу узлов таким образом, чтобы обеспечить их правильное функционирование. В скором времени машины будут ездить вообще без участия человека. Наш прежний повышенный интерес к механике и двигателям уступил место новому увлечению – сбору и обработке информации. Машинная модель действительно послужила медицине в разработке способов лечения некоторых заболеваний. Но, когда дело доходит до понимания сущности хронических заболеваний и работы головного мозга, такая модель больше не может служить нам помощником.

Цена машинной модели

Традиционный взгляд на болезнь как на поломку отдельных частей сложного механического устройства, которую можно устранить с помощью лекарственного или хирургического вмешательства, вел к постоянному и значительному расширению масштабов отрасли здравоохранения. Начиная с 1970 г. в США расходы на здравоохранение в расчете на душу населения возросли более чем на 2000 %. Оплата деятельности этой гигантской сферы эквивалентна 20 % стоимости всех товаров, производимых в экономике США за год.

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) в важном докладе, опубликованном в 2000 г., отметила, что американская система здравоохранения является самой затратной. По уровню эффективности она заняла разочаровывающе низкое – 37-е место – в рейтинге ВОЗ, а по общему состоянию здоровья населения – 72-е место среди исследованных 191 стран. Ненамного более высокой оказалась оценка и в последующем докладе Фонда Британского Содружества: по оценке Фонда, система здравоохранения США является самой дорогостоящей в расчете на душу населения среди 11 развитых стран Запада. Она почти вдвое дороже всех вместе взятых систем здравоохранения, исследованных этим Фондом, при этом по общему состоянию здоровья Соединенные Штаты оказались в этом рейтинге на последнем месте. Эти данные свидетельствуют об очень неприятном факте: несмотря на постоянно растущие расходы на здравоохранение, мы добились весьма незначительного прогресса в лечении такого хронического заболевания, связанного с головным мозгом и ЖКТ, как синдром раздраженного кишечника (СРК), или некоторых психических заболеваний – клинической депрессии, тревожно-депрессивного синдрома и нейродегенеративных заболеваний. Не объясняются ли неудачи в этой области тем, что модели, используемые для объяснения работы человеческого организма, устарели? С этим допущением соглашается все больше специалистов интегративной (холистической) медицины, специалистов медицины функциональных расстройств и даже ученых с традиционными взглядами. На горизонте явно обозначились перемены.

Загадочное ухудшение здоровья

Неспособность эффективно справляться со многими хроническими заболеваниями, включая синдром раздраженного кишечника, хронические боли и депрессии, – не единственный недостаток традиционной модели медицины, основанной на лечении отдельных болезней. С 1970-х гг. мы являемся свидетелями появления новых проблем со здоровьем – стремительного увеличения случаев ожирения и связанных с ним расстройств обмена веществ, роста числа таких аутоиммунных заболеваний, как воспалительные заболевания кишечника, астма и аллергии, а также заболеваний развивающегося и стареющего головного мозга – аутизма, болезней Альцгеймера и Паркинсона.

К примеру, уровень ожирения в США поднялся с 13 % (1972 г.) до 35 % населения (2012 г.). В настоящее время 154,7 млн взрослых американцев имеют избыточный вес или страдают ожирением, в том числе 17 % юных американцев в возрасте от 2 до 19 лет (каждый шестой). Каждый год из-за избыточного веса или ожирения в США умирают не менее 2,8 млн человек. Если рассматривать эту проблему в глобальном масштабе, то с избыточным весом и ожирением в мире связаны 44 % случаев диабета, 23 % случаев ишемической болезни сердца и от 7 до 41 % случаев некоторых видов рака. Если эпидемия ожирения продолжится, расходы на лечение людей, страдающих от болезней, связанных с ожирением, возрастут, по прогнозам, до ошеломляющей цифры – $620 млрд в год.

Мы все еще ищем причины внезапного обострения этих проблем со здоровьем, для большинства из них пока нет эффективных решений. Хотя продолжительность жизни в Соединенных Штатах, как и во многих других развитых странах, растет, мы далеко отстаем от государств-лидеров по показателям физического и психического здоровья людей, особенно в последние десятилетия их жизни. За общее увеличение числа прожитых лет мы расплачиваемся снижением качества жизни в пожилом возрасте.

Эти острые вызовы показали, что пришло время обновить доминирующую модель работы человеческого организма, чтобы понять, как он на самом деле функционирует, как обеспечить его оптимальную работу и как безопасно и эффективно устранять возникающие сбои и неполадки. Мы больше не можем соглашаться с такой высокой ценой и долгосрочным ущербом, который приносит следование устаревшей модели лечения болезней.

До сих пор мы в основном игнорировали критическую роль двух самых сложных и важных, если говорить о поддержании общего состояния здоровья, систем нашего организма: желудочно-кишечной (пищеварительной) и центральной нервной (головного мозга). Связь между работой мозга и тела – совсем не миф, это биологический факт и важное звено, необходимое для понимания того, как поддерживать здоровье организма в целом.

Пищеварительная система как суперкомпьютер

На протяжении десятилетий наше понимание механизма работы пищеварительной системы было основано на механистической модели: весь организм считали чем-то вроде машины, а кишечник в основном рассматривали как старомодное устройство, которое работало по принципам парового двигателя XIX в. В соответствии с этой моделью мы ели – жевали и глотали пищу, затем в желудке она дробилась на части при помощи механического измельчителя, которому помогала соляная кислота в составе желудочного сока. После этого гомогенизированная пища поступала в тонкую кишку, в которой из нее извлекались калории и питательные вещества, а непереваренная часть отправлялась в толстую кишку, которая распоряжалась тем, что оставалось. В конце концов остатки выводились из организма. Эта понятная всем метафора промышленного века влияла на представления о медицине многих поколений врачей, включая современных гастроэнтерологов и хирургов. Считалось, что неправильно функционирующие части пищеварительного тракта можно легко обойти или удалить, а некоторые даже поменять местами (перекомпоновать), что приведет к снижению веса. Мы стали искусными мастерами в выполнении таких операций, теперь их уже делают через эндоскоп, не прибегая к традиционным хирургическим приемам.

Как теперь выясняется, это слишком упрощенная модель: медики по-прежнему считают пищеварительную систему частью организма, которая в значительной степени не зависит от головного мозга. Однако стало известно, что эти два органа неразрывно связаны друг с другом. Такое понимание нашло отражение в концепции оси, соединяющей желудочно-кишечный тракт с головным мозгом. Если исходить из этой концепции, наша пищеварительная система – гораздо более тонкий, сложный и мощный механизм, чем мы полагали прежде. Новейшие исследования позволяют предположить, что благодаря тесному взаимодействию микроорганизмов желудочно-кишечный тракт может влиять на наши эмоции, восприятие боли, социальные контакты и на многие наши решения, не ограничиваясь вопросами пищевых предпочтений и размерами поглощаемой порции. Верность бытовых выражений вроде «нутром чуять» подтверждается нейробиологическими данными. Сложные связи между ЖКТ и головным мозгом, как выяснилось, играют важную роль в принятии и других, в том числе важнейших, жизненных решений.

Связь между пищеварительной системой и мозгом должна быть предметом изучения не только психологов, поскольку она проявляется не только «в головах» людей. Ось взаимодействия образуют анатомические соединения, к тому же биологические сигналы передаются через кровоток. Однако прежде чем углубиться в эти материи, давайте сделаем шаг назад и внимательно приглядимся к нашей пищеварительной системе (она же ЖКТ), которая устроена гораздо сложнее, чем просто машины для переработки пищи.

Желудочно-кишечный тракт обладает возможностями, превосходящими показатели работы всех других органов нашего тела, он может даже соперничать с головным мозгом. В ЖКТ есть собственная нервная система (энтеральная, ЭНС), которую в популярных статьях нередко называют «вторым мозгом». Она состоит из 50–100 млн нервных клеток, что примерно равно числу клеток спинного мозга.

Находящиеся в ЖКТ иммунные клетки – это значительная часть иммунной системы человека. Для сравнения: в стенке пищеварительного тракта их больше, чем в крови или в костном мозге. Есть весомая причина, объясняющая такое скопление иммунных клеток в этом месте: желудочно-кишечный тракт первым подвергается воздействию потенциально смертельных микроорганизмов, содержащихся в продуктах, которые мы едим. Иммунная система, сосредоточенная в ЖКТ, способна обнаруживать и уничтожать отдельные виды опасных бактерий, попадающих в пищеварительную систему с загрязненной пищей или водой. Интересно, что этот редут обороны защищает нас, выявляя небольшое количество потенциально смертоносных бактерий из невероятного множества – триллиона – полезных микроорганизмов, которые живут в ЖКТ и образуют его микробиоту. Постоянное выполнение этой сложной функции иммунными клетками гарантирует нам жизнь в полной гармонии с микробиотой ЖКТ.

Оболочка пищеварительного тракта выстлана огромным числом специализированных эндокринных клеток. Они содержат до 20 различных типов гормонов, которые при необходимости могут быть выпущены в кровоток. Если собрать эти клетки вместе, их вес превысил бы вес всех остальных эндокринных органов – половых желез, щитовидной железы, гипофиза и надпочечников – вместе взятых.

Желудочно-кишечный тракт также является крупнейшим хранилищем серотонина: в нем сосредоточено 95 % этого важного гормона, имеющегося в организме.

Серотонин – сигнальная молекула, играющая важную роль во взаимодействии мозга и ЖКТ. Серотонин нужен не только для нормальной работы ЖКТ, например для его скоординированных сокращений, продвигающих пищу по пищеварительному тракту, но и для осуществления таких жизненно важных функций, как сон, аппетит, болевая чувствительность и даже настроение и общее самочувствие. Эта активно участвующая в регулировании нескольких систем головного мозга сигнальная молекула является основной мишенью для большого класса антидепрессантов – ингибиторов обратного захвата серотонина.

Но если единственная функция ЖКТ состоит в управлении пищеварением, тогда зачем в составе его тканей имеется уникальная совокупность специализированных клеток и сигнальных систем? Один из вариантов ответа на этот вопрос может подсказать не слишком пока известная функция ЖКТ – он представляет собой огромный сенсорный орган, имеющий самую большую из всех органов тела поверхность. Если развернуть пищеварительный тракт, он будет размером с баскетбольную площадку, и эта поверхность усеяна тысячами датчиков, которые обрабатывают огромный объем информации, содержащейся в пище. Они делают это при помощи сигнальных молекул, распознающих свойства пищи – сладкая она или горькая, горячая или холодная, острая или нейтральная на вкус.

Пищеварительная система соединена с головным мозгом толстыми пучками нервов, по которым информация может передаваться в обоих направлениях, а также каналами связи через кровоток: гормоны и воспалительные сигнальные молекулы, создаваемые в ЖКТ, доводят сигналы до мозга, а гормоны, вырабатываемые мозгом, передают сигналы различным клеткам ЖКТ – гладким мышцам, нервам и иммунным клеткам, меняя характер их функционирования. Сигналы, поступающие из пищеварительного тракта в головной мозг, не только создают в нем разные ощущения, вроде насыщения после плотной еды, тошноты, дискомфорта и чувства удовлетворения, но и вызывают ответные реакции головного мозга – сигналы, которые мозг отправляет обратно в ЖКТ, чтобы тот отреагировал определенным образом. При этом сам мозг эти ощущения не забывает. В его обширных базах данных хранятся внутренние висцеральные ощущения, к которым впоследствии при принятии решений может быть обеспечен доступ. В конечном счете то, что ощущает наш желудочно-кишечный тракт, влияет не только на принимаемые решения: что нам есть, пить и с кем проводить время, но и на то, как мы оцениваем важную информацию, выступая в роли работников, членов жюри и руководителей.

В китайской философии есть концепция инь и ян, согласно которой противодействующие или противоположные силы можно рассматривать как дополняющие и взаимосвязанные, из взаимодействия которых появляется единое целое. Изучая связи мозга с пищеварительным трактом, можно рассматривать внутренние ощущения как инь, а внутренние реакции – как ян. Связь мозга с ЖКТ подобна связи между инь и ян – они являются двумя взаимодополняющими сторонами одной сущности. И внутренние ощущения, и внутренние реакции – различные аспекты одной и той же действующей в обоих направлениях сети, которую составляют головной мозг и пищеварительный тракт. Она чрезвычайно важна для нашего самочувствия, эмоций и способности принимать интуитивные решения.

Открытие кишечного микробиома

На протяжении нескольких десятилетий мало кто следил за изучением взаимодействия между мозгом и ЖКТ, однако в последние годы такие исследования заняли центральное место. Это смещение акцентов во многом можно объяснить экспоненциальным увеличением объема знаний и данных о бактериях, архебактериях (археях), то есть о сообществе древних микроорганизмов, грибов и вирусов, которые обитают внутри пищеварительного тракта и в совокупности называются кишечной микробиотой. Численность этих невидимых микроорганизмов огромна: в ЖКТ обитает в 100 000 раз больше микроорганизмов, чем людей на Земле. Мы узнали об их существовании около 300 лет назад, когда голландский ученый Антони ван Левенгук усовершенствовал устройство микроскопа. Взглянув в окуляр на соскобы, взятые с зубов, он увидел живые микроорганизмы. Левенгук назвал их микроскопическими организмами (парамециями, animalcules).