Ученые рассказали о влиянии газообразных веществ на психику и поведение человека

Мозг использует газы для переноса информации между клетками

Функции одного из газотрансмиттеров, оксида азота (NO), в организме человека. Изображение с сайта msu.ru

Профессор биологического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова Александр Олескин и его коллега из ФБУН «Московский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Г.Н.Габричевского» профессор Борис Шендеров опубликовали статью, посвященную обзору газотрансмиттеров (газообразных нейромедиаторов) микробного происхождения и значению в организме человека.

Результаты исследований были опубликованы в журнале Microbial Ecology in Health and Disease.

«Наш мозг не может работать без нейромедиаторов — веществ, передающих импульс от одной нервной клетки к другой. Один из классов нейромедиаторов — газообразные вещества (газотрансмиттеры). Оказывается, наш мозг использует такие газы, как сероводород, аммиак и даже угарный газ для переноса информации между клетками, — рассказывает Александр Олескин, — Населяющие наш организм (особенно кишечник) микробы также образуют газотрансмиттеры, которые влияют на наш мозг, психику и поведение».

Газотрансмиттеры представляют собой газообразные вещества, образующиеся в различных органах и тканях. Само название «газотрансмиттеры» напоминает о термине «нейротрансмиттеры». Это вещества, которые служат передаче импульсов между нервными клетками, в том числе в головном мозге, где с помощью специальных ферментов генерируются такие газотрансмиттеры, как NO, CO, H₂S.

В статье-обзоре приводится обширный анализ данных, касающихся механизмов действия газообразных веществ микробного происхождения (среди них: окись азота NO, окись углерода CO, сероводород Н₂S, метан CH₄, водород H₂, аммиак NH₃ и др.) с точки зрения регуляции поведения человека, его нейрофизиологических и психических расстройств. Вышеупомянутые газы являются одними из самых маленьких биологически активных молекул, которые выполняют функции жизнеобеспечения как многоклеточных организмов, так и бактерий. Они ведут себя как посредники и регуляторы в межклеточном взаимодействии в организме млекопитающих.

Важно, что вещества, выполняющие роль газотрансмиттеров, синтезируются в ЖКТ как клетками организма-хозяина, так и населяющими ЖКТ разнообразными микроорганизмами. Среди них: Archaea, Bacteroides, Bifidobacterium, Butyrivibrio, Clostridium, Collinsella, Coprococcus, Desulfovibrio, Eubacterium, Lactobacillus, Prevotella, Propionibacterium, Roseburia, и другие).

Желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) взрослого человека содержит около 20 мл различных газообразных продуктов, причем в день производится от 400 до 1200 мл. Азот, кислород, водород, метан, диоксид углерода и сероводород составляют 20-90%, 3.9-10%, 20.9-50%, 7.2-10%, 9-30%, и 0,00028% от общего объема соответственно. Их количество варьируется в значительной степени в зависимости от диеты, соблюдаемой человеком. Газообразные продукты образуются в результате деятельности различных эукариотических (клеток организма человека) и прокариотических (бактериальных) клеток путем ферментативных или неферментативных процессов, а также могут захватываться вместе с воздухом и пищей. Большинство молекул газа удаляются из кишечника: они поглощаются и переносятся кровотоком, а в дальнейшем выводятся из организма через дыхательную систему.

Газотрансмиттеры играют двойственную роль в организме. Они могут служить источниками энергии, в том числе и для населяющих организм человека микробов. Например, характерный симбионт человека кишечная палочка (E. coli), живущая в ЖКТ, использует окись азота (NO), вырабатываемую клетками хозяина, как источник энергии для собственного метаболизма. Поскольку окись азота активно вырабатывается также и иммунными клетками при воспалении, получается, что кишечная палочка «заинтересована» в наличии воспалительного процесса в кишечнике.

Газотрансмиттеры участвуют в коммуникации как между микробными клетками, так и в «диалоге» между микробными «сожителями» и клетками организма-хозяина. Окись азота (NO), как образованная организмом-хозяином, так и микробного происхождения, регулирует функционирование иммунной и сердечно-сосудистой систем, выступает как мозговой нейромедиатор, вовлеченный в регуляцию процесса обучения и когнитивной (познавательной) деятельности. В эксперименте мыши с дефицитом по одному из образующих окись азота ферменту (нейронной NO-синтазе) отличаются повышенной двигательной и сексуальной активностью и в то же время долговременной депрессией.

Сероводород (H₂S) в низких концентрациях регулирует ряд процессов в разных органах человека, в особой мере он влияет на сердечно-сосудистую и нервную системы. В частности, сероводород выступает как нейропротектор: влияние его дефицита на деятельность нервной системы продемонстрировано в исследованиях больных с эпилептическими припадками, психическими расстройствами или патологическими изменениями электроэнцефалограммы. Оказалось, что многие из этих пациентов имеют дефицит ферментов, продуцирующих сероводород в организме. В то же время больные с синдромом Дауна, напротив, имеют повышенную активность ферментов, образующих сероводород.

Избыток аммиака (NH₃) в организме (гипераммонемия) наряду с другими причинами может быть обусловлен нарушениями в микробиоте ЖКТ (дисбактериозом). Избыточное содержание NH₃ приводит к его поступлению в мозг в значительных концентрациях. Такое состояние наблюдается при циррозе печени и является одной из причин так называемого гепато-энцефалического синдрома.

Газотрансмиттеры оказывают воздействие на образовавшую их клетку (аутокринное действие), на соседние клетки (паракринное действие) и на отдаленные ткани и органы и системно на весь организм (эндокринное действие). Выработка газотрансмиттеров и их распространение в разных зонах организма зависят от активности образующих эти вещества клеток как самого организма, так и микробных симбионтов. Концентрации и активность газотрансмиттеров находятся под сложным комбинированным влиянием головного мозга и нервной системы в целом (включая кишечные нервные клетки — энтерическую нервную систему), иммунной системы и других систем организма и в то же время под воздействием микробиоты ЖКТ, других зон организма (кожи, дыхательных путей, мочеполовой системы и др.).

«Впоследствии предстоят работы по внедрению данных научных исследований в медицинскую и психиатрическую практику для лечения и профилактики нейропсихических расстройств (в том числе депрессии, повышенной агрессивности и других) с помощью микробных газотрансмиттеров. Можно представить себе нормализацию количества, скажем, аммиака с помощью прицельно введенных в организм бактерий», — смотрит в будущее Александр Олескин.

На этом пути пока имеются некоторые пилотные разработки, названные автором исследования «пионерскими». Они заключаются в использовании полезных микроорганизмов — пробиотиков, которые могут применяться в составе молочнокислых продуктов (йогурт, творог и др.) или в виде лекарственных рецептур. Пробиотические штаммы лактобактерий, бифидобактерий, E. coli активно синтезируют один из важнейших многофункциональных газотрансмиттеров — окись азота; более того, пробиотики стимулируют дополнительную продукцию окиси азота клетками организма-хозяина.

В научный оборот недавно был введен термин «психобиотики» (psychobiotics) для обозначения пробиотических бактериальных штаммов, которые используются в качестве биологически активных добавок для оптимизации деятельности мозга и психики человека с помощью благотворного влияния микробных продуктов и в том числе газотрансмиттеров на мозговые процессы и поведение человека.