Сайт издательства «Медиа Сфера»
содержит материалы, предназначенные исключительно для работников здравоохранения. Закрывая это сообщение, Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.

Бофанова Н.С.

ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет»

Ханфар Я.А.

ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет»

Влияние кишечной микробиоты на формирование хронического болевого синдрома

Авторы:

Бофанова Н.С., Ханфар Я.А.

Подробнее об авторах

Журнал: Российский журнал боли. 2023;21(2): 50‑56

Просмотров: 1544

Загрузок: 51


Как цитировать:

Бофанова Н.С., Ханфар Я.А. Влияние кишечной микробиоты на формирование хронического болевого синдрома. Российский журнал боли. 2023;21(2):50‑56.
Bofanova NS, Khanfar YaA. Influence of gut microbiota on chronic pain syndrome. Russian Journal of Pain. 2023;21(2):50‑56. (In Russ.)
https://doi.org/10.17116/pain20232102150

Рекомендуем статьи по данной теме:
Пе­ри­фе­ри­чес­кие ме­ха­низ­мы но­ци­цеп­ции — ми­ше­ни для ло­каль­но действу­ющих обез­бо­ли­ва­ющих пре­па­ра­тов. Рос­сий­ский жур­нал бо­ли. 2023;(1):52-59
Ка­тас­тро­фи­за­ция и хро­ни­чес­кая боль: сов­ре­мен­ный взгляд на проб­ле­му. Рос­сий­ский жур­нал бо­ли. 2023;(1):60-72
Бло­ка­да над­ло­па­точ­но­го и под­мы­шеч­но­го нер­вов при бо­ли в пле­че. Мо­ди­фи­ка­ции ин­тер­вен­ци­он­но­го ме­то­да и кли­ни­чес­кие ис­хо­ды. Рос­сий­ский жур­нал бо­ли. 2024;(1):34-39
При­ме­не­ние ком­плек­са ви­та­ми­нов груп­пы B, хо­ли­на и ино­зи­на при хро­ни­чес­кой бо­ли. Жур­нал нев­ро­ло­гии и пси­хи­ат­рии им. С.С. Кор­са­ко­ва. 2023;(4):114-119
Вли­яние хро­ни­чес­кой бо­ли при ос­теоар­три­те на риск раз­ви­тия сер­деч­но-со­су­дис­тых за­бо­ле­ва­ний и сов­ре­мен­ные спо­со­бы их ле­карствен­ной про­фи­лак­ти­ки. Жур­нал нев­ро­ло­гии и пси­хи­ат­рии им. С.С. Кор­са­ко­ва. 2023;(5):20-30
Роль ней­рот­ран­смит­те­ров и мик­ро­би­оты ки­шеч­ни­ка в па­то­ге­не­зе ато­пи­чес­ко­го дер­ма­ти­та. Кли­ни­чес­кая дер­ма­то­ло­гия и ве­не­ро­ло­гия. 2023;(3):302-308
К воп­ро­су о воз­мож­нос­ти при­ме­не­ния инъек­ци­он­ной кар­бок­си­те­ра­пии в ком­плексном ле­че­нии па­ци­ен­тов с хро­ни­чес­кой болью. Воп­ро­сы ку­рор­то­ло­гии, фи­зи­оте­ра­пии и ле­чеб­ной фи­зи­чес­кой куль­ту­ры. 2023;(3):63-68
Ней­ро­па­ти­чес­кий ком­по­нент бо­ли, ко­мор­бид­ность и ка­чес­тво жиз­ни при рев­ма­то­ид­ном ар­три­те: су­щес­тву­ют ли вза­имос­вя­зи?. Про­фи­лак­ти­чес­кая ме­ди­ци­на. 2023;(10):98-104
Ней­ро­хи­рур­ги­чес­кое ле­че­ние пос­тгер­пе­ти­чес­кой нев­рал­гии. Жур­нал нев­ро­ло­гии и пси­хи­ат­рии им. С.С. Кор­са­ко­ва. 2024;(2):154-157

Введение

Более 100 триллионов симбиотических микроорганизмов в кишечнике человека играют важную роль в его здоровье и возникновении различных заболеваний. Профиль кишечной микробиоты у каждого человека различен, однако относительное распределение бактериальных филотипов у здоровых людей сходно. Двумя наиболее известными типами являются Firmicutes и Bacteroides, на долю которых приходится не менее трех четвертей микробиоты [1, 2].

Кишечная микробиота создает барьер, защищая от чужеродных патогенов посредством конкурентного исключения и производства антимикробных веществ [3]. Многие эксперименты на животных, у которых нет микроорганизмов (Germ free animals), доказывают, что у этих животных есть дефицит локальных и системных лимфоидных структур, плохо сформированы селезенки и лимфатические узлы, а также существует дефицит цитокинов [4]. Другие исследования показывают, что микробиота в первую очередь участвуют в стимулировании и созревания иммунных клеток для нормального развития иммунных функций [5]. Кроме того, исследования выявили важную роль микробиоты в развитии многих заболеваний [6]. Одной из самых актуальных областей изучения в настоящее время является изучение влияния микрофлоры кишечника на организм человека, особенно взаимосвязи энтеральной нервной системы, иммунной системы кишечника и эндокринных клеток кишечника, получившей название ось «кишечник — головной мозг» (gut-brain axis).

Цель исследования — провести обзор доступной современной литературы по вопросу влияния кишечной микробиоты на формирование неврологических расстройств, в том числе на развитие хронического болевого синдрома.

Изучение взаимосвязи между кишечником и головным мозгом выявило сложную систему связей, которая не только обеспечивает надлежащее поддержание желудочно-кишечного гомеостаза, но, вероятно, оказывает множественное влияние [7]. Роль заключается в мониторинге и интеграции функций кишечника, а также в связывании эмоциональных и когнитивных центров мозга с периферическими функциями и механизмами кишечника, такими как иммунная активация, кишечная проницаемость, кишечный рефлекс и энтероэндокринная передача сигналов [8, 9].

Десятый черепной нерв играет решающую роль в обеспечении двунаправленной связи между головным мозгом и микробиотой кишечника [10]. Блуждающий нерв связан с энтероэндокринными клетками и может представлять собой наиболее прямую связь между микробиотой кишечника и головным мозгом [11]. Через сенсорные волокна блуждающего нерва сигналы поступают в ядро солитарного тракта и широко распространяются в области центральной нервной системы, включая кору головного мозга и продолговатый мозг [12]. Примерно 80% волокон блуждающего нерва передают сигналы в центральную нервную систему через афферентные пути, а 20% волокон блуждающего нерва передают сигналы из центральной нервной системы в периферические органы через эфферентные волокна. Блуждающий нерв представляет собой основной афферентный путь из брюшной полости в головной мозг, и имеется достаточно доказательств того, что микробиота кишечника способна активировать этот путь, чтобы опосредовать свое поведенческое и физиологическое воздействие на головной мозг [13].

Ваготомия, хирургическая процедура, при которой удаляется часть нерва, является действенным способом, используемым в лабораторных условиях для исследования связи между кишечником и головным мозгом [12]. В экспериментах на животных применение ваготомии продемонстрировало, что определенные штаммы бактерий используют блуждающий нерв для связи с головным мозгом. Например, блуждающий нерв отвечает за опосредование полезных эффектов пробиотиков на физиологические механизмы, такие как заживление ран [14]. В ряде экспериментов было показано, что Lactobacillus reuteri ускоряют заживление ран у мышей за счет увеличения секреции окситоцина из гипоталамуса — эффект, который блокируется после ваготомии [14]. Блуждающий нерв также является важным компонентом, опосредующим влияние изменений в микробиоте кишечника на поведение. Например, было показано, что временная инактивация дорсального вагусного комплекса ослабляет дефицит социальной изоляции, который был вызван после периферического введения липополисахаридов [15]. Перерезка блуждающего нерва также способствовала развитию у крыс анксиолитикоподобного поведения, которое сопровождалось ослаблением условного страха [16]. Кроме того, анксиогенное поведение, вызванное колитом, опосредованным декстрансульфатом натрия, было ослаблено после ваготомии, это указывает на то, что блуждающий нерв является посредником в облегчении негативных поведенческих эффектов воспаления толстой кишки. Также анксиолитические и антидепрессантоподобные эффекты, наблюдающиеся после приема Lactobacillus rhamnosus, не наблюдались у ваготимизированных мышей. Lactobacillus rhamnosus JB1 модулируют ГАМКергическую (ГАМК — гамма-аминомасляная кислота) систему в головном мозге и улучшают поведение, связанное с тревогой и депрессией, через пути блуждающего нерва [17], то есть блуждающий нерв также играет важную роль в формировании положительных поведенческих эффектов пробиотиков. Эти результаты доказывают важность блуждающего нерва как канала для распространения сенсорной информации от кишечной микробиоты к головному мозгу.

Продукты микробного метаболизма служат химическими сигналами для клеток хозяина и влияют на клеточную функцию [18—20]. ГАМК является основным тормозным нейротрансмиттером центральной нервной системы. Во многих источниках описана связь между измененной ГАМКергической нейротрансмиссией и многочисленными расстройствами центральной нервной системы. Считается, что ГАМК играет роль в поведении, познании, формировании боли, сне и реакции организма на стресс, тревогу, страх. Снижение уровня ГАМК связано с психическими заболеваниями, включая шизофрению, аутизм и депрессию, а также с нарушением перистальтики кишечника, опорожнения желудка, секреции [21—23].

В головном мозге ГАМК синтезируется ГАМКергическими нейронами, которые превращают глутамат в ГАМК с помощью фермента декарбоксилазы глутаминовой кислоты, продуцируемого исключительно в этих нейронах [24, 25]. ГАМК является основным фактором роста, продуцируемым Bacteroides fragilis. Более того, эта система совместного культивирования показала, что Parabacteroides, Eubacterium и Bifidobacterium также синтезируют ГАМК. Последующий транскриптомный анализ образцов фекалий человека подтверждает, что ГАМК синтезируется этими микроорганизмами [26].

Однако ГАМК также не проникает через гематоэнцефалический барьер. ГАМК кишечного микроорганизма может действовать локально на энтеральную нервную систему или блуждающий нерв, поскольку она не может проникнуть в головной мозг. Однако, подобно пути синтеза глутамата в центральной нервной системе, метаболиты кишечной ферментации углеводов микробиотой, такие как ацетат, могут преодолевать гематоэнцефалический барьер и включаться в метаболический цикл ГАМК, преимущественно в гипоталамусе [27].

Изменение образа жизни и питания могут изменять состав и функцию микробиома кишечника [28]. Например, кетогенная диета повышает уровень ГАМК в спинномозговой жидкости у детей с эпилепсией, это приводит к облегчению симптомов [29]. В другом исследовании (трансплантации фекальной микробиоты) было обнаружено, что ГАМК является наиболее измененным метаболитом у пациентов с ожирением, получающих аллостерическую фекальную трансплантацию от худых доноров [30], что связано с улучшением чувствительности к инсулину.

Кишечная микробиота влияет на уровни циркулирующей ГАМК, поскольку у стерильных животных уровни ГАМК в просвете кишечника и сыворотке крови существенно снижены [31]. Сообщалось, что несколько комменсальных микроорганизмов продуцируют ГАМК, в том числе представители родов Bifidobacterium и Lactobacillus. Было установлено, что введение Lactobacillus rhamnosus JB-1 мышам снижает депрессивно-тревожное поведение по вагус-зависимому типу с сопутствующими изменениями церебральной ГАМКергической активности [32].

Способность ГАМК, опосредованной микробиотой, положительно влиять на организм хозяина, была подтверждена в более позднем исследовании, в котором пероральное добавление Bifidobacterium breve NCIMB8807 pESHgadB, штамма, сконструированного для выработки ГАМК посредством сверхэкспрессии глутаматдекарбоксилазы B, снижало чувствительность к висцеральной боли у крыс. Важно отметить, что штамм обычного типа, Bifidobacterium breve NCIMB8807, не влиял на конечную точку висцеральной боли, это подтверждает, что положительный эффект был обусловлен секрецией ГАМК [31, 32].

Многие исследования связывают кишечную микробиоту с регуляцией серотонина [33]. Серотонин влияет на настроение, познание, сон, чувство аппетита [34]. Серотонин также участвует в регулировании многочисленных физиологических процессов в организме, включая желудочно-кишечную секрецию, перистальтику, сужение сосудов [35]. В центральной нервной системе серотонин в основном синтезируется серотонинергическими нейронами в ядрах шва. Аномальная экспрессия серотонина в головном мозге связана с появлением психических расстройств, включая депрессивные и тревожные расстройства [36, 37]. В настоящее время селективные ингибиторы обратного захвата серотонина назначают для лечения депрессии, поскольку они повышают уровень доступного серотонина в головном мозге [37]. Следует отметить, что около 90% серотонина синтезируется в основном энтерохромаффинными клетками эпителия кишечника. Серотонин в отличие от его предшественника триптофана не проникает через гематоэнцефалический барьер [38]. Спорообразующие бактерии в кишечнике могут способствовать биосинтезу серотонина за счет увеличения экспрессии гена, ограничивающего скорость фермента триптофангидроксилазы 1 в энтерохромаффинных клетках толстой кишки. Некоторые метаболиты, продуцируемые этими спорообразующими бактериями, были идентифицированы как сигнальные молекулы [39]. Продукция серотонина также была обнаружена у стафилококков, которые используют декарбоксилазу ароматических аминокислот (SadA) для декарбоксилирования предшественника 5-гидрокситриптофана в серотонин [40]. По данным доступной литературы, в экспериментах у безмикробных животных (мышей) наблюдается значительное снижение уровня серотонина в крови и толстой кишке по сравнению с контрольной группой (животными с микробиотой) [39, 40], что может быть восстановлено путем реколонизации микробиотой спорообразующих видов. Примечательно, что несколько штаммов бактерий вырабатывают серотонин, такие способности не были выявлены в микробиоте кишечника. Вместо этого изменение уровня серотонина у хозяина, по-видимому, опосредовано секрецией небольших молекул (таких как короткоцепочечные жирные кислоты или вторичные желчные кислоты), которые сигнализируют энтерохромаффинным клеткам эпителия кишечника о выработке серотонина посредством экспрессии триптофангидроксилазы [41]. Имеются также доказательства того, что попадание кишечного триптофана в иммунный кинурениновый путь может играть важную роль в нарушении регуляции серотонина [42]. Однако в головном мозге влияние микробиоты на серотонин не столь очевидно: хотя оборот серотонина у стерильных животных повышен [43], в гиппокампе самцов мышей уровень серотонина обычно выше [44]. 90% триптофана в кишечном тракте метаболизируется по кинурениновому пути. Особый интерес представляют нейроактивные метаболиты хинолиновой и кинуреновой кислот, влияющие на энтеральную нервную систему и центральную нервную систему [44, 45].

Триптофан является важной аминокислотой, метаболиты которой, кинуренин и серотонин, включаются в энергетический обмен и нейротрансмиссию. Данные свидетельствуют о том, что микробиота кишечника может регулировать метаболизм триптофана, который влияет на уровни кинуренина и серотонина. Например, было обнаружено, что у стерильных мышей более высокий уровень циркулирующего триптофана наряду с более низким уровнем серотонина, чем у обычных мышей [46]. Это может быть связано со снижением экспрессии триптофангидроксилазы в толстой кишке (фермент, ограничивающий скорость синтеза серотонина) [47]. Интересно, что увеличение циркулирующего триптофана у стерильных мышей трансформировалось в повышение уровня серотонина и оборота серотонина в гиппокампе. Этот повышенный циркулирующий триптофан и повышенный оборот серотонина в гиппокампе были определены только у самцов мышей [46, 47]. Также было показано, что лечение пробиотиками влияет на уровни триптофана, кинуренина и серотонина. Длительное лечение крыс Bifidobacterium infantis 35624 повышало уровень циркулирующего триптофана при одновременном снижении отношения кинуренина к триптофану, возможно, за счет усиления превращения кинуренина в кинуреновую кислоту [48]. Кроме того, крысы, получавшие Bifidobacterium infantis, имели более низкие уровни 5-гидроксииндолуксусной кислоты (5-HIAA) в лобной доле головного мозга, это позволяет предположить, что пробиотик в некоторой степени изменил центральную серотонинергическую передачу. Что касается регуляции синтеза кинуренина, Lactobacillus в кишечнике может ослаблять превращение триптофана в кинуренин путем ингибирования индоламин-2,3-диоксигеназы (IDO). Добавка Lactobacillus johnsonii снижала уровень циркулирующего кинуренина у крыс с сопутствующим повышением уровня серотонина. Считается, что этот эффект Lactobacillus johnsonii опосредован способностью молочнокислых бактерий продуцировать H2O2, поскольку пероксид способен активировать пероксидазную функцию IDO, что впоследствии ингибирует ее способность продуцировать кинуренин [47, 48]. Увеличение циркулирующих и центральных метаболитов кинуренина было выявлено при аутизме, шизофрении, депрессии, нейродегенеративных заболеваниях [49]. Таким образом, способность микробиоты регулировать кинурениновый путь дает потенциальную возможность воздействовать на микробиоту в условиях с повышенным уровнем кинуренина.

Дофамин является основным нейротрансмиттером, является предшественником адреналина и норадреналина, которые способствуют возбуждению и бдительности, а также поведению и познанию [50]. В центральной нервной системе дофамин в основном вырабатывается в черной субстанции и вентральных областях покрышки головного мозга [51]. Некоторые неврологические расстройства, такие как шизофрения и биполярное расстройство, характеризуются нарушением регуляции дофаминовой системы [50, 51]. Будучи наиболее распространенным катехоламиновым нейротрансмиттером в головном мозге, дофамин синтезируется в дофаминергических нейронах из тирозина, которого много в пище и который может проникать через гематоэнцефалический барьер. Более 50% дофамина в организме человека синтезируется в кишечнике [52], выработка дофамина была обнаружена у Staphylococcus в кишечнике человека, его может поглощать предшественник L-3,4-дигидроксифенилаланин (L-DOPA) и превращать в дофамин с помощью стафилококковой SadA, экспрессируемой этими бактериями [53]. Безмикробные мыши демонстрируют повышенную скорость оборота дофамина и норадреналина (а также серотонина) в головном мозге [54, 55].

Жирные кислоты с короткой цепью, а именно пропионат, бутират и ацетат, являются метаболитами, в основном вырабатываемыми и регулируемыми бактериальной ферментацией сложных растительных полисахаридов в кишечнике [56]. В последние годы в исследованиях изучалась потенциальная роль жирных кислот с короткой цепью в связи между кишечником и головным мозгом [57]. Исследования привели к широкому спектру результатов, которые связывают бутират, например, с памятью, познанием, настроением [58]. Ацетат связан с регуляцией аппетита а пропионат может участвовать в защите от диабета 2-го типа и ожирения, а также в снижении стрессового поведения [59]. На молекулярном уровне было показано, что как масляная, так и пропионовая кислоты увеличивают экспрессию тирозингидроксилазы, фермента, ограничивающего скорость синтеза дофамина и норадреналина [60]. Эти короткоцепочечные жирные кислоты также ослабляют экспрессию дофамин-β-гидроксилазы, фермента, ответственного за превращение дофамина в норадреналин. Пропионовая кислота также увеличивает экспрессию триптофангидроксилазы, это свидетельствует о том, что указанные короткоцепочечные жирные кислоты также способны модулировать серотонинергическую нейротрансмиссию [61]. Было показано, что пропионовая кислота снижает уровни ГАМК, индоламина, серотонина (5-гидрокситриптамина) и дофамина in vivo [62]. Сообщалось, что пропионовая кислота увеличивает экспрессию астроцитарного маркера глиального фибриллярного кислого белка (GFAP), в то время как масляная кислота снижает его экспрессию [63]. Таким образом, увеличение в кишечнике количества бактерий, продуцирующих короткоцепочечные жирные кислоты, может влиять на нейровоспалительную реакцию, контролируемую микроглией, и на синаптическую регуляцию, опосредованную астроцитами.

Хроническая боль — актуальный вопрос, его важность подчеркнута в Международной классификации болезней (11-го пересмотра), которая вступит в силу на территории Российской Федерации, по предварительным прогнозам, в 2024 г. [64].

Есть ряд опубликованных исследований о роли кишечной микробиоты человека в формировании хронической боли, в том числе синдрома раздраженного кишечника, мигрени, фибромиалгии [65, 66].

Роль кишечной микробиоты на периферическом уровне в патогенезе хронического болевого синдрома объясняется взаимовлиянием с иммунной системой на цитокиновом уровне. В эксперименте на стерильных мышах определялось снижение болевой чувствительности, которая вызывалась медиатором воспаления TNF-α, липополисахаридами, после репозиции кишечной микробиоты [66, 67].

Кишечная микробиота продуцирует нейромедиаторы антиноцицептивной и ноцицептивной систем, обеспечивая их корректную работу. Важная роль в патогенезе формирования хронической боли принадлежит дисбалансу в работе обозначенных выше систем. Кишечная микробиота воздействует на активацию клеток микроглии и астроцитов, продуцирующих цитокины, а также приводит к снижению воздействия ГАМК, усилению глутаматергической нейротрансмиссии [68].

Вышеизложенная информация приводит к выводам о необходимости более широкого использования немедикаментозных методов терапии хронической боли [68, 69]. Перспективным направлением в терапии хронической боли является использование пробиотиков и пребиотиков как адъювантного способа лечения, а также разработка специальной диеты для пациентов с хронической болью с ограничением моносахаридов и полисахаридов. В доступной литературе опубликованы результаты исследований по данному вопросу. A.P. Hungin и соавт. (2018) провели системный обзор 15 исследований, в которые были включены пациенты с синдромом раздраженного кишечника, в 8 из которых доказывалось преимущество применения пробиотиков, связанное с уменьшением боли в животе, по сравнению с плацебо [68, 70]. D.M. Saulnier и соавт. опубликовали результаты применения пробиотиков (Bifidobacterium infantis, Lactobacillus rhamnosus GG) у детей, которое приводило к уменьшению болевого синдрома в области живота [71]. В ряде клинических исследований доказано влияние кишечной микробиоты на течение мигрени. Предложена гипотеза, что безглютеновая диета эффективна для снижения частоты мигренозных приступов; диета, включая потребление достаточного количества клетчатки с низким гликемическим индексом, а также применение пищевых добавок с витамином D, омега-3-полиненасыщенными жирными кислотами и пробиотиками, оказывает положительное влияние на кишечную микробиоту [72, 73, 74].

Заключение

Теория о влиянии кишечной микробиоты на формирование хронической боли позволяет разрабатывать новые подходы к терапии хронических болевых синдромов, опирающиеся на современные сведения о кишечной микробиоте и ее влиянии на центральную нервную систему. Необходимы дальнейшие исследования по данному вопросу для внедрения новых эффективных методов терапии пациентов с хронической болью [82, 83].

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо со ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail



Мы используем файлы cооkies для улучшения работы сайта. Оставаясь на нашем сайте, вы соглашаетесь с условиями использования файлов cооkies. Чтобы ознакомиться с нашими Положениями о конфиденциальности и об использовании файлов cookie, нажмите здесь.