Если бы вас спросили, где расположена нервная система человека, вы бы, вероятно, ответили: «в мозге» или «в спинном мозге», пишет TED.
Но помимо центральной нервной системы, состоящей из двух вышеупомянутых органов, в нашем организме имеется также и энтерическая нервная система — двухслойная оболочка из более чем 100 миллионов нервных клеток, занимающая пространство от пищевода до прямой кишки.
Энтерическую нервную систему называют «вторым мозгом», и она постоянно находится на связи с первым.
Именно поэтому от мыслей о еде в желудке начинают вырабатываться ферменты, а от выступления перед большой аудиторией может подташнивать.
До недавнего времени учёные полагали, что эти две системы держат связь исключительно через гормоны, вырабатываемые энтероэндокринными клетками в слизистой оболочке кишечника. Когда эти клетки выявляют присутствие пищи или бактерий, они выпускают молекулярных посланников, которые сообщают нервной системе, что надо вести себя иначе.
Однако теперь оказалось, что этот процесс выглядит ещё более прямолинейно. Нейробиолог Диего Бохоркес, специалист по связи кишечника и мозга из Университета Дюка, обнаружил, что некоторые энтероэндокринные клетки также вступают в физический контакт с энтерической нервной системой, образуя синапсы с нервами.
Это открытие позволяет по-новому взглянуть на нашу способность влиять на такие сигналы — и однажды может изменить наш подход к лечению столь разных нарушений, как ожирение, анорексия, синдром раздражённого кишечника, аутизм и ПТСР.
Что же стало для Бохоркеса толчком к изучению связи мозга и кишечника? Куры!
Когда он переехал из Эквадора в США, его первой работой была должность научного сотрудника в Университете штата Северная Каролина, где он работал в лаборатории проблем питания, экспериментировавшей на курах.
«В птицеводстве главная проблема — как накормить нововылупившегося цыплёнка как можно скорее, чтобы он достиг максимального потенциала роста, — говорит Бохоркес. — Мой научный руководитель предложил кормить цыплят внутри яйца, до вылупления. Это внутрияйцевое кормление предполагало добавление ферментов в амниотическую жидкость эмбриона непосредственно перед его вылуплением».
Бохоркес был поражён тем, как этот эксперимент повлиял на поведение вылупившихся птенцов:
«Некормленые цыплята вылуплялись из яйца и спали по 5–6 часов. А те, кого кормили в яйце, тут же принимались есть.
Кроме того, они были более активными, больше смотрели по сторонам и клевали друг друга. Меня очень заинтересовало, как меняется поведение под действием питательных веществ».
Ещё больше его любопытство подстегнула операция по шунтированию желудка, сделанная его подруге. Он вспоминает: «Одна моя подруга очень страдала от ожирения и в качестве крайней меры решилась на шунтирование желудка. Это помогло. Она сильно похудела, и у неё прошёл диабет.
Но самое поразительное — у неё изменилось вкусовое восприятие. Раньше её отвращал вид жидких желтков, а после операции она их полюбила».
По словам Бохоркеса, подобные вкусовые изменения — хорошо задокументированное явление среди пациентов бариатрической хирургии, но учёные не знают, как и почему они происходят: «Это новая область, но одно ясно: перестройка кишечника физически меняет то, как мы ощущаем вкус еды головным мозгом».
Учёным давно известно, что в кишечнике питательные вещества ощущаются энтероэндокринными клетками, но точный механизм этого процесса оставался загадкой. Было ясно, что при стимуляции энтероэндокринные клетки вырабатывают гормоны, которые либо попадают в кровоток, либо активируют ближайшие нервы, воздействуя на то, как мы питаемся.
«Меня интересовало, каким образом сенсорный сигнал питательного вещества преобразуется в электрический сигнал, меняющий поведение», — говорит Бохоркес.
Вместе с коллегами он исследовал энтероэндокринные клетки с помощью трёхмерной электронной микроскопии. Это позволило им увидеть особенность строения клеток, которую никто раньше не наблюдал:
«Оказывается, у энтероэндокринных клеток имеются не только микроворсинки, то есть крошечные выросты, контактирующие с кишечником, но и некое подобие ножки, которое мы назвали нейроподом. Стало очевидно, что по своим физическим характеристикам энтероэндокринные клетки напоминают нейроны, поэтому мы решили проверить, не контактируют ли они и с нейронами».
Чтобы проследить синаптическую связь, используется специальный вид бешенства. Учёные ввели микроскопическое количество модифицированного люминесцентного вируса бешенства в толстую кишку мыши.
«Бешенство — вирус, поражающий нейроны и распространяющийся через синаптические связи, поэтому при использовании его в модифицированной форме, позволяющей ему одновременно перепрыгивать только через один нейрон, очень удобно отслеживать нервные цепи», — объясняет Бохоркес.
Через семь дней после этой процедуры энтероэндокринные клетки мышиного кишечника начали светиться зелёным, подтверждая догадку, что эти сенсорные клетки действительно ведут себя как нейроны. Тогда Бохоркес вывел мышь, позволяющую модифицированному вирусу совершить второй прыжок.
Когда он ввёл вирус в толстую кишку новой мыши, энтероэндокринные клетки и соединённые с ними нервы загорелись, демонстрируя наличие физического синапса между сенсорными клетками и нервной системой — а также невиданной ранее физической связи.
Если у нас получится отследить канал связи между кишечником и мозгом, возможно, когда-нибудь это поможет нам лечить расстройства и болезни.
Ряд нарушений — аутизм, ожирение, анорексия, синдром раздражённого кишечника, воспалительное заболевание кишечника, ПТСР и хронический стресс — объединяет общий симптом: изменённое висцеральное чувство, или повышенная / пониженная чувствительность к кишечным стимулам. Бохоркес говорит:
«Например, по данным клинических наблюдений, у некоторых детей с анорексией ещё в раннем возрасте развивается гиперчувствительность к еде. При нормальных обстоятельствах этот процесс происходит без чёткого пространственного и временного ориентирования, но дети чувствуют, что в животе что-то происходит, и это вызывает у них тревожные ощущения».
Эти знания могут помочь учёным разобраться и с другими нарушениями, которые раньше считались чисто психологическими.
Обладают ли наши энтероэндокринные клетки обонянием, вкусом и осязанием? По словам Бохоркеса, у них имеются такие же молекулярные рецепторы, как те, что обеспечивают механическую, химическую и тепловую чувствительность носа и рта:
«Мы только начали изучать эти механизмы, и в этом направлении как раз и движутся исследования».
Он отмечает, что кроме кишечника у нас есть и другие органы со слизистой оболочкой, в которой имеются сенсорные клетки, аналогичные энтероэндокринным, — например, лёгкие, предстательная железа и влагалище.
«Будущие исследования ещё покажут, как мозг воспринимает сигналы этих органов и как они влияют на наше состояние», — говорит он.