Там, где все это начинается

Еда играет ключевую роль в поддержании здоровья и во взаимодействии двух жизненно важных органов – пищеварительного тракта и головного мозга, и эта тесная связь наблюдается с момента рождения. Все мы во взрослом возрасте хотим оставаться оптимально здоровыми, а результаты исследования Яцуненко показывают: пища оказывает определяющее влияние на кишечный микробиом задолго до того, как мы начинаем самостоятельно решать, что нам есть и какие пробиотики выбрать. Это раннее воздействие на микробиом, связанное с продуктами питания, закладывает основу разнообразия кишечных микроорганизмов и нашей устойчивости к болезням во взрослом возрасте. Ошибки в этом процессе раннего программирования могут повысить риск столкновения с рядом проблем – от ожирения до СРК. Помимо важной роли первоначального формирования кишечного микробиома младенца в процессе родов значительное место в этом формировании занимает кормление ребенка матерью. Влияние ранней диеты на микробиоту кишечника ребенка подтвердили результаты исследования, проведенного микробиологом Рут Лей из Корнеллского университета и ее группой. В ходе этого исследования ученые 60 раз проанализировали состояние здорового мальчика с момента его рождения до двух с половиной лет.

В течение первых четырех с половиной месяцев ребенок был только на грудном вскармливании. Вначале, как обнаружили Лей и ее коллеги, микробиом младенца был богат такими видами микроорганизмов, которые облегчают переваривание углеводов молока, в первую очередь бифидобактериями и некоторыми разновидностями лактобактерий. И это было неудивительно. Но еще до того как младенец стал получать молочные смеси или кусочки твердой пищи, появились такие кишечные микроорганизмы, как Prevotella, которые помогают усваивать сложные углеводы из растительной пищи. Это означало, что кишечная микробиота ребенка была уже подготовлена к переходу на твердую пищу еще до того, как он съел хотя бы небольшой кусочек такой еды.

Мать ребенка продолжала кормить его грудью до девяти месяцев и постепенно добавляла в его рацион такие детские пищевые продукты, как рисовые хлопья и горох, а затем и еду из своего домашнего рациона. После того как ребенок перешел на твердую пищу, его микробиота снова изменилась: в ней появилось много микроорганизмов, которые ферментируют растительные углеводы.

В первые месяцы жизни ребенка в его кишечнике обитало относительно немного видов микроорганизмов, и такие события, как существенное повышение температуры, введение в рацион гороха или назначение антибиотиков при ушной инфекции, приводило к резким колебаниям состава микробиоты. Тем не менее с каждым месяцем ее состав становился все более разнообразным, и к тому времени, когда мальчику исполнилось два с половиной года, его кишечная микробиота стабилизировалась и стала похожа на микробиоту взрослого человека.

Результаты этого и других похожих исследований показывают, что кишечный микробиом человека, который формируется в первые два с половиной – три года жизни, предназначен оставаться таким на протяжении всей жизни. Образно говоря, организм ребенка как бы комплектует состав симфонического оркестра, в котором каждый вид кишечных бактерий играет на одном инструменте. Вначале этих исполнителей проверяют на профессиональную пригодность. По результатам тестирования одних приглашают в оркестр, других в него не берут, но в любом случае многие места поначалу остаются вакантными. Однако к двум с половиной годам оркестр уже полностью укомплектован, и большая часть исполнителей будет играть в нем пожизненно. В зависимости от обстоятельств и потребляемых продуктов этот оркестр может исполнять различные мелодии.

Решающая роль диеты для формирования диалога между головным мозгом и ЖКТ ребенка

Мы все больше узнаем о связях головного мозга, ЖКТ и микробиома, и я время от времени вспоминаю о той молодой женщине из племени яномамо, которая родила ребенка в венесуэльских джунглях. На протяжении нескольких недель я видел, как она обращалась и общалась со своим ребенком. Когда молодая мать присоединялась к другим деревенским женщинам для сбора еды, младенец при помощи специального плечевого ремня был прижат к ее груди и животу и весь день сосал грудь.

Ребенок казался совершенно здоровым, и на основании того, что я видел сам и узнали с тех пор исследователи, его пищеварительный тракт – и кишечная микробиота – с самого начала жизни были здоровыми. Это был хороший старт: микроорганизмов в его ЖКТ было много, и они были разнообразными. С рождения и на протяжении дальнейшей жизни ребенок подвергался воздействию разнообразных микроорганизмов, обитавших не только в окружающей среде, но и в уникальных компонентах пищи, которую он получал от матери.

Сегодня мы знаем, что питание младенца, в частности грудное молоко, помогает населить его ЖКТ первоначальным составом полезных для здоровья микроорганизмов. Состав грудного молока в значительной степени зависит от того, как питается мать. Недавние исследования показали, что состав диеты кормящей матери во многом предопределяет риск позднейшего развития у ребенка болезней, связанных с обменом веществ и ожирением, так как во многом такое развитие событий закладывается в ходе раннего программирования кишечной микробиоты ребенка. Хотя матери всегда знали, что наилучшей пищей для их младенцев является грудное молоко, механизмы, обеспечивающие эту пользу для здоровья, были выявлены лишь недавно, в ходе исследований кишечной микробиоты. Помимо необходимых для развития ребенка питательных веществ грудное молоко содержит пребиотики – сложные вещества, обладающие способностью кормить определенные группы кишечных микроорганизмов. В частности, оно содержит олигосахариды – сложные углеводы. Их образуют от трех до десяти связанных друг с другом молекул сахара, содействующих росту только полезных бактерий и потому важных для формирования кишечной микробиоты ребенка. Эти углеводы, называемые олигосахаридами грудного молока (ОГМ), являются важным компонентом грудного молока. К настоящему времени уже идентифицировано более 150 различных молекул ОГМ.

Самое интересное с ОГМ состоит в том, что, хотя они произведены женским организмом, кишечник человека не может их переварить. Эти молекулы не разрушаются в кислой среде желудка младенца, они не перевариваются ферментами поджелудочной железы и тонкой кишки и достигают толстой кишки (где обитает подавляющее большинство кишечных микроорганизмов) в исходном виде. Там они питают полезную микробиоту, в частности виды бифидобактерий, которые могут частично разбивать их на короткоцепочечные жирные кислоты и другие метаболиты. Продукты этого разделения создают среду, в которой полезные микроорганизмы растут быстрее, чем потенциальные патогены. Это помогает объяснить тот факт, что в стуле детей, которых не кормят грудью, меньше бифидобактерий, чем у детей на грудном вскармливании. Как указывает Дэвид Миллз из Университета Калифорнии, один из ведущих мировых специалистов по компонентам грудного молока, ОГМ являются единственной пищей, которая развивалась только для одной цели – питания микробиоты младенца. Очевидно, что в ходе эволюции эти молекулы появились специально, чтобы помочь спрограммировать кишечную микробиоту ребенка, одновременно обеспечивая защиту от патогенных бактерий. Одним из условий достижения этой цели является преобладание Bifidobacterium infantis, которые активно вытесняют патогенные бактерии, замедляя рост числа потенциально вредных бактерий, конкурирующих с полезными микроорганизмами за ограниченный запас питательных веществ. К тому же ОГМ оказывают прямое противомикробное действие на патогены, что проявляется в снижении микробных инфекций, которые обычно поражают ребенка. Таким образом, ОГМ имеют большое значение для развития у ребенка здорового микробиома и для временной защиты от кишечных инфекций, пока микробиом еще недостаточно разнообразен, чтобы эффективно защищать ребенка от инфекций.

В ходе эволюции появился вариант красивого и плавного перехода из почти свободной от микроорганизмов среды в утробе матери в кишащий микроорганизмами мир: сначала для этого используется уникальная микробная среда влагалища матери, которая заселяет стерильный кишечник новорожденного, а затем при помощи особых молекул, содержащихся в грудном молоке, обеспечивается рост этих микроорганизмов в кишечнике младенца. Эти молекулы действуют достаточно долго, чтобы у растущего ребенка сформировался собственный уникальный состав микроорганизмов.

На протяжении двух месяцев жизни среди индейцев яномамо я видел матерей, которые кормили грудью не только младенцев, но и детей ясельного (в нашем понимании) возраста. Более того, они кормят детей грудью в течение трех полных лет, после первого года добавляя к диете платано, как и во многих других традиционных сообществах охотников и собирателей. В этот период у ребенка формируется не только кишечный микробиом, но и головной мозг. Развитие мозга продолжается и в подростковом возрасте, но особенно важны первые несколько лет жизни. Может ли грудное вскармливание изменить общение между головным мозгом, ЖКТ и микробиотой так, чтобы это пошло на пользу здоровому развитию важнейших цепей и систем головного мозга?

Результаты долговременных исследований грудного вскармливания позволяют ответить на этот вопрос утвердительно. В ходе нескольких таких исследований детей не только наблюдали на протяжении всего периода взросления, но и измеряли их познавательные и интеллектуальные способности. Такие исследования, в ходе которых ученые на протяжении многих лет периодически получали от испытуемых интересующие их показатели, можно считать своего рода кинофильмом, демонстрирующим развитие определенного процесса. И главное состоит здесь в том, что ученые при таком подходе могут выявить причинно-следственные зависимости. Долговременные исследования показали, что чем дольше ребенок находится на грудном вскармливании, тем больше его головной мозг, что, как считают, свидетельствует о лучшем умственном развитии.

Кормление грудью может улучшить эмоциональное и социальное развитие ребенка. Ученые из Института Макса Планка в Лейпциге исследовали способность восьмимесячных младенцев, находившихся на грудном вскармливании, распознавать эмоции, выражаемые языком тела. Для этого им показывали изображения людей, испытывавших состояние счастья или страха. Результаты оказались впечатляющими: младенцы, которых вскармливали грудью в течение более длительного времени, чаще реагировали на телесные проявления счастья, чем младенцы, которых меньше кормили грудью. Умение узнавать такие важные эмоции, как счастье или гнев, по выражению лица и позе предоставляет младенцам очень важный инструмент, имеющий решающее значение для их эмоционального и социального развития.

Как именно грудное вскармливание изменяет участки головного мозга, отвечающие за усвоение указанных навыков? Результаты лейпцигского исследования позволяют предположить, что это происходит отчасти благодаря действию окситоцина. Разнообразие сенсорных стимулов, в том числе нежные прикосновения, укачивание ребенка или вызванные питательными веществами ощущения в пищеварительном тракте, высвобождают в головном мозге окситоцин. Этот гормон выделяется и в мозге кормящей матери (где он стимулирует отделение молока), и в мозге ее ребенка. Окситоцин усиливает аффилирование – потребность в симпатии и привязанности окружающих, а это наводит на мысль о том, что его высвобождение во время кормления способствует большему сближению матери и ребенка. Последующие исследования дали основания предположить, что положительный эффект продолжительного грудного вскармливания зависит от состава генов младенцев, так как благоприятное воздействие наблюдалось только у младенцев, которые имели определенную генетическую вариативность в сигнальной системе окситоцина.

Хотя исследования взаимосвязи между грудным вскармливанием и эмоциональной реактивностью сами по себе представляют большой интерес, в них не ставился вопрос о том, какой именно аспект грудного вскармливания отвечает за выброс окситоцина в головном мозге. «Грудное вскармливание – нечто гораздо большее, чем просто питание», – писал руководитель этих исследований Тобиас Гроссманн. Что является причиной – положительный опыт, получаемый младенцем при более продолжительном контакте с матерью, оральная стимуляция (способствующая высвобождению окситоцина у матери) или потребление молочного сахара (что может стимулировать высвобождение опиоидоподобных молекул в мозге младенца)? Или все дело в том, что схожий с валиумом метаболит воздействует на аминокислоту ГАМК, которую кишечная микробиота младенца производит в ответ на регулярное поступление олигосахаридов грудного молока?

В ходе нашего эксперимента в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе проводилась томография головного мозга взрослых женщин-добровольцев, которым на регулярной основе давали обогащенные пробиотиками йогурты. Было установлено, что пробиотики влияют на активность некоторых эмоциональных областей головного мозга. Интересно, что частично эти области совпадают с областями, которые активизировались при грудном вскармливании младенцев, как это было установлено в исследованиях группы Тобиаса Гроссманна. Нам удалось обнаружить, что между объемом определенных областей головного мозга и общим составом кишечной микробиоты существует корреляция. Быть может, эта взаимосвязь между головным мозгом и кишечными микроорганизмами развивается в раннем возрасте, когда формируются и архитектура головного мозга, и состав кишечной микробиоты? Судя по тому, что мы знаем обо всем этом сегодня, решающую роль здесь может играть количество и продолжительность поступления олигосахаридов грудного молока в механизм производства метаболитов в пищеварительном тракте младенца.