Mikrobiyom ve Bilişsel Bozukluklar

Kısa bir özetini yaptığım bu derlemede, insan bağırsak mikrobiyomunun bilişsel bozukluklar üzerindeki etkisi özetlenmiş ve öncelikle beslenme ve yeme alışkanlıklarının öğrenme süreçleri üzerindeki etkisine odaklanılmıştır. ‘Mikrobiyomun daha iyi anlaşılması, birçok hastalık için tedavi olasılıklarında devrim yaratabilir’ diyen yazının orijinaline ve referanslarına buradan ulaşabilirsiniz. 

Bağırsak mikrobiyomu, çeşitli bir bağırsak mikroorganizmaları topluluğudur. Uzun bir süre boyunca, bir mikrobiyomun sindirim sistemi dışındaki süreçlerden de sorumlu olması pek olası görünmüyordu. Artık, bağırsak mikrobiyomunun bileşiminin, fizyolojik süreçlerin tüm spektrumunu veya bağışıklık sisteminin gelişimini etkilediği biliniyor. 

Mikrobiyom, milyonlarca canlı mikroorganizmadan oluşur ve bu nedenle, insan genomundan 100 kat daha fazla gene sahiptir. Mikrobiyom, insan ev sahibiyle simbiyotik (karşılıklı yarar) bir ilişki içinde gelişir. İnce ayarlanmış bir ekosistem olarak mikrobiyomun gelişimi bir dizi faktöre bağlıdır. En önemlileri şunlardır: doğum türü (sezaryen veya normal), beslenme alışkanlıkları (diyet, yaşam tarzı), enfeksiyon, stres, genetik yatkınlık veya kişinin yaşı.

Yazarlar, insan mikrobiyomunun ve diyetinin bilişsel bozukluk veya öğrenme süreçleri üzerindeki etkisini açıklayan araştırma konusu üzerine mevcut insan ve bir kısım hayvan çalışmalarının derlemesini yapmışlar. 

Mikrobiyom

Sindirim sistemini oluşturan boru, değişen yoğunluk derecelerinde milyarlarca canlı mikroorganizma tarafından doldurulur. Bunların çoğu, kalın bağırsakta yaşayan; virüsler, bakteriler, protozoa, helmintler ve mikroskobik mantarlar gibi son derece karmaşık bir ekosistemdir; bu yazıda, sadece insan bağırsak bakteriyel mikrobiyomu tartışılmaktadır.

Sindirim sistemindeki mikrobiyomun yoğunluğu yere göre değişir (en azı midede, çoğu kalın bağırsakta); 52 bakteri suşu tanımlanmıştır, bunlardan yedisi insan bağırsakları kolonize etmektedir. İlginç bir şekilde, bu yedi suştan mikrobiyomunun% 97’si yalnızca dört suştan oluşur – Firmicutes, Actinobacteria, Bacteroidetes, Proteobacteria.

Doğum doğal yollarla gerçekleştiğinde, yeni doğan bağırsak mikrobiyomunun ana bileşeni, annenin vajinal mikrobiyomuna karşılık gelen bakterilerdir, yani Lactobacillus ve Prevotella suşları ağırlıktadır. Doğum sezaryen ile gerçekleştiğinde, bağırsak tercihen Staphylococcus ve Corynebacterium cinsi bakteriler tarafından kolonize edilir. Sezaryen ile doğan çocukların otoimmün hastalık geliştirme riskinin daha yüksek olduğu bulunmuştur). Bağırsak mikrobiyomu, gelişimin ilk 3 yılında dış etkilerden ve beslenme şeklinden veya antibiyotik kullanımının neden olabileceği istenmeyen değişikliklerden etkilenir. 

Araştırmalar, sağlıklı bir bağırsak mikrobiyomu oluşturmak için en önemli zamanın ilk 3 yaş olduğunu belirtmektedir.

Antibiyotik kullanımı veya beslenme alışkanlıklarındaki belirgin değişikliklerin, daha sonraki yaşlarda davranış bozukluklarına, depresyona ve anksiyeteye yatkınlığa yol açtığı gösterilmiştir.

Yetişkinlikte, fizyolojik koşullar altında, bağırsak mikrobiyomunun hem miktar hem de çeşitlilik açısından nispeten sabit olduğu söylenebilir. Ancak, hem olumlu anlamda hem de olumsuz anlamda etkilenmeyeceği doğru değildir. Bireyin sabit bir mikrobiyomunu koruyan temel faktörler şunlardır: genetik, yaşam tarzı, beslenme alışkanlıkları, coğrafya ve yaş. Azalmış çeşitlilik veya yetersiz mikrobiyom birçok hastalıkla ilişkilidir.

Mikrobiyom-Bağırsak-Beyin Ekseni

“Bağırsak-beyin ekseni” terimi, beyne giden ve beyinden gelen nöral bağlantılar, endokrin, immün ve metabolik sinyalleri kapsamaktadır. Bu, bağırsağın yalnızca merkezi sinir sisteminden düzenleyici sinyaller almakla kalmayıp aynı zamanda beyne sinyaller gönderebildiği ve beynin bunları aldığı anlamına gelir. Bağırsak mikrobiyomu beyni etkileyebileceğinden, bu kavram “mikrobiyom-bağırsak-beyin” eksenine genişletilebilir. 

Bu iki yönlü iletişim sistemi, normal organizma homeostazını (dengesini) sürdürür. Mide-bağırsak sistemi, merkezi / otonom sinir sistemi veya bağışıklık sisteminin düzensizliğine yol açan mikrobiyotadaki değişiklikler, çeşitli hastalıkların nedenlerinden biri olabilir. 

Beyin ve bağırsak, nöronal, endokrin, bağışıklık ve metabolik yollar dahil olmak üzere çeşitli fizyolojik yollarla birbirine bağlıdır.

Nöronal Yol

Sindirim sistemi düzenlemesi dört seviyede gerçekleşir. Bağırsak içi duyusal ve motor nöronları içeren enterik sinir sistemi (ESS), merkezi sinir sistemine bilgi aktaran prevertebral gangliyonlar, vagus siniri ve beyin çekirdekleridir. ESS yoluyla bakteriyel ürünler (endotoksinler, inflamatuar sitokinler, TNF-α) vagus sinirini uyarırsa, merkezi sinir sistemi ve dolaylı olarak öğrenme ve hafıza ile ilgili süreçler etkilenir. 

Endokrin Yolu

Enteroendokrin hücreler bağırsak epitelinde dağılmıştır. Bu hücreler, bağırsak içi uyaranlara cevaben hormonları ve diğer sinyal peptitlerini salgılar. Örneğin, bakteriyel yan ürünler enteroendokrin hücreleri uyarma yeteneğine sahiptir. Bağırsak mikrobiyotasının bileşimi değişirse, nöropeptidler ve nörotransmiterler değişir. Bağırsakta aktive olan olası nöroaktif moleküller arasında serotonin, GABA, katekolaminler, melatonin, asetilkolin, histamin, dopamin bulunur. Bu moleküller enflamasyonu düzenleyebilir, stres ve anksiyete reaksiyonlarını, duyguları ve ruh halini etkileyebilir, öğrenmede ve bellek oluşturmada rol oynayabilir. 

Bağışıklık Yolu

Bağırsak mukozası çok sayıda spesifik antijenle birincil temasa geçtiği için, edinsel bağışıklığa aracılık eder. Bakteri duvarının bir parçası olan lipitler, lipopolisakkaritler ve lipoproteinler, bağışıklık sistemini uyarabilir ve enflamatuar kimyasalların salınmasına neden olur. Ayrıca doğumsal bağışıklık hücreleri uyarınca bağışıklık yanıtları devreye girer. 

Metabolik Yol

Kısa zincirli yağ asitleri (KZYA’leri), asetat, propiyonat ve bütirat, bağırsak mikrobiyomu tarafından üretilen ve merkezi sinir sistemi fonksiyonlarını etkileyebilen maddeler arasındadır.KZYA’leri, anti-enflamatuar fonksiyonlara sahiptir. Farelerde yapılan çalışmalarda, bütiratın enerji dengesini düzenlediği, yağ dokusu hücrelerinde leptin üretimini uyardığı ve birkaç nöropeptidin salgılanmasına neden olduğu bulunmuştur. Butirat ayrıca anti-enflamatuar etkilere sahiptir. KZYA’leri ayrıca serotonin salınımını artırır, davranış ve ruh halini etkiler.

Mikrobiyom ve Bilişsel Bozukluk (kayıp)

Bağırsak mikrobiyomu, disbiyoz ve nörolojik / psikiyatrik hastalıkların gelişimime veya ilerlemesine neden olabilir. 

Mikropsuz hayvan modelleri üzerinde yapılan deneyler, davranış bozukluklarının ve azalmış bilişsel işlevlerin ortaya çıktığını göstermektedir. Anksiyete benzeri davranışlar, mikrobiyomu değiştirerek açığa çıkarılabilir. Akut stres ile kombinasyon halinde Citrobacter rodentium ile enfeksiyon, farelerde hafıza kaybına neden olmuştur. Bu kayıp, enfeksiyondan önce önce profilaktik probiyotik uygulamasıyla önlenebilir. 

Bellek ve öğrenme gibi bilişsel süreçler için, HPA ekseninin (beyin hormon ekseni; hipotalamopitüiter eksen) düzgün çalışması kesinlikle gereklidir. Mikroorganizmaların (özellikle Bifidocaterium) bu ekseni modüle edebileceği bildirilmiştir – stres altında, steril (mikropsuz) fare kortikosteroid seviyeleri ve adrenal korteks hormonları, geleneksel mikrobiyal farelerden çok daha yüksektir. Öğrenme ve hafıza süreçleri için çok önemli olan diğer ajanlar beyinden türetilmiş nörotrofik faktör (BDNF), NMDA reseptörleri (N-metil-D-aspartat) ve c-fos’dir ; Bu moleküller, steril farelerde çok düşük düzeylerde saptanır. Serotoninin bilişsel yetenekler ve sosyalleşme üzerindeki etkisi iyi bilinmektedir. 

Farelerde antibiyotik uygulamasının bilişsel bozukluklara neden olduğunu gösteren çalışmalar mevcuttur. Sütten kesildikten hemen sonra farelerde ve yetişkin hayvanlarda antibiyotik tedavisine bağlı olarak mikroorganizmaların sayısındaki azalma ve bunların çeşitliliğinin azalması, hipokampal BDNF ekspresyonunda azalmaya neden olur. 

Yakın zamanda Japonya’da yürütülen bir kesitsel çalışma, demanslı ve demanssız hastalar arasındaki bağırsak mikrobiyomunun bir karşılaştırmasını gösterdi ve iki ana mikrobiyal takson kümesini gösterdi. Sonuçlar şaşırtıcıydı: Bacteroides (enterotip I) sayısı daha düşüktü ve “diğer” bakteri sayısı (enterotip III) demanssız hastalara göre daha yüksekti. Çok değişkenli analizler, daha düşük Bacteroides prevalansının ve daha yüksek “diğer” bakteri prevalansının, geleneksel demans biyobelirteçleri ApoE ε4, SLI ve yüksek VSRAD skorundan daha yüksek olasılık oranları ile ilişkili olduğunu ortaya koymuştur (yani hastalık oluşumunda daha çok söz sahibidir). 

Uygunsuz beslenme alışkanlıkları, aşırı enerji alımı (fazla kalorili beslenme) ve yeterli fiziksel aktivitenin olmadığı bir yaşam, Batı dünyasındaki obezite salgınından sorumlu durmaktadır. Araştırma çalışmalarının bulguları, obezite ve bağırsak disbiyozunun el ele gittiğini göstermiştir. Ayrıca bu çalışmalarda bağırsak mikrobiyotik bileşiminin bilişsel ve diğer testlerin sonuçlarında da kendini gösterdiği öne sürülmüştür. Kilolu olmayan ve daha yüksek aktinobakteri düzeylerine sahip kişilerin, hareket hızları, dikkat ve bilişsel puanları daha yüksektir. Obez hastalarda diyet, mikrobiyom, enflamasyon ve bunun sonucunda ortaya çıkan bilişsel işlev bozukluğu arasında bir bağlantı vardır.

Beslenme şekli ve Bilişsel Bozukluk

Araştırma çalışmaları, beslenme alışkanlıklarının, insanların bilişsel işlevleri üzerinde hem uzun hem de kısa vadeli etkileri olduğunu göstermektedir. Diyet ve uygun yeme alışkanlıkları, yaşamsal organların olgunlaşmasında ve nöronal bağlantıların kurulmasında anahtar rol oynadığından, doğum öncesinden başlayarak beyinleri etkiler. Bilişsel bozukluklar ve öğrenme güçlükleri ile bağlantılı hastalıkların (örn., dikkat dağınıklığı veya otizm) anne karnında oluşmaya başladıkları düşünülmektedir. Bu nedenle, anne diyetinin çocuğun bilişsel gelişimi üzerinde uzun vadeli bir etkisi olabilir. Özellikle iki aşırılık uygunsuzdur; yetersiz beslenme veya gıda eksikliği ve aşırı doymuş yağ ve rafine karbonhidrat alımı. 

Yetersiz beslenme, Hindistan gibi gelişmekte olan ülkeler için tipiktir. Araştırmacılar, kronik yetersiz beslenmeden mustarip 8 yaşındaki çocuklar arasında% 19’unun basit cümleleri ve aritmetik işlemleri yaparken zorluk çektiğini göstermiştir. 1950-1964 yılları arasında doğan 1.366 Çinli yetişkin üzerinde yaptıkları çalışmada, yetersiz beslenmenin genel ve özel bilişsel gerileme ile ilişkili olduğunu, özellikle seçici dikkat ve tepki engellemesini etkilediğini ortaya çıkardı. Bununla birlikte, gıda eksikliği/beslenme yetersizliği, gelişmiş ülkelerde yaşamasına rağmen mahrumiyet çeken çocuklarda daha az mikro besin (örneğin, demir veya iyot), daha az kalori, ancak daha yüksek yağ içeren düşük kaliteli yiyecek tüketme şeklinde de görülebilir. Gıda tüketimi beyin için doğru miktarda amino asit ve kolin – beynin normal işlev görmesi için önemli öncü moleküller – yapmak için hayati önem taşıyor. Ayrıca araştırmacılar, okul çocukları için kahvaltının alışkanlık haline getirilmesinin önemini vurgulamaktadır çünkü böyle bir kahvaltı, öğrencilerin akademik performansı üzerinde, özellikle sınıftaki görev-performans davranışları üzerinde olumlu bir etkiye sahiptir.

Doymuş yağ ve rafine karbonhidratların aşırı alımı, Batı tipi beslenme için tipiktir. Yüksek yağ ve şeker bağırsak bakteri kolonilerini değiştirerek ve bağırsak ve kan beyin bariyeri geçirgenliğini artırarak (beyine geçmemesi gereken toksik maddelerin geçişine neden olarak) bilişsel işlevleri olumsuz olarak etkiler. 

Araştırmalar, özellikle irritabl bağırsak sendromu veya nörolojik bozukluklar gibi bazı patolojik durumlar için terapötik olan diyetlerin, bilişsel işlevleri düzeltmede de etkili olduğunu ortaya koymaktadır. Düşük FODMAP ve glutensiz beslenme bu anlamada belirgin olarak etkilidir. Bu beslenme şekillerini probiyotiklerle desteklemek alınana yararı artırır. 

Sonuç

Nörolojik hastalıklar küresel bir sorundur ve artması beklenmektedir. Batı tipi yaşam şekli, hızlı yaşam tarzı, muazzam antibiyotik tüketimi ve mikrobiyal süreçleri yok eden hijyenik girişimlerle karakterizedir. Değişen bağırsak mikrobiyomu toplum için önemli bir rol oynamaktadır. 

Bağırsak mikrobiyotasındaki değişikliklerin bağırsak-beyin ekseni etkisiyle bağlantılı olabileceğini ve besin emilimini, enerji dağılımını veya bağışıklığı etkileyebileceğini gösteren hayvan ve insan çalışmalarında mikrobiyomun bağırsak-beyin eksenini etkileyebileceğine ve insanlarda bilişsel işlevleri etkileyebileceği gösterilmiştir. Bu, insan bağırsağı mikrobiyotasındaki olumlu niteliksel ve niceliksel değişikliklerin, bilişsel bozukluğun başlangıcına ve gelişimine müdahale edebileceği ve öğrenme süreçlerini iyileştirebileceği anlamına gelir.

Probiyotik destek ile bozulmuş bağırsak bariyerleri restore olabilir, insan mukozal bağışıklık sisteminin düzelebilir  ve patojenik mikroorganizmaların büyümesinin önlenebilir. Probiyotiklerden türetilen moleküllerin enflamasyon önleyici sitokinlerin düzeylerini artırır. 

Ayrıca, belirli diyetler (düşük FODMAP ve glutensiz beslenme) ve beslenme alışkanlıkları, dengeli bir mikrobiyota bileşimi üzerinde olumlu bir etkiye sahip olabilir ve bu nedenle herhangi bir öğrenme süreci için önemli olan bilişsel işlevlerin geliştirilmesine katkıda bulunabilir.

Sonuç olarak, beslenme alışkanlıklarındaki değişiklikler de dahil olmak üzere yaşam tarzını değiştirmenin bilişsel beyin işlevlerini ve öğrenmeyle ilgili süreçleri ve fizyolojik mekanizmaları destekleyerek olumlu yönde etkileyebilir. Ek olarak, düzenli fiziksel aktiviteler veya bilişsel eğitim gibi diğer müdahalelerin de bilişsel süreçlerin düzeltilmesi veya bozulmamasına katkıda bulunur.