Badania naukowe nie pozostawiają złudzeń – wraz z wiekiem obserwujemy regres w niemal wszystkich sferach funkcjonowania poznawczego, od pamięci po sprawność rozumowania [1]. W obliczu tych niepokojących danych zadaliśmy sobie pytanie: Czy pogorszenie funkcji poznawczych jest rzeczywiście nieuniknioną konsekwencją starzenia się, czy istnieją sposoby, aby ten proces spowolnić, a być może nawet zatrzymać? Razem z zespołem próbujemy odpowiedzieć na to pytanie w Centrum Badań Neuropoznawczych w laboratorium Gut Team na Uniwersytecie SWPS w Warszawie. W poprzednim projekcie dowiedliśmy, że nasze wybory żywieniowe pomiędzy prozdrowotnymi (składowe: pieczywo razowe, kasze gruboziarniste, płatki owsiane, mleko, fermentowane napoje mleczne, sery twarogowe, potrawy z tzw. mięsa białego, ryby, potrawy z nasion roślin strączkowych, owoce i warzywa) a niezdrowymi (składowe: pieczywo jasne, ryż biały, makaron zwykły, drobne kasze, żywność typu fast food, mięsne i/lub mączne potrawy smażone, masło i smalec jako dodatek do pieczenia lub potraw, sery żółte, wyroby mięsne, potrawy z tzw. mięsa czerwonego, słodycze, konserwy mięsne, słodzone napoje gazowane, napoje energetyzujące i napoje alkoholowe), na korzyść żywienia prozdrowotnego, mogą łagodzić negatywny wpływ starzenia na funkcje poznawcze [2]. Obecnie realizujemy projekt, który ma na celu zbadanie, w jaki sposób można przeciwdziałać negatywnym skutkom diety o charakterze prozapalnym za pomocą suplementacji specjalnie dobranymi szczepami bakterii o potencjale przeciwzapalnym.
Doniesienia naukowe wyraźnie wskazują, że zespół mikroorganizmów zasiedlających jelita istotnie koreluje z funkcjonowaniem poznawczym. Badania nad ludzką mikrobiotą wskazują na złożoną interakcję między wiekiem a różnorodnością bakterii w jelitach. Naukowcy wykazali, że mikrobiota różni się w zależności od wieku – począwszy od niemowląt, poprzez dorosłych, aż do osób w podeszłym wieku [3], zwracając uwagę, że większa bioróżnorodność mikrobioty jest korzystniejsza [4]. Co więcej, nawet u zdrowych osób starszych skład mikrobioty może się różnić w zależności od kondycji funkcji poznawczych [5]. Z kolei u osób starszych z łagodnymi zaburzeniami poznawczymi oraz u pacjentów z chorobami neurodegeneracyjnymi, takimi jak choroba Alzheimera czy Parkinsona, skład mikrobioty wyraźnie odbiega od tego obserwowanego u osób kognitywnie i neurologicznie zdrowych [6].
Wzajemne oddziaływania pomiędzy dietą, funkcjonowaniem poznawczym a mikrobiotą jelitową zostały pokazane w badaniu na młodych szczurach przeprowadzonym przez australijskich naukowców [7]. Badacze podzielili gryzonie na trzy grupy: pierwsza otrzymała standardową paszę dla gryzoni i dwa dozowniki z wodą, druga – paszę, dozownik z wodą i dozownik z roztworem sacharozy, natomiast trzecia grupa miała dostęp do paszy, wody, roztworu sacharozowego oraz „kafeterii” pełnej ludzkich przysmaków. Gryzonie miały nieograniczony dostęp do swoich diet przez tydzień. W ramach eksperymentu wszystkie szczury zostały poddane dwóm testom pamięciowym: przed i po interwencji dietetycznej, jednym zależnym od funkcjonowania hipokampa, a drugim niezależnym od tej struktury. Celem badań było sprawdzenie, jak dieta wpływa na funkcje poznawcze zależne od hipokampa, przede wszystkim na pamięć epizodyczną. Okazało się, że szczury na dietach wysokoenergetycznych, zarówno te z dietą bogatą w węglowodany proste (grupa druga), jak i bogatą w węglowodany proste i tłuszcze nasycone (grupa trzecia), wykazały znaczące pogorszenie pamięci epizodycznej – jednego z rodzajów pamięci długotrwałej, której działanie zależy właśnie od sprawności hipokampa. W podobnym badaniu inny zespół badawczy zaobserwował zmianę w składzie mikrobioty wśród szczurów spożywających roztwór glukozowo-fruktozowy [8]. Aby zbadać potencjalny wpływ mikroorganizmów na funkcje poznawcze, zasiedlili oni jelita szczurów bakteriami z rodzaju Parabacteroides. To właśnie te bakterie zwiększyły swoją liczebność w jelitach gryzoni spożywających słodki napój. Wyniki wskazały, że zasiedlenie jelit przez bakterie Parabacteroides nie tylko pogorszyło pamięć epizodyczną, ale także pamięć roboczą, co zinterpretowano jako znacznie silniejszy negatywny wpływ w porównaniu do diety wysokowęglowodanowej.
POLECAMY
Ryc. 1. Mechanizm powstawania stanu zapalnego w obrębie hipokampa rozpoczyna się od zaburzeń w mikrobiocie jelitowej, które są wynikiem spożywania niekorzystnej diety. Zmniejszenie poziomu krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (SCFA) prowadzi do wzrostu przepuszczalności jelit i uwalniania lipopolisacharydów (LPS), głównych składników ścian komórkowych bakterii Gram-ujemnych. LPS aktywizują komórki immunologiczne w jelitach, które uwalniają cytokiny prozapalne. Te cytokiny, dostając się do krwiobiegu, osłabiają barierę krew-mózg (BBB). LPS oddziałuje na komórki śródbłonka naczyń mózgowych, uszkadzając złącza ścisłe i prowadząc do ich rozszczelnienia. Uszkodzona BBB pozwala na aktywację mikrogleju, który z kolei wydziela wolne rodniki i dalsze cytokiny prozapalne, prowadząc do powstania stanu zapalnego w hipokampie. Ta odpowiedź zapalna negatywnie wpływa na funkcjonowanie hipokampa
Grupa badawcza Noble [9] zaproponowała mechanizm (patrz rycina 1), który może być odpowiedzialny za pogorszenie pamięci epizodycznej. Zauważono, że u gryzoni na niezdrowych dietach, bogatych w węglowodany proste i kwasy tłuszczowe nasycone (określanych mianem diety zachodniej, ang. western diet [10]), dochodzi do powstania stanu zapalnego w obrębie hipokampa – struktury odpowiedzialnej m.in. za pamięć epizodyczną. Badacze zauważyli, że dieta prozapalna prowadzi do zwiększenia liczby niekorzystnych bakterii w jelitach i zmniejszenia poziomu krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych (ang. short chain fatty acid, SCFA), kluczowych dla integralności błony komórkowej jelit. Okazuje się, że zaburzenia mikrobioty jelitowej mogą skutkować zwiększonym uwalnianiem lipopolisacharydów (LPS) – głównego składnika ściany komórkowej bakterii Gram-ujemnych [11], co w konsekwencji skutkuje zwiększoną przepuszczalnością jelit. Dodatkowo LPS aktywuje komórki immunologiczne przewodu pokarmowego, które uwalniają prozapalne cytokiny do krwiobiegu, a te docierają do mózgu i rozszczelniają barierę krew-mózg (ang. blood-brain barrier, BBB). BBB to struktura składająca się z naczyń włosowatych otoczonych siecią komórek śródbłonka, wyposażonych w złącza ścisłe ograniczające dostęp różnych cząsteczek do ośrodkowego układu nerwowego. Docierając do BBB, LPS oddziałują na komórki śródbłonka, zakłócając integralność złącz ścisłych. W konsekwencji uszkodzenie BBB prowadzi do aktywacji mikrogleju. To LPS zakłóca działanie BBB, aktywując mikroglej (komórki odpornościowe mózgu, które monitorują środowisko), uszkadzając komórki śródbłonka. Pobudzony mikroglej natomiast wydziela wolne rodniki, prozapalne cytokiny i czynniki neurotroficzne, które prowadzą do powstania stanu zapalnego w hipokampie, negatywnie wpływając na pamięć epizodyczną.
Celem naszego projektu jest zbadanie, czy suplementacja diety specjalnie wyselekcjonowanymi szczepami bakterii o właściwościach przeciwzapalnych (Bifidobacterium longum Rosell®-175 i Lactobacillus helveticus Rosell®-52) może złagodzić negatywne skutki diety prozapalnej. Do badania zapraszamy 120 kobiet i mężczyzn w wieku 50+, których dzielimy na dwie grupy w zależności od ich prozapalnych lub przeciwzapalnych nawyków żywieniowych (patrz rycina 2). Kwalifikacja do grup opiera się na szczegółowym wywiadzie żywieniowym, który obejmuje niemal 400 produktów spożywczych, określa częstotliwość spożycia i sezonowość, a także szacowaną gramaturę zwyczajowej porcji. Na podstawie tych danych obliczamy wskaźnik zapalności diety (ang. Dietary Inflammatory Index, DII [12]) dla każdej osoby. Wskaźnik ten opiera się na dowodach, że pewne czynniki dietetyczne wpływają na stan zapalny. Wskaźnik DII bierze pod uwagę 45 parametrów żywności związanych z sześcioma kluczowymi biomarkerami zapalnymi: IL-1β, IL-4, IL-6, IL-10, TNF-α i CRP. Następnie losowo przydzielamy uczestników do grupy otrzymującej suplementację probiotyczną lub placebo. Grupa probiotyczna przyjmuje specjalnie dobraną mieszankę psychobiotyków, w tym Bifidobacterium longum Rosell®-175 i Lactobacillus helveticus Rosell®-52, przez okres 12 tygodni. Po tym czasie następuje zamiana – przez kolejne 12 tygodni osoby otrzymujące probiotyk zaczynają przyjmować placebo i odwrotnie. W ostatecznym rozrachunku każdy uczestnik przyjmuje zarówno probiotyk, jak i placebo. Jest to badanie z podwójnie zaślepioną próbą, co oznacza, że ani osoby przeprowadzające badanie, ani osoby badane nie wiedzą, do której grupy należą. Odślepienie nastąpi po zakończeniu analizowania danych. Aby ocenić efekty interwencji probiotycznej, przeprowadzamy szczegółowe analizy w trzech kluczowych momentach badania: przed rozpoczęciem interwencji, w momencie zamiany probiotyku na placebo (lub odwrotnie) oraz na zakończenie obu faz suplementacji. Oceniamy skład mikrobioty jelitowej i profil metabolomiczny na podstawie próbek kału, jak również monitorujemy funkcje poznawcze osób badanych. Przede wszystkim skupiamy się na badaniu pamięci długotrwałej, zależnej od funkcjonowania hipokampa. Dodatkowo analizujemy psychofizjologiczne wskaźniki związane z procesami pamięciowymi. Wykorzystujemy do tego elektroencefalografię (EEG) – metodę, która pozwala na rejestrowanie aktywności elektrycznej mózgu podczas wykonywania zadań pamięciowych. Sygnał ten jest odczytywany za pomocą elektrod umieszczonych na powierzchni głowy.
Ryc. 2. Paradygmat badania. W badaniu uczestniczy 120 osób – kobiet i mężczyzn, podzielonych na dwie grupy w zależności od ich nawyków żywieniowych: prozapalnych lub przeciwzapalnych. Każda osoba losowo otrzymuje suplementację probiotyczną lub placebo przez okres 12 tygodni, a następnie uczestnicy zamieniają się rodzajami przyjmowanych suplementów na kolejne 12 tygodni. Mieszanka probiotyków zawiera Bifidobacterium longum Rosell®-175 i Lactobacillus helveticus Rosell®-52. W trakcie badania przeprowadzane są trzy kluczowe analizy: przed rozpoczęciem suplementacji, w momencie zamiany probiotyku na placebo/placebo na probiotyk oraz na zakończenie obu faz suplementacji. Ocena obejmuje analizę składu mikrobioty jelitowej i profilu metabolomicznego na podstawie próbek kału oraz monitorowanie funkcji poznawczych, szczególnie pamięci długotrwałej i roboczej. Do badania funkcji mózgu używana jest elektroencefalografia (EEG), która pozwala na rejestrowanie aktywności elektrycznej mózgu podczas wykonywania zadań pamięciowych
Badania naukowe rzucają światło na potencjalne korzyści płynące z suplementacji diety probiotykami dla funkcjonowania poznawczego osób starszych. Kontrolowane badania randomizowane wskazują, że stosowanie probiotyków może wspierać funkcje poznawcze u zdrowych seniorów [13, 14, 15, 16], przy czym podobne korzystne efekty zaobserwowano także u osób z zaburzeniami pamięci [17, 18].
Nasze badanie jest niezwykle istotne, gdyż podkreśla fakt, że dotychczasowe badania podłużne nie określiły jeszcze, w jaki sposób dieta i skład mikrobioty jelitowej jako zmienne pośredniczące mogą wpływać na skuteczność interwencji probiotycznych w poprawie funkcji poznawczych, co stanowi kluczowy obszar naszych badań. Przewidujemy, że początkowy wzorzec żywieniowy, jak i początkowy stan mikrobioty jelitowej będą pełniły rolę moderatora we wpływie suplementacji probiotycznej na sprawność poznawczą. Również trwałość tych efektów pozostaje dotychczas niezbadana, na co pozwoli nasz paradygmat badania.
Zapraszamy do odwiedzenia naszej strony internetowej www.jedzeniedlamyslenia.pl, aby dowiedzieć się więcej o naszym projekcie badawczym. Jeśli chcesz wziąć czynny udział w naszych badaniach, serdecznie zapraszamy do rejestracji za pośrednictwem naszej platformy.
Bibliografia dostępna u autorki.
