Jak pokonać apetyt

W Sekcji Archeo w Pulsarze prezentujemy archiwalne teksty ze „Świata Nauki” i „Wiedzy i Życia”. Wciąż aktualne, intrygujące i inspirujące.

Dla Teresy pierwsza porcja jajecznicy była wspaniałym przeżyciem. Przełożona pielęgniarek w Stanford University Medical Center, wówczas 41-letnia, po operacji chirurgicznej całkowicie straciła apetyt. Przyjmowała wyłącznie płyny i to tyko na polecenie chirurga. Ale kiedy wróciło jej łaknienie, było to tak, jakby jej stosunek do jedzenia zupełnie się zmienił. Jajecznica, pierwszy stały posiłek po czterech tygodniach, wydała się jej przepysznym daniem – prostym, o kremowej konsystencji. Ku jej zaskoczeniu, okazała się absolutnie satysfakcjonującym posiłkiem. Zniknęła chętka na słodycze i bardzo słone potrawy. Frytki i ciężkie desery przestały ją kusić. Apetyt wrócił, ale pierwszy raz w życiu „zdrowe odżywianie przychodziło z łatwością”.

W 2012 roku Teresa przeszła rękawowe wycięcie żołądka (sleeve gastrectomy), jedną z wielu procedur zwanych operacjami bariatrycznymi – operacji żołądka i jelit mających na celu utratę wagi. Prócz utraty kilogramów, która w następstwie zabiegu nastąpiła, Teresa zauważyła u siebie zmianę łaknienia, co było dla niej najbardziej zaskakującym rezultatem operacji. Z nadwagą zmagała się od dzieciństwa, a trwająca latami terapia hormonalna, kiedy chciała zajść w ciążę, podobnie zresztą jak sama ciąża, jeszcze pogorszyły sytuację. „Zanim się spostrzegłam, ważyłam 135 kg – wspomina. – I po prostu nie mogłam pozbyć się tej nadwagi, mimo że próbowałam wszystkiego – wszelkich możliwych diet i ćwiczeń. Zbędne kilogramy utrudniały mi też opiekę nad dzieckiem. Nie mogłam za nim nadążyć”.

Za pomocą rękawowego wycięcia żołądka da się zmniejszyć ten narząd do około 15% jego początkowej wielkości – z rozmiaru piłki do amerykańskiego futbolu do wielkości banana. Rok później – po miesiącach zdrowego odżywiania i ograniczeniu liczby przyjmowanych kalorii – Teresa ważyła 75 kg. „W moim przypadku to było naprawdę mało” – mówi.

Od lat 60., kiedy zaczęto wykonywać operacje bariatryczne, lekarze traktowali je jako „mechaniczną” naprawę. Mniejszy żołądek, rozumowali, po prostu nie może utrzymać i przetworzyć dużych ilości pokarmu. Pacjenci szybciej czują się pełni, jedzą mniej i dlatego tracą na wadze. To po części prawda. Teraz jednak naukowcy już wiedzą, że przyczyna sukcesu jest dużo bardziej złożona. Utrata wagi jest spowodowana drastyczną zmianą w komunikacji pomiędzy przewodem pokarmowym a mózgiem. Zabieg pośrednio doprowadza do powstania nowych połączeń neuronalnych, zmieniając sposób, w jaki pacjent myśli o jedzeniu.

Ostatnie badania pokazały, że apetyt, metabolizm i masa ciała są regulowane przez skomplikowany dialog pomiędzy układem pokarmowym a mózgiem – interakcji czynników mechanicznych, hormonów, kwasów żółciowych, a nawet mikroorganizmów żyjących w naszych jelitach z obwodami neuronalnymi. Naukowcy odkrywają, że operacje bariatryczne mogą wszystkie te elementy i systemy modyfikować. Badania te pomogą zrozumieć szczegóły, jak ta złożona gra wpływa na nasze zwyczaje żywieniowe, łaknienie i gorączkowe szukanie kalorii w czasie głodu. Niewykluczone, że pozwolą też odkryć nowe cele terapii – w tym mikroflorę i być może sam mózg – co sprawi, że ryzykowna procedura chirurgiczna okaże się metodą całkowicie przestarzałą.

Na styku kiszek i mózgu

Wszyscy czujemy fizyczne efekty związku mózgu z układem pokarmowym – motyle w brzuchu, które towarzyszą zakochaniu, burczenia, nasilające się przed publicznym wystąpieniem. Te objawy biorą się z sygnałów wysyłanych przez mózg do układu pokarmowego, zarówno za pośrednictwem hormonów, jak i sygnałów neuronalnych.

I odwrotnie – przewód pokarmowy może przesyłać sygnały do mózgu. W istocie, w naszym brzuchu mamy jelitowy układ nerwowy, nazywany często drugim mózgiem.

Ta sieć neuronalna pomaga sterować trawieniem i pasażem pokarmu przez nasz 10-metrowy przewód pokarmowy. Komunikuje się także z mózgiem bezpośrednio przez nerw błędny, który łączy mózg z wieloma z naszych większych narządów.

Apetytem sterują dwa główne szlaki jelita-mózg. Obydwa obejmują mały, położony centralnie w mózgu obszar, zwany podwzgórzem, miejsce produkcji hormonów, które pozwalają monitorować wiele zachodzących w organizmie procesów. Pierwszy szlak odgrywa rolę podczas łaknienia. Żołądek zaczyna wydzielać hormon grelinę, który stymuluje jądro łukowate, strukturę w obrębie podwzgórza. Jądro to wydziela z kolei neuropeptyd Y, neuroprzekaźnik, który następnie pobudza ośrodki apetytu w korze mózgowej, zewnętrznej strukturze mózgu, skłaniając nas do poszukiwania pożywienia.

Przewidując posiłek, mózg przez nerw błędny przesyła do żołądka sygnał, przygotowując go do trawienia. „To może nastąpić po prostu na skutek widoku jedzenia, zapachu lub nawet myśli o jedzeniu” – mówi Andres Acosta Cardenas, gastroenterolog i ekspert od otyłości z Mayo Clinic. – Mózg przygotowuje ciało na konsumpcję”.

Drugi szlak jelita-mózg tłumi nasz apetyt. W miarę jak jemy, kilka innych hormonów, w tym leptyna i insulina, wydziela się z tkanki tłuszczowej i przewodu pokarmowego, w tym trzustki. Osobno te hormony odgrywają wiele ról w procesie trawienia i metabolizmie. Działając razem, sygnalizują innemu obszarowi podwzgórza, że jesteśmy coraz bardziej syci. Nasz mózg mówi nam, abyśmy przestali jeść.

Pętla apetyt – sytość działa nieustannie. Dodatkowo szlaki głodu wchodzą także z interakcję z takimi obszarami mózgu, jak ciało migdałowate, biorące udział w emocjach, i hipokamp, mózgowe centrum pamięci.

Dlatego też nasz stosunek do jedzenia bardziej zależy od nastroju lub wspomnień babcinego rabarbarowego ciasta niż pór spożywania posiłków. W rezultacie tych wyższych procesów myślowych jedzenie zyskuje kontekst, staje się elementem kultury. Jak napisał George Bernard Shaw w jednej ze swoich sztuk, „nie ma bardziej szczerej miłości niż miłość do jedzenia”.

Stąd też bierze się hedonistyczny dreszczyk przy zasiadaniu do posiłku. Jedzenie ponadto uaktywnia obwód nagrody, skłaniając nas do spożywania posiłków dla przyjemności niezależnie od potrzeb energetycznych. To jest ta odnoga osi jelito-mózgowej, która według wielu naukowców przyczynia się do otyłości.

Wyniki neuroobrazowania potwierdzają, że podobnie jak seks, narkotyki i hazard, jedzenie może wywołać wyrzut dopaminy w mózgowym obwodzie nagrody. Aktywność tego neuroprzekaźnika to potężny motywator mogący zwiększyć chęć jedzenia dla samej przyjemności. Badacze odkryli, że w przypadku szczurów pragnienie słodyczy może być nawet silniejsze od pragnienia kokainy. U ludzi jest podobnie. Psychiatra Nora Volkow, dyrektor National Institute on Drug Abuse, potwierdza to, co wiedzą wszyscy miłośnicy czekolady – oddziaływanie jedzenia na układ nagrody może przeważyć nad uczuciem pełności i spowodować, że będziemy jeść dalej. Takie ustalenia wskazują na neurobiologiczne podobieństwo pomiędzy uzależnieniem i przejadaniem się, chociaż to, czy jedzenie może być po prostu nałogiem pozostaje kwestią sporną.

Rozwiązanie chirurgiczne

Dzięki hormonom i neuroprzekaźnikom nasz mózg i żołądek są ze sobą w stałym kontakcie. Zakłócenie tej konwersacji, do czego musi prowadzić operacja bariatryczna, ma swoje konsekwencje.

Badacze pokazali, że w ciągu dni i tygodni po operacji bariatrycznej słodkie, tłuste i słone pokarmy stają się mniej kuszące (co odkryła Teresa). W jednym z badań opublikowanym w 2010 roku, autorstwa neurobiologa Hansa-Rudolfa Berthouda z Louisiana State University, wykazano, że w następstwie operacji wyłączenia żołądkowego szczury utraciły preferencję dla diety wysokotłuszczowej. W latach 90. wiele zespołów badawczych donosiło, że po takim zabiegu pacjenci często tracili apetyt na słodkie i słone jedzenie. Ostatnio natomiast, w 2012 roku, w badaniu przeprowadzonym przez zespół z Brown University, odkryto, że u dorosłych pacjentów po operacji bariatrycznej znacząco zmniejszyła się chęć na słodycze i fast food. Podobnego odkrycia dokonano u młodocianych pacjentów w badaniu z 2015 roku.

Zmiana apetytu i smaku może być spowodowana zmianami w uwalnianiu i recepcji neuroprzekaźników w systemie układ pokarmowy-mózg. W 2016 Berthoud wraz ze współpracownikami odkrył, że w krótkim okresie – około 10 dni po zabiegu – operacja bariatryczna u myszy spowodowała dodatkową wywołaną posiłkiem wzmożoną aktywność neuronalną w obszarach mózgu, które komunikują się z układem pokarmowym. W szczególności zwiększenie aktywności było widoczne w połączeniu prowadzącym z komunikujących się z żołądkiem neuronów w pniu mózgu do jądra okołoramieniowego bocznego, części mózgowego obwodu nagrody, a także do ciała migdałowatego.

Ekspertem w tej dziedzinie jest biochemik Richard Palmiter z University of Washington. W badaniu opublikowanym w 2013 roku w Nature, zespół Palmitera wykorzystał złożone techniki genetyczne i stymulacji komórek – w tym optogenetykę, technikę sterowania żywą tkanką za pomocą światła – do aktywacji lub wyciszania niektórych neuronów w szlaku pień mózgu – jądro okołoramieniowe u myszy. Odkrył, że uaktywnienie tego obwodu silnie redukuje apetyt. Ponadto jego dezaktywacja sprawia, że mózg pozostaje niewrażliwy na koktajl hormonów, które typowo sygnalizują sytość – tak więc myszy mogły nadal jeść.

Praca Palmitera sugeruje, że pobudzenie szlaku pień mózgu – jądro okołoramieniowe pomaga nam poskromić apetyt. Ponieważ jest to ten sam szlak, który staje się niezwykle aktywny po operacji, jest prawdopodobne, że ta hiperaktywność, którą odkrył Berthoud, wynika z usiłowań podejmowanych przez oś jelitowo-mózgową oceny satysfakcji w nowych warunkach. Jak tłumaczy „mózg musi się nauczyć, jak być zadowolonym z małych porcji”.

Innymi słowy, operacja bariatryczna jest z pewnością zmianą fizyczną: organizm musi się przystosować do mniejszej objętości. Jednak to nie wyjaśnia wszystkiego. Po operacji więcej niestrawionego jedzenia trafia do jelita, i, spekuluje Berthoud, może ono wtedy uruchamiać odpowiedź hormonalną, która alarmuje mózg, aby ograniczył przyjmowanie pożywienia. W wyniku tego procesu zmieniałaby się aktywność mózgu w odpowiedzi na jedzenie. Jeśli Berthoud ma rację, sukces operacji – przynajmniej w krótkim terminie – może wynikać w równej mierze z jej wpływu na oś jelitowo-mózgową, jak i na wielkość żołądka.

Umysł mikrobiologiczny

Jest jeszcze jeden gracz w tej złożonej komunikacji mózgu i jelit, który mógłby tłumaczyć efekty operacji bariatrycznej. Eksperci wskazują na mikrobiotę – biliony jednokomórkowych organizmów krzątających się w naszym układzie pokarmowym – odgrywającą rolę w niezliczonej liczbie zaburzeń schorzeń, w tym takich, które dotykają mózgu. Ci nasi współlokatorzy i ich genom – mikrobiom – są uważani za mających udział w autyzmie, stwardnieniu rozsianym, depresji oraz schizofrenii przez komunikowanie się z mózgiem albo pośrednio przez hormony i układ odpornościowy, albo bezpośrednio przez nerw błędny.

Badanie przeprowadzone przez gastroenterologa Lee Kaplana, dyrektora Massachusetts General Hospital Weight Center, sugeruje, że mikrobiota może również odgrywać rolę w otyłości. W badaniu opublikowanym w 2013 roku w Science Translational Medicine, Kaplan i jego współpracownicy przenieśli mikrobiotę jelitową pochodzącą od myszy, które przeszły wyłączenie żołądkowe (gastric bypass), do myszy, u których takiej operacji nie przeprowadzono. Podczas gdy operowana grupa straciła około 30% masy ciała, myszy, u których dokonano transplantacji, straciły również znaczące 5%. (Jednocześnie w grupie kontrolnej, w której nie przeprowadzono operacji ani transplantacji, nie odnotowano znaczącej zmiany wagi.) Fakt, że gryzonie mogły stracić na wadze bez operacji, a tylko dzięki otrzymaniu mikroorganizmów od swoich towarzyszy, którzy przeszli operację, sugeruje, że te mikrobiologiczne populacje mogą być przynajmniej częściowo odpowiedzialne za skuteczność bariatrycznych zabiegów.

Podobne badanie, opublikowane w 2015 roku przez biologa Fredrika Bäckheda z Göteborgs universitet w Szwecji, pokazało, że dwa typy bariatrycznych operacji – wyłączenie żołądkowe z zespoleniem na pętli Roux-en-Y i pionowa plastyka żołądka – skutkują utrzymującymi się zmianami w ludzkiej jelitowej florze bakteryjnej. Zmiany te można wytłumaczyć wieloma czynnikami, w tym zmianą diety po operacji, poziomami kwasowości w przewodzie pokarmowym i faktem, że procedura wyłączenia żołądka powoduje, że niestrawione jedzenie i żółć (brunatnożółta płynna wydzielina wątroby wspomagająca trawienie) trafiają do jelita niżej. W ramach tego samego badania Bäckhed i jego współpracownicy podawali myszom próbki mikroflory jelitowej otyłych osób, które były poddane operacji lub nie. Wszystkim gryzoniom przybyło tkanki tłuszczowej w różnym stopniu, ale tym, które zostały skolonizowane próbkami mikroflory jelitowej od osób po operacji, przybyło jej o 43% mniej. W jaki sposób zmiana naszej flory jelitowej wpływa na jej komunikację z osią jelitowo-mózgową i w konsekwencji na wagę? Chociaż odpowiedź jest nadal niejasna, da się wskazać kilka obiecujących tropów. Pewne populacje mikroflory jelitowej mogą wyzwalać hormonalne i neuronalne sygnały idące do mózgu, i w ten sposób wpływać na rozwój obwodów neuronalnych zaangażowanych w kontrolę motoryczną i nerwowość. Bäckhed podejrzewa, że flora jelitowa po operacji bariatrycznej mogłaby mieć porównywalne oddziaływanie na obszary mózgu związane z łaknieniem i apetytem.

Szczególną rolę mógłby odgrywać w tym procesie neuroprzekaźnik serotonina. Około 90% serotoniny w naszym organizmie jest produkowanych w jelicie, a w 2015 roku badacze z California Institute of Technology odkryli, że przynajmniej część tej produkcji zależy od mikroorganizmów. Zmieniają się mikroorganizmy, zmienia się poziom produkcji serotoniny. A to może czynić znaczącą różnicę, ponieważ, jak potwierdziło wiele badań, pobudzanie receptorów serotoniny w mózgu może istotnie redukować tycie u gryzoni i u ludzi.

Leczenie osi jelitowo-mózgowej

To szczęśliwe zrządzenie losu, że dzięki chirurgii bariatrycznej odkryto nowe metody leczenia otyłości – która dotyka ponad 600 mln ludzi na całym świecie. Niektóre z nich mogłyby sprawić, że zabieg chirurgiczny stałby się zbędny i ograniczyć jego stosowanie do najpoważniejszych przypadków. W ten sposób na froncie walki z nadmierną masą ciała może się znaleźć terapia osi jelitowo-mózgowej. W 2015 roku U.S. Food and Drug Administration zaaprobowała urządzenie, które, w celu tłumienia apetytu stymuluje nerw błędny. Chirurg implantuje aparat składający się z generatora impulsów elektrycznych i elektrod w podbrzuszu, dzięki czemu może ono dostarczać prąd elektryczny do nerwu błędnego. Chociaż nie wiadomo dokładnie, jak to narzędzie działa, badanie prowadzące do jego zatwierdzenia pokazało, że pacjenci używający go przez rok stracili na wadze 8,5% więcej niż ci, którym tego urządzenia nie wszczepiono.

Rozwiązanie to zaleca się niektórym pacjentom jako terapię mniej inwazyjną od operacji bariatrycznej, na razie jednak stymulacja nerwu błędnego jest mniej skuteczna niż wiele innych metod walki z otyłością. Tymczasem kilku odważnych neurochirurgów bada użyteczność techniki zwanej głęboką stymulacją mózgu. Zatwierdzona do stosowania w chorobie Parkinsona i zaburzeniu obsesyjno-kompulsywnym procedura polega na stymulacji pewnych obszarów mózgu za pomocą wszczepionych elektrod. Chociaż badania są w początkowej fazie, jako potencjalne cele terapii rozpatruje się wiele obszarów mózgu odpowiedzialnych za kontrolę apetytu.

Acosta Cardenas z Mayo Clinic wierzy, że w przyszłości najlepszym sposobem leczenia otyłości będzie terapia wysoce spersonalizowana. „Otyłość jest chorobą osi jelitowo-mózgowej – mówi – ale sądzę, że musimy umieć rozpoznać, która jej część funkcjonuje nieprawidłowo u konkretnego pacjenta, aby spersonalizować terapię. Staram się identyfikować, którzy pacjenci mają problem z mikrobiomem lub hormonami albo jedzeniem pod wpływem emocji, aby móc optymalnie dobrać leczenie.”

W 2015 roku Acosta Cardenas i jego współpracownicy przyjrzeli się wielu czynnikom potencjalnie związanym ze zbędnymi kilogramami u ponad 50 pacjentów z prawidłową masą ciała, nadwagą i otyłością, m.in. temu, jak szybko badani uzyskują uczucie pełności, jak szybko ich żołądek się opróżnia, w jakim tempie zmieniają się poziomy hormonów w odpowiedzi na jedzenie oraz jakie są cechy psychiczne pacjentów. Odkrycia Acosty Cardenasa potwierdzają hipotezę, że istnieją wyraźne podklasy otyłości i że jej przyczyna, jak również optymalna terapia, są najprawdopodobniej różne dla poszczególnych osób. Na przykład 14% otyłych pacjentów biorących udział w badaniu wykazywało cechy zachowania i emocjonalne, przemawiające za tym, by leczyć ich raczej za pomocą terapii zajęciowej, a nie metodami chirurgicznymi lub farmakologicznymi. Cardenas przewiduje także, że w przyszłości otyłemu pacjentowi z wadliwą mikroflorą mógłby przepisać probiotyk lub antybiotyk.

Obecnie nie da się stwierdzić z całą pewnością, jakie problemy z osią jelitowo-mózgową były przyczyną nadwagi w przypadku Teresy. Jasne jest natomiast, że odniosła korzyść z operacji, utrzymując pożądaną przez siebie masę 73 kg przez przynajmniej cztery kolejne lata.

Stopy już jej nie bolą. Ma więcej energii i nadąża za swoim synem. I chociaż przyznaje, że apetyt na niektóre rzeczy przez te lata stopniowo powrócił, nie jest tak silny, jak kiedyś, i dużo łatwiej nad nim zapanować.

„Przed operacją nie miałam samokontroli. Nie mogłam się powstrzymać – wspomina Teresa. – Teraz, kiedy widzę na stole frytki, mogę zjeść kilka i na tym bez problemu poprzestać. Nie czuję już niepohamowanego apetytu, tak jak to było kiedyś. Na pewno połowę posiłku zabiorę do domu”.

Dziękujemy, że jesteś z nami. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża najnowsze badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.