Conociendo la microbiota, el eje intestino-cerebro y sus sistemas de comunicación

Esta vez le toca el post a nuestro codirector, Iker Martínez, ¡ESPERAMOS QUE LO DISFRUTES y APRENDAS CON NOSOTROS!

Una breve introducción a esto de la microbiota…

Durante los últimos años el número de investigaciones sobre la microbiota va en considerable aumento, descubriendo cada poco tiempo nuevas funciones esenciales para la salud, asociadas a los cambios en el número de microorganismos (arqueas, levaduras, hongos…) de los que se compone nuestra famosa microbiota intestinal.

Uno de los ámbitos que suscita mayor interés tanto en lo clínico como a nivel social es esa asociación funcional tan famosa hoy en día, denominada eje intestino-cerebro (brain-gut axis). En este post vamos a tratar de entender qué es ese eje y definir las vías más relevantes de comunicación entre estos dos “órganos” corporales.

Eje intestino-cerebro, ¿qué es?

Podríamos definir el eje intestino cerebro como un sistema extrínseco (de fuera de) de comunicación bidireccional que posibilita la interacción funcional de ambos sistemas (1), es decir, el intestino y el cerebro.

La relación existente entre el sistema gastrointestinal y la función cerebral es conocida desde mediados del siglo XIX gracias a los trabajos de diferentes científicos, entre los que destacó Ivan Pavlov y sus archiconocidos reflejos condicionados, en los que un estimulo percibido y procesado por un animal generaba actividad en el sistema digestivo (el sonido de una campana se asociaba a la comida y con el tiempo el sonido producía salivación en los perros). En este caso, la dirección de comunicación es de cerebro a intestino.

Posteriormente fuimos descubriendo que en el proceso normal de la digestión, la secreción de diferentes mediadores (grelina, insulina, colecistokinina…) van influyendo a nivel cerebral generando saciedad (1), e invirtiendo la dirección comunicativa desde el intestino al cerebro.

A partir de aquí se ha ido ampliando la investigación a aspectos más relacionados con otros aspectos de la fisiología corporal (2) descubriendo un fascinante mundo interactivo entre los colonizadores intestinales (recordemos que también hay microbiota en otras zonas corporales como mucosa, piel, e incluso cerebro) y el huésped.

Para poder profundizar en la relación intestino-cerebro es necesario comprender cuáles son las vías de comunicación que utilizan estos órganos, ya que esto nos permitirá después entender cómo se producen los desequilibrios asociados a síntomas y patología y justificar las intervenciones terapéuticas como la alimentación saludable, los probióticos, el deporte o la meditación.

El sistema bidireccional de comunicación entre el intestino y el cerebro es muy complejo, por eso en este post simplificaremos al máximo las vías troncales y en siguientes posts profundizaremos allí donde sea necesario para entender este eje funcional y justificar las intervenciones terapéuticas. Estos principales sistemas de comunicación entre el intestino y el cerebro abarcan esencialmente las vías inmunológica, endocrina y neural.

La vía neural

La información de la función de todo órgano corporal ha de llegar a determinadas partes de nuestro cerebro para informar a nuestro procesador central del estado en el que se encuentra dicho órgano y que éste pueda ir adaptando su función a las necesidades circunstanciales (el famoso proceso de homeostasis/alostasis). En el caso del intestino, esta parte de transmisión neurológica se aglutina en el sistema nervioso entérico, que además de regular diferentes aspectos de la motilidad y secreción intestinal envía señales aferentes al cerebro (3). Los mecanismos exactos a través de los que influye la función bacteriana a nivel neuronal permanecen aún desconocidos. Aún así, hoy conocemos unos grupos neuronales llamados neuronas intrínsecas aferentes primarias (IPAN en inglés) que son diana de los microorganismos intestinales, influyendo a nivel cerebral (4).

Otro de los sistemas más considerados en esta comunicación entre el intestino y el cerebro es el nervio vago, encargado genéricamente de hacer llegar la información parasimpática del sistema nervioso autónomo al cerebro, regulando funciones tan importantes como la constricción bronquial, tasa cardiaca y la propia motilidad intestinal. Sabemos que es un sistema de comunicación importante bidireccional, como demuestran experimentos realizados  inoculando patógenos a nivel intestinal, que generan una hiperactivación en determinadas áreas cerebrales mediadas por el vago (5-6). Asimismo, muchos de los efectos de la microbiota intestinal o de la intervención a través de probióticos sobre el cerebro han mostrado depender de la activación vagal (7).

La vía inmunológica

Es sabido que la microbiota y las intervenciones con probióticos pueden tener un efecto directo sobre el sistema inmune (8). Pensemos que una parte muy importante de nuestro sistema inmune está situado alrededor de la luz intestinal, controlando la presencia de posibles patógenos en el tubo digestivo e interactuando con la microbiota para regular diferentes funciones (por ejemplo, el desarrollo de nuestro sistema inmune depende en algunos puntos de la presencia o no de microorganismo intestinales y de las respuestas que éstos desencadenan a través de diferentes receptores inmunológicos).

De este modo, el sistema inmune innato y adaptativo colaboran para mantener el equilbrio (homeostasis) en la superficie intestinal, donde interactúan microbios y huésped (9). Gracias a esa interacción, el sistema inmune genera una comunicación bidireccional con el sistema nervioso central, lo que se traduce en un efecto de estas bacterias o microbiota sobre el propio sistema nervioso central (10) y sobre el mismo cerebro, generando cambios que afectan a nuestras reacciones físicas y emocionales.

La vía endocrina

Metabolismo del triptófano

El triptófano es un aminoácido esencial precursor, entre otros, de la gran conocida serotonina (11). En el metabolismo del triptófano existen dos vías principales a través de las cuales este aminoácido puede convertirse en serotonina, o bien puede tomar la vía de la kynurenina y convertirse en otros metabolitos como el  ácido kinurénico o ácido quinolínico.

Los desequilibrios en la microbiota pueden generar una desviación de mayor cantidad de triptófano hacia la vía de la kynurenina, reduciendo la disponibilidad de triptófano para la síntesis de serotonina a nivel cerebral, provocando una disminución de los niveles de serotonina y una posible sintomatología asociada a este déficit. Como sabemos hay síndromes como la depresión cuyo mecanismo de acción principal es el déficit de serotonina.

Neurometabolitos microbianos

Dentro de la decenas de funciones que tiene la microbiota, encontramos la de producir neurotransmisores y neuromoduladores. Sabemos que algunas especies como Lactobacillus spp y Bifidobacterias spp producen GABA, neurotransmisor del sistema nervioso central cuyo déficit se relaciona con síntomas de ansiedad.

La especies Escherichia spp, Bacillus spp y Saccharomyces spp producen noradrenalina, neurotransmisor relacionado con la respuesta de estrés básica y al activación cognitiva al despertarnos. Especies como el Bacillus spp producen dopamina, relacionada entre otros con la atención ejecutiva (movimiento) y la motivación. El Lactobacillus spp produce acetilcolina, relacionada entre otros con la memoria (12).

Influencia del cerebro sobre la microbiota

La respuesta de estrés, compuesta de diferentes neurotransmisores (adrenalina y noradrenalina), citoquinas inmunológicas (por ejemplo, el  factor de necrosis tumoral) y hormonales (cortisol) también se ve influida por nuestra microbiota.

Para no extendernos en exceso, tomaremos como ejemplo de esta interacción la secreción de cortisol en la corteza suprarrenal, cuyo inicio se da a nivel del sistema nervioso central (producción de hormona liberadora de corticotropina o CRH). Sabemos el cortisol influye a nivel del sistema inmune tanto a nivel sistémico como local en el  propio intestino. El cortisol influye directamente en la permeabilidad intestinal (¡la aumenta!) y modifica la composición de la microbiota (13) por lo que aquí contemplamos la dirección inversa de influencia en la que la actividad cerebral termina modificando la colonia bacteriana.

Hasta aquí el primer post sobre el eje intestino cerebro. ¿Te ha gustado? Aún quedan más.

Te dejamos además un vídeo de nuestro codirector donde habla acerca de este interesante y amplio tema:

https://www.facebook.com/1819814258345081/videos/1890007304659109/

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#behealthy!

Referencias

1. Konturek, S. J., Konturek, J. W., Pawlik, T. & Brzozowki, T. Brain–gut axis and its role in the control of food intake. J. Physiol. Pharmacol. 55, 137–154 (2004).
2. Aziz, Q. & Thompson, D. G. Brain–gut axis in health and disease. Gastroenterology 114, 559–578 (1998)
3. Wang B, Mao YK, Diorio C, et al. Luminal administration ex vivo of a live Lactobacillus species moderates mouse jejunal motility within minutes. FASEB J 2010; 24:4078–4088
4. Ishii TM, Silvia C, Hirschberg B, et al. A human intermediate conductance calcium-activated potassium channel. Proc Natl Acad Sci U S A 1997; 94:11651–11656.
5. Gareau MG, Wine E, Rodrigues DM, et al. Bacterial infection causes stressinduced memory dysfunction in mice. Gut 2011; 60:307–317.
6. Lyte M, Li W, Opitz N, et al. Induction of anxiety-like behavior in mice during the initial stages of infection with the agent of murine colon.
7. Wang, X. et al. Evidences for vagus nerve in maintenance of immune balance and transmission of immune information from gut to brain in STM-infected rats. World J. Gastroenterol. 8, 540–545 (2002).
8. Forsythe, P. & Bienenstock, J. Immunomodulation by commensal and probiotic bacteria. Immunol. Invest. 39, 429–448 (2010)
9. Duerkop, B. A., Vaishnava, S. & Hooper, L. V. Immune responses to the microbiota at the intestinal mucosal surface. Immunity 31, 368–376 (2009).
10. Sternberg, E. M. Neural regulation of innate immunity: a coordinated nonspecific host response to pathogens. Nature Rev. Immunol. 6, 318–328 (2006).
11. Ruddick, J. P. et al. Tryptophan metabolism in the central nervous system: medical implications. Expert Rev. Mol. Med. 8, 1–27 (2006).
12. Lyte, M. Probiotics function mechanistically as delivery vehicles for neuroactive compounds: microbial endocrinology in the design and use of probiotics. Bioessays 33, 574–581 (2011).
13. Grenham, S., Clarke, G., Cryan, J. & Dinan, T. G. Brain–gut–microbe communication in health and disease. Front. Physiol. 2, 94 (2011).