Abbiamo due cervelli?

L’idea che cervello e intestino si influenzino a vicenda è antica. Chi non conosce espressioni come “ho le farfalle nello stomaco” o “mi si sono attorcigliate le budella” per indicare attraverso una metafora “cerebro-intestinale” la somatizzazione di ansia e stress?

Ma è solo negli ultimi anni che la ricerca ha permesso di alzare, anche se parzialmente, il velo sui meccanismi biologici alla base della mutua collaborazione fra cervello e intestino, fino a coniare il termine di “cervello intestinale” (1).

Tutto nasce da una complessa rete di comunicazione fra il sistema nervoso centrale e l’apparato digerente. Un insieme di circa 500 milioni di neuroni situato nelle pareti del tubo digerente, chiamato sistema nervoso enterico, è connesso al cervello attraverso un insieme di “cavi elettrici” chiamati fibre nervose. Oltre a queste connessioni dirette, cervello e intestino comunicano, attraverso il circolo sanguigno, tramite molecole come ormoni, neurotrasmettitori e immunomodulatori che, per mezzo di segnali chimici, possono influenzare reciprocamente l’attività di entrambi. In tal modo, il cervello controlla le funzioni intestinali e, sorprendente ma vero, l’intestino può condizionare attività cerebrali fondamentali come umore, emozioni, attenzione e memoria.

Recentemente, un nuovo attore a lungo ignorato si è aggiudicato un ruolo di primo piano nel funzionamento dell’asse cervello-intestino: il microbioma e l’associato microbiota.

Cosa sono il microbioma e il microbiota?

Nel 1991, la biologa americana Lynn Margulis ha sviluppato un’affascinante teoria, quella dell’”olobionte” o dei “meta-organismi” (2), che ha trovato ampio supporto nelle ricerche successive (3).

In sintesi, gli esseri umani si sarebbero co-evoluti e costituirebbero un’inseparabile unità funzionale con i microbi (batteri, virus, funghi) che ospitano sulla cute, nell’apparato riproduttivo e nell’apparato digerente, soprattutto nell’intestino.
La complessa comunità di microrganismi che abita un particolare ambiente del corpo, come l’intestino, viene oggi identificata con i termini microbioma e microbiota che cominciano a diffondersi non solo nella letteratura scientifica, ma anche nella pratica medica e vengono usati talvolta come sinonimi, pur avendo significati diversi (4).

Il microbioma, volendo semplificare, è l’insieme del patrimonio genetico di tutti i microrganismi presenti nell’organismo, inclusi batteri, virus e funghi. Il termine include, poi, non solo la comunità dei microrganismi, ma anche tutte le molecole che essa produce e che hanno un ruolo fondamentale nella regolazione del metabolismo del corpo e del cervello: acidi nucleici, grassi, proteine, tossine.

Il microbiota si riferisce, invece, ai microrganismi stessi che vivono in un dato ambiente. Ad esempio, il microbiota intestinale, che è quello di cui ci occupiamo, include tutti i batteri, virus e funghi che vivono nel tratto digestivo umano e, nel gergo comune, è conosciuto come “flora intestinale”.

Questi microrganismi hanno trovato il proprio habitat ideale nell’intestino dove vivono e si riproducono colonizzando l’intero ambiente con effetti positivi, come vedremo, nel caso di un microbiota sano e negativi (cosiddetta disbiosi) nel caso di un microbiota alterato.

Grandi numeri

Alcuni numeri ci possono già aiutare a comprendere la grandezza e l’importanza del microbiota intestinale. Contiene tra mille e cinquemila specie diverse di batteri, il 99% dei quali appartiene ai Phyla Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria e Actinobacteria.
Questa comunità è costituita da oltre 100.000 miliardi di cellule microbiche che abitano l’intestino tenue e crasso, un numero dieci volte maggiore di tutte le altre cellule del corpo umano con un peso totale compreso fra uno e due chili, simile a quello del cervello umano!
Allo stesso modo, ci sono quasi tre milioni di geni microbici intestinali, centocinquanta volte il numero di geni presenti nel genoma umano.

Paura dei microbi?

Come già accennato, i microbi hanno sempre fatto parte dell’organismo dei mammiferi. Le parole microbi, batteri, virus, però, di solito, spaventano, poiché siamo soliti associarli alle malattie, ma il microbiota intestinale sano, in realtà, è costituito da microrganismi “buoni” che oltre a riprodursi e  colonizzare l’intestino, producono anche una sorta di barriera che difende l’intestino stesso dai microrganismi nocivi.

L’esercito dei batteri buoni

Il microbiota e i suoi organismi ospiti si sono evoluti insieme e sono reciprocamente dipendenti per la sopravvivenza (4).

La colonizzazione dell’intestino inizia già dalla nascita, durante il parto (1). Nel passaggio attraverso il canale del parto, si espone, infatti, il bambino al microbiota vaginale della madre che fornisce al neonato una sorta di imprinting microbico permanente.

I progressi nella tecnologia del sequenziamento genetico stanno rivelando che il microbiota trasmesso dalla madre con il parto influisce sulla fisiologia dell’organismo in tutte le fasi dello sviluppo futuro. Si sta studiando il ruolo del microbiota, soprattutto riguardo allo sviluppo neurologico e ci sono evidenze scientifiche del fatto che, agendo in modo mirato sul microbiota, si potrebbe proteggere il cervello in situazioni di stress già durante la prima infanzia (1).

Il microbiota Deus ex machina?

Il microbiota intestinale sano svolge un ruolo fondamentale nel mantenimento della salute e del benessere umano. (1).

L’elenco dei benefici del microbiota è davvero lungo:

• aiuta a scomporre e digerire il cibo, in particolare carboidrati e fibre complesse che i nostri enzimi non riescono a processare;
• interagisce, come abbiamo già accennato, con il sistema immunitario stimolandolo a produrre molecole cosiddette “immunomodulatorie”, cioè regolatrici dei processi immunitari;
• produce anche vitamine e altri nutrienti essenziali, come la vitamina K e alcune vitamine del gruppo B, che il nostro corpo non può produrre;
• protegge dagli agenti patogeni perché i batteri buoni, colonizzando l’intestino e producendo sostanze antimicrobiche, aiutano a prevenire l’assalto di batteri e virus nocivi;
• regola il metabolismo ed è stato collegato alle variazioni del peso corporeo. In particolare, alterazioni del microbiota, sono state associate all’obesità e altri disturbi metabolici, come il diabete (6).

Ma quello che più interessa il nostro campo di indagine è l’influenza esercitata dal microbiota intestinale sul sistema nervoso centrale (e viceversa).

Cervello uno a cervello due… Influenza del microbiota sul sistema nervoso centrale e viceversa

I due cervelli comunicano fra di loro e il loro modo di dialogare, che passa attraverso il microbiota, è estremamente efficace. L’asse microbiota-intestino-cervello è un sistema di comunicazione bidirezionale che collega il sistema nervoso centrale con il microbiota. Crescenti evidenze scientifiche indicano che il microbiota può modulare le funzioni del sistema nervoso centrale e viceversa (5).

In condizioni di stress, il sistema nervoso autonomo, cioè quella parte del sistema nervoso che controlla l’attività degli organi interni del nostro corpo (cuore, polmoni, stomaco, intestino), può alterare la motilità intestinale e il flusso sanguigno, oltre a determinare la secrezione eccessiva di ormoni e neurotrasmettitori (come adrenalina e cortisolo, tipici ormoni di stress) (1).
Tutto questo porta alla disbiosi, cioè a un’alterazione della composizione e dell’attività funzionale del microbiota che favorisce il sopravvento dei batteri nocivi su quelli buoni.

Sul versante intestinale, la disbiosi può essere indotta da una dieta sbilanciata, ricca di grassi, zuccheri e proteine, e/o dall’uso eccessivo di alcuni farmaci, soprattutto gli antibiotici, contenuti, purtroppo, in tracce, anche in molti cibi, come carne e pesce d’allevamento (7). L’alterazione della flora batterica intestinale modifica la permeabilità della parete intestinale, determinando una sindrome dell’intestino permeabile, con l’immissione nel circolo sanguigno di sostanze nocive che provocano l’attivazione del sistema immunitario, a sua volta responsabile di un processo infiammatorio cronico diffuso a tutto l’organismo (1).

Il sistema nervoso è fra le vittime più illustri…

Assalto alla fortezza

Il cervello è una fortezza difesa da un muro di cinta, con tanto di porte d’ingresso ben custodite, costruito intorno ai vasi sanguigni che lo irrorano. In tal modo, le sostanze trasportate dal sangue e necessarie per la sua sopravvivenza (soprattutto ossigeno e nutrienti, ma anche ormoni e neurotrasmettitori) vengono ammesse nella fortezza, mentre quelle potenzialmente nocive per i delicati circuiti cerebrali vengono riconosciute e respinte.

Questo sbarramento super-selettivo viene chiamato “barriera ematoencefalica”. A causa della disbiosi, molecole lesive rilasciate dall’intestino e mediatori della risposta immunitaria (soprattutto citochine e interleuchine) rilasciate nel corso del conseguente processo infiammatorio cronico, possono ledere e superare la barriera ematoencefalica. Come conseguenza, possono danneggiare aree cerebrali fondamentali per il controllo delle emozioni e del comportamento, come il lobo limbico e il lobo frontale (8, 9).

A riprova di tutto questo, un recente studio italiano, pubblicato sulla prestigiosa rivista Science, ha dimostrato che l’alterazione della barriera ematoencefalica, indotta dall’infiammazione intestinale cronica, come accade nella colite ulcerosa e nel morbo di Chron in cui la disbiosi è la regola (7), può essere causa di gravi disturbi depressivi e d’ansia. (10)

Come la dieta può modificare il microbiota: il ruolo dei prebiotici e dei probiotici

Ma in che modo è possibile mantenere il microbiota sano ed evitare così la disbiosi con il suo carico di conseguenze negative?
Molti studi scientifici suggeriscono che le diete che contengono prebiotici e probiotici possono essere di grande aiuto nel mantenere sano il microbiota e riportarlo in condizioni ottimali in caso di disbiosi.

I Prebiotici

Sono fibre alimentari non digeribili dagli enzimi gastrici che assumiamo ogni giorno con il cibo e arrivano immodificate nell’intestino.
Qui vengono processate selettivamente da molti ceppi batterici del microbiota che posseggono gli enzimi adatti per la loro fermentazione.

I prebiotici rappresentano una fonte di nutrimento per i batteri intestinali e possono avere una serie di effetti positivi per la salute dell’organismo umano (8). Ad esempio, l’inulina, un carboidrato non digeribile presente nei carciofi e nella cicoria, è utile per ridurre i livelli di colesterolo e di trigliceridi, oltre che per favorire la perdita di peso e combattere la stipsi. I frutto-oligosaccaridi, polimeri del fruttosio (presenti tra l’altro nel farro, nell’orzo, nella cipolla, nelle banane e in diversi altri alimenti) migliorano la stipsi. I galatto-oligosaccaridi si trovano soprattutto nei legumi e in alcuni tipi di frutta secca e preservano la salute della flora batterica intestinale.

Le proprietà salutari dei prebiotici includono anche l’inibizione della crescita intestinale di agenti patogeni e l’attivazione del sistema immunitario. Abbassano i livelli di lipidi nel sangue e prevengono l’insulino-resistenza, una delle cause del diabete.

Hanno effetti positivi anche sulla salute mentale. Alcuni studi indicano che prebiotici riducono la reattività allo stress, l’ansia e la depressione (7).

Ma attenzione! Gli effetti benefici dei prebiotici cessano se non vengono assunti costantemente e in quantità adeguate con la dieta. Esistono chiare evidenze scientifiche che le diete povere di fibre, come quelle tipiche della nostra società occidentale, si associano ad alterazioni anche gravi del microbiota con proliferazione di ceppi batterici patogeni e produzione di metaboliti nocivi per l’organismo (7).

I Probiotici

Sono microrganismi vivi che, se assunti in quantità appropriate e per un periodo di tempo adeguato, aiutano a mantenere in condizioni ottimali il microbiota.

Si trovano in alcuni cibi come lo yogurt, ma vengono assunti per lo più sotto forma di integratori. I probiotici più comuni includono i Lactobacillus e Bifidobacterium, ma negli ultimi anni se ne sono aggiungi molti altri e il mercato è in piena espansione.

Possono regolare la biodiversità della flora microbica intestinale impedendo il sopravvento dei batteri cattivi su quelli benefici e modulare positivamente le funzioni immunitarie intestinali. I probiotici sono stati utilizzati con un certo successo nella terapia di condizioni patologiche quali la diarrea cronica, la sindrome dell’intestino irritabile e le malattie infiammatorie intestinali (7).

È stato dimostrato che la somministrazione costante di probiotici può favorire il miglioramento di ansia e depressione, può normalizzare i livelli di alcuni neurotrasmettitori e ormoni (quali la noradrenalina e i corticosteroidi) liberati in situazioni di stress, e favorire la produzione di serotonina, fondamentale per il benessere mentale (8).

L’unione fa la forza

Recenti studi suggeriscono che prebiotici e probiotici possono essere somministrati insieme per produrre effetti sinergici (7). È così che sono nati i cosiddetti sinbiotici, il cui mercato è in forte espansione.

Ad esempio, i prebiotici possono essere utilizzati per promuovere selettivamente la crescita di ceppi probiotici specifici, portando ad una migliore colonizzazione e attività nell’intestino.

Nel complesso,  prebiotici e probiotici sono promettenti strumenti per la regolazione del microbiota e per promuovere, oltre a quella fisica, anche la salute mentale. Ovviamente sono necessarie ulteriori ricerche per comprenderne appieno il meccanismo d’azione e ottimizzare il loro uso, ma rappresentano comunque un modo sicuro e facilmente accessibile per migliorare la salute dell’organismo in generale e del cervello in particolare.

Microbiota e disturbi mentali

Come abbiamo visto, il microbiota intestinale ha un ruolo importante nello sviluppo e nel funzionamento del cervello. Pertanto, la disbiosi, indotta da situazioni stressanti e/o da alimentazione inappropriata, può influire significativamente nell’insorgenza di disturbi mentali, come depressione, ansia, psicosi.

Abbiamo già parlato della “sindrome dell’intestino permeabile” indotta dalla disbiosi che, a cascata, determina un processo infiammatorio cronico responsabile a sua volta di un’alterazione della barriera ematoencefalica che consente a molecole nocive di penetrare nella fortezza cervello. Vogliamo qui aggiungere che il microbiota regola anche il metabolismo della serotonina, un neurotrasmettitore fondamentale per il funzionamento delle aree cerebrali deputate al controllo dell’umore, dell’ansia e dei processi cognitivi che la disbiosi compromette.

Queste evidenze scientifiche hanno promosso negli ultimi anni la ricerca delle alterazioni del microbiota nei più importanti disturbi mentali e del possibile ruolo dei prebiotici e dei probiotici nella loro terapia.

Nel disturbo depressivo maggiore, nel disturbo bipolare, nella schizofrenia, nell’ansia generalizzata, nei disturbi dello spettro autistico, ma anche nella sindrome da fatica cronica e nella fibromialgia, sono state evidenziate alterazioni del microbiota ed elevata concentrazione nel sangue di fattori infiammatori (1,8,11,12).

In tutti questi disturbi, anche gli studi clinici finora condotti non hanno dati risultati univoci, le evidenze di efficacia della terapia con probiotici, somministrati INSIEME alle terapie convenzionali (antidepressivi, ansiolitici, antipsicotici), sono molto promettenti.

Mente sana in intestino sano

In conclusione, il mantenimento della salute del microbiota intestinale è fondamentale non solo per mantenere una buona funzionalità del nostro intestino e dell’organismo in generale, ma per garantire un cervello “in forma”.

Vista l’importanza dell’alimentazione per il funzionamento ottimale del microbiota e del circuito intestino-cervello, esiste una dieta per il cervello? Questo sarà l’oggetto del nostro prossimo articolo. Non perdetelo!

Referenze bibliografiche

1. Jane A. Foster et al.: Neurobiology of Stress:(2017); 7:124-136.
2. Lynn Margulis: Symbiosis as a source of evolutionary innovation: speciation and morphogenesis. In: Margulis L, Fester R, editors. Symbiogenesis and Symbionticism. Cambridge: MIT Press; (1991). p. 1–14.
3. Eugene Rosenberg and Ilana Zilber-Rosenberg: Microbiome (2018); 6:78.
4. Gabriele Berg et al. Microbiome (2020); 8:103.
5. Sue Grenham et al: Frontieres in Physiology (2011); doi: 10.3389/fphys.2011.00094.
6. Anthony L. Komaroff. JAMA (2017); 317(4):355-356.
7. Ana M. Valdes et al: BMJ (2018); 361:j2179.
8. Jaqueline S. Generoso et al.: Braz J Psychiatry (2021); 43(3).
9. Alan E. Hoban et al.:Microbiome (2017); 5:102
10. Sara Carloni et al.: Science (2021); 374(6566):439-448.
11. Anna-Chiara Schaub et al.: Transl Psychiatry (2022); 12, 227
12. Amir Minerbi et al.: Clin Exp Rheumato (2020);38 Suppl 123(1):99-104.

*Rossella Li Vigni è una giornalista che lavora per importanti programmi della RAI. Tra i suoi impegni più importanti, una collaborazione ventennale con Piero Angela, che ha visto la realizzazione di centinaia di servizi di divulgazione scientifica per “Superquark” e “Speciali Superquark”. Oggi fa parte del team di “Noos”, il nuovo programma scientifico di Alberto Angela.