The Gut Microbiome in Health and Cognition

What is the gut microbiome?

The human body is an ecosystem composed of trillions of cells (approximately 3.7 × 10^13), working together to maintain balance and function efficiently. We are also host to trillions of non-human cells that are found in many parts of the human body such as our skin and our gut. The gut microbiome is a dynamic community of bacteria, viruses, fungi, and other microorganisms that inhabit our gastrointestinal tract, particularly the colon. These microorganisms, collectively known as the gut microbiota, interact with each other and their human host in a delicate balance. This ecosystem plays a crucial role in various bodily functions, including digestion, immune system regulation, and even influencing brain function.

In this blog post, we will delve into the fascinating world of the gut microbiome, exploring its roles in health and cognition.

What is the function of the gut microbiome?

Digestion and Nutrient Absorption

        The gut microbiota assists in the digestion of complex carbohydrates and the breakdown of otherwise indigestible dietary components, such as fibre. They also synthesise essential vitamins and help absorb nutrients from the diet.

Gut bacteria ferment dietary fibre and produce Short-Chain Fatty Acids (SCFAs), such as butyrate, propionate, and acetate. These SCFAs play a role in reducing inflammation and protecting the blood-brain barrier, which helps maintain brain health.

Immune System Regulation

        A balanced gut microbiome is crucial for a well-functioning immune system. It helps educate the immune system, teaching it to differentiate between harmful pathogens and beneficial microorganisms.

Gut-Brain Axis

        The gut-brain axis is a bidirectional communication system that connects the gut and the brain through neural, hormonal, and immune pathways. This axis allows the gut microbiome to influence brain function in profound ways.

The gut is often referred to as the "second brain" due to its extensive network of neurons and neurotransmitters. Gut bacteria are capable of producing neurotransmitters like serotonin, dopamine, and GABA, which are involved in regulating mood and cognition.

The gut microbiome is involved in bidirectional communication with the central nervous system through this gut-brain axis, influencing mood, behaviour, and cognition.

Health Implications of an Imbalanced Gut Microbiome

        When the delicate balance of the gut microbiome is disrupted, it can have far-reaching consequences for health. An imbalanced gut microbiome can lead to chronic inflammation, which is associated with various health issues.

Here are some examples of health implications associated with an imbalanced gut microbiome:

Brain development

        The gut microbiome appears to play a critical role in early brain development. Imbalances in the microbiome during critical periods of development may have long-term consequences for cognitive function.

Gastrointestinal Disorders

        Conditions like irritable bowel syndrome (IBS), inflammatory bowel disease (IBD), and gastroenteritis have been linked to disruptions in the gut microbiome.

Metabolic Disorders

        An imbalanced microbiome has been associated with obesity and type 2 diabetes, as it can affect nutrient metabolism and inflammation levels.

Autoimmune Diseases

        The gut microbiome plays a role in regulating immune responses, and imbalances have been linked to autoimmune diseases like rheumatoid arthritis and multiple sclerosis.

Mood and Mental Health

Alterations in the gut microbiome may contribute to mood disorders, such as depression and anxiety.

Cognitive decline and memory problems

One of the most intriguing aspects of the gut microbiome is its influence on brain health and cognition. Cognition refers to the mental processes and activities related to thinking, understanding, learning, and remembering.

Animal studies have shown that mice with a healthy gut microbiome perform better in memory and learning tasks. This suggests a role for the gut microbiome in cognitive processes.

The gut microbiome can influence brain function and behaviour through the release of metabolites, such as SCFAs and neurotransmitters. These metabolites can travel through the bloodstream and affect the central nervous system.

When the gut microbiome is imbalanced, it can trigger an immune response that leads to chronic inflammation. This inflammation has been linked to cognitive decline and neurodegenerative diseases like Alzheimer's and Parkinson's.

Improving Gut Health for Enhanced Cognition

Given the profound influence of the gut microbiome on cognition, maintaining a healthy gut is crucial for optimal brain function. Restoring gut balance through interventions like probiotics and dietary changes may improve mood and cognitive function.

Diversity Matters: Gut Microbiome and Health

       A diverse gut microbiome is considered important for good health. Diversity in this context refers to the richness and variety of microorganisms present in the gut. A diverse microbiome is more resilient and better equipped to respond to changes in the environment, diet, and other factors.

Here are some strategies to support gut health and, by extension, cognitive well-being:

• Balanced and variable diet

Consume a diverse range of whole foods, including fibre-rich fruits and vegetables. These provide essential nutrients and promote a diverse gut microbiome.

• Fermented Foods

Foods that contain live beneficial bacteria can support gut health. This includes yogurt, kefir, sauerkraut, kimchi, and kombucha that have not been heat treated.

• Probiotics

Prebiotics, which are found in foods like garlic, onions, and asparagus, feed beneficial microbes. Prebiotics are substances that promote the growth and activity of beneficial microorganisms in our body, particularly in our digestive system. These microorganisms, often referred to as "probiotics," are essential for maintaining a healthy gut. Prebiotics are like food for these ‘’good’’ bacteria. They are substances, usually non-digestible fibres or compounds found in certain foods, that provide nourishment and create an environment in which probiotics can thrive. In simpler terms, prebiotics are like the fertiliser for the "good" bacteria in your gut, helping them grow and keep your digestive system healthy.

• Avoid antibiotics when unnecessary

Antibiotics save lives but they can disrupt the gut microbiome, so use them only when prescribed by a healthcare professional and when truly needed (when you have a bacterial infection).

• Prebiotics

Probiotic supplements can help restore gut balance but use them in moderation.

• Manage stress

Stress is important, necessary and helpful, but high stress levels that are sustained for a long time can negatively impact the gut microbiome. Practicing stress-reduction techniques like mindfulness, yoga, or meditation can help.

• Exercise regularly

Physical activity has been shown to promote gut microbial diversity and reduce inflammation.

Get enough sleep

Prioritise sleep, as poor sleep patterns can affect the gut-brain axis and cognitive function.

***

Mikrobiom crijeva u zdravlju i spoznaji

        Ljudsko tijelo je ekosistem sastavljen od triliona ćelija (otprilike 3,7 × 10^13), koji rade zajedno kako bi održali ravnotežu i efikasno funkcionisali. Također, ono je domaćin bilijunima neljudskih ćelija koje se nalaze u mnogim dijelovima ljudskog tijela, kao što su koža i crijeva. Mikrobiom crijeva je dinamička zajednica bakterija, virusa, gljivica i drugih mikroorganizama koji naseljavaju naš gastrointestinalni trakt, posebno debelo crijevo. Ovi mikroorganizmi, zajednički poznati kao crijevna mikrobiota, u međusobnoj su interakciji i sa svojim ljudskim domaćinom u delikatnoj ravnoteži. Ovaj ekosistem igra ključnu ulogu u različitim tjelesnim funkcijama, uključujući probavu, regulaciju imunološkog sistema, pa čak i uticaj na funkciju mozga.

U ovom postu upoznat ćemo fascinantan svijet crijevnog mikrobioma, istražujući njegovu ulogu u zdravlju i spoznaji.

Koja je funkcija crijevnog mikrobioma?

Varenje i apsorpcija nutrijenata

        Mikrobiom crijeva pomaže u probavi složenih ugljikohidrata i razgradnji inače neprobavljivih komponenti ishrane, kao što su vlakna. Oni također sintetiziraju esencijalne vitamine i pomažu u apsorpciji hranjivih tvari iz prehrane.

Bakterije crijeva fermentiraju dijetalna vlakna i proizvode kratkolančane masne kiseline (SCFA), kao što su butirat, propionat i acetat. Ovi SCFA igraju ulogu u smanjenju upale i zaštiti krvno-moždane barijere, što pomaže u održavanju zdravlja mozga.

Regulacija imunološkog sistema

Uravnotežen mikrobiom crijeva je ključan za dobro funkcioniranje imunološkog sistema. Pomaže u obrazovanju imunološkog sistema, učeći ga da razlikuje štetne patogene od korisnih mikroorganizama.

Gut-Brain Axis

        “Gut-brain axis” je dvosmjerni komunikacijski sistem koji povezuje crijeva i mozak putem neuronskih, hormonalnih i imunoloških puteva. Ova osa omogućava crijevnom mikrobiomu da utiče na funkciju mozga na duboke načine.

Crijeva se često nazivaju "drugim mozgom" zbog svoje široke mreže neurona i neurotransmitera. Bakterije crijeva sposobne su proizvoditi neurotransmitere poput serotonina, dopamina i GABA, koji su uključeni u regulaciju raspoloženja i kognicije.

Mikrobiom crijeva je uključen u dvosmjernu komunikaciju sa centralnim nervnim sistemom preko ove osovine crijeva i mozga, utječući na raspoloženje, ponašanje i spoznaju.

Zdravstvene implikacije neuravnoteženog crijevnog mikrobioma

        Kada je osjetljiva ravnoteža crijevnog mikrobioma poremećena, to može imati dalekosežne posljedice po zdravlje. Neuravnotežen mikrobiom crijeva može dovesti do hronične upale, koja je povezana s različitim zdravstvenim problemima.

Evo nekoliko primjera zdravstvenih implikacija povezanih s neuravnoteženim mikrobiomom crijeva:

Razvoj mozga

        Čini se da mikrobiom crijeva igra ključnu ulogu u ranom razvoju mozga. Neravnoteža u mikrobiomu tokom kritičnih perioda razvoja može imati dugoročne posljedice na kognitivne funkcije.

Gastrointestinalni poremećaji

Stanja poput sindroma iritabilnog crijeva (IBS), upalne bolesti crijeva (IBD) i gastroenteritisa povezana su s poremećajima u mikrobiomu crijeva.

Metabolički poremećaji

Neuravnotežen mikrobiom je povezan s gojaznošću i dijabetesom tipa 2, jer može utjecati na metabolizam nutrijenata i nivoe upale.

Autoimune bolesti

Mikrobiom crijeva igra ulogu u regulaciji imunoloških odgovora, a neravnoteža je povezana s autoimunim bolestima poput reumatoidnog artritisa i multiple skleroze.

Raspoloženje i mentalno zdravlje

Promjene u crijevnom mikrobiomu mogu doprinijeti poremećajima raspoloženja, kao što su depresija i anksioznost.

Kognitivni pad i problemi s pamćenjem

        Jedan od najintrigantnijih aspekata crijevnog mikrobioma je njegov utjecaj na zdravlje mozga i kogniciju. Spoznaja se odnosi na mentalne procese i aktivnosti vezane za razmišljanje, razumijevanje, učenje i pamćenje.

Studije na životinjama pokazale su da miševi sa zdravim mikrobiomom crijeva imaju bolje rezultate u pamćenju i zadacima učenja. Ovo ukazuje na ulogu crijevnog mikrobioma u kognitivnim procesima.

Mikrobiom crijeva može uticati na funkciju mozga i ponašanja putem oslobađanja metabolita, kao što su SCFA i neurotransmiteri. Ovi metaboliti mogu putovati kroz krvotok i uticati na centralni nervni sistem.

Kada je mikrobiom crijeva neuravnotežen, može izazvati imunološki odgovor koji dovodi do hronične upale. Ova upala je povezana sa kognitivnim padom i neurodegenerativnim bolestima poput Alzhajmerove i Parkinsonove bolesti.

Poboljšanje zdravlja crijeva za poboljšanu kogniciju

S obzirom na dubok utjecaj crijevnog mikrobioma na kogniciju, održavanje zdravih crijeva ključno je za optimalnu funkciju mozga. Vraćanje ravnoteže crijeva kroz intervencije poput probiotika i promjene u ishrani može poboljšati raspoloženje i kognitivne funkcije.

Važnost raznolikosti: mikrobiom crijeva i zdravlje

        Raznovrstan mikrobiom crijeva smatra se važnim za dobro zdravlje. Raznolikost se u ovom kontekstu odnosi na bogatstvo i raznolikost mikroorganizama prisutnih u crijevima. Raznovrsni mikrobiom je otporniji i bolje opremljen da odgovori na promene u okruženju, ishrani i drugim faktorima.

Evo nekoliko strategija za podršku zdravlju crijeva i samim tim, kognitivnom blagostanju:

• Uravnotežena i varijabilna prehrana

        Konzumirajte raznoliku cjelovitu hranu, uključujući voće i povrće bogato vlaknima. Oni obezbeđuju esencijalne hranljive materije i promovišu raznovrstan mikrobiom crijeva.

• Fermentisana hrana

Hrana koja sadrži žive korisne bakterije može podržati zdravlje crijeva. Tu ubrajamo jogurt, kefir, kiseli kupus, kimchi i kombuču koji nisu termički obrađeni.

• Probiotici

Prebiotici, koji se nalaze u namirnicama poput bijelog luka, luka i šparoga, hrane dobre mikrobe. Prebiotici su supstance koje potiču rast i aktivnost korisnih mikroorganizama u našem organizmu, posebno u našem probavnom sistemu. Ovi mikroorganizmi, koji se često nazivaju "probioticima", neophodni su za održavanje zdravih crijeva. Prebiotici su poput hrane za ove „dobre“ bakterije. To su tvari, obično neprobavljiva vlakna ili spojevi koji se nalaze u određenim namirnicama, koje pružaju hranu i stvaraju okruženje u kojem probiotici mogu napredovati. Jednostavnije rečeno, prebiotici su poput gnojiva za "dobre" bakterije u vašim crijevima, pomažući im da rastu i održavaju vaš probavni sistem zdravim.

• Izbjegavajte antibiotike kada su nepotrebni

Antibiotici spašavaju živote, ali mogu poremetiti crijevni mikrobiom, stoga ih koristite samo kada vam ih prepiše zdravstveni radnik i kada su zaista potrebni (kada imate bakterijsku infekciju).

• Prebiotici

Probiotički suplementi mogu pomoći u obnavljanju ravnoteže crijeva, ali ih koristite umjereno.

• Upravljajte stresom

Stres je važan, neophodan i koristan, ali visoki nivoi stresa koji se održavaju duže vrijeme mogu negativno uticati na mikrobiom crijeva. Vježbanje tehnika za smanjenje stresa poput svjesnosti, joge ili meditacije može itekako pomoći.

• Vježbajte redovno

Pokazalo se da tjelesna aktivnost potiče mikrobnu raznolikost crijeva i smanjuje upalu.

• Spavajte dovoljno

Dajte prednost spavanju, jer loši obrasci spavanja mogu uticati na osovinu crijeva i mozga i kognitivne funkcije.