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醫療新知慢性病防治

2020-12-23 17:59:00

腦腸軸:腸道微生物組與睡眠品質的相互影響

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睡眠是休息和修復的基本過程。到了晚上,我們閉上眼睛進入睡眠,讓我們的潛意識接管。在這段時間裡,大腦在一天的繁忙工作後將精力集中在能量的恢復上。高品質的睡眠有助於增強免疫系統並抵抗感染。你可能會認為睡眠是一種平和的活動,但實際上它是相當活躍的-包括建構,修復和信息保留。有很多原因會導致我們有時無法睡個好覺,包含壓力、沮喪、焦慮或無節制地觀看最新的熱門電視節目。當然,這些都是大家都知道明顯的原因,但是如果我們體內發生了其它事情,而我們卻完全無法控制,那該怎麼辦?

最近新添了一名惡名昭彰的睡眠干擾源,它就是我們的消化系統。確實,有大量的研究人員正在研究腸道中細菌與睡眠,情緒和整體健康之間的關係。

什麼是腸道微生物組及其作用?
腸道不僅將食物轉化為能量和廢物,而且是與大腦不斷溝通的智能器官。我們的腸道通常被稱為第二大腦,說它影響身體所有的運作程序,一點都不誇張。它也是與我們大腦和中樞神經系統接觸的腸神經系統(Enteric Nerve System)的所在地,有助於調節身體很多重要的功能。

腸道基本上是一條長管,從我們的嘴一直延伸到肛門,它是細菌、真菌和病毒的住所,其中大多數都位於結腸內,統稱為“微生物群(microbiota)”或“微生物組(microbiome)”。我們的微生物組擁有神經系統和大約1億個神經元。微生物組的神經系統與大腦和中樞神經系統保持不斷溝通,有助於調節賀爾蒙的產生、免疫系統功能、食慾、消化和代謝、情緒和壓力反應。腸道微生物組會產生並釋放許多與睡眠有關的神經遞質,其中多巴胺,血清素和GABA也是由大腦產生的。褪黑激素在腸道和大腦中產生。

一個健康且平衡的微生物群包含好菌和壞菌。每個人的腸內大約有三分之一是相同的,而三分之二是與個體有關,由遺傳、環境、飲食和個人背景所影響。成人的管道中存在大約1000種不同類型的微生物群細菌。但是有趣的是,隨著年齡的增長,腸道的組成會發生變化。

我們的飲食和居住環境對腸道微生物組的組成具有重要影響。含糖和加工食品,缺乏纖維,運動,水合作用,抗生素,身體或情緒上的壓力都會對微生物群產生負面影響。為了過正常健康的生活,我們需要一個均衡的腸道微生物群。微生物組是一個高度動態的內部生態系統,微生物組成不斷的變化。大多數對人體健康有益,而其他一些則可能促進疾病。健康人體的微生物組中存在自然平衡。當平衡失調時,身體罹患疾病的風險會更大。

在過去的十年中,對微生物組及其在人類健康中的作用的研究一直是醫學科學中最熱門和最具啟發性的領域之一。幾乎每週都有新研究提供關於腸道細菌及其與人體功能的聯繫的新見解。這種聯繫延伸到睡眠。

腸道微生物組和睡眠障礙
要了解腸胃為什麼與睡眠有關,首先要知道腸胃實際上與你的大腦有非常密切的關係。我們已經知道,睡眠與食慾之間的聯繫非常重要[1],因為睡眠不足會導致我們的食慾失衡,增加我們的食物渴望並導致體重增加。那是因為睡眠不足會降低稱為瘦素的賀爾蒙的水平,這種賀爾蒙導致我們的飽足感。消化系統的健康和腸道細菌的健康被認為是也會影響我們睡眠的因素。睡眠不足、食慾不振和肥胖症之間存在緊密聯繫已不是什麼秘密,但是到目前為止,我們對微生物組及其在睡眠中的作用了解不多。

它還會增加生長素釋放肽的水平,生長素釋放肽是負責飢餓的賀爾蒙。因此,當我們缺乏睡眠時,當我們吃飽時瘦素就無法控製或發出信號,但是生長素釋放肽卻告訴我們繼續進食。這有助於解釋為什麼睡眠不足的人往往會更快增重,並且肥胖風險更高。睡眠不足也會影響負責衝動控制(Pulse Control)的大腦部分。這就是為什麼許多睡眠不足的人聲稱無法控制自己的暴飲暴食。所有這些都會影響我們的腸道及其生態系統的健康。

研究微生物組的專家說,腸道中的物質至少在一定程度上要歸因於所謂的「腦腸軸(Gut-Brain Axis)」(如圖一),從而影響你的睡眠。大腦是人體的指揮中心,因此它不斷地從人體的每個部位和系統發送和接收信息。《腦腸連接The Mind-Gut Connection》一書的作者埃默蘭•梅耶博士(Emeran Mayer,MD)說,有證據表明腸道與大腦之間的連接特別牢固和複雜,腸道的微生物似乎具有多種信號傳導機制,可以使它們與大腦進行交流,從而影響人的情緒、食慾、壓力水平以及其他許多方面。大腦和腸道微生物組之間有幾種交流途徑。其中一些途徑包括:迷走神經、免疫系統、短鏈脂肪酸(Short chain fatty acids)、色氨酸(Tryptophan)(血清素的前驅物,它是支配胃腸道神經系統的主要神經遞質)。迷走神經似乎最重要,它提供了大腦和微生物群之間的主要信息通道。

梅耶博士進一步說明:「我們的假設之一是,這些細菌產生的代謝產物可以回到大腦。另一種可能性是腸道細菌會觸發免疫系統化學物質的釋放,大腦會檢測並做出反應。」儘管研究人員仍在探討關於大腦和腸道如何相互作用的實質性細節,但至目前為止已經確定的是,大腦確實對微生物組的變化做出了反應。因此,微生物組的變化似乎與睡眠有關。在Sleep 2019上進行的一項研究[2]表明,腸道在種類上更具多樣性存在的細菌數量與改善睡眠質量和降低嗜睡率有關。


圖一:腸腦軸

腸道不健康可能會導致認知能力下降與失智
近年來,微生物組對心理和認知健康的潛在影響引起了很多關注。那是有充分理由的。越來越多的證據表明,腸道健康可能是導致憂鬱症、焦慮症和其他心理健康障礙(包括創傷後壓力障礙)發作的重要因素。憂鬱症藥物也可能影響腸道內的微生物壽命,以及這些藥物有效治療疾病的能力。我們的「第二腦」可能會對我們的認知健康產生重大影響,這不足為奇。研究人員於2017年進行的一項研究[3]指出,微生物組在睡眠不足與年齡相關的認知能力下降之間的關係中可能發揮作用。研究人員調查了微生物組對一組50-85歲成年人的影響。他們發現更高的睡眠質量,更好的認知靈活性和更高水平的有益腸道微生物組之間存在著密切的聯繫。越來越多的研究證據表明睡眠在認知能力下降和阿茲海默症等神經退行性疾病中的作用[4]。了解有關微生物組及其與睡眠的關係的更多信息可能會為我們提供關於如何隨著年齡增長而保護大腦的重要新見解。

通過一些前瞻研究,關於腸道微生物可能如何發號施令而影響睡眠品質最有可能的原因有下列三個:

1.腸腦軸
我們的大腦與消化系統之間的連接是由迷走神經連接的複雜系統。因此,關鍵信號可以在這兩者之間傳遞-就像我們飢餓,壓力重重甚至情緒狀態一樣。最近,科學家們確定了兩個器官之間還有更多的交流。實際上,我們的腸道微生物也隨時待命,它們可以改變這些信號,從而改善或惡化。你會發現,調節我們的消化和運動能力的神經同樣會刺激我們的心臟跳動和情緒。如果腸道微生物組顯示出腸道營養不良的跡象,從而導致腸道滲漏症候群(如圖二),則可能是神經發炎代謝產物沿迷走神經向上傳播並穿透大腦[5]。這些代謝物已被證明會影響我們的壓力反應,影響我們的心率並破壞睡眠結構模式。

腸腦軸的關鍵概念如下:
•腸道菌群:胃腸道(GI)內的微生物生態系統,對健康至關重要。
•菌叢不良(dysbiosis):胃腸道的致病狀態,微生物群減少,可能由多種因素引起,包括加工食品的飲食過多,缺乏規律的睡眠和心理壓力。
•菌相平衡 (Eubiosis):以胃腸道中微生物種群的高度多樣性和豐富性為特徵的健康平衡狀態
•腸胃通透性(Gut permeability):腸道通透性是指腸道上皮壁的連接處失去了完整性,使來自內腔的物質轉移到血液、其他器官或脂肪組織中。
•微生物組多樣性(Microbial diversity):描述微生物種群的多樣性。微生物群越多樣化,腸道就會變得更加平衡和健康。


圖二:腸道滲漏症候群

2.賀爾蒙調節:
許多腸道微生物也會產生正常化合物,利用這種途徑進入我們的大腦。研究表明我們的腸道微生物與情緒障礙之間關係確實如此,因為腸道微生物組中的許多微生物都會產生血清素,這是調節我們情緒的關鍵生化物質。血清素還是褪黑激素的前體[6],褪黑激素是我們在晝夜週期中讓我們入睡的關鍵賀爾蒙。如果腸道微生物組未能產生應有的血清素,則這種激素流動可能會停止,並改變正常的睡眠模式。患有情緒障礙(如憂鬱症)的患者也同時有睡眠方面的問題[7]的研究數量支持了該理論。

3.免疫系統
我們的腸道容納了我們免疫系統的70%以上[8]。當我們處於最佳健康狀態時,這個「免疫器官」可以像高效的戰鬥機一樣發揮最佳性能。但是,當我們的身體受到長期有毒物質及細菌入侵或傷害的攻擊時,我們的免疫系統會中斷正常運作並改變調節睡眠週期的程度。當腸道生態系統變得不平衡時,它會引起免疫反應,該反應會滲透消化層並穿透周圍組織。如果這種免疫反應到達肺等器官,則發炎反應會影響夜間呼吸並增加睡眠呼吸中止等疾病的可能性[9]。

總之,諸多的研究發現睡眠與腸道微生物組確實相關,健康的腸道似乎可以促進良好的睡眠。研究也表明,腸道的健康與許多其他系統的健康息息相關。通過穩定腸道生態系統並減少慢性發炎的發生,睡眠品質可以更好。所以無論你的睡眠習慣如何,你都應讓腸道的健康處在最佳狀態!

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睡眠不足會對你的腸道微生物組產生負面影響
睡眠與微生物組之間的關係越來越被視為一條雙向道路。睡眠不足可能會對腸道健康/微生物組多樣性產生強烈的負面影響。我們對這種複雜的動態關係的了解仍處於起步階段。最近的研究證實,睡眠不足會很快對微生物組健康產生負面影響。瑞典和德國科學家小組於2016年進行的一項研究是最早研究睡眠不足對人體微生物組組成的影響的研究之一[10]。這項小型研究涵蓋了9名健康、體重正常的年輕男性。沒有一個參與者患有任何睡眠障礙,並且所有人都有規律的睡眠方式和規律的飲食方式。在僅兩晚的部分睡眠剝奪後,研究人員發現:腸道有益細菌的種類大大減少

根據2016年發表在《細胞》雜誌上的一份報告[11],微生物組的組成在白天和晚上都在波動,並且這些波動在編程人體的某些睡眠基因中起作用。研究發現,其中一些睡眠基因調節人體的晝夜週期,類似於內部時鐘,告訴人體何時該感到疲倦或機警。2018年的研究表明人體的生物時鐘與微生物時鐘協同工作[12]。研究證實,擾亂人的睡眠似乎會改變他們的微生物組,而改變微生物組可能會幫助或傷害睡眠。腸道微生物會參與體內的各種生理過程。它們與荷爾蒙的相互作用,與大腦活動的關係以及它們對免疫系統的強大影響都在你對晚間提示的反應中起著一定作用。通常,當太陽下山後,沒有陽光會與影響我們晝夜節律的生物變化發生相互作用。這種生物鐘機制決定了我們何時感到疲倦並影響我們起床的容易程度。不良的夜間行為和不良的飲食習慣會改變腸道微生物組並會有影響失眠的風險[13]。

2016年的一項研究[14]的結果說明,日夜輪班不僅會影響我們的晝夜節律(調節我們身體功能的內部時鐘),而且還會影響腸道微生物的節律,其活動取決於我們的晝夜時間表。因此,它們也可能影響其他器官的晝夜節律。睡眠不足會對你的腸道微生物組產生負面影響,進而可能導致其他健康問題。研究也表明睡眠時的呼吸中斷會對微生物組產生負面影響。具體而言,阻塞性睡眠呼吸中止症(obstructive sleep apnea; OSA)似乎對腸道中微生物的多樣性具有有害影響。根據最近的研究,睡眠呼吸中止對微生物組的損害可能不容易修復。越來越多的研究證據表明,微生物組本身在OSA患者中引起高血壓[15]。高血壓和OSA經常並存。也就是說OSA大大增加了患高血壓的風險,而高血壓可導致OSA。與OSA相關的高血壓可能難以治療,使人們容易受到重大心臟健康風險的威脅。

患有睡眠障礙,尤其是OSA的人,通常會與不良的睡眠品質抗爭,這使他們無法在深度睡眠和REM(快速動眼期)睡眠(人體最能恢復的階段)停留足夠的時間。有大量研究證實,睡眠不足會導致新陳代謝和飲食方式的變化,從而增加肥胖症和其他代謝性疾病(包括第二型糖尿病)的風險[16]。在過去的幾年中,我們看到越來越多的證據表明,微生物組功能障礙是導致肥胖症和其他代謝紊亂的重要因素。破碎零散的睡眠可能在微生物組驅動的代謝健康影響起了重要的作用,部分原因是引發導致代謝功能異常的發炎[17]。
睡眠,微生物組和新陳代謝之間的關係非常複雜,我們才剛剛開始了解它們之間的關係。採取更好的睡眠措施,解決品質不良的睡眠和呼吸中止的問題,可以幫助你保護新陳代謝的健康,並減少體重增加和糖尿病的風險。

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益生菌可以提高對壓力的適應力,緩解焦慮和憂鬱
我們知道壓力是導致睡眠問題的主要因素。壓力可能會對腸道健康產生負面影響,而腸道健康狀態不佳則會加劇人體的壓力反應。最近的研究[18]表明,一株有益細菌可能有助於減弱壓力對睡眠的影響。日本科學家研究了每天服用益生菌對準備考試的一組學生的影響。科學家將學生分為兩組。在進行檢查的期間內,一組每天飲用安慰劑飲料,而另一組則飲用含有蓋氏乳桿菌(Lactobacillus gasseri)的益生菌飲料。乳桿菌類型(Lactobacillus type)是人類腸道微生物組中天然發現的有益細菌之一。也可以在酸奶等發酵食品中找到,並以補充劑形式出售。

服用益生菌的小組有不同的經歷。他們的壓力水平隨著考試的臨近而上升,就像安慰劑組一樣。但是,益生菌組並未遭受同樣的負面睡眠變化。相反地,服用益生菌的小組:

• 在考試前壓力下較容易入睡
• 保持甚至加強他們的深層慢波睡眠
• 與安慰劑組相比,睡醒後的人感到更多的休息和清爽
• 這些發現表明,益生菌可能有助於保護學生在考試前的緊張時間內的睡眠。
雖然這是一項小型研究,但這些結果表明我們的微生物組可能會影響我們晚上的休息狀況,並可能使用益生菌和其他靶向微生物組的療法來保護和改善睡眠。

另一個有趣的發現是,讓腸道更健康可以幫助解決心理健康問題,例如情緒波動,憂鬱和焦慮症狀。這些有情緒障礙以及睡眠障礙的人通常也會有腸道微生物中失衡,這表明我們的腸道可以控制的遠遠超出我們的想像。睡眠與憂鬱之間的關係是眾所周知的。睡眠不足的人更容易出現情緒波動,沮喪的思想和行為。這種關係是雙向的。失眠會引發憂鬱,反之亦然。益生菌有益於精神健康,能夠緩解焦慮和抑鬱,還可以提高對壓力的適應力,這些因素也可以影響睡眠質量[19]。

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幫助腸道微生物組健康的秘訣
多吃有機食物。有機食物可以支持微生物組的健康,因為有跡象表明,農藥會損害我們的腸道中所需的良好細菌。請記住,有機不僅涉及水果和蔬菜。還要尋找豆類,穀物,乳製品和其他動物產品的有機來源。
多吃色彩繽紛的水果和蔬菜。富含完整水果和蔬菜的飲食是健康生活和健康睡眠的基礎。為了使你的腸道真正具有多種有益細菌,請注意獲取盡可能多的植物性食品。這通常被稱為五顏六色的「彩虹蔬果」,對你的腸道健康以及夜間休息都非常有幫助。
獲得足夠的益生元食品。益生元它們是腸內數兆種不同微生物的能量來源。高纖維的植物性食物是益生元的良好來源,包括蘆筍,蘋果,朝鮮薊,香蕉以及洋蔥,韭菜和大蒜。益生元也可以補充品形式獲得。最近的研究表明,富含益生元的飲食可以減輕壓力並改善睡眠。

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定期運動。運動可以幫助你更輕鬆地入睡,並在整個晚上睡得更香。最新研究表明,運動也可能直接有益於你的微生物組[20]。科學家發現,運動對微生物組組成的好處與飲食無關。
攝取最低度加工的全食物。飲食中富含糖,脂肪和高度加工食品的飲食會改變腸道微生物組的組成,從而減少有益微生物的數量。限制攝取這些食物,並以未加工的完整,富營養的食物代替它們,例如蔬菜,水果和全穀物,可以幫助恢復和保護腸道中的有益細菌。

小結
腸腦軸由中樞神經系統和腸神經系統之間的雙向通訊組成,將大腦的情感和認知中心與周邊腸道功能聯繫起來。最近的研究進展描述了腸道微生物組在影響這些相互作用中的重要性。微生物組和腸腦軸之間的這種相互作用似乎是雙向的,即通過神經,內分泌,免疫和體液的連接,從微生物組到大腦以及從大腦到微生物組發出信號。

近年來,有關微生物組及其與睡眠的關係的驚人信息已經被了解。對良好睡眠品質的投資就得先對腸道的健康投資。而且,通過吃得健康,控制壓力和積極活動來照顧腸胃,可以為睡眠帶來很多好處。睡眠良好的人具有更多樣化的腸道微生物組。腸道微生物組缺乏多樣性,與其他健康問題密切相關,例如帕金森氏病和自身免疫性疾病,以及心理健康(焦慮和抑鬱)。腸道微生物組越多樣化,整體健康可能會更好。如果你有一個紮實的健康飲食計劃,其中包含更多的植物性食品,且更少的深夜零食,其可以讓你輕鬆走上正確的健康生活方式。

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參考資料
[1] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3763921/
[2] https://academic.oup.com/sleep/article/42/Supplement_1/A43/5450952
[3] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29031742/
[4] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4323377/
[5] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24370461/
[6] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4259991/
[7] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3181883/
[8] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2515351/
[9] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3882397/
[10] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5123208/
[11] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867416315240
[12] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6290721/
[13] https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0222394
[14] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5142605/
[15] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26711739/
[16] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4370346/
[17] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6722800/
[18] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S175646461730348
[19] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6971226/
[20] https://www.joiiup.com/knowledge/content/1783

The gut-brain axis (GBA) consists of bidirectional communication between the central and the enteric nervous system, linking emotional and cognitive centers of the brain with peripheral intestinal functions. Recent advances in research have described the importance of gut microbiota in influencing these interactions. This interaction between microbiota and GBA appears to be bidirectional, namely through signaling from gut-microbiota to brain and from brain to gut-microbiota by means of neural, endocrine, immune, and humoral links. In this review we summarize the available evidence supporting the existence of these interactions, as well as the possible pathophysiological mechanisms involved. Most of the data have been acquired using technical strategies consisting in germ-free animal models, probiotics, antibiotics, and infection studies. In clinical practice, evidence of microbiota-GBA interactions comes from the association of dysbiosis with central nervous disorders (i.e. autism, anxiety-depressive behaviors) and functional gastrointestinal disorders

腸腦軸(GBA)由中樞神經系統和腸神經系統之間的雙向通訊組成,將大腦的情感和認知中心與周邊腸道功能聯繫起來。最近的研究進展描述了腸道菌群在影響這些相互作用中的重要性。微生物群和GBA之間的這種相互作用似乎是雙向的,即通過神經,內分泌,免疫和體液的連接,從腸道菌群到大腦以及從大腦到腸道菌群發出信號。

 

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