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Oh Shit! 你了解你的大便嗎? ——《一顆屁的科學》

時報出版_96
・2019/09/03 ・1516字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 563 ・九年級

便便(或者正經點,可說排泄物)

去上大號常會說是「撇條」、「做蛋糕」或「拉屎」(taking a crap)(最後這個據說源自十九世紀的克拉普馬桶公司〔Thomas Crapper & Co toilets〕,但其實更早就有人這麼說了)。若是取諧音押韻,可以說,來一波雪特(take an Eartha [Kitt])或小噗駕到(take aWilliam [Pitt] or Brad [Pitt])

若說排泄物(糞便)是屁的母親,那麼尿液就是它的兄弟,汗算是它的姊妹,而鼻涕就是它的叔叔。結痂、耳垢、唾液、嘔吐物和肚臍屎都是婚禮或葬禮才會碰面的古怪遠親⋯⋯以上這些證明了生物學/人類學某種程度上可相互隱喻關聯(?)

本篇文章的重點都是 Shits (無誤)圖/pixabay

糞便是代謝後的廢物,也就是消化過程遺留下來的東西,以及身體想要排除的一批其他產物。男性的排便習慣與女性不同,男性平均每週排便 9.2 次,但女性只有 6.7 次;40% 的男性每天撇條一次,女性則為 33%。雖然 7% 的男性每天做兩次或三次蛋糕(敝人不才,原本還以為自己固定一天拉三次是主流派),但只有 4% 的女性如此。而且,有 1% 的女性每週小噗最多才一次,嘖嘖。順帶一提,雪特一般最受歡迎的時間是凌晨,男性會比女性早解決這事。

是什麼成為了糞便?

糞便裡有多種小腸無法吸收(因此留待大腸細菌來使其腐爛)的食物混和在一起,還有多餘及死掉的細菌、代謝過程產生的廢物、死去的腸道細胞,它們全都順勢被包覆在黏液中,這樣滑出你的屁股時會比較順暢。糞便的成分大致如下:

  • 30% 為不溶性膳食纖維(不可消化的食物,如山梨醇、纖維素、菊糖)
  • 30% 為細菌,有死的也有活的(細菌會持續進行替換)
  • 10∼20% 為無機物,例如磷酸鈣
  • 10∼20% 為油脂,如膽固醇
  • 2∼3% 為蛋白質
  • 腸道壁的死亡細胞
  • 膽紅素,老的紅血球細胞分解時會產生的一種黃色物質
  • 死亡的白血球細胞

每個人的便便各不相同,而且每天的飲食內容、消化系統功能好壞與健康狀態都會使糞便有些變化。雖說排便是人體消化過程相當正常的一環,但安全衛生是我們無時或忘的,裡頭的細菌與病原體本來就不該跑進我們嘴巴或肚子,那樣子的話,麻煩就大了。要記得勤洗手!

布里斯托大便分類法

除了懸索吊橋、柏油碎石路面與協和式客機,這個分類法也是英國布里斯托大學為人類做出的諸多偉大貢獻之一(讓我們說清楚講明白,stool 這個字的意思就是糞便)。此分類法是布里斯托皇家醫院 1997 年研發的,這份美妙的列舉名單和 BBC 那依照討厭程度排行的「最叫人不爽髒話」正式列表一樣,是那種你想不到會有人認為應該發明,可整體看來又覺得還好他們有做出來的好東西,裡面的描述還真能打中心坎。比方說,「像香腸或蛇一樣,滑順又柔軟」,唔,這聽起來其實還蠻正常的。你也許會好奇,我就先告訴你好了,我個人最愛第三種類型─「像條香腸,但表面呈現裂紋」。

你的大便屬於哪一型?圖/時報出版提供

你大概正在思考,要這個分類法做什麼,有多少人的大便那麼奇特,值得提出來大聲嚷嚷?

嗯,說出來會嚇到你,糞便型態可歸類為正常的男性只有 61%,女性只有 56%。世上千奇百怪的大便多得是,你覺得正常的玩意兒,或許實際上怪得很,要不是有人真的下功夫弄出這份列表,你大概永遠都不會曉得。

* 譯註:take a kit 與 take a pit 和 take a shit 諧音。Eartha Kitt(1927-2008)是美國女演員、爵士樂與百老匯歌手;William Pitt(1759-1806)是十八世紀晚期、十九世紀早期的英國著名政治家;布萊德.彼特(Brad Pitt,1963-)為美國男演員及電影製片人。

本文摘自《一顆屁的科學》,2019 年 7 月,時報出版

 

 

 

 

 

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出版品包括文學、人文社科、商業、生活、科普、漫畫、趨勢、心理勵志等,活躍於書市中,累積出版品五千多種,獲得國內外專家讀者、各種獎項的肯定,打造出無數的暢銷傳奇及和重量級作者,在台灣引爆一波波的閱讀議題及風潮。

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歐洲人克服乳糖不耐,少拉肚子就是達爾文贏家?
寒波_96
・2022/09/16 ・3812字 ・閱讀時間約 7 分鐘

牛奶、羊奶等生乳中含有乳糖(lactose),可以被乳糖酶(lactase)分解。但是小朋友長大以後,乳糖酶基因便不再表現,失去消化乳糖的能力。幾千年前,世界各地卻出現多款基因突變,讓人能一輩子保有乳糖酶。2022 年一項針對歐洲的研究提出觀點:這項能力之所以受到天擇喜好,是因為能避免拉肚子!?

人類如今也發明去除乳糖的牛奶。圖/被拍電影耽誤的置入性行銷之神──Michael Bay 麥可貝

史上最強遺傳適應,演化過程出乎意料?

人類原本和眾多哺乳動物一樣,小時候依賴母乳餵食,長大後不再喝奶,乳糖酶也失去作用。但是隨著人類馴化牛、羊等動物,即使是成年人也常有機會吃奶。

另一方面,由於乳糖酶基因外頭的調控位置突變,使得許多歐洲、非洲人的酵素在成年後可以持續作用,稱為乳糖酶持續性(lactase persistence,簡稱 LP,也就是乳糖耐受),而且同樣效果的不同突變,至少獨立誕生過 5 次。

具有某方面優點,使得存在感增加的 DNA 變異,稱作遺傳適應(genetic adaptation)。已知的人類案例非常多,天擇的影響力有強有弱,LP 算是受到最強烈天擇力量的基因之一。

由此推敲,當人類開始養牛、養羊,又吃奶以後,同時衍生 LP 應該是順理成章的事?然而,一系列考古學、遺傳學、古代遺傳學的探索,卻徹底打破上述看似合理的推論。

首先,考古學調查發現人類在中東馴化牛、羊,吃奶的歷史至少有 9000 年,接著距今 7000 年前已經引進歐洲多處。再來,由遺骸中直接取得古代 DNA 得知,LP 遺傳變異要等到 4000 多年前才出現,而且超過 3000 年前都還很小眾,最近 2000 年內才大幅提升存在感。

顯而易見,人類開始吃奶的年代,比獲得成年後消化乳糖的能力,更早好幾千年。 2022 年新發表的研究透過更廣泛的取樣分析,再度確認這件事。

由陶器中取樣乳脂質的地點和年代。圖/參考資料 1

再度確認:吃奶比遺傳突變更早好幾千年

隨著技術進步,如今有好幾種方法判斷古代人會不會吃奶,像是分析牙結石中的乳蛋白、容器中的乳脂質等等。新研究偵測陶器中的乳脂質,包括以前發表 188 處,以及新取得 366 處,總共 554 處中東、歐洲的遺址中,得知 6899 件乳製品存在的紀錄。

吃奶的文化能追溯到中東,新石器時代擁有農業的人群,帶著他們的牛、羊一起移民歐洲,也將吃奶文化傳入歐洲。到了距今 7000 年前,歐洲各大地區已經出現乳製品。也許不見得會直接喝生乳,不過肯定存在起司等生乳加工的食品。

比較特殊的是巴爾幹半島,現在的希臘。那時居民會養牛,養羊,吃肉肉;但是分析超過 870 件陶器,完全見不到乳脂質的蹤影。此處或許更晚才建立起吃奶文化。

總之,7000 年前吃奶文化已經廣傳歐洲各地。相比之下,比對不同年代、地點的死人骨頭取樣,消化乳糖的 LP 遺傳變異最早在 4600 年前現蹤,比吃奶晚很多。

而且 LP 出現一段時間後,存在感依然非常低,距今 3000 到 5000 年前的青銅時代,LP 並沒有什麼過人之處。到此為止,LP 只能說是人類族群中的一款普通變異,還不能算是遺傳適應。

不同年代,歐洲各地的吃奶狀況。距今 7000 年前之際(5000 BC)吃奶已經相當普及。圖/參考資料 1

現代社會:能代謝乳糖沒有好處,不能代謝只有小小壞處

儘管比本來以為的晚很多,LP 遺傳變異在歐洲族群的比例,還是於最近 3000 年內明顯上升。它到底因為什麼優點才受到天擇青睞,歷來爭論不休,有人提出營養、維生素D 等假說,可是都缺乏決定性的證據。

搜集幾十萬人遺傳資訊的英國生物樣本庫(UK Biobank),近來被大量用於各色分析。這項研究從中探討 LP 的影響,分析對象中大部分人具有 LP,少數人沒有(論文用語是 lactase non-persistent,縮寫為 LNP,也就是乳糖不耐)。比對得知,LP 並不會影響喝奶、食用乳製品的行為。

直接喝奶才有乳糖代謝的問題,加工成起司等乳製品可以避免,但是「問題」也許不是真的問題。更進一步比對,LP 對於健康狀況也沒什麼影響。簡單說就是:對 33 萬位英國人的分析發現,LP 與否,無關緊要。

加上其餘資訊推論,現代社會在正常情況下,缺乏 LP 大概就是喝奶拉肚子,不是什麼嚴重的問題。例如隨著中國經濟發展,沒有 LP 的中國人大量喝奶,多數也沒怎麼樣。

這也符合台灣人的經驗,台灣人配備 LP 的比例不高,可是隨著飲食習慣改變,多數人也就是這樣喝奶。另外喝奶會改變人的腸道菌,影響消化狀況,也是一個影響因素。

普遍缺乏 LP 的台灣人,很多人也是生乳照樣喝。圖/[廣宣] 牛奶妹 徵求中興大學牧場鮮奶長期訂戶

飢荒、疾病,時代力量的逆境考驗?

為了解釋歐洲歷史上 LP 比例的大幅上升,許多論點提出喝奶的優點,但是想想頗有可疑。把鮮奶加工製成乳製品,就能輕易抵銷 LP 問題,即使是飢荒時節也不例外;不能直接喝奶也不會餓死,吃起司就好。在營養加分方面,能喝奶真的有什麼優勢嗎?

由人群中遺傳變異的比例變化,我們能評估天擇影響的結果,但是不見得能抓到當初天擇真正的目標。新研究的分析指出,LP 的意義似乎不在創造優勢,而是避免劣勢。

跑完一大堆統計分析後,有兩項因素和 LP 的關聯性最高。一項是人口數量的波動,另一項是人口的密度。論文的解釋是,人口數量波動和飢荒有關(飢荒讓人口減少),密度和傳染病有關(人變多會增加傳染病的機率)。

沒有 LP 的人直接喝奶,副作用往往是腹瀉,在豐衣足食的現代社會多半沒有大害,還能刺激代謝,順便減肥;雖然對某些人而言,拉肚子依然是困擾的問題。

至於營養不良的人,腹瀉更可能出問題;某些疾病下,拉肚子造成脫水,容易重傷害健康。時常被營養不良、傳染病、飢荒等災厄糾纏,是古代的常態。

由此推論,不論是饑荒的短期逆境,或是傳染病的長期逆境(論文沒有特別討論,我想也包括寄生蟲?),配備 LP 的人由於能少拉肚子,生存機率也會大一點。

不同地區的人群,在不同年代的 LP 人口比例。圖/參考資料 1

魔鬼藏在拉肚子?

影響最大的年齡層可能介於 5 到 18 歲。此一小大人的階段,乳糖酶將漸漸失去作用;營養不良、體弱多病的人身體比較脆弱,拉肚子是要命的事,這或許正是天擇的目標!

古時候衛生狀況不佳,拉肚子大概很常見,而未成年人的死亡率也遠勝現在,小孩死掉並不意外。在此之下,能減少拉肚子的 LP 遺傳變異,長期累積下來,正面影響力或許頗為可觀。

這項研究的說法是否正確?它仍不足以算是決定性的證據,不過脈絡頗有道理。非洲也有多個獨立誕生的 LP 遺傳變異,相較於歐洲了解少很多,這是個潛在的研究方向。

另外不可忽視,讓乳糖酶維持作用的 LP 遺傳變異,也受到飲食習慣、生活背景影響,不單純是遺傳的事。例如自古牧業發達的蒙古、哈薩克,居民的 LP 比例一直很低,幾千年來也活得很好。少拉肚子也許能解釋歐洲的狀況,其餘地區不宜過度延伸。

延伸閱讀

參考資料

  1. Evershed, R. P., Davey Smith, G., Roffet-Salque, M., Timpson, A., Diekmann, Y., Lyon, M. S., … & Thomas, M. G. (2022). Dairying, diseases and the evolution of lactase persistence in Europe. Nature, 1-10.
  2. The mystery of early milk consumption in Europe
  3. Famine and disease drove the evolution of lactose tolerance in Europe
  4. How humans’ ability to digest milk evolved from famine and disease
  5. Ancient Europeans farmed dairy—but couldn’t digest milk

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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寒波_96
181 篇文章 ・ 747 位粉絲
生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。

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糞便不但能入藥,還能治病!將糞便微菌叢植入體內會發生什麼事?
胡中行_96
・2022/04/16 ・2332字 ・閱讀時間約 4 分鐘

(警語:本文可能令讀者「難以下嚥」,建議勿於用餐時間閱讀,謝謝。)

假若有個長達 6 個月的實驗性治療,能改善你纏身逾十載的躁鬱症,但執行的步驟嚴謹繁雜,過程中還得使用他人的糞便,您會願意一試嗎?

一名 28 歲的澳洲男子,在 10 歲時出現廣泛性焦慮症與恐慌症的徵兆,時有憂鬱、失眠的情形,表現近似強迫症的行為以及輕微過動的傾向。他在 15 歲時被診斷出躁鬱症,從此開始服用精神科藥物,而日益加重的恐慌症,更使得他在青少年晚期足不出戶。

一名澳洲男子,因多種疾病使得他在青少年時期足不出戶。圖/Pexels

多年來,他使用過多種藥物,包含:拉莫三嗪(lamotrigine)、喹硫平(quetiapine)、丙戊酸鈉(sodium valproate)⋯⋯等,劑量也多有調整,但情況始終未見改善。2019 年時,他偶然發現吃益生菌(lactobacillus acidophiluslactobacillus rhamnosussaccharomyces cerevisiae)不僅能控制他過剩的食慾,還舒緩了自己的精神疾病。

糞便微菌叢植入的臨床試驗步驟

這個經驗啟發他嘗試用益生菌來取代藥物,並進一步搜尋相關研究。當他讀到「糞便微菌叢植入」(faecal microbiota transplantation)[1] 這種療法,便毅然決然地加入新南威爾斯大學帕克(Gordon Parker)教授的臨床試驗[2]

這項實驗就如同前面所說,步驟非常嚴謹。正式療程的一個月前,這名男子開始服用抗生素(rifaximin 以及 vancomycin),採取低纖維飲食,並且戒酒。實驗結束前三天,飲食從只喝湯與清流質(例如:果汁、茶和水等),一直減到僅剩清流質。最後一晚,還要飲用二份腸道準備藥方(bowel preparations)。

療程當天早上,他先吃了三顆止瀉劑(loperaminde),再經歷 90 分鐘的大腸水療(colonic irrigation),並用液態肥皂(microdacyn)徹底移除腸道內的生物膜,一且終於準備就緒。

糞便微菌叢植入療法要徹底移除腸道內的生物膜。圖/Pixabay

正式療程的首日,醫生在診間分別透過結腸鏡(colonoscopy)和灌腸(enema),對他投以高劑量的健康糞便。次日,再次用高劑量糞便灌腸。往後要求他在家則以低劑量灌腸,頻率從每天一次逐漸遞減,直到變成二週一次,就此維持數月。

儘管大腸水療的過程猶如麻辣湯底在腸道中翻騰,「糞便微菌叢植入」卻能使患者感到整個人煥然一新。參與這個臨床試驗的澳洲男子,從 2020 年 9 月接受正式療程的首日開始,直至 2022 年 1 月為止,針對自己的情緒進行量化紀錄。結果顯示這個臨床試驗的療效,完全取代所有他原本服用的精神科藥物,不僅穩定他的情緒,還改善過動的症狀。

研究團隊以此經驗推論,或許「糞便微菌叢植入」在對口服益生菌有反應的患者身上,較容易見到療效。此外,他們希望將來的研究能釐清「糞便微菌叢植入」的療程,是否能簡化或縮短。

「以屎入藥」早在漢醫就開始使用,現今使用方式不同

話說回來,其實糞便入藥並非西醫專屬,漢醫老早就將男童與動物的糞便拿來內服外用。然而,經由灌腸植入人類糞便的作法[3],是 1958 年時美國的伊斯曼(Eiseman)醫師與同事們首創。1988 年澳洲的博羅迪(Tom Borody)醫師受到美國案例的啟發,也用同樣的方法治癒了患者的「困難梭狀桿菌感染」(clostridium difficile infection),開啟近代「糞便微菌叢植入」研究的風潮。

幾年前,還在他的「消化道疾病中心」(Centre for Digestive Diseases)增設「糞便銀行」,以造福更多病患。目前,除了羅博迪醫師的腸道感染治療,以及帕克教授的精神病研究,「糞便微菌叢植入」技術也在世界各地被廣泛運用在自閉症[4]、慢性疲勞症候群、癌症等疾病的臨床試驗上。

「糞便微菌叢植入」技術也在世界各地被廣泛運用在自閉症、慢性疲勞症候群、癌症等疾病的臨床試驗上。圖/Pexels

目前美國是將「糞便微菌叢植入」當作新藥開發,而澳洲則是作為生物製劑管理。值得一提的是,臺灣的衛福部也在 2018 年時,增修《特定醫療技術檢查檢驗醫療儀器施行或使用管理辦法》,允許「健康捐贈者的腸道菌叢,以灌腸、內視鏡或口服膠囊方式植入病人腸道系統」。法令通過後,諸如林口長庚、臺北榮總等醫院,紛紛設立相關部門,進行困難梭狀桿菌感染的治療和其他運用的臨床試驗。另外,國內不少學術會議和刊物,也都正在討論該療法未來的發展。

註解

  • 註 1:Soo WT, Bryant RV, Costello SP. Faecal microbiota transplantation: indications, evidence and safety. Aust Prescr 2020;43:36–8. https://doi.org/10.18773/austprescr.2020.014 
  • 註 2:Parker, G., Spoelma, M.J. and Rhodes, N. (2022), Faecal microbiota transplantation for bipolar disorder: A detailed case study. Bipolar Disord. https://doi.org/10.1111/bdi.13187 
  • 註 3:EISEMAN B, SILEN W, BASCOM GS, KAUVAR AJ. Fecal enema as an adjunct in the treatment of pseudomembranous enterocolitis. Surgery. 1958 Nov;44(5):854-9. PMID: 13592638. 
  • 註 4:Kang, DW., Adams, J.B., Coleman, D. et al. Long-term benefit of Microbiota Transfer Therapy on autism symptoms and gut microbiota. Sci Rep 9, 5821 (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-019-42183-0 

參考資料

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胡中行_96
98 篇文章 ・ 33 位粉絲
曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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腸道炎會導致憂鬱症?——淺談體內的腸腦軸線,揭露腸道菌的「腦控」機制!
Curious曉白_96
・2021/12/08 ・3876字 ・閱讀時間約 8 分鐘

憂鬱症及焦慮症是現代社會中常見的精神疾病,導致這些疾病的主因,不外乎聯想到大腦中結構或傳導物質發生異常,以及受到外在因素的刺激(例如家庭突發重大變故、失業、失戀等)。但其實,腸道也是造成這些疾病的兇手之一喔!阿可是……腸道和大腦位置相差這麼遠,怎麼導致疾病?腸道菌還在當中摻一咖?好奇嗎?那就把你的眼球留下來,看完以下各種酷研究吧!

2月14日, loungeroom, 不快樂 的 免費圖庫相片
研究指出,低落的情緒可能是因為腸道菌群在作怪。圖/Pexels

腸道是「第二個大腦」

眾所皆知,大腦的神經細胞數排名第一多(成千上億個),那麼誰是第二名呢?答案是,腸道神經系統(Enteric Nervous System,ENS),想不到吧!這個神經系統的成員包含食道、胃、小腸、大腸裡裡外外的神經網絡,神經細胞數量甚至多於脊髓(脊髓有約一億個神經細胞),而且還不用聽從大腦這個總指揮官的命令,就可以獨立運作。

早在哺乳動物胚胎發育神經系統時期,腸和腦就是從同一個組織——神經脊(neural crest)發育而來的,神經脊分成頭、尾兩側,它的前驅細胞往尾側走,漸漸發育成所謂的腸道神經系統(也稱腹腦),剩下頭側就發育成中樞神經系統(大腦)。

所以別以為你的大腦和腸子是遠房親戚喔,他們其實是兄弟姊妹(?),那他們有聯繫彼此的方式嗎?ㄟˊ還真的有,叫作腸-腦軸線(gut-brain axis),這個線有什麼特別之處?它影響了人體什麼功能?且聽以下說明。

腸-腦軸線是什麼?

腸-腦軸線(gut-brain axis)是腸道與大腦溝通的雙向聯繫管道,但事實上參與此管道的調控者不只有腸子和大腦,裡面還包含各種微生物群(尤其是腸道菌)及肝臟,所以準確來說是菌-腸-肝-腦軸線(microbiota-gut-liver-brain axis)。

腸—腦軸線是消化道與大腦功能及發展之間的關係。圖/WIKIPEDIA

如果這條線堪比四通八達的高速公路,這條高速公路可說是連接許多「道路系統」,包含中樞的神經、內分泌、免疫系統,其中也涵蓋負責調節壓力的下視丘-垂體-腎上腺軸(Hypothalamus-Pituitary-Adrenocortical Axis, HPA Axis),沿著高速公路往下走,連接了自律神經系統(交感、副交感、腸神經系統)。

這條高速公路真的是全身走透透,也代表它會影響超多層面的生理機制,許多疾病都跟它搭上線,尤其近年研究發現菌-腸-肝-腦軸線跟精神疾病有著密切連結。如果覺得這個關係太複雜(貴圈太亂),那我們就用以下研究者的角度來理清此網絡調控者們之間的愛恨糾葛吧!

腸道炎如何讓大腦「炎上」?

2021 年 10 月一篇在《科學》 (Science)期刊發表的一篇研究正熱烈探討腸道發炎導致憂鬱、焦慮症的分子調控機制,起初 Simona Lodato 及 Maria Rescigno 等學者們觀察過去研究 [1],發現在加拿大曼尼托巴大學的發炎性腸道疾病患者資料庫(University of Manitoba inflammatory bowel disease database)中,發炎性腸道疾病(Inflammatory bowel disease,IBD,包含潰瘍性腸炎及克隆氏症)患者群中約 4 成的患者出現精神疾病,尤其是焦慮症、憂鬱症及認知能力下降。這不禁讓這群學者們開始好奇,腸道發炎是否會導致這些精神疾病?

基因、飲食、睡眠品質、感染、環境毒物與黏膜免疫都可能影響腸道機能,進而影響到大腦的神經系統。圖/WIKIPEDIA

從研究結果發現 [2],潰瘍性腸炎的患者們及模擬此一疾病的小鼠們都有受損的腸道血管屏障(gut vascular barrier, GVB),腸道血管屏障可說是連結腸道和肝臟的門衛,負責過濾人體攝取的營養物質,將造成威脅的細菌拒之門外,一旦它壞掉了,便會門戶大開,而在腸道中的外來入侵菌及被召集的免疫細胞軍團們,以及它們所造成發炎反應,便會直搗肝臟,戰火甚至還擴及到了大腦。

不過,大腦內部可不是閒雜人等可以過去的,當腸道發炎時,體內會產生 Wnt/β-catenin 信號提前為大腦通風報信,並關起連接大腦與身體的大門-腦脈絡叢的血管屏障(vascular barrier in the brain choroid plexus, 以下簡稱 PVB),在正常狀態下,這道門是允許 70 kDa 的大分子進入大腦以便大腦能與身體其他地方互通訊息,但基於保護大腦,這道門關閉了!

雖然大腦懂得保護自己是好事,不過相對來講,這一反常態的舉動也造成了後續的損傷。從小鼠實驗的結果來看,關閉 PVB 的小鼠組別相較於正常開啟 PVB 的小鼠組別,他們所表現出的焦慮行為較高,甚至還會產生短期記憶受損。

以上,都是從「現象觀察」至「整體機制」的探討,但是,造成這一切的主使者究竟是誰?把主使者揪出來能改善這一切嗎?好奇的話,就繼續給它看下去!

區區腸道菌,竟可操縱大腦主控權?

我們都知道腸道菌大致分成好菌及壞菌兩種,好菌讓你擁有好的代謝及吸收營養的能力,壞菌讓你便秘、拉肚子樣樣來。不過,這些菌不只掌管消化,他們也會左右人的大腦喔!國立成功大學生理學科暨研究所的吳偉立教授所帶領的研究團隊,也在 ⟪自然⟫(Nature)期刊中發表了一篇關於腸道菌透過調控腦神經元影響社交行為的研究 [3]

他們發現,無論是無菌鼠還是吃了廣效性抗生素的小鼠,當遇到陌生鼠時,他們與陌生鼠的社交互動能力都較一般小鼠低,暗示著微生物菌群可能會影響小鼠的社交能力。

大腦可以透過迷走神經傳遞訊息物質給腸道,腸道也能透過循環系統傳遞物質給大腦。圖/WIKIPEDIA

此外,將小鼠的腸道菌移除會活化其特定腦區活動,而這些腦區都與社交能力的反應有關。同時,他們體內的皮質酮 (corticosterone)也較一般小鼠高。上文提及腸-腦軸線涵蓋了下視丘-垂體-腎上腺軸(HPA Axis),皮質酮 (corticosterone)就是當哺乳類動物感受到壓力時,腎上腺皮質所產生的激素,適量的皮質酮有助於身體在壓力下回復平衡,但是過多的皮質酮就會造成憂鬱症及創傷後心理壓力緊張綜合症等精神疾病。

更值得注意的是,特定的腸道菌群例如糞腸球菌(Enterococcus faecalis)居然能使服用廣效性抗生素的小鼠體內過量的皮質酮恢復至正常水平,甚至恢復社交能力。可見腸道菌的威力不容小覷阿~

除了吳教授的研究,密西根州立大學的神經學家 Rebecca Knickmeyer 也發現,嬰兒體內的腸道菌群差異會影響他們對於新事物感到恐懼的反應 [4, 5]。恐懼,是人類感受到威脅時所產生出來最直覺的反應,也算是一種警戒、自我保護的表現,但是過度的恐懼就會繁衍成焦慮及憂鬱。

因此學者們想以恐懼反應為指標,測試這些未經世事的嬰兒們在遇到一系列的萬聖節面具時所產生出來的反應,包含臉部表情、聲音、肢體動作、驚嚇反應等都是評分依據。從研究結果發現,整體腸道菌群失衡(某些特定菌種雄霸一方)的嬰兒跟腸道菌群平衡的嬰兒相比,較易表現出對面具的恐懼感。

特別的是,學者們還仔細分析出這些嬰兒中的特定腸道菌的數量會決定恐懼反應的產生。例如降低擬桿菌 (Bacteroides),增加韋榮氏球菌(Veillonella)、戴阿利斯特桿菌(Dialister)、雙歧桿菌 (Bifidobacterium)、乳酸桿菌 (Lactobacillus)及一種未命名的梭菌屬(Clostridiales)的數量都會增加恐懼反應,可見腸道菌的幫派之間也足以搶佔人體的精神主控權。

特定的腸道菌相會加強嬰兒的恐懼反應,可見人類的情緒並不完全由腦內環境決定。圖/Pexels

揭開精神疾病與腸道的秘密連結

綜觀上述研究,相信大家都發現無論從分子調控、生理學、行為學來看,腸道菌群的種類會默默影響著人的精神狀態,而且搭上腸-腦軸這條高速公路,要控制大腦就並非難事啦!所以這也就是所謂蝴蝶效應,可謂牽一「菌」而動全身。

既然腸道菌會影響憂鬱、焦慮症,那麼將來可望透過改善體內腸道菌種來治療精神疾病嗎?一篇發表在《英國醫學期刊》(British Medical Journal)的研究 [6] 確實發現透過攝取食物所產生的益生菌能緩解憂鬱和恐慌症症狀,因此未來是否能研發出一種「百憂解」的治療性腸道菌,嗨呀~值得期待一波啦~

參考資料

  1. Bernstein, C N et al. “The prevalence of extraintestinal diseases in inflammatory bowel disease: a population-based study.The American journal of gastroenterology vol. 96,4 (2001): 1116-22. doi:10.1111/j.1572-0241.2001.03756.x
  2. Carloni, Sara et al. “Identification of a choroid plexus vascular barrier closing during intestinal inflammation.Science (New York, N.Y.) vol. 374,6566 (2021): 439-448. doi:10.1126/science.abc6108
  3. Wu, Wei-Li et al. “Microbiota regulate social behaviour via stress response neurons in the brain.Nature vol. 595,7867 (2021): 409-414. doi:10.1038/s41586-021-03669-y
  4. Carlson, Alexander L et al. “Infant gut microbiome composition is associated with non-social fear behavior in a pilot study.Nature communications vol. 12,1 3294. 2 Jun. 2021, doi:10.1038/s41467-021-23281-y
  5. Fear Response in Babies May Be Shaped by Their Gut Microbiome, Study Reveals
  6. Noonan, Sanjay et al. “Food & mood: a review of supplementary prebiotic and probiotic interventions in the treatment of anxiety and depression in adults.BMJ nutrition, prevention & health vol. 3,2 351-362. 6 Jul. 2020, doi:10.1136/bmjnph-2019-000053
  7. 「腸道菌透過腦部神經元調控社交行為」之專家意見- 台灣科技媒體中心
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