Tóm tắt
Các thành phần trong chế độ ăn uống, bao gồm chất xơ, axit béo không bão hòa và polyphenol, cùng với thời điểm và khoảng cách giữa các bữa ăn, ảnh hưởng đáng kể đến khả năng sản xuất các chất chuyển hóa khác nhau của hệ vi sinh vật đường ruột, những chất cần thiết cho giấc ngủ chất lượng và sức khỏe tổng thể. Bài đánh giá này khám phá vai trò của hệ vi sinh vật đường ruột trong việc điều hòa giấc ngủ thông qua các chất chuyển hóa khác nhau như axit béo chuỗi ngắn, tryptophan, serotonin, melatonin và axit gamma-aminobutyric. Một chế độ ăn uống cân bằng giàu thực phẩm có nguồn gốc thực vật giúp tăng cường sản xuất các chất chuyển hóa điều hòa giấc ngủ này, có khả năng mang lại lợi ích cho sức khỏe tổng thể. Bài đánh giá này nhằm mục đích tìm hiểu cách thói quen ăn uống ảnh hưởng đến thành phần hệ vi sinh vật đường ruột, các chất chuyển hóa mà hệ vi sinh vật này tạo ra và tác động tiếp theo đến chất lượng giấc ngủ và các tình trạng sức khỏe liên quan.
Từ khóa: hệ vi sinh vật, đường ruột, chất lượng giấc ngủ, chế độ ăn uống
- Giới thiệu
Hệ vi sinh đường ruột đề cập đến hàng triệu vi sinh vật cư trú trong đường tiêu hóa của con người. Sự đa dạng của nó ảnh hưởng đáng kể đến sức khỏe từ thời kỳ trước khi sinh và chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, bao gồm dân tộc và giới tính. Ngược lại, hệ vi sinh đường ruột là một khái niệm rộng hơn không chỉ bao gồm các vi sinh vật này mà còn bao gồm các chất chuyển hóa mà chúng tạo ra, vật liệu di truyền của chúng và các điều kiện môi trường khác . Từ khi sinh ra cho đến hết cuộc đời, hệ vi sinh trải qua những thay đổi năng động ảnh hưởng đáng kể đến sức khỏe.
Ở trẻ sơ sinh đủ tháng, thành phần của hệ vi sinh đường ruột thay đổi tùy theo phương thức sinh nở và loại thức ăn. Sinh nở tự nhiên có liên quan đến quá trình định cư phản ánh các đặc điểm của đường âm đạo của người mẹ, chủ yếu là các vi khuẩn như Lactobacillus, Prevotella hoặc Sneathia spp. Ngược lại, sinh mổ dẫn đến một loại hình xâm nhập khác, giống với các vi sinh vật được tìm thấy trên da của người mẹ và trong khoang miệng, chẳng hạn như Enterobacter hormaechei, Enterobacter cancerogenus, Haemophilus parainfluenzae, Haemophilus aegyptius, Haemophilus influenzae, Haemophilus haemolyticus, Staphylococcus saprophyticus, Staphylococcus lugdunensis, Staphylococcus aureus, Streptococcus australis, Veillonella dispar và Veillonella parvula. Điều quan trọng là sinh mổ không chỉ không tiếp xúc với hệ vi khuẩn đường âm đạo mà còn với hệ vi khuẩn đường phân .
Phương pháp cho ăn cũng ảnh hưởng đến thành phần của hệ vi khuẩn đường ruột ở trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ sau này. Trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ bú sữa mẹ có thành phần hệ vi khuẩn đường ruột khác nhau, chủ yếu bao gồm Lactobacillus, Staphylococcus và Bifidobacterium. Ngược lại, việc cho trẻ ăn sữa công thức có liên quan đến hệ vi khuẩn đường ruột chủ yếu bao gồm Roseburia, Clostridium và Anaerostipes. Người ta cũng quan sát thấy rằng việc cho trẻ ăn sữa công thức nhân tạo sẽ đẩy nhanh quá trình trưởng thành của hệ vi khuẩn đường ruột và làm tăng sự phổ biến của các vi sinh vật có thể góp phần gây ra các quá trình viêm.
Nhìn chung, hai năm đầu đời được đánh dấu bằng những thay đổi năng động và mạnh mẽ nhất trong hệ vi khuẩn đường ruột. Ngoài việc tiếp xúc với vô số vi sinh vật trong môi trường của mình, trẻ sơ sinh trải qua giai đoạn phát triển quan trọng được đánh dấu bằng việc mở rộng chế độ ăn uống của chúng để bao gồm cả thức ăn rắn. Việc đưa thức ăn rắn vào chế độ ăn thúc đẩy những thay đổi nhanh chóng về mặt cấu trúc và chức năng của hệ vi khuẩn, hình thành nên thành phần đường ruột ngày càng giống với thành phần của người lớn. Đến 5 tuổi, nền tảng của hệ vi khuẩn đường ruột đã được thiết lập, xác định cấu trúc cơ bản của hệ vi khuẩn này trong suốt cuộc đời sau này. Cuối cùng, thành phần của hệ vi sinh vật đường ruột ổn định trong thời kỳ dậy thì.
Thành phần của hệ vi sinh vật chịu ảnh hưởng của các bệnh nhiễm trùng trong quá khứ và việc sử dụng kháng sinh, đặc biệt là trong hai năm đầu đời [9], cũng như của thuốc chống viêm không steroid và thuốc ức chế bơm proton. Ở giai đoạn sau của cuộc đời, chế độ ăn uống, lối sống, căng thẳng mãn tính, tiếp xúc với môi trường và chất lạ đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành hệ vi sinh vật.
- Phương pháp
Đã tiến hành tìm kiếm có hệ thống các tài liệu trong cơ sở dữ liệu PubMed để xác định các nghiên cứu có liên quan đến bài đánh giá hiện tại. Chuỗi tìm kiếm sau đã được áp dụng: (“gut microbiome “OR” short-chain fatty acids “OR” sleep and gut microbiome “OR” diet and microbiome “OR” circadian rhythms “OR” microbiome and circadian rhythms “OR” chronotype “OR” tryptophan metabolic “OR” serotonin production “OR” gamma-aminobutyric acid “OR” sleep disorder “OR” sleep disorder and dysbiosis of the gut microbiome “OR” dietary elements “OR” dietary elements and microbiome “OR” dietary fiber “OR” polyphenols “OR” fats “OR” western diet “OR” fructose “OR” saccharose “OR” meat “OR” alcohol”). Chúng tôi đã cố gắng giới hạn tìm kiếm các bài báo trong phạm vi 5 năm; tuy nhiên, nếu không có dữ liệu nào khả dụng trong phạm vi này, các nghiên cứu từ những năm trước đó cũng đã được đưa vào.
3. Xem xét
3.1. Hệ vi khuẩn đường ruột ảnh hưởng đến nhịp sinh học của vật chủ như thế nào?
Đồng hồ sinh học là hệ thống phức tạp bên trong các sinh vật sống giúp tạo điều kiện cho phản ứng với sự trôi qua của thời gian, dự đoán những thay đổi của môi trường và điều chỉnh nhiều quá trình sinh lý khác nhau. Khái niệm này bao gồm tất cả các cơ chế, cấu trúc và con đường liên quan đến việc đo lường hoặc nhận thức thời gian, trải dài từ cấp độ tế bào đến cấp độ hệ thống. Đồng hồ sinh học là loại đồng hồ sinh học chuyên biệt nhất. Ở người, nó đóng vai trò là hệ thống tính thời gian chủ yếu, nhiều cấp độ và mạnh mẽ, hoạt động theo chu kỳ gần 24 giờ. Nó được đồng bộ hóa bởi các tín hiệu bên ngoài như ánh sáng và lượng thức ăn nạp vào, ảnh hưởng đến pha của nó. Trong hệ vi khuẩn, chủ yếu bao gồm các sinh vật đơn bào, có thể tồn tại các dạng đồng hồ sinh học thô sơ hơn. Chức năng của các hệ thống tính thời gian đơn giản hơn, được giả định này có thể được quan sát thấy trong hoạt động nhịp nhàng của hệ vi khuẩn.
Sự rối loạn về thành phần định lượng và định tính của hệ vi khuẩn đường ruột dẫn đến chứng loạn khuẩn, có thể phá vỡ các chức năng của cơ thể và có khả năng dẫn đến bệnh tật và rối loạn giấc ngủ. Sự phụ thuộc lẫn nhau giữa hệ vi khuẩn đường ruột và vật chủ cho thấy ảnh hưởng lẫn nhau của chúng đối với việc điều hòa hệ thống sinh học của vật chủ và hoạt động của hệ vi khuẩn. Các yếu tố gây bệnh phát sinh từ lối sống hiện đại (bao gồm, trong số những yếu tố khác, chế độ ăn uống của phương Tây, tiếp xúc với ánh sáng nhân tạo vào ban đêm, ăn muộn và chu kỳ ngủ-thức không đều) phá vỡ mối quan hệ giữa hệ vi khuẩn của vật chủ và vật chủ, dẫn đến những thay đổi trong hệ vi khuẩn đường ruột và đồng hồ sinh học của vật chủ. Những thay đổi này, đến lượt nó, có thể tạo ra một môi trường thuận lợi cho sự phát triển của các rối loạn giấc ngủ, tình trạng viêm mãn tính và các bệnh của nền văn minh.
Một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hoạt động nhịp nhàng của các vi sinh vật cộng sinh là đồng hồ sinh học của vật chủ. Sự gián đoạn liên tục của nhịp sinh học, do thay đổi thói quen ăn uống, sử dụng thiết bị điện tử, lệch múi giờ, làm việc theo ca hoặc căng thẳng, có tác động bất lợi đến thành phần của hệ vi sinh vật đường ruột. Tuy nhiên, ảnh hưởng này không phải là một chiều, vì đã được chứng minh rằng nhịp điệu của hệ vi sinh vật đường ruột cũng có thể ảnh hưởng đến hoạt động của đồng hồ sinh học . Ví dụ, ở chuột, việc bổ sung chất xơ prebiotic điều chỉnh tích cực đồng hồ sinh học thông qua quá trình sản xuất axit béo chuỗi ngắn (SCFA) theo nhịp điệu của hệ vi sinh vật. Điều này, cùng với các phát hiện mới nổi khác, làm nổi bật mối liên hệ rõ ràng giữa nhịp điệu của hệ vi sinh vật đường ruột và nhịp sinh học của vật chủ. Tuy nhiên, bản chất chính xác của mối quan hệ này vẫn chưa rõ ràng và cần nghiên cứu thêm để xác định mức độ nhịp điệu của hệ vi sinh vật đường ruột ảnh hưởng đến nhịp sinh học của vật chủ.
Cả thời gian và thành phần của bữa ăn đều là những yếu tố thiết yếu để duy trì hoạt động bình thường của đồng hồ sinh học. Hơn nữa, sự khác biệt giữa ngày và đêm được quan sát thấy về thành phần, vị trí và hoạt động của hệ vi sinh vật đường ruột, phụ thuộc vào chu kỳ ăn uống của vật chủ.
Não và ruột được kết nối thông qua trục hệ vi sinh vật đường ruột-ruột-não. Hệ vi sinh vật đường ruột ảnh hưởng đến chức năng não thông qua ba con đường sau: điều hòa miễn dịch, thần kinh nội tiết và tự chủ (Hình 1). Trong con đường điều hòa miễn dịch, hệ vi sinh vật tương tác với các tế bào miễn dịch, do đó ảnh hưởng đến mức độ prostaglandin E2, cytokine và yếu tố đáp ứng cytokine. Các quá trình này điều chỉnh chức năng não. Trong bối cảnh của con đường tự chủ, chủ yếu được cấu thành bởi dây thần kinh phế vị, các tế bào thần kinh cảm giác của đám rối cơ ruột hình thành các kết nối synap với các tế bào thần kinh vận động trong ruột. Các tế bào thần kinh vận động này tham gia vào quá trình điều hòa thần kinh tiết hormone đường ruột và kiểm soát các kiểu vận động ruột. Hệ thần kinh ruột cũng hình thành các kết nối synap liên kết dây thần kinh phế vị với não, tạo ra một con đường giữa hệ vi sinh vật đường ruột, dây thần kinh phế vị và não. Các chất chuyển hóa độc thần kinh do hệ vi sinh vật đường ruột tạo ra, chẳng hạn như amoniac và axit D-lactic, có thể ảnh hưởng tiêu cực đến chức năng não, chất lượng giấc ngủ và phản ứng căng thẳng thông qua con đường này. Con đường thần kinh nội tiết cung cấp một con đường khác mà hệ vi sinh vật đường ruột có thể ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương và trục hạ đồi-tuyến yên-tuyến thượng thận, chủ yếu thông qua việc điều hòa tiết chất dẫn truyền thần kinh, bao gồm serotonin, cortisol và melatonin.
Hình 1: Biểu diễn trực quan các yếu tố ảnh hưởng đến thành phần và hoạt động của hệ vi khuẩn đường ruột và các con đường giao tiếp của nó với não.
Các vi sinh vật xâm chiếm ruột người có khả năng sản xuất nhiều chất dẫn truyền thần kinh và cytokine khác nhau (ví dụ: axit béo chuỗi ngắn, dopamine, axit gamma-aminobutyric, 5-hydroxytryptophan và melatonin). Các chất chuyển hóa này không chỉ có thể tương tác với dây thần kinh phế vị mà còn với hệ thần kinh trung ương bằng cách điều chỉnh các tế bào nội tiết đường ruột. Ví dụ, vi khuẩn thuộc chi Lactobacillus và Bifidobacterium có thể tiết ra axit gamma-aminobutyric (GABA), sự thiếu hụt của axit này có mối tương quan tích cực với các rối loạn giấc ngủ. Ở những bệnh nhân bị mất ngủ và trầm cảm, người ta thường quan sát thấy biểu hiện mRNA bất thường của axit gamma-aminobutyric.
Như đã nêu trước đây, quá trình sản xuất các chất chuyển hóa của hệ vi khuẩn diễn ra theo nhịp điệu, tác động đáng kể đến nhịp sinh học và quá trình trao đổi chất của vật chủ. Điều này cung cấp thêm bằng chứng về tác động của hệ vi sinh vật lên cân bằng sinh học và chuyển hóa của vật chủ. Hơn nữa, hệ vi sinh vật đường ruột tham gia vào quá trình chuyển đổi choline trong chế độ ăn thành trimethylamine, sau đó trải qua quá trình chuyển đổi trong gan. Quá trình này có khả năng ảnh hưởng đến biểu hiện của gen đồng hồ sinh học của vật chủ trong các tế bào nội mô.