3.3.4. Axit gamma-aminobutyric (GABA)
GABA là một axit amin không phải protein và là chất dẫn truyền thần kinh ức chế chủ yếu trong não. Nó đóng vai trò trong việc giảm căng thẳng và điều hòa giấc ngủ. GABA gây ra tình trạng tăng phân cực của các tế bào thần kinh sau synap và tạo ra điện thế sau synap ức chế. Điều này làm tăng điện tích âm bên trong tế bào, khiến màng tế bào thần kinh khó khử cực hơn và do đó làm giảm khả năng tạo ra xung thần kinh.
Đáng chú ý là một số nghiên cứu chỉ ra rằng việc bổ sung GABA có thể có lợi về mặt chất lượng giấc ngủ. Trong một nghiên cứu, việc cung cấp cho những bệnh nhân mất ngủ 300 mg GABA mỗi ngày trong bốn tuần có liên quan đến việc tăng hiệu quả giấc ngủ và giảm thời gian ngủ. Trong một nghiên cứu khác, việc sử dụng hỗn hợp có chứa GABA và L-theanine dẫn đến giảm thời gian ngủ và tăng cả giai đoạn chuyển động mắt nhanh (REM) và giai đoạn không chuyển động mắt nhanh (NREM).
Điều quan trọng cần lưu ý là dây thần kinh phế vị là một trong những con đường tiềm năng mà GABA có thể tương tác với trục ruột-não. Ví dụ, các nghiên cứu đã chứng minh rằng việc sử dụng Lactobacillus, một loại vi khuẩn sản xuất GABA, cho chuột dẫn đến việc giảm các dấu hiệu trầm cảm và hành vi giống như lo lắng, trong khi những tác dụng như vậy không được quan sát thấy ở những con chuột bị cắt dây thần kinh phế vị.
Các nguồn thực phẩm cung cấp GABA bao gồm giá đỗ và đậu Hà Lan thông thường, gạo, yến mạch, lúa mì, rau bina, khoai tây và nhiều loại rau, mặc dù với số lượng tương đối nhỏ. Sự hiện diện của axit này trong thực phẩm có thể được tăng cường bằng cách kết hợp Lactococcus lactis, Lactobacillus brevis và các vi khuẩn axit lactic khác vào quá trình sản xuất thực phẩm. Ngoài ra, GABA cũng được sản xuất trong não từ một chất dẫn truyền thần kinh khác, glutamate. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng một số chủng vi khuẩn đường ruột có khả năng sản xuất GABA. Một phương pháp tổng hợp chất dẫn truyền thần kinh này liên quan đến việc sử dụng hệ thống glutamate decarboxylase (GAD). Quá trình chuyển đổi glutamate thành GABA thông qua một enzyme phụ thuộc vào pyridoxal-5′-phosphate, được mã hóa bởi gen gadA hoặc gadB, là một bước quan trọng trong con đường này. Một nghiên cứu sơ bộ về cơ sở dữ liệu Dự án Hệ gen vi khuẩn tích hợp/Hệ vi sinh vật đường ruột ở người chỉ ra rằng có 26 chi vi khuẩn chứa các ortholog của gen gadB, bao gồm Bacteroides, có nhiều trong hệ vi sinh vật đường ruột ở người.
Các vi khuẩn cộng sinh tham gia vào quá trình sản xuất GABA bao gồm Lactobacillus, Bifidobacterium và Bacteroides. Người ta đã chứng minh rằng vi khuẩn thuộc các chủng Lactobacillus và Bifidobacterium có thể làm tăng nồng độ GABA trong hệ thần kinh ruột. Tuy nhiên, các chủng vi khuẩn khác, chẳng hạn như Ruminococcaceae và Escherichia coli K12, có thể sử dụng GABA và gây ra sự phân hủy hợp chất này. Có thể thấy rằng hệ vi khuẩn đường ruột có thể ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa GABA và tình trạng loạn khuẩn đường ruột có thể góp phần gây ra các rối loạn giấc ngủ.
3.4. Các biến chứng do rối loạn giấc ngủ và loạn khuẩn đường ruột
Giấc ngủ thích hợp đóng vai trò trong nhiều quá trình sinh lý, và do đó, những bất thường trong mô hình giấc ngủ có thể làm tăng nguy cơ mắc các kết quả sức khỏe bất lợi. Do đó, rối loạn giấc ngủ tạo nên một nhóm rối loạn riêng biệt do những thay đổi trong hệ thống thời gian sinh học, trong đó mất ngủ và buồn ngủ quá mức vào ban ngày là một trong những triệu chứng chính của chúng.
Các nghiên cứu ban đầu được tiến hành cách đây năm mươi năm đã chỉ ra mối tương quan giữa thời gian ngủ bất thường và nguy cơ tử vong cao. Một cuộc điều tra mang tính bước ngoặt liên quan đến hơn một triệu người lớn ở Mỹ đã chứng minh rằng cả thời gian ngủ quá ngắn và quá dài đều có thể làm tăng nguy cơ tử vong. Các nghiên cứu sâu hơn đã xác nhận những phát hiện này, chỉ ra rằng ngủ trong 6 giờ trở xuống, cũng như hơn 9 giờ, làm tăng nguy cơ tử vong.
Rối loạn giấc ngủ có liên quan đến mức độ cao hơn của hai dấu hiệu viêm trong cơ thể, cụ thể là CRP và IL-6. SCFAs do hệ vi khuẩn đường ruột sản xuất có thể có đặc tính chống viêm và các nghiên cứu đã quan sát thấy rằng những bệnh nhân mắc chứng rối loạn giấc ngủ có số lượng vi khuẩn nhất định tham gia vào quá trình sản xuất các hợp chất này thấp hơn.
Béo phì thường đi kèm với chứng rối loạn giấc ngủ và mất ngủ. Phân tích tổng hợp của một số nghiên cứu theo nhóm chỉ ra mối tương quan giữa thời gian ngủ ngắn và nguy cơ béo phì tăng cao. Hơn nữa, chất lượng giấc ngủ kém có liên quan đến tình trạng giảm mỡ tệ hơn mặc dù tuân thủ chế độ ăn hạn chế calo. Sự phát triển của chứng béo phì cũng có mối tương quan tích cực với tình trạng loạn khuẩn đường ruột. Đáng chú ý là những người béo phì biểu hiện sự hiện diện ít hơn của vi khuẩn thuộc các chi Akkermansia, Faecalibacterium, Oscillibacter và Alistipes. Tương tự như vậy, sự giảm số lượng Faecalibacterium được quan sát thấy ở những bệnh nhân mắc chứng mất ngủ mãn tính.
Giảm thời gian ngủ xuống còn 4–5 giờ mỗi đêm chỉ trong một tuần đã được chứng minh là làm suy yếu khả năng nạp glucose và giảm độ nhạy insulin ở các mô. Ngoài ra, thời gian ngủ ngắn thông thường (từ 4,5 đến 6 giờ) có liên quan đến mức độ glycat hóa cao hơn đáng kể ở những người mắc bệnh tiểu đường loại 2. Hơn nữa, chứng rối loạn đường ruột cũng có thể đóng một vai trò trong sự phát triển của các rối loạn chuyển hóa carbohydrate, ảnh hưởng đến các quá trình sinh lý như rối loạn chức năng tế bào beta tuyến tụy, chuyển hóa lipid và rối loạn glucose và tình trạng viêm mãn tính. Hệ vi khuẩn đường ruột đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa tryptophan. Quá trình xử lý hợp chất này có thể tác động tích cực đến việc giải phóng insulin, làm giảm lượng glucose và tăng cường khả năng chống viêm. Ngược lại, một nghiên cứu kéo dài sáu tuần cho thấy công việc tăng thời gian nằm trên giường thêm một giờ nên thời gian thông thường có liên quan đến việc cải thiện độ nhạy insulin ở các mô ở người lớn sức khỏe được hạn chế ngủ mãn tính. Do đó, điều quan trọng là phải nhận ra rằng rối loạn giấc ngủ và chứng rối loạn đường cồn, ảnh hưởng đến giấc ngủ, đều có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của những bất thường trong quá trình chuyển hóa carbohydrate của cơ sở thể.
Mạch bệnh tim là nguyên nhân gây tử vong đầu trên toàn thế giới với tăng áp, suy tim và mạch lúa mạch là một số dạng phổ biến nhất của loại bệnh này. Tăng huyết áp là một căn bệnh liên quan đến một số yếu tố bao gồm các rối loạn chức năng đường lòng, thay đổi kết nối giữa hệ tiêu hóa và hệ thần kinh và những thay đổi trong hệ vi khuẩn đường ruột. Bệnh nhân tăng huyết áp biểu hiện sự suy giảm đáng kể về sự phong phú và đa dạng của các vi khuẩn đường ruột, như bằng chứng từ các nghiên cứu, và tỷ lệ Firmicutes so với Bacteroidetes cao hơn đáng kể như đã báo cáo trong. Thành phần của vi khuẩn đường yên có ảnh đáng kể đến quá trình điều hòa huyết áp, chủ yếu thông qua các chất chuyển hóa mà các vi khuẩn này tạo ra. Một số chất chuyển hóa như có ảnh hưởng đặc biệt, đóng vai trò quan trọng trong động lực điều hòa này. Sự gián đoạn trong quá trình sản xuất SCFA có thể gây rối loạn vi khuẩn đường ruột, từ đó có thể kích thích các tế bào enterochromaffin sản xuất 5-hydroxytryptamine. Chất dẫn truyền thần kinh này có thể ảnh hưởng đến việc nuôi dưỡng 5-HT3 của dây thần kinh kinh nghiệm, ức chế hoạt động hướng tâm của dây thần kinh kinh từ vị trí sói. Hơn nữa, việc giải phóng 5-hydroxytryptamine vào máu cũng có thể gây rối loạn mạch máu, có thể ảnh hưởng đến mạch máu tăng áp. Một lượng lớn nghiên cứu ngày càng tăng chỉ mối liên hệ giữa rối loạn vi khuẩn đường ruột và vai trò của nó trong công việc điều chỉnh tính chất của mạch máu, tình trạng viêm và áp lực.
Thoải mái vi khuẩn đường liệt có thể góp phần gây ra tăng huyết áp do angiotensin II gây ra và rối loạn chức năng mạch máu thông qua xâm nhập và viêm của các tế bào miễn dịch bên trong mạch máu. Một nghiên cứu liên quan đến việc cấy ghép chất phân từ người hiến tặng được tăng áp áp vào lòng chuột đã chứng minh rằng những người nhận có biểu hiện hiện áp áp cao. Một nghiên cứu khác, một thử nghiệm có bằng chứng ngẫu nhiên, đã chứng minh rằng chế độ ăn giàu polyphenol có thể cải thiện đáng kể tính mềm dẻo ở người cao tuổi, tăng số lượng vi khuẩn đường yên có khả năng tiêu hóa cellulose và sản xuất butyrate, đồng thời làm giảm áp lực huyết.
Ngoài ra chứng rối loạn đường ngủ, rối loạn giấc ngủ, bao gồm cả chất lượng giấc ngủ và thời gian ngủ không đủ, cũng góp phần gây ra tình trạng tăng huyết áp. Do đó, một phương pháp tiếp cận toàn diện đối với việc chăm sóc bệnh nhân, trong đó xem xét nhiều yếu tố có liên quan với nhau, bao gồm các rối loạn giấc ngủ và hệ vi khuẩn đường dây, là vô cùng quan trọng.
Một mối quan tâm đáng kể khác về sức khỏe cộng đồng là sự phổ biến của các rối loạn tâm thần, cũng có thể liên quan đến tình trạng rối loạn giấc ngủ và rối loạn vi khuẩn đường ruột. Việc thiếu ngủ ở người và động vật đã được chứng minh là dẫn đến những thay đổi trong biểu hiện của gen đồng hồ, từ đó có thể ảnh hưởng đến phản ứng thần kinh sinh học đối với căng thẳng. Điều này có thể làm tăng khả năng mắc căng thẳng và làm tăng nguy cơ mắc các rối loạn tiếp theo. Hệ vi khuẩn đường ruột đóng vai trò quan trọng trong việc sản xuất nhiều chất dẫn truyền thần kinh khác nhau, bao gồm dopamine, tryptophan, GABA, SCFA và melatonin. Các chất chuyển hóa này có ảnh hưởng sâu sắc đến hoạt động của cả hệ thần kinh ruột và hệ thần kinh trung ương. Hơn nữa, tình trạng biểu hiện GABA bị gián đoạn thường được quan sát thấy ở những người bị mất ngủ và trầm cảm.
Bệnh Alzheimer là rối loạn thoái hóa thần kinh phổ biến nhất ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương. Các cơ chế bệnh lý đặc trưng của bệnh Alzheimer kích hoạt phản ứng viêm, cuối cùng dẫn đến apoptosis hoặc hoại tử tế bào thần kinh, gây tổn thương não không hồi phục. Một số chủng vi khuẩn, bao gồm Escherichia, Lactobacillus, Saccharomyces và Bacillus, có khả năng tổng hợp một loạt các axit amin, bao gồm axit gamma-aminobutyric, 5-hydroxytryptamine, dopamine, butyrate, histamine và serotonin. Các axit amin này có thể đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh hoạt động của não. Hệ vi khuẩn đường ruột của người cao tuổi thường biểu hiện sự đa dạng giảm và mức độ vi khuẩn thấp hơn, do đó dẫn đến sản xuất butyrate thấp hơn. Điều này có thể góp phần vào sự phát triển của tình trạng viêm và sự tiến triển của tình trạng mất chức năng nhận thức. Ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy thành phần của hệ vi khuẩn đường ruột có thể ảnh hưởng đến mức độ nghiêm trọng của bệnh lý β-amyloid và suy giảm nhận thức. Hệ vi khuẩn đường ruột có thể đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh bệnh của bệnh Alzheimer, trong đó sự rối loạn ở trục ruột-não đặc biệt đáng chú ý. Một lượng lớn bằng chứng ngày càng tăng cho thấy mối tương quan giữa tình trạng viêm do chứng loạn khuẩn đường ruột và bệnh Alzheimer. Hơn nữa, rối loạn giấc ngủ có liên quan đến việc tăng nguy cơ mắc bệnh Alzheimer. Như đã trình bày trước đây, nhiều nghiên cứu chỉ ra mối quan hệ giữa sự xuất hiện của rối loạn giấc ngủ và chứng loạn khuẩn đường ruột.
3.5. Các yếu tố dinh dưỡng và chiến lược dinh dưỡng ảnh hưởng đến sức khỏe đường ruột
Thói quen ăn uống ảnh hưởng đáng kể đến thành phần của hệ vi khuẩn đường ruột. Các yếu tố chính bao gồm chất lượng chế độ ăn, thời điểm ăn, tính đều đặn của các bữa ăn và khoảng cách giữa các bữa ăn, tất cả đều ảnh hưởng đến các vi sinh vật cư trú trong ruột (Hình 3). Các yếu tố này đã được nghiên cứu sâu rộng và được ghi chép đầy đủ trong các tài liệu khoa học.
Hình: 3 Ảnh hưởng của chế độ ăn uống đến hệ vi khuẩn đường ruột.
3.5.1. Thời gian ăn và khoảng cách giữa các lần ăn
Thức ăn đi vào đường tiêu hóa đóng vai trò là chất đồng bộ hóa chính của các đồng hồ ngoại vi nằm bên trong đường tiêu hóa. Do đó, việc tiêu thụ thức ăn vào buổi tối muộn có thể gây ra những tác động xấu đến sức khỏe, làm tăng nguy cơ mắc các biến chứng nghiêm trọng như thay đổi tiết hormone, gián đoạn nhịp sinh học và thay đổi thành phần của hệ vi khuẩn đường ruột. Cơ thể con người thường hoạt động theo hai giai đoạn chính: giai đoạn hoạt động bắt đầu vào khoảng 10 giờ sáng và giai đoạn nghỉ ngơi bắt đầu vào lúc 10 giờ tối. Tính đều đặn của các giai đoạn này chịu ảnh hưởng của sự dao động trong quá trình sản xuất hormone, chủ yếu xảy ra trong giai đoạn hoạt động. Việc trì hoãn bữa ăn cuối cùng trong ngày thậm chí chỉ một giờ đã được chứng minh là dẫn đến tăng nồng độ protein phản ứng C, insulin, glucose và hemoglobin glycat hóa, cũng như giảm nồng độ cholesterol HDL. Hơn nữa, người ta đã chứng minh rằng việc ăn sớm hơn trong ngày có liên quan đến việc giảm cân nhiều hơn. Hơn nữa, có bằng chứng cho thấy rằng việc ăn uống hạn chế thời gian có liên quan đến sự thay đổi của hệ vi khuẩn đường ruột. Việc hạn chế tiếp cận thực phẩm vào những thời điểm cụ thể đã được quan sát thấy dẫn đến sự gia tăng sự hiện diện của các vi khuẩn có lợi như Oscillibacter và Ruminococcaceae, và làm giảm quần thể Lactobacillus và Lactococcus. Hơn nữa, những người ăn muộn trong ngày, đặc biệt là sau 2:00 chiều, có xu hướng có mức Lachnospira cao hơn, liên quan đến việc tiêu thụ nhiều calo hơn trong những giờ sau đó.
Ngoài thời gian ăn, tần suất và tính đều đặn của việc ăn uống cũng là những cân nhắc quan trọng. Tần suất đề cập đến số lượng bữa ăn được tiêu thụ trong ngày, trong khi tính đều đặn là chỉ báo về tính nhất quán của chúng. Nhịp sinh học của vật chủ có thể bị ảnh hưởng bởi việc tiêu thụ các bữa ăn vào những thời điểm không đều đặn hoặc bỏ bữa hoàn toàn. Ví dụ, những người có kiểu sinh học buổi tối, những người thường có lịch trình ngủ thay đổi, có nhiều khả năng bỏ bữa sáng. Xu hướng này có thể là do thói quen tích lũy nợ ngủ của họ, điều này thường khiến họ kéo dài giấc ngủ buổi sáng, thường là đánh đổi bằng bữa sáng.
3.5.2. Chất xơ trong chế độ ăn uống
Loại, chất lượng và nguồn gốc của thực phẩm tiêu thụ định hình hệ vi sinh vật đường ruột và ảnh hưởng đến thành phần và chức năng của nó. Đến lượt mình, những yếu tố này ảnh hưởng đến tương tác giữa vật chủ và hệ vi sinh vật. Trong chế độ ăn uống điển hình của lối sống phương Tây, có sự thiếu hụt đáng kể lượng carbohydrate phức hợp, đây là nguồn chất xơ quan trọng trong chế độ ăn uống. Sự thiếu hụt này có thể làm giảm không thể phục hồi sự đa dạng của vi khuẩn, dẫn đến sự biến mất của một số loài vi khuẩn trong hệ tiêu hóa. Các khía cạnh đặc trưng của chế độ ăn này, chẳng hạn như tăng lượng đường và chất béo bão hòa và giảm lượng chất xơ trong chế độ ăn, có thể góp phần làm tăng tỷ lệ mắc các bệnh mãn tính như tiểu đường loại II, ung thư, béo phì và bệnh viêm ruột.
Theo định nghĩa của Ủy ban Codex Alimentarius năm 2009, chất xơ trong chế độ ăn bao gồm các polyme carbohydrate ăn được bao gồm mười hoặc nhiều đơn vị monome có khả năng kháng lại các enzym tiêu hóa nội sinh và do đó không bị thủy phân hoặc hấp thụ ở ruột non. Chất xơ trong chế độ ăn được đặc trưng bởi sự đa dạng lớn, vì vậy mô tả của nó dựa trên nhiều phân loại khác nhau, bao gồm nguồn gốc, thành phần hóa học và tính chất lý hóa, với một phân nhóm bổ sung dựa trên mức độ trùng hợp. Chất xơ trong chế độ ăn uống cũng có thể được phân loại theo nguồn gốc của nó, với các nguồn phổ biến bao gồm ngũ cốc, rau, trái cây, hạt, hạt giống, cây họ đậu và đậu. Chất xơ từ các nhóm thực vật khác nhau có thành phần hóa học khác nhau có thể tương tác thuận lợi với thành phần đa dạng của hệ vi sinh vật đường ruột. Do đó, điều quan trọng là phải duy trì chế độ ăn uống đa dạng bao gồm nhiều loại thực phẩm thực vật, thay vì chỉ tập trung vào lượng chất xơ.
Chất xơ trong chế độ ăn uống cũng có thể được phân loại theo độ hòa tan của chúng. Chất xơ không hòa tan được liên kết với nhau bằng các liên kết hydro chặt chẽ, tạo thành cấu trúc tinh thể và kỵ nước, có khả năng chống lại quá trình thủy phân của glucosidase ngoại sinh. Các loại chất xơ không hòa tan phổ biến trong chế độ ăn uống bao gồm cellulose, hemicellulose và lignin. Các chất xơ này góp phần làm cho phân trở nên cồng kềnh hơn, nhưng ít được vi sinh vật đường ruột sử dụng hơn chất xơ hòa tan. Do đó, chất xơ hòa tan trong chế độ ăn uống dễ dàng được chuyển hóa hơn bởi các vi sinh vật đường ruột và do đó ảnh hưởng đáng kể đến sự phong phú và đa dạng của hệ vi khuẩn đường ruột của con người. Khi chất xơ hòa tan đến ruột kết, nó trải qua quá trình chuyển đổi thông qua nhiều cơ chế phân hủy khác nhau thành oligosacarit và monosacarit, sau đó được hấp thụ bởi các hệ thống vận chuyển cụ thể để tạo ra năng lượng. Sự phân hủy chất xơ trong chế độ ăn uống của hệ vi khuẩn đường ruột dẫn đến việc sản xuất axit hữu cơ, khí và một lượng lớn SCFA.
Việc sản xuất axit béo chuỗi ngắn có nhiều lợi ích cho cơ thể, bao gồm giảm nguy cơ mắc các bệnh về đường tiêu hóa, ung thư và các tình trạng viêm, cũng như làm giảm táo bón chức năng và cải thiện chất lượng giấc ngủ. Hơn nữa, hầu hết các loại chất xơ hòa tan đều thúc đẩy sự phát triển của các vi sinh vật trong ruột, đó là lý do tại sao chúng được gọi là prebiotic. Do đó, tiêu thụ một lượng thực phẩm giàu chất xơ đủ có thể ảnh hưởng tích cực đến sự đa dạng và phong phú của các vi sinh vật đường ruột. Tuy nhiên, tình trạng thiếu chất xơ mãn tính hoặc định kỳ có thể dẫn đến tiết glycoprotein niêm mạc làm nguồn dinh dưỡng, có khả năng dẫn đến xói mòn hàng rào niêm mạc đại tràng. Điều này, đến lượt nó, có thể dẫn đến rối loạn chức năng hàng rào ruột, có thể leo thang thành viêm đại tràng gây tử vong. Đảm bảo chế độ ăn uống đa dạng kết hợp nhiều loại sản phẩm có nguồn gốc thực vật trong mỗi bữa ăn là rất quan trọng để duy trì sức khỏe tổng thể. Nên tiêu thụ thực phẩm giàu axit béo omega-3 và axit béo không bão hòa, đồng thời hạn chế axit béo bão hòa.