根據近兩年國內外的研究，發現腸道菌群失衡，與神經系統疾病的發生和發展有關，即“微生物-腸-腦軸”Microbiota-gut-brain axis，或“腸-腦軸”Gut–brain axis(GBA)。例如兒童及青少年期常見的如多動癥(ADHD)、抽動癥(TS)、自閉癥(ASD)等，老年期常見的如阿爾茨海默病、帕金森病等。
如上圖所示，對比了健康人腸道菌群，和神經系統疾病患者腸道菌群的明顯差異。如相比健康人群，神經系統疾病患者腸道中雙歧桿菌、抗炎細菌水平較低。
無創腦刺激技術也叫非侵入性腦刺激就是利用電流、磁場等非侵入性技術，調節大腦相關功能區的興奮性，改善神經連接，達到治療目的的技術。
常見的如經顱直流電刺激，經顱磁刺激(transcranial magnetic stimulation, TMS)等。
對腸道菌群的影響)
人類胃腸道微生物群包含超過100多種細菌，包括兩種主要的細菌門，即厚壁菌門和擬桿菌門，以及較少的放線菌門、梭桿菌門、變形菌門和疣微菌門。
根據2020年發表在《Brain Stimulation》一篇報道，患者通過為期10周，每周2次，治療后發現患者擬桿菌(bacteroidetes)/厚壁菌(fifirmicutes)的比率從8.5下降到了5.2，下降比例為38.8%;同時，羅斯拜瑞氏菌(Roseburia intestinalis)、普拉梭菌(Faecalibacterium Prausnitzii)、擬桿菌(bacteroidetes)水平明顯升高，并持續超過10周。
腸道菌群和大腦之間，通過腸-腦軸建立聯系
研究表明，腸道菌群通過刺迷走神經和腸神經系統(ENS)的神經元，在大腦和胃腸道菌群之間建立直接的神經連接。另外，迷走神經的激活水平，反應了身體的抗炎水平，炎癥水平升高，會損害腸道上皮屏障的完整性和通透性,，導致有害物質進入血液，損害神經系統。
研究人員認為，tDCS干預通過影響迷走神經，提高了抗炎癥水平，進而恢復腸道上皮屏障的完整性和通透性、改善了腸道菌群結構，改善腸道生態環境。而腸道生態系統改善，促進了神經遞質合成，再通過“腸-腦軸”(GBA)機制，影響大腦相關區域(如前額葉等)的激活/抑制水平，改善癥狀。
2021年，米蘭大學醫學院、歐洲腫瘤研究所的研究人員，在《Molecular Sciences》上發表的研究報告，總結了無創腦刺激技術和腸道菌群關系的最新研究成果。
研究團隊將參與試驗的22名患者，分為HF組、LF組和偽刺激組。HF組、LF組分別采用2種無創腦刺激技術進行干預，偽刺激組每次干預30秒后即停止。在進行每周3次、連續5周，總計15次治療后，檢查3組患者腸道菌群、神經遞質(腎上腺素、去甲腎上腺素、GABA、血清素等)變化。
下面三張圖中，紫色代表普拉梭菌、藍色代表另枝桿菌(Alistipes，是擬桿菌的一種)、淺綠色代表乳酸桿菌(Lactobacillus)、粉色代表梭狀桿菌(Clostridium)。
如上圖所示，HF組主要菌群變化情況，可以看出普拉梭菌、另枝桿菌明顯增加，乳酸桿菌明顯降低，梭狀桿菌也呈現增加的趨勢;
如上圖所示，LF組主要菌群變化情況，普拉梭菌略有增加，另枝桿菌、乳酸桿菌略有降低，而梭狀桿菌增加最為明顯;
如上圖所示，偽刺激組中，乳酸桿菌出現了明顯增長。
如上圖所示，分析了去甲腎上腺水平和擬桿菌屬、真桿菌屬(Eubacterium)、副薩特氏菌屬(Parasutterella)豐度變化的相關性。
無創腦刺激技術通過影響腸道菌群，干預去甲腎上腺素變化的可能機制
研究發現，去甲腎上腺素能刺激腸道有害菌，如空腸彎曲菌、大腸桿菌(Escherichia)增殖，所以研究團隊認為降低去甲腎上腺素水平，有益于改善腸道微生物平衡，從而對腸道微生物環境產生有益的影響;而腸道去甲腎上腺素水平的變化，與擬桿菌屬(Bacteroides)、真桿菌屬(Eubacterium)、副薩特氏菌屬(Parasutterella)密切相關。
上述研究表明，tDCS等無創腦刺激技術確實能通過影響腸道菌群結構，調節去甲腎上腺素等重要神經遞質的水平，并通過”腸-腦軸“(GBA)影響大腦相關區域。
Sorboni SG, Moghaddam HS, Jafarzadeh-Esfehani R, et al. A Comprehensive Review on the Role of the Gut Microbiome in Human Neurological Disorders. Clin Microbiol Rev. 2022 Jan 19;35
Artifon M , Schestatsky P , Griebler N , et al. Effects of Transcranial Direct Current Stimulation on the gut microbiome: a case report. Brain Stimulation, 2020, 13(5).
Ferrulli A , Drago L , Gandini S , et al. Deep Transcranial Magnetic Stimulation Affects Gut Microbiota Composition in Obesity: Results of Randomized Clinical Trial. International Journal of Molecular Sciences, 2021, 22(9):4692.
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