讀者們是否有這樣的經驗，當你準備第一次上台演講或報告之前，由於心理壓力，反應在身體上的，可能是便秘或腹瀉；又例如，當你腸胃不適，情緒可能會低落、煩躁，或可能伴隨頭暈、疲倦？這就類似，想到令人興奮的事情會讓你「心跳加速」，而想到傷心的事情會讓人「揪心不已」一樣，生理與心理會相互影響，腸道與大腦之間也存在雙向溝通，這就是研究人員所描述的「腸-腦軸」(Gut-Brain Axis)。
這篇文章除了整理了什麼是「腸–腦軸」、「精神益生菌」(psychobiotics)、泡與和酸菜等發酵食品是經由哪些作用機制影響生理健康，還簡單科普了腦神經(cranial nerve，不是大腦)與迷走神經(Vagus nerve)，閱讀的時候，讀者可以發揮想像力，揣摩一下它們是位在自己身體哪個位置。這篇文章有點複雜，有興趣的讀者，請繼續往下閱讀。
「腦神經」(cranial nerve)
常常閱讀醫療資訊的讀者對「感覺神經」、「運動神經」這類生物醫學名詞應該很熟悉，但對「腦神經」(不是大腦)可能比較陌生。
簡單地說，運動神經、感覺神經與腦神經共同構成複雜的訊息傳遞網路，負責身心協調：
- 感覺神經：將外在刺激，例如，冷熱、花香、癢感、疼痛、…等，傳至腦/脊髓(中樞神經)；
- 腦神經(不是大腦，是頭部發出的周圍神經，共12對)：與大腦皮質連結，快速處理感覺並下達指令；
- 運動神經：將大腦的運動指令傳遞到肌肉，以產生所需的運動，例如，拿東西、夾菜、張嘴吃飯、走路、跑步、跳舞、…等。
由於本篇討論的「腸–腦軸」會牽涉到第十對腦神經–迷走神經，所以，在討論「腸–腦軸」之前，先簡單科普一下人體的腦神經(cranial nerve)。
第十對「腦神經」(cranial nerve)–迷走神經(Vagus nerve)
在人體中，傳統上認為一共有12對腦神經，在大腦/脊髓 (中樞神經，Central Nervous System，CNS)與身體各部位之間傳遞信息，視覺、嗅覺、聽覺、味覺、…等均經由腦神經在中間傳遞。
在生理學上，要記住這12對腦神經有一簡單的「背誦口訣」：
- 一嗅(傳遞嗅覺信息)、二視(向大腦傳遞視覺信息)、三動眼(支配各種肌肉協同完成眼球運動)
- 四滑(滑車神經)、五叉(三叉神經)、六外旋(外旋神經)
- 七顏(顏面神經)、八聽(前庭耳蝸神經)、九舌咽(舌咽神經)
- 十迷走(迷走神經)、十一副(副神經)
- 十二舌下神經束(舌下神經)
而與今天要討論的、與「腸-腦軸」有關的，是第十對腦神經–「迷走神經」(Vagus nerve)(上圖右中，編號X)：
- 迷走神經屬混合性神經，是人體腦神經中最長、分布範圍最廣的一組神經，含有感覺神經、運動神經、與副交感神經纖維(屬於「自律神經系統」)。
- 主要功能之一是，支配呼吸系統、消化系統的絕大部分、與心臟等器官的感覺、運動和腺體的分泌。
至於其它11對神經，與今天的主題無關，有興趣的讀者可以自行查詢。
腸道與大腦(中樞神經，CNS)的雙向溝通：腸–腦軸(gut-brain axis)
腸–腦連接複雜且雙向。消化系統與中樞神經系統(腦/脊髓)之間會雙向傳遞訊號，一方的健康或疾病會影響另一方。
腸道消化食物、吸收營養，在健康中扮演著重要角色。但越來越多的科學家認識到，消化系統對整體健康有更廣泛的影響，其中一個引人入勝之處在於它對大腦的直接影響和溝通，這種溝通管道被科學家稱為腸–腦軸(gut-brain axis)。
臨床上，大腦與腸道在功能和生理上通常歸類於兩個不同的系統，但它們之間可以進行溝通。溝通的通路有：
- 神經通路(腸神經系統、迷走神經)；
- 也包含經由血液循環系統的「免疫通路」和「神經內分泌通路」。
神經通路
◆腸神經系統(enteric nervous system，ENS)–第二大腦
- 腸神經系統(enteric nervous system，ENS)是位於胃腸道內的神經網絡，它的主要功能是控制消化，包括吞嚥、釋放分解食物的酵素、控制血液流動以幫助營養吸收以及排泄。
- 整個大腦中約有860億個神經元。而腸神經系統由兩層薄薄的神經細胞組成，擁有超過1億個神經元(也有科學家說是1.5億或5億)，覆蓋從食道到直腸的整個消化道，是除大腦外最複雜、最大、最多的神經網路。因此，一些科學家稱之為「第二大腦」。
腸神經系統不具備大腦的思考能力，但它藉由迷走神經的連結與大腦進行雙向溝通，並產生深遠的影響。
◆迷走神經(Vagus Nerve)
讀者應該也經常讀到「迷走神經」這個名詞，但你知道它位在何處嗎？它有哪些功能嗎？
- 迷走神經(Vagus Nerve)是12對腦神經之一，腦神經起於顱骨，向下延伸至全身，沿途分支眾多。是腦神經中最長、分布範圍最廣的一組神經。
- 迷走神經屬混合性神經含有感覺神經、運動神經、與副交感神經纖維(屬於「自律神經系統」)。
- 它的主要功能之一是，支配呼吸系統、消化系統的絕大部分、與心臟等器官的感覺、運動和腺體的分泌。
- 它是腸神經系統與大腦之間的主要連結。(詳見上圖的中間部位)
- 迷走神經將腸道內的感覺訊息(sensory information)從腸神經系統傳遞到大腦；作為回應，大腦將運動信號(motor signals)傳遞到腸道。
- 迷走神經除了有感覺神經、運動神經，也包含副交感神經，可以調節腸道內各種反射(自律神經，包含交感與副交感神經)，以應對化學變化或食物的存在等變化。這些反射被稱為迷走神經反射(vagal reflexes)。
- 。內在迷走神經反射(Intrinsic vagal reflexes)在腸神經系統內運作，無需大腦參與，例如，腸胃蠕動、啟動咳嗽或吞嚥等保護機制等。
- 。外在迷走神經反射(Extrinsic vagal reflexes)是透過腸神經系統與中樞神經系統之間的溝通而運作，例如，心血管調節、呼吸調節等。
血液循環系統通路
血液循環系統是全身性的，是人體精密的「物流系統」。腸道吸收的營養會隨血液循環供應全身細胞使用，同樣的，腸道細胞與腸道微生物產生的化學分子、免疫分子，可以從腸道→進入血液→輸送到身體其它部位。
◆免疫系統與發炎
「腸–腦軸」也透過免疫系統連結。腸道和腸道微生物所分泌的物質與排泄物可能經血液循環進入體內，在免疫系統和發炎反應中發揮重要作用。
- 如果腸道的免疫系統長時間處於「開啟」、興奮狀態，就會導致發炎，發炎因子會隨著血液循環而流遍全身。
- 例如，脂多醣(LPS)是一種由某些細菌(例如，大腸桿菌)產生的一種發炎毒素，它是免疫系統的強力活化劑，當腸道屏障出現滲漏時(例如，腸漏症)，LPS從腸道進入血液，引起發炎。
- 發炎物質和脂多醣(LPS) 與多種腦部疾病有關，包括重度憂鬱症、失智症和精神分裂症。
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◆內分泌系統與神經傳導物質(Neurotransmitters)
- 神經傳導物質在大腦與腸道中產生，以控制神經系統與消化系統的功能。
- 腸道內壁特化內分泌細胞–腸嗜鉻細胞(enterochromaffin cells，EC細胞)透過分泌神經傳導物質血清素(Serotonin，5-HT)和其它胜肽(Peptides)類物質以調節腸神經系統(ENS)中的神經元訊號傳導。
- 腸嗜鉻細胞，生產體內約90%的血清素，並與感覺神經路徑相互作用，血清素在腸道蠕動、噁心、食慾、發炎、焦慮、情緒、學習、記憶與睡眠發揮作用。血清素常被稱為「快樂荷爾蒙」。
- 腸道微生物也會產生γ-氨基丁酸(GABA)的神經傳導物質，它有助於控制恐懼與焦慮的感覺。
- 下視丘-腦下垂體-腎上腺(HPA)是一個複雜的神經內分泌系統，參與身體對壓力的反應。
- 。研究顯示，壓力，尤其是慢性不可預測的壓力，是誘導囓齒動物憂鬱和焦慮的重要行為學模型。
- 。HPA軸由下視丘、腦下垂體和腎上腺組成，它們協同作用，透過釋放皮質醇等荷爾蒙以調節身體的壓力反應。
◆腸道微生物群(Gut Microbiota )
信不信由你，生活在腸道中的細菌也參與了「腸–腦軸」的運作。它們產生的化學物質也會影響大腦運作。在這裡，「腸–腦軸」又稱為「菌－腸－腦軸線」(Microbiota-Gut-Brain axis，MGB axis)，特別是用來描述腸道微生物、腸道與大腦之間雙向溝通系統，透過神經(例如，迷走神經）、免疫系統及代謝產物(例如短鏈脂肪酸SCFA)相互影響。
- 腸道微生物產生或幫助產生許多化學神經傳導物質，這些神經傳導物質藉由血液循環系統的運送，可以在腸道與大腦之間傳遞訊息。
- 。腸道微生物透過消化膳食纖維產生大量的短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFA)，例如丁酸、丙酸和乙酸。
- 。短鏈脂肪酸以多種方式影響大腦功能，例如降低食慾。
- 反過來，大腦和腸道也可以透過改變腸道環境來影響腸道微生物群。
腸–腦連結可能會影響哪些身體功能？
大腦和消化系統一起演變幫助我們生存。飲食對整體健康非常重要，而在漫長的歷史中隨著食物的可用性變化很大，這取決於當時可用的資源。
大腦與腸道需要保持密切聯繫，確保我們獲得所需的營養。如果吃錯了東西，或需要踩煞車，就必須建立一套完善的警報系統。
這套警報系統也包含了大腦的情緒部分。情緒會加劇腹部的生理感覺，而強烈的生理感覺又會提高壓力水平與情緒反應。這種回饋循環在大腦和腸道之間特別強烈。
經由上述的神經通路與血液循環通路，研究表明，腸道和大腦之間的相互作用可能會影響人體的生理與心理：
◆「腸–腦軸」與生理層面的關係
- 飢餓和飽足感
- 飲食偏好與渴望
- 食物過敏與食物不耐受(food intolerance)
- 腸道蠕動
- 消化
- 新陳代謝
- 免疫
◆「腸–腦軸」與精神層面的關係
- 情緒
- 行為
- 壓力水平
- 認知功能
可能對「腸–腦軸」有益的5類食物
有幾類食物對「腸–腦軸」特別有益。
- 富含ω-3脂肪酸的食物：
- 。是構成大腦細胞膜的關鍵成分，對維持認知功能、提升記憶力、神經傳導以及抗發炎分常重要。
- 。這類脂肪酸存在於富含油脂的魚類中，例如，鮭魚、鯖魚、沙丁魚、秋刀魚、鯡魚等。
- 。人體和動物研究表明，ω-3脂肪酸可以增加腸道有益菌的數量。研究顯示，omega-3可調節腸道菌相、促進益生菌生長、改善腸道屏障完整性。
- 富含多酚(Polyphenol)的食物：
- 。多酚可作為益生元，能夠促進腸道菌叢的健康，促進雙歧桿菌、乳酸桿菌和阿克曼菌等有益菌株的生長，同時抑制致病菌的繁殖。
- 。多酚存在於植物性食物中，它們可以增加腸道菌叢的多樣性，並有助於產生保護性化學物質，進而改善腸道健康。
- 。可可、綠茶、橄欖油與咖啡等都含有多酚，多酚可以增加腸道有益菌的數量，並可能改善認知能力。
- 。還有其它的抗氧化劑存在於各種蔬菜水果中，有助於清除自由基並預防發炎。
- 富含色胺酸(Tryptophan)的食物：
- 。色胺酸是一種胺基酸，可轉化為神經傳導物質血清素。
- 。富含色氨酸的食物包括火雞、雞蛋和起司。
- 高膳食纖維食物：
- 。全穀物、堅果、種子、蔬菜與水果都含有有益生元(可溶性膳食纖維)，可為腸道有益菌叢提供營養。生存良好的有益菌叢反過來又能滋養腸道細胞。
- 。這兩種纖維都有助於維持排便的規律性。
- 發酵食品：
- 。各種自然發酵的蔬菜(泡菜、酸菜)都含有益生菌與益生元，有助腸道健康。
- 。優格、克菲爾也含有益生菌。
「精神益生菌」(psychobiotics)的概念
精神健康障礙，包括焦慮和憂鬱，是全球主要的殘疾原因之一，影響、甚至降低數百萬人的生活品質。這些疾病為各國的醫療保健系統帶來日漸沉重的負擔，因此亟需探索新型、容易獲得、且安全的治療方法。
傳統上，精神疾病的治療主要採用藥物與心理干預；然而，新興研究表明，腸道菌群可能透過「腸–腦軸」在精神健康的調節中發揮關鍵作用。這種關聯催生了「精神益生菌」(psychobiotics)的概念–當我們攝取足夠量的微生物時會對心理健康產生有益的影響。
「精神益生菌」一詞最初由Dinan等人於2013年提出，最初的定義指的是具有精神健康益處的活微生物。隨著時間過去，其定義已擴展到不僅包括益生菌(probiotics)，還包括益生元(prebiotics)與發酵食品，這些食品都可能對大腦功能產生正面的影響。
儘管目前關於「精神益生菌」的研究大多集中在乳製品益生菌，例如優格，但發酵蔬菜因其獨特的益生菌菌株的組成與潛在的心理健康益處而日益受到關注。與乳製品人工添加的益生菌來源不同，發酵蔬菜含有多種天然存在的有益菌株，其中許多菌株都參與重要的代謝和神經化學過程。
發酵蔬菜和乳製品益生菌作為精神益生菌的比較
發酵食品是世界許多地區的主要食品。在發酵過程中，乳酸菌代謝蔬菜中存在的糖分，產生乳酸，乳酸可以保存食物，防止蔬菜被病原體或其他有害微生物污染，並提高其益生菌含量。
儘管乳製品對心理健康的影響已被證實，但發酵蔬菜提供了獨特且互補的精神益生菌組合。
與主要依賴人工添加益生菌的乳製品相比，發酵蔬菜是自然發酵過程，這讓更多樣有益的微生物群得以生長，它們更能適應環境與飲食條件。
- 與乳製品不同，發酵蔬菜含有植物來源的生物活性化合物，例如，多酚與膳食纖維，這些化合物能夠進一步增強腸道菌叢多樣性，並透過抗發炎和抗氧化機制影響心理健康。
- 發酵蔬菜提供更廣泛的天然乳酸菌菌株，且不含乳糖或乳製品過敏原，更適合乳糖不耐症或乳製品過敏者食用。
- 蔬菜發酵過程會產生不同的代謝副產物，包括短鏈脂肪酸(SCFAs)和生物活性胜肽(peptides)，這些物質可能透過調節腸道微生物群而發揮額外的精神活性作用。
乳酸菌的組成和生長取決於蔬菜種類、發酵條件以及是否存在天然或添加的微生物菌株，這就是為什麼有時候用相同的方法、在不同的時間、和不同地點發酵同一種蔬菜，會產生不同的味道。
發酵完成後，蔬菜中就成了富含乳酸菌的食物，使其成為具有潛在心理健康的優質益生菌來源。最著名的發酵蔬菜包括歐洲的(德國)酸菜、韓國泡菜和日本醃菜。
儘管乳製品益生菌和發酵蔬菜都能透過精神益生菌機制促進心理健康，但發酵蔬菜提供了一種植物來源的替代選擇，可能提供更廣泛的腸道菌群調節作用，並帶來傳統益生菌無法比擬的額外健康益處。未來需要進行更多對比研究，以確定二者在心理健康臨床應用上的具體優勢。
酸菜、泡菜的益生菌如何影響精神健康？
「腸–腦軸」是連接中樞神經系統與消化系統的訊號路徑，是神經科學領域的新興研究方向，它也凸顯了腸道微生物影響大腦功能的潛力。關於具有情緒活性的益生菌的臨床前研究表明，它們主要透過3種途徑發揮抗焦慮和抗憂鬱樣作用：
- 影響神經傳遞，例如，血清素、多巴胺、與γ-氨基丁酸(GABA)
- 調節下丘腦-垂體-腎上腺軸
- 對抗壓力和發炎的影響
◆對神經傳導物質生成的影響
有證據表明，發酵食物中的微生物能夠產生神經活性化學物質，進而促進胃腸道與中樞神經系統(CNS)之間的直接通訊。
- 例如，乳桿菌屬和雙歧桿菌屬能夠合成乙醯膽鹼(acetylcholine)與γ-氨基丁酸(GABA)等神經傳導物質。
- 而鏈球菌屬、腸球菌屬和大腸桿菌屬則分別產生血清素(serotonin)、多巴胺(dopamine)與去甲腎上腺素(norepinephrine)。科學家普遍認為，超過90%的血清素存在於胃腸道的腸嗜鉻細胞中。
◆減少發炎和調節免疫系統
腸道菌叢失調是指胃腸道內原有的微生物群落的組成和功能失衡，腸道菌叢失調會破壞腸-腦軸的平衡，進而對大腦產生不利影響。而精神益生菌可能可以調節身體的免疫反應。
- 發炎在多種慢性疾病(例如，憂鬱症)中的重要性不容低估。
- 腸道菌叢失調能引發發炎反應，此反應(發炎物質)可能擴散至血液，進而影響腦部。
- 除了細胞激素(cytokines)外，其它介質也可以透過迷走神經將訊號從胃腸道傳遞至大腦。
- 多種因素的改變可能導致腸道菌叢失衡而引發神經精神症狀，這些因素包括微生物組成和其代謝物產生的改變，進而影響血清素、多巴胺、去甲腎上腺素和谷氨酸等神經傳導物質的水平和合成。
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◆透過下視丘-腦下垂體-腎上腺(HPA)軸改善壓力反應
HPA是一個複雜的神經內分泌系統，參與身體對壓力的反應。研究顯示，壓力，尤其是慢性不可預測的壓力，是誘導囓齒動物憂鬱和焦慮的重要行為學模型。
- HPA軸由下視丘、腦下垂體和腎上腺組成，它們協同作用，透過釋放皮質醇等荷爾蒙以調節身體的壓力反應。
- 研究表明，腸道微生物在下視丘-腦下垂體-腎上腺軸(HPA軸)以及憂鬱和焦慮行為的調節中發揮重要的作用
- 新興研究表明，發酵食品與下丘腦-垂體-腎上腺(HPA)軸之間可能存在關聯。
儘管發酵蔬菜的研究令人鼓舞，但與益生菌補充劑和乳製品發酵食品相比，其作為精神益生菌的作用仍未得到充分研究。目前關於發酵蔬菜在治療精神健康障礙方面的療效的臨床證據有限，因此，需對其潛在益處進行全面評估。
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常見問題FAQ
1、發酵食品安全嗎？
發酵食品對大多數人來說是安全、健康的。然而，在某些情況下：
- 於某些人，在消化系統中添加益生菌可能會導致暫時的不適、脹氣和腹脹。因為新吃進來的益生菌(微生物)可能無法立即與腸道內原有微生物很好地融合，導致腸道菌叢出現短暫的調整期。但隨著時間過去，腸道通常會逐漸適應。
- 特別是未煮過的泡菜、酸菜、味噌等，可能不適合孕婦、嬰幼兒、老年人。
- 不適合患有消化系統疾病、免疫系統受損或組胺不耐受(histamine intolerance)等健康問題的人。
這些人在飲食中添加發酵食品前可以先諮詢醫生。
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2、酸菜與泡菜對腸道有什麼好處？
- 酸菜、泡菜含有益生菌，可以透過改善腸道菌叢幫助消化。
- 酸菜、泡菜還含有膳食纖維，有助於降低便秘風險，使排便更規律。
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3、可以每天吃酸菜或泡菜嗎？
可以。
- 但如果想改善腸道菌群，也可以吃其它發酵食品和飲料，例如康普茶、優格也含有益生菌。
- 每種發酵產品可能含有不同的菌株，益處也可能有所不同。
4、哪種酸菜或泡菜對腸道最好？
未經巴氏殺菌(un-pasteurized)的生的酸菜或泡菜才含有益生菌。
- 這些益生菌在巴氏殺菌過程(pasteurization process)中通常無法存活。
- 可以查看標籤，確保購買的酸菜或泡菜未經巴氏殺菌。
日常呵護腸道健康(或許還能促進大腦健康)的最佳方法是維持健康均衡的飲食。此外，壓力管理也是維護大腦健康(或許還能透過大腦健康促進腸道健康)的有效方法。根據已知的健康益處，將發酵食品納入日常飲食，不僅有益於身體健康，還能與食物建立正面的關係，進而提升幸福感。
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References
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2、迷走神經
3、精神益生菌
4、Gut–brain axis
5、Brain-gut communication: vagovagal reflexes interconnect the two “brains”
6、Vagal neurocircuitry and its influence on gastric motility
7、The Brain-Gut Connection
8、The Gut-Brain Connection
9、Gut-Brain Axis
10、The gut-brain connection: What the science says
11、The Gut-Brain Axis: How Microbiota and Host Inflammasome Influence Brain Physiology and Pathology
12、Gut/brain axis and the microbiota
13、Gut-microbiota-targeted diets modulate human immune status
14、Psychobiotic
15、Benefits of Fermented Food for your Mental Health
16、Gut feelings: How food affects your mood
17、Association Between Consumption of Fermented Food and Food-Derived Prebiotics With Cognitive Performance, Depressive, and Anxiety Symptoms in Psychiatrically Healthy Medical Students Under Psychological Stress: A Prospective Cohort Study
18、Kimchi and Sauerkraut: Your Mental Health Secret Weapon!
19、The gut-brain axis: interactions between enteric microbiota, central and enteric nervous systems
20、Microbiota–gut–brain axis and its therapeutic applications in neurodegenerative diseases
21、Fermented Vegetables as a Source of Psychobiotics: A Review of the Evidence for Mental Health Benefits
22、Gut–brain axis and neuropsychiatric health: recent advances
23、Fermented Foods: Nature’s Mental Health Booster
24、Sauerkraut and Social Anxiety
25、The communication mechanism of the gut-brain axis and its effect on central nervous system diseases: A systematic review
26、How gut bacteria are controlling your brain–BBC
27、8 Surprising Benefits of Sauerkraut (Plus How to Make It)
28、Studying the link between the gut and mental health is personal for this scientist
29、The Gut-Brain Connection: How it Works and The Role of Nutrition