Stella Maris, Pisa, primo studio in Italia, asse intestino – cervello

stella maris

Interazione tra intestino e cervello nei disturbi dello spettro autistico: uno studio randomizzato controllato sul ruolo dei probiotici su parametri clinici, biochimici e neurofisiologici

Elisa Santocchi, autore

Corrispondente Letizia Guiducci, Francesca Fulceri, Lucia Billeci, Emma Buzzigoli, Fabio Apicella, Sara Calderoni, Enzo Grossi, Maria Aurora Morales e Filippo Muratori

4 giugno 2016 – Un’elevata prevalenza di una varietà di sintomi gastrointestinali (GI) è frequentemente riportata in pazienti con disturbi dello spettro autistico (ASD).

I disturbi gastrointestinali in ASD potrebbero essere collegati alla disbiosi intestinale che rappresenta il fenotipo osservabile di una perturbazione “asse intestino-cervello”.

L’utilizzo delle strategie che possono ripristinare la normale flora intestinale e ridurre la produzione intestinale e l’assorbimento di tossine, come probiotici a supplemento della dieta, può rappresentare un’opzione non farmacologica nel trattamento dei disturbi gastrointestinali in ASD.

Lo scopo di questo studio randomizzato e controllato è quello di determinare gli effetti della supplementazione con una miscela di probiotici (Vivomixx®) nei bambini ASD non solo sui sintomi gastrointestinali specifici, ma anche sui deficit di base del disturbo, sullo sviluppo cognitivo e del linguaggio, e sulla funzione del cervello e la sua connettività.

Un obiettivo accessorio è quello di valutare i possibili effetti della supplementazione di probiotici sulle concentrazioni urinarie di ftalati (inquinanti chimici) che sono stati precedentemente legati alla ASD.

Metodi

Un gruppo di 100 bambini in età prescolare con ASD sarà classificato come appartenente ad un gruppo GI o per un gruppo non-GI (NGI) sulla base di un indice di gravità dei sintomi specifici per i disturbi gastrointestinali.

I soggetti appartenenti ai due gruppi (GI e NGI) saranno a dieta regolare con probiotici o placebo per 6 mesi.

Tutti i partecipanti saranno valutati dopo tre mesi e dopo sei mesi al fine di valutare le possibili modifiche:

(1) i sintomi gastrointestinali;

(2) sintomi di autismo di gravità;

(3) i sintomi concomitanti affettivi e comportamentali;

(4) plasmatica, urinaria e fecale biomarcatori legati alla funzione intestinale anormale;

(5) modelli neurofisiologici.

Discussione

Gli effetti dei trattamenti con probiotici sui bambini con ASD devono essere valutati attraverso rigorosi studi controllati.

Esaminando l’impatto dei probiotici non solo sulla clinica, ma anche sui modelli neurofisiologici, il processo in corso si propone di fornire nuove intuizioni nel collegamento intestino-cervello in pazienti con ASD.

Inoltre, i risultati potrebbero aggiungere informazioni per la relazione tra i livelli di ftalati, caratteristiche cliniche e modelli neurofisiologici in ASD.

I Disturbi dello spettro autistico (ASD) comprendono un gruppo complesso di disturbi dello sviluppo del cervello caratterizzato da compromissione sociale e la comunicazione presenta comportamenti ripetitivi e restrittivi.

Una prevalenza elevata di (GI) negli individui con ASD è stato segnalato da Goodwin e colleghi nel 1971, e ripetutamente confermata in studi successivi, con tassi di prevalenza che vanno dal 9 al 70%.

I sintomi gastrointestinali più frequentemente riportati sono stati alterazioni nelle abitudini intestinali, dolore addominale cronico, reflusso e vomito.

È da notare che i sintomi gastrointestinali non trattati possono aumentare i problemi comportamentali nei bambini con ASD.

Diversi studi hanno riportato anche disbiosi o varia composizione alterata del microbiota intestinale nei bambini ASD.

In particolare, una maggiore presenza di membri della famiglia di Clostridi e un aumento delle popolazioni di Sutterella e Ruminococcus.

E’ stato più volte evidenziato, il cosiddetto “asse intestino-cervello” che è stato descritto come un complessa rete di comunicazione  fisiologico – bidirezionale tra il cervello e l’intestino.

E’ stato suggerito che questa rete è coinvolta nel neurosviluppo e in una varietà di malattie neuropsichiatriche compreso ASD.

Pertanto, i disturbi gastrointestinali in ASD, collegabili alla disbiosi intestinale, rappresentano il fenotipo osservabile di una interruzione dell’”asse intestino-cervello”, caratterizzata da infiammazione intestinale e alterazioni della funzione intestinale, spesso descritta come una “permeabilità intestinale”.

Tra i potenziali meccanismi con cui la flora intestinale può influenzare la funzione del Sistema Nervoso Centrale (CNS), ci sono gli effetti indiretti sul sistema immunitario innato attraverso i livelli circolanti di citochine pro-infiammatorie e anti-infiammatorie o attraverso la produzione di metaboliti (ad esempio grassi a catena corta acidi -SCFAs-) che modulano il sistema immunitario e il sistema nervoso simpatico.

In particolare, i cambiamenti nella flora intestinale sono ritenuti essere correlati alla ridotta integrità della barriera intestinale, con conseguente maggiore assorbimento delle tossine dal lume intestinale e perdita di lipopolisaccaridi (LPS) e acidi grassi.

Queste molecole possono agire sul recettore Toll-like 4 per attivare l’infiammazione sistemica, che, a sua volta, influisce in modo critico anche sul sistema nervoso centrale.

Crescente evidenza indica che la patogenesidell’ ASD può comportare l’infiammazione del cervello associata ad incrementi di biomarcatori infiammatori, come l’interleuchina-6 (IL-6) e Tumor Necrosis Factor-α (TNF-α) e recenti studi hanno dimostrato che le citochine (in particolare adipochine) sono le molecole chiave responsabili per l’interazione delle cellule immunitarie.

Secondo questo punto di vista, Rodrigues e colleghi hanno trovato diminuiti livelli di resistina e aumentati livelli di leptina nel plasma di soggetti ASD.

Un altro indicatore potenziale e non invasivo di infiammazione intestinale studiati di recente in ASD è la calprotectina, una proteina dei neutrofili abbondantemente  presente nelle feci che è marcatamente elevato in condizioni infettive e infiammatorie, come la malattia infiammatoria intestinale (IBD).

Altri meccanismi di interazione “gut-cervello” sono segnali bidirezionali attraverso il nervo vagale, disregolazione delle vie metaboliche coinvolte nella produzione di neurotrasmettitori (come la serotonina e acido gamma-amino butirrico), e gli effetti diretti sul rilascio di peptidi intestinali con funzioni modulatori da cellule enteroendocrine.

Tutti questi meccanismi potrebbero interferire con lo sviluppo e la funzione del cervello, contribuendo alla patogenesi della ASD attraverso la modulazione della neurotrasmissione cerebrale e la connettività, sia a livello locale e globale.

In particolare, un’alterazione della connettività cerebrale è il fondamento neurale fortemente sostenuto dei sintomi ASD.

Recentemente, Quantitative Elettroencefalografia (QEEG), una tecnica non invasiva che permette una misurazione estremamente precisa della funzione cerebrale e sue connessioni, è stato applicato per collegare modelli neurofisiologici con sintomi ASD, per caratterizzare sottogruppi ASD e per valutare l’effetto del trattamento.

L’interesse della ricerca sui problemi gastrointestinali in ASD si basa quindi sulla sua importanza terapeutica pratica nonché sul suo significato teorico.

Infatti, è stato suggerito che entrambi i disturbi gastrointestinali e microflora intestinale alterati potrebbe rendere un bambino con una predisposizione genetica più incline a esprimere il fenotipo autistico o aumentare la gravità del comportamento autistico.

Se questa ipotesi fosse vera allora sarebbe plausibile aspettarsi che le strategie volte a ripristinare la normale flora intestinale, come la supplementazione di probiotici nella dieta, possono rappresentare un’opzione non farmacologica, non solo per i disturbi gastrointestinali, ma anche per il comportamento e per le anomalie neurofisiologiche associate con ASD.

I Probiotici sono microrganismi vivi in grado di stabilizzare la barriera della mucosa intestinale , stimolando l’immunità mucosale (secretoria Immunoglobulina A), e sintetizzando sostanze antiossidanti.

Pertanto grazie al loro ruolo di equilibrio sulla microflora intestinale, e alla loro attività anti-proliferativa sulle specie Clostridium, i probiotici possono rappresentare un trattamento in patologie in cui sono state riportate disbiosi e aumento della permeabilità intestinale, tra ASD.

Inoltre, un ulteriore possibile effetto della supplementazione di probiotici potrebbe essere associata ad una riduzione dei metaboliti di sostanze  tossiche esogene, attraverso un effetto indiretto sul loro assorbimento a causa della “permeabilità intestinale”.

Dopo tutto, gli studi di ricerca sostengono con forza un contributo significativo di fattori ambientali, oltre a fattori genetici, nella eziologia dell’ASD.

Una classe di inquinanti chimici che è stato recentemente studiato in ASD è rappresentata da ftalati, sostanze chimiche ampiamente usati come plastificanti, solventi e additivi in molti prodotti di consumo.

A nostra conoscenza, quattro diversi studi hanno esplorato gli effetti dei probiotici in ASD, ma nessuno di loro è stato progettato per valutare le differenze significative nei risultati clinici o per identificare gli effetti negativi.

Anche se tutti gli studi di cui sopra hanno mostrato cambiamenti nella flora intestinale dopo la dieta con implementazione di probiotici, solo alcuni di essi hanno analizzato le correlazioni con sintomi gastrointestinali.

Tra questi quattro studi, solo Parracho et al. ha rilevato cambiamenti comportamentali significativi nei pazienti ASD trattati con probiotici rispetto ai soggetti ASD trattati con placebo.

Kaluzna-Czaplinska e colleghi hanno trovato significative modificazioni metaboliche in ASD dopo la somministrazione di probiotici.

Due indagini limitano i loro risultati ad una forte correlazione positiva tra la severità dell’autismo e la gravità della disfunzione GI senza però analizzare gli effetti dei probiotici sulle  caratteristiche cliniche dell’ASD.

Anche se incoraggiante e sostenuto da più robuste evidenze precliniche, i dati sui benefici e gli effetti comportamentali in ASD dopo il trattamento probiotico deve ancora essere stabilita in studi clinici controllati.

Obiettivi (obiettivi di ricerca e ipotesi)

I bambini con ASD con sintomi gastrointestinali potrebbero rappresentare un netto endo – fenotipo  ASD con specifiche caratteristiche cliniche e neurofisiologiche.

Lo sfruttamento di strategie che possono ripristinare la normale flora intestinale, e ridurre la produzione intestinale e l’assorbimento di tossine, come i probiotici, può rappresentare un’opzione non farmacologica nel trattamento dei disturbi gastrointestinali in ASD.

Inoltre, il trattamento con probiotici in questo sottogruppo di bambini con ASD, che agiscono sulla microflora intestinale e sulla condizione infiammatoria sistemica, potrebbe modificare la loro attività cerebrale e la funzione e portare ad un significativo miglioramento dei loro profili comportamentali e di sviluppo.

L’obiettivo principale di questo studio è quello di determinare gli effetti della supplementazione con una miscela di probiotici (Vivomixx®) nei bambini ASD con o senza sintomi GI.

In particolare saranno valutate le modifiche sui deficit di base ASD, sullo sviluppo cognitivo e del linguaggio, e sui sintomi gastrointestinali specifici.

I cambiamenti concomitanti che sono associati con il trattamento somministrato saranno valutati su un cluster di biomarcatori plasmatici, urinari e fecali relativi alla funzione intestinale anomala, così come sui modelli neurofisiologici.

Un obiettivo accessorio dello studio sarà quello di determinare l’esposizione ambientale agli ftalati (inquinante chimico) nei bambini ASD, e valutare i possibili effetti dei probiotici sulle loro concentrazioni urinarie.

Per quanto riguarda il disegno dello studio, lo studio sarà un doppio cieco randomizzato controllato con un integratore nutrizionale, con quattro bracci paralleli, un rapporto di assegnazione di 1: 1, e un quadro di superiorità.

I partecipanti

Il nostro obiettivo è di iscrivere 100 bambini in età prescolare con ASD che saranno assunti dai Servizi di Salute Mentale, Adolescenti e bambini della Regione Toscana e dalla Unità di Psichiatria Infantile e l’unità di Riabilitazione del bambino IRCCS Fondazione Stella Maris (Pisa, Italia), che riceve circa 250 pazienti all’anno (bambini per lo più in età prescolare) per la diagnosi e il trattamento da tutta Italia.

Tutti i bambini reclutati saranno valutati in IRCCS Fondazione Stella Maris.

Verranno adottati i seguenti criteri di inclusione ed esclusione:

Criterio di inclusione

  • fascia d’età: 18-72 mesi.
  • partecipanti con diagnosi di ASD valutati da uno psichiatra infantile di alto livello con una specifica competenza nella valutazione clinica di ASD in base ai criteri del DSM-5

Criteri di esclusione

  • presenza di Anomalie cerebrali rilevate con la risonanza magnetica;
  • Presenza di sindromi neurologiche o segni neurologici focali;
  • Anamnesi di asfissia alla nascita, parto prematuro grave (≤28 settimane di gestazione) o lesioni perinatali;
  • epilessia;
  • significativa compromissione sensoriale (ad esempio, la cecità, sordità);
  • diagnosi di Disturbo gastrointestinale organica (ad esempio il reflusso gastro-esofageo, allergie alimentari, IBD);
  • diagnosi della malattia celiaca;
  • dieta speciale (cioè la dieta priva di glutine, dieta priva di caseina, dieta ricca di proteine, dieta chetogenica).

valutazione di base

Al momento dell’iscrizione (tempo 0 – T0), ciascun partecipante alla ricerca sarà oggetto di una valutazione clinica, biochimica e elettrofisiologica completa al fine di stabilire la linea di base delle misure di esito primarie e secondarie.

Schema dello studio

La valutazione clinica comprenderà esame neurologico e psichiatrico insieme a valutazione standardizzata dei sintomi gastrointestinali, la gravità dell’autismo, le caratteristiche sensoriali-comportamentale, i sintomi concomitanti, lo stress dei genitori, lo sviluppo cognitivo, funzionamento adattivo, e abilità linguistiche.

A T0 ogni soggetto sarà classificato come appartenente al gruppo GI o al gruppo non-Gastro Intestinal (NGI), sulla base della presenza di sintomi gastrointestinali significativi misurati attraverso il gastrointestinale Severity Index (GI Severity Index) [ 60 ].

Un punteggio totale di 4 e, soprattutto, al Severity Index GI (con almeno 3 punti di punteggio dei primi sei articoli della scala) sarà considerato clinicamente significativo per la classificazione di un soggetto all’interno del gruppo GI.

A T0, sangue, campioni urinari e fecali saranno raccolti anche da ciascun soggetto per effettuare la valutazione biochimica.

In particolare, saranno raccolti campioni di sangue per misurare i livelli di leptina, resistina e marker infiammatori: α TNF, IL-6, LPS e plasminogeno-1 (PAI-1); campioni urinari saranno raccolti per l’analisi delle concentrazioni urinarie di metaboliti primari e secondari di ftalati; campioni di feci saranno raccolti per l’analisi dei livelli di calprotectina fecale.

Modelli neurofisiologici saranno valutati attraverso misure QEEG.

La caratterizzazione neurofisiologica sarà effettuata attraverso la raccolta di dati di EEG (elettroencefalogramma) durante 6-8 minuti di riposo con gli occhi aperti.

Il sistema 128-channel HydroCel geodetica Sensor Net (HCGSN 128; elettrico Geodetiche Inc., USA) sarà utilizzato per la registrazione dei EEG.

Dopo la pre-elaborazione, tecniche QEEG verranno applicate al fine di estrarre le caratteristiche rilevanti che caratterizzano l’attivazione del cervello e la connettività.

Interventi

I partecipanti ASD appartenenti ai due gruppi (GI e NGI) saranno cieco randomizzato 1: 1 a dieta regolare con probiotici o placebo per 6 mesi.

Pertanto, si otterranno quattro sottogruppi:

Gruppo 1) sintomi gastrointestinali e probiotici

Gruppo 2) sintomi gastrointestinali e placebo

Gruppo 3) sintomi Non-GI e probiotici

Gruppo 4) sintomi Non-GI e placebo

La preparazione di probiotici selezionati per questo studio è una miscela (Vivomixx®), ogni pacchetto contiene 450 miliardi di cellule batteriche liofilizzate appartenenti a otto ceppi probiotici:

  • un ceppo di Streptococcus thermophilus DSM 24731,
  • tre ceppi di Bifidobacterium (B. breve DSM 24732 , B. longum DSM 24736, B. infantis DSM 24737),
  • quattro ceppi di Lactobacillus acidophilus (L. DSM 24735, L. plantarum DSM 24730, L. paracasei DSM 24733, L. delbrueckii subsp. bulgaricus DSM 24734).

Vivomixx® è un prodotto brevettato e commercializzato ed è stato approvato per l’uso nei bambini.

Questo protocollo di studio richiederà la somministrazione orale di Vivomixx® che è disponibile in una formulazione solubile in acqua e può essere sciolto direttamente in bocca o in un liquido non gassato freddo.

Secondo la dose giornaliera in base al peso del Vivomixx® e la fascia d’età e il peso dei bambini ASD che saranno reclutati nello studio, la posologia sarà di due pacchetti al giorno (900 miliardi di batteri) nel primo mese di trattamento e uno pacchetto al giorno (450 miliardi di batteri) nei seguenti 5 mesi di trattamento.

Il trattamento sarà somministrato ai bambini a casa dai loro genitori / tutore legale durante i 6 mesi del protocollo di trattamento.

Un trattamento della durata di 6 mesi è stato scelto in modo da garantire una buona colonizzazione dell’intestino, che richiede 2-3 settimane in media, e il suo mantenimento per un periodo di tempo sufficiente per determinare eventuali significativi cambiamenti clinici.

Caratteristiche di imballaggio e organolettiche del placebo saranno identici a quelle dei probiotici.

Ogni pacchetto di placebo conterrà 4,4 g di maltosio e biossido di silicio.

Risultati

Il nostro obiettivo è quello di valutare gli effetti della somministrazione di probiotici in età prescolare con ASD con e senza sintomi gastrointestinali attraverso il confronto delle diverse variabili cliniche, comportamentali ed elettrofisiologiche nei quattro sottogruppi individuati.

Stato Trial

Il reclutamento dei partecipante ha avuto inizio nel novembre 2015 ed è attualmente in corso.

Gli autori ringraziano Mendes SA di Lugano per la donazione di probiotici (Vivomixx®) e placebo abbinato.

Gli autori ringraziano i collaboratori della G-BIA (Gut-Brain Interaction in autismo) per il loro aiuto nel reclutamento dei pazienti e nella raccolta dei dati: Margherita Prosperi, Valeria Costanzo, Natasha Chericoni, Amalia Gastaldelli, Raffaella Tancredi, Angela Cosenza, Annarita Contaldo, Giorgio Pini, Antonella Pitanti, Antonella Giorgi, Cristina Casella, Filippo Barbieri.

Finanziamento

Questo studio è finanziato dal Ministero della Salute italiano e dalla Regione Toscana con la concessione ‘GR-2.011-02.348.280’.

Questo lavoro è stato anche parzialmente sostenuto dalla concessione della IRCCS Stella Maris Fondazione (Ricerca Corrente, e il “5×1000” contributi volontari, Ministero Italiano della Salute per FM), SC è stato in parte sostenuto dal Ministero della Salute italiano e dalla Regione Toscana con il grant ‘GR- 2010-2317873’, e SC e FM sono stati parzialmente supportate da Bando FAS Salute Sviluppo Toscana (ARIANNA Project).

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4893248/

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