腸道微生物群的發展是腸道屏障防止病原菌侵入胃腸道能力的基礎。

腸道微生物群和健康的粘膜免疫系統平衡給予適當的保護。在數量上，最重要的腸道微生物細菌屬是擬桿菌Bacteroides和雙歧桿菌Bifidobacterium。 腸胃道相關淋巴組織（GALT）是體內最多淋巴組織的。腸道微生物群則是局部和全身特異性免疫反應的主要抗原刺激物。對共生抗原的異常免疫反應以及局部發炎反應可以影響腸功能，導致腸道屏障的破壞。

益生菌被定義為與有益於健康、但與食品成分有關的活生物體。

益生質則定義為不易消化的產品，當被腸道微生物代謝時，可以調節腸道微生物群的組成和活性，對宿主產生有益的生理作用。

此外，發酵產物會調節胃腸道微生物群的組成和活性，因而出現特定變化，賦予宿主健康的益處;它們是飲食中的不易消化的物質，會選擇性地刺激腸中不同細菌的生長和活動，進而有益於人體健康。益生菌和益生質的組合，會透過增加腸道中活微生物的建立和存活，而使身體健康受益。就其化學結構而言，益生質基本上是低聚果糖和低聚半乳糖。益生質被認為是不易消化的大分子，因為在人類中，腸道中的酶不能水解它們，但益生質被大腸的細菌部分發酵。除了不易消化的碳水化合物，一些肽和脂類（酯和醚）被認為是益生質，因為它們是腸中的內源性細菌的反應物質，提供能量、代謝物和微量營養素。

食品成分必須含有某些屬於益生質的特性：益生質必須是植物來源，形成複雜的異質分子的一部分，而不是宿主酵素消化過程的一部分。益生質包括乳果糖、果聚醣如菊粉、反式低聚半乳糖、聚葡萄糖、大豆低聚醣、乳蔗糖、異麥芽低聚醣和葡聚醣等。益生質天然存在於各種食物中，如韭菜，蘆筍，菊苣，菊芋，大蒜，洋蔥，小麥，燕麥片和大豆。

益生菌被賦予消化系統保護的功能，其保護作用由於對營養物質或粘附位點的競爭，而阻礙病原體複製和對毒素產生有拮抗作用;它們還作用於腸胃道相關淋巴組織調節，誘導免疫球蛋白A產生的增加、單核細胞的活化、淋巴細胞的活化和細胞激素的產生。

益生菌的一個關鍵部分是它們能夠在遠離的給藥部位發揮作用。例如，哺乳期的婦女從腸道轉移到乳腺，以及通過腸道吸收而直接或間接影響宿主中的化合物的分子的產生。例如透過免疫介質降低血液膽固醇或降低呼吸道途徑感染的嚴重程度和持續時間。在大腦中觀察到另一種遠端效應，益生菌本身不進入，而是通過它們產生的分子（例如神經化學物質）發揮作用。它們還可以促進宿主產生，並至少透過迷走神經系統到達大腦。這些特徵研究中發現最重要的益生菌種類是雙歧桿菌，乳酸桿菌和鏈球菌。

腹瀉是腹部和骨盆腔接受放化療後最具破壞性的續發副作用之一;它會影響患者的生活品質，甚至可能造成治療中斷或停止。放射治療會引起細菌菌群，粘膜血管通透性和腸運動性的變化。此外，化療會破壞了天然腸道菌群的組成，這對幾種腸酶的代謝，腸血管生成的調節和維持腸道屏障完整性的免疫功能具有重要意義。臨床試驗發現益生菌對腹部和骨盆腔接受放化療的患者有一定的療效。

系統性評估益生菌的功效和安全性，以及可以預防腹部和盆腔腫瘤患者的放化療引起的腹瀉。發現使用益生菌可顯著降低2級腹瀉的發生率。已經證明，益生菌很少對這些患者造成不良影響。

一項臨床試驗探討口服雙歧桿菌（發酵乳製品飲料，養樂多）對接受化療的兒科患者的抵抗感染能力和糞便微生物群落組成的影響和腸道環境。與安慰劑組相比，接受益生菌的組發熱機率和抗生素需求的情形都是較少。此外，益生菌的使用會促進厭氧細菌的生長，而化療後腸道微生物群的破壞在安慰劑組中更明顯。因此，透過改善腸道環境，給予短雙歧桿菌對於免疫功能低下的患者是有益的。

在接受化療5-FU的大腸直腸癌患者中，補充鼠李糖乳桿菌和瓜爾膠降低了嚴重等級腹瀉副作用的頻率，與接受安慰劑的患者相比，患者報告腹部不適情況減少，需要住院治療的患者也較少，並且由於腸毒性導致的劑量減少機率則更少。

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一項雙盲性的隨機臨床試驗，研究了鼠李糖乳桿菌對放射治療出現腹瀉患者的療效和耐受性。與接受安慰劑的患者相比，接受益生菌的患者報告有更好的糞便稠度和減少的排便。因此，益生菌補充是有益的。

益生菌中的乾酪乳桿菌在預防婦科癌症患者放射治療引起腹瀉中的作用。在一項雙盲研究中，接受骨盆腔放療的子宮頸癌或子宮內膜癌患者，被隨機分配到服用含有乾酪乳桿菌或安慰劑的益生菌飲料中。雖然益生菌沒有明顯減少嚴重腹瀉和使用止瀉藥；然而，益生菌對糞便稠度具有顯著影響。

在一項前驅性研究中，一種名為VSL＃3之益生菌乳酸桿菌的高效製劑，在腹部和/或骨盆腔癌手術後放療期間放射性腹瀉的發生率和嚴重程度方面，出現保護的效果。 VSL＃3的每個包裝中含有4500億/ g的活凍乾細菌，包括乾酪乳桿菌、植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌、德氏乳桿菌亞種（Lactobacillus delbrueckii subsp）、保加利亞乳桿菌、長雙歧桿菌、短雙歧桿菌、嬰兒雙歧桿菌和唾液乳桿菌亞種。與VSL＃3組相比，安慰劑組中的有較多患者出現放射治療引起腹瀉副作用。該研究結果表明，使用這種益生菌製劑的療法可以幫助患者降地放射治療引起腹瀉的風險。此外，這也是一種安全的輔助治療方法。隨後進行更嚴謹的雙盲性、安慰劑對照臨床試驗研究了這種高效益生菌製劑在預防癌症患者的放射性腹瀉中的功效。 共有490名患者隨機接受益生菌（VSL＃3）或安慰劑術後輔助放療，研究結果發現使用安慰劑組患者的腹瀉程度明顯高於接受益生菌治療的患者。此外，與安慰劑的患者相比，接受益生菌治療的患者其嚴重等級腹瀉顯著減少，再次證明益生菌是保護癌症患者免受放療引起腹瀉的安全可行的選擇。

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另一項前瞻性，雙盲，安慰劑對照和隨機試驗，其中63例子宮頸癌患者同時接受順鉑和骨盆腔放療。在放化療期間，患者被隨機分配接受含有嗜酸乳桿菌和雙歧雙歧桿菌或安慰劑的益生菌，每天兩次。接受安慰劑的患者中有45％觀察到有嚴重等級腹瀉，而接受益生菌的患者則只有9％（p = 0.002）。此外，32％接受安慰劑治療的患者需要服用止瀉藥物，而接受益生菌治療的患者也只有9％。安慰劑組患者的液狀糞便患病率為65％，相比之下，接受益生菌治療的患者為19％。益生菌補充劑在同步放化療法的子宮頸癌患者中具有顯著益處。

目前隨機臨床試驗證據還不足以推薦使用益生質;然而，益生質還是有可能有助於改善癌症治療。同時使用益生質和益生菌可預防腫瘤治療的副作用，特別是接受腹部或骨盆腔放療者。

益生菌屬於通常被認為是安全的生物類別。由於人們擔心癌症患者中益生菌的施用，會造成感染的風險和癌細胞出現抗癌藥物抗藥性的轉移，但是與接受安慰劑的患者相比，隨機臨床試驗未報告有益生菌補充後發生不良反應的風險顯著增加;相反，益生菌已被證明對這些患者是安全和有益的。

目前支持使用益生菌作為同步放化療法的實證證據很強，特別是在子宮頸癌患者中。此外根據現有的證據，即使在中性白血球減少症的情況下，活性益生菌的使用被認為是安全的。因此，用乳桿菌屬和雙歧桿菌屬物種進行益生菌治療，而且高度推薦用於接受盆腔放療的癌症患者。

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