Ballaststoffreiche Ernährung und Mikrobiom

„Lass Nahrung deine Medizin sein und Medizin deine Nahrung.“

Hippokrates von Kos hat in diesem berühmten Aphorismus den untrennbaren Zusammenhang von Ernährung und Gesundheit festgehalten. Zu seiner Zeit gab es keine wissenschaftliche Ernährungslehre, minimale Kenntnisse über Physiologie und Anatomie, verstümmelnde chirurgische Eingriffe und Kräuter statt Pharmaka. Hippokrates und seine Zeitgenossen versuchten, Krankheiten durch Ernährung zu heilen oder gar nicht entstehen zu lassen. Bis weit in die Neuzeit hat sich an diesen Grundlagen wenig geändert. Die enormen Fortschritte der wissenschaftlichen Medizin ließen das Ernährungswissen aber zunehmend in den Hintergrund rücken.

„Alte Freunde“ im Darm: Der menschliche Darm ist eine der am dichtesten mikrobiell besiedelten Zonen der Natur. Er beherbergt Trillionen unterschiedlicher Bakterien, Archae (Urbakterien), Viren, Bakteriophagen, Pilze, gelegentlich auch Parasiten. Viele dieser Organismen leben schon seit Generationen mit uns Menschen zusammen und werden daher ironisch als „old friends“ bezeichnet. Diese außerhalb des Darms meist nicht lebensfähigen Mikroorganismen haben den menschlichen Körper nicht als Infektion, sondern als hilfreiche Bewohner im Sinne einer Symbiose („gemeinsames Leben“) besiedelt.

Dysbiose: Die Verarmung physiologischer Darmbakterien kann bereits mit der Geburt über Kaiserschnitt beginnen. Dies kann zur Begünstigung von Autoimmunerkrankungen, Depressionen oder Autismus, aber auch abdominellen Symptomen führen. Stoffwechselprodukte der Darmbakterien haben regulierende Funktionen auf das menschliche Immunsystem und das Gehirn. Im Alter kann eine bakterienarme und ballaststoffarme Ernährung die schon a priori reduzierte Darmflora weiter schwächen und Infektionen mit Durchfallerregern sowie neurodegenerative Erkrankungen begünstigen.

Die Entdeckung des Mikrobioms: Die Etablierung gentechnischer Methoden wie 16S-rDNA-Sequenzierung oder Shotgun Metagenomics sowie ihre Kategorisierung durch Software erlaubt es heute, Informationen über das gesamte mikrobiologische Profil unserer Darmbewohner zu erheben. Die dadurch ausgelöste Revolution ist gerade im Anlaufen und wird vermutlich die nächsten Dekaden von Medizin und Physiologie prägen.

Zusatzstoffe: Insbesondere Fertignahrung wird häufig mit potenziell problematischen Chemikalien versetzt, damit sie besser aussieht, im Regal länger hält und billig herzustellen ist. Aber auch fertige Süßspeisen, Softdrinks, Eiscreme oder Tiefkühlmenüs sind für viele Menschen problematisch und massiv an der heutigen Adipositas-Welle beteiligt. Es konnte gezeigt werden, dass allein durch Emulgatoren in der Nahrung eine vermehrte Energieaufnahme, Diabetesneigung und Adipositas begünstigt werden. Als Ursachen wurden Entzündungsreaktionen durch Störung der Mucusbarriere sowie Auftreten einer intestinalen Dysbiose nachgewiesen (Chassaing et al., Nature 2015; 519[7541]:92–6).

Unpräzise Erfassung: Im Gegensatz zur „Präzisionsmedizin“, mit der Krebserkrankungen individuell behandelt werden sollen, werden Informationen über unsere Ernährung – immerhin die Basis des gesamten Stoffwechsels – meist nur unpräzise erfasst und aus der medizinischen Analyse oft komplett ausgeblendet. So wird beispielsweise Reizdarm, der bis zu 25 % der Menschen betrifft, meist als psychologische Störung und/oder abnorme Schmerzwahrnehmung interpretiert. Konventionelle Behandlungsformen liegen weniger in der naheliegenden Modifikation problematischen Ernährungsverhaltens, sondern vielmehr in Medikamenten, Psychopharmaka, Antibiotika oder Hypnose. Zusätzlich kann eine unkritische Anwendung der zunehmend populären Low-FODMAP-Diät, bei der die Aufnahme fermentierbarer Ballaststoffe reduziert wird, intestinale Dysbiose auslösen oder verstärken.

Ballaststoffe: Die Forschung über gesundheitsfördernde Effekte von Ballaststoffen für die menschliche Ernährung begann Anfang der 1970er-Jahre. Burkitt und Trowell untersuchten unlösliche pflanzliche Faserstoffe, die durch Wasseraufnahme die Verdauung verbessern und Verstopfung verhindern sollten („bulking agents“). Trowell definierte 1972 Ballaststoffe als Stoffe pflanzlicher Herkunft, die von den Enzymen des menschlichen Magen-Darms-Trakts nicht abgebaut werden können, d. h. Zellulose, Hemizellulose, Lignin (Burkitt DP et al., Lancet 1972; 300:1408). Die Gesamtballaststoffe („total fiber“) bilden demnach „die Summe aus Nahrungsfasern und funktionellen Fasern“. Unterschieden werden bakteriell fermentierbare („Präbiotika“) und nichtfermentierbare Ballaststoffe. Für die Stabilität des menschlichen Mikrobioms ist vor allem die Fermentierbarkeit entscheidend. Das Ausmaß der Fermentation und die Art der Endprodukte hängen von der Zugänglichkeit der Oligo- und Polysaccharide für die bakteriellen Enzyme ab. Insofern spielen Kettenlänge und Löslichkeit, Zellwandaufbau, Verweildauer im Dickdarm (Motilität) und die Zusammensetzung der Darmflora eine wesentliche Rolle. Als Endprodukte des Abbaus entstehen neben Gasen (Kohlendioxid, Methan, Wasserstoff) und Wasser auch die kurzkettigen Fettsäuren Essig-, Ameisen- und Buttersäure bzw. ihre entsprechenden Salze (Azetat, Propionat, Butyrat; Überblick in: Koh A et al., Cell 2016; 165[6]:1332–1345). Diese Fettsäuren werden nahezu vollständig (95–99 %) vom Dickdarmepithel aufgenommen. Während Azetat und Propionat über die Pfortader zur Leber gelangen, verbleibt der Großteil des Butyrats vor Ort und dient als bevorzugte Energiequelle für Darmepithelzellen. Butyrat kann über Aktivierung der Rezeptoren FFR-2/3 zentrale Appetitunterdrückung vermitteln, führt aber auch über den Vagus zu Gehirn-Signalen (fos-Aktivierung), die eine Appetitreduktion und vermehrte Fettoxidation im braunen Fettgewebe zur Folge haben. Günstig sind weiters die Abschwächung diätinduzierter Adipositas und Fettstoffwechselstörung sowie eine Verbesserung von Insulinresistenz und Fetteinlagerung in der Leber. Die anderen kurzkettigen Fettsäuren werden vorwiegend über die Pfortader aufgenommen. Propionat wird in der Leber verstoffwechselt, während Azetat die Blut-Hirn-Schranke überwindet, wo es über zentrale Mechanismen (Freisetzung von Neuropeptiden) appetitunterdrückend wirkt (Frost et al., 2014). Diese Effekte erscheinen besonders günstig bei Übergewicht und Diabetes. Sie dürften die gängigen Ernährungsempfehlungen in Zukunft ergänzen oder sogar revolutionieren.

Akkermansia: Der Keim Akkermansia muciniphila gehört zu den interessantesten Bewohnern unserer Darmflora und macht bei Erwachsenen etwa 5 % aus. Sein Wachstum wird z. B. über Azetat, das durch bakterielle Metabolisierung von Polysacchariden (wie etwa aus resistenter Kartoffelstärke) freigesetzt wird, gefördert und weiters durch Polyphenole aus Beeren begünstigt, vor allem bei fettreicher Nahrung. Akkermansia weist entzündungshemmende und barrierestärkende Effekte auf, die Anwesenheit des Keims reduziert beispielsweise die Schwere von Blinddarmentzündungen. Eine Verminderung scheint hingegen das Risiko für entzündliche Darmerkrankungen, Reizdarm, aber auch Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes zu erhöhen.

Resümee

Eine mikrobiomfördernde Ernährung ist weit mehr, als die Aufnahme von Ballaststoffen über Obst, Gemüse und Vollkornprodukte zu erhöhen. Vor allem im Dünndarm nicht aufgenommene Oligo- und Polysaccharide müssen der individuellen Verdauungskapazität angepasst werden. Anfänglicher Durchfall und vermehrte Gasentwicklung sind zu erwarten und vorab zu besprechen. Berücksichtigt werden muss immer auch z. B. das Vorliegen von entzündlichen Darmerkrankungen, Diabetes, Lebererkrankungen oder aber auch eine chronische Mikrobiom-Verarmung durch Antibiotikatherapie oder extremes Lebensalter. Zur Wiederherstellung der für den Organismus günstigen Darmbakterien sind vor allem Ernährungsmaßnahmen („mikrobiomgezielte Ernährung“) erfolgversprechend.
In Extremfällen der Dysbiose kann auch die Stuhltransplantation eingesetzt werden.