Darmflora – Rolle des Mikrobioms bei Reizdarm

Was ist die Darmflora?

Der menschliche Darm enthält neben körpereigenen Zellen auch eine beträchtliche Menge an körperfremden Mikroorganismen. Die Gesamtheit der Mikroorganismen im Darm wird als Darmflora oder (intestinale) Mikrobiota bezeichnet. Ein weiteres, häufig verwendetes Synonym ist (intestinales) Mikrobiom, doch manche Wissenschaftler verwenden diesen Begriff spezifisch als Bezeichnung für die Gesamtheit des Genoms der Mikroorganismen. Heute gibt es immer mehr Hinweise, dass die Darmflora im Darm von Menschen mit Reizdarmsyndrom verändert ist.

Die Darmflora besteht zu einem überwiegenden Teil aus Bakterien. Hierbei leben Darmbakterien und Mensch in einem symbiotischen bzw. mutualistischen Verhältnis, was bedeutet, dass beide Partner voneinander profitieren: Die Darmbakterien erfüllen zahlreiche metabolische und schützende (protektive) Funktionen für den menschlichen Organismus, während der Darm des Menschen einen geschützten, nährstoffreichen Lebensraum für die Mikroorganismen bietet.

Schätzungsweise leben bis zu 100 Billionen Mikroorganismen im menschlichen Darm, was der zehnfachen Zellzahl des Menschen entspricht. Die Anzahl der Gene, die von den Mikroorganismen gebildet (kodiert) werden, übertrifft die ihres Wirtes um mehr als das Hundertfache.

Wozu dient die Darmflora?

1. Die Darmflora unterstützt den Stoffwechsel

Dank der enormen genetischen Vielfalt der verschiedenen Bakterienarten kann die Darmflora zahlreiche Funktionen übernehmen, die menschliche Zellen nicht oder nur sehr begrenzt ausführen können:

  • Synthese von Vitamin B1, B2, B6, B12, K
  • Synthese aller essenziellen und nicht-essenziellen Aminosäuren
  • Entgiftung giftiger (toxischer) Stoffe
  • Abbau von Kohlenhydraten, die menschliche Zellen nicht verdauen können

Die Darmflora verbessert im Regelfall die Nährstoffversorgung des menschlichen Körpers. In manchen Fällen jedoch können eine gestörte Funktion der Darmflora auch ursächlich für Verdauungsstörungen sein. Bei einer Laktoseintoleranz zum Beispiel wird der Milchzucker (Laktose) in Milch und Milchprodukten nicht wie sonst durch das Enzym Laktase im Dünndarm des Wirtes, sondern durch die Darmflora im Dickdarm zersetzt, wodurch es zu Blähungen, Bauchkrämpfen und Durchfällen kommen kann.

2. Die Darmflora schützt uns und unser Immunsystem

Ähnlich wie in der Tierwelt, konkurrieren Bakterien im Darm gegeneinander um begrenzte Nahrung. Oft hat die im Darm ansässige Darmflora einen Überlebensvorteil gegenüber neuen, schädlichen (pathogenen) Bakterienarten. Dadurch verdrängt unsere natürliche Darmflora schädliche Keime und kann die Neubesiedlung krankmachender Bakterien effektiv verhindern. Dies wird in der Ökologie auch als Konkurrenzausschluss-Prinzip (competitive-exclusion princple) bezeichnet.

Der Darm hat eine viel größere Oberfläche als unser äußere Haut, sodass uns hier unser Immunsystem besonders vor schädlichen äußeren Einflüssen schützen muss. Daher spielt die Darmwand als größte Grenzfläche zwischen Körper und Außenwelt eine essenzielle Rolle in der Entwicklung des menschlichen Immunsystems. Die kontinuierliche Wechselwirkung zwischen Darmflora und Immunzellen trägt wesentlich zur Regulation und Modulation dieses Prozesses bei. Man geht davon aus, dass insbesondere die Zusammensetzung der Darmflora im frühen Kindesalter eine weitreichende Wirkung bis zum Erwachsenenalter hat. Beispielsweise scheint es einen Zusammenhang zwischen der frühkindlichen Darmflora und der Entstehung von Allergie zu geben: Kinder mit einer fehlbesiedelten Darmflora entwickeln demnach häufiger ein unzureichend trainiertes Immunsystem, das bei Kontakt mit unschädlichen Antigenen überreagiert (Allergie).

3. Die Darmflora und unser Nervensystem – Mikrobiom-Darm-Hirn-Achse

Bei der Mikrobiom-Darm-Hirn-Achse handelt es sich um ein Kommunikationssystem, das hormonelle, immunologische Signale und Nervensignale zwischen Mikrobiom, Darm und Hirn vermittelt.

Einerseits kann das Hirn über dieses System wichtige Darmfunktionen steuern (beispielsweise Darm-Beweglichkeit/Motilität, Schleimsekretion, Immunabwehr), was auch die Überlebensfähigkeit der verschiedenen Bakterienspezies beeinflusst. Es ist zum Beispiel bekannt, dass sich unter Stresssituationen das umgebende Milieu der Bakterien und somit die Zusammensetzung der Darmflora verändern kann. Die Darmflora hat außerdem über die Mikrobiom-Darm-Hirn-Achse einen Zugang zum Hirn.

Es gibt auch Hinweise darauf, dass die Darmflora über die Mikrobiom-Darm-Hirn-Achse maßgeblich an der Entstehung von chronisch-degenerativen Erkrankungen (zum Beispiel Alzheimer, Parkinson) beteiligt sein könnte. In einem tierexperimentellen Modell hat sich etwa gezeigt, dass Alpha-Synuclein – ein Protein, das typischerweise im Hirn von Parkinson-Patienten vermehrt abgelagert wird – nach Injektion in die Ratten-Darmwand über Nervenfasern in bestimmte Areale des Gehirns einwandern kann.

Ein weiterer Mechanismus, über den Darmbakterien auf das Hirn wirken könnten, wird durch den Serotonin-Spiegel im Blut vermittelt. Serotonin ist ein Mediator und Neurotransmitter, dessen relativer Mangel an der Entstehung von Depressionen beteiligt ist. Der überwiegende Teil des peripher produzierten Serotonins stammt aus dem Darm und die Darmflora könnte über die Modulation der Serotonin-Sekretion des Darms den Blut-Serotonin-Spiegel und schließlich die Signalverarbeitung des Gehirns beeinflussen.

Wie ist die Zusammensetzung der Darmflora?

bakterielle_darmbesiedlungInnerhalb des Verdauungstraktes herrscht eine extrem ungleiche Verteilung der Bakterienflora. Vor allem wegen der stark sauren Magensäure, die die Überlebensfähigkeit von Bakterien enorm einschränkt, sind der Magen und der nachfolgende Dünndarm nahezu bakterienfrei (10 bis 104 Bakterien pro Milliliter), während im Dickdarm die Dichte an Mikroorganismen rapide ansteigt (1011 – 1012/ml).

Die Bakterienstämme (Phyla), aus denen sich die gesamte Darmflora zusammensetzt, sind bei Menschen überwiegend gleich. Im Wesentlichen besteht sie aus Bakterienarten der vier Stämme

  • Firmicutes
  • Bacteroidetes
  • Proteobakterien
  • Aktinobakterien

Hingegen gibt es große interindividuelle Unterschiede bei der Verteilung der verschiedenen Bakterienarten innerhalb der Stämme.

Wie bildet sich die Darmflora bei Neugeborenen?

Mikrobiom MikrobiotaNeugeborene haben noch keine Darmflora, kaum Bakterien in ihrem Darm. Der menschliche Darm wird während des Geburtsvorgangs zum ersten Mal durch Bakterien besiedelt. Hierbei unterscheidet sich die anfängliche Darmflora bei vaginalen Geburten (Bakterien der mütterlichen Vaginalflora) und Kaiserschnitt-Geburten (Bakterien der mütterlichen Hautflora).

Eine besonders wichtige Rolle wird zudem der Ernährung des Neugeborenen beigemssen. Der höhere Anteil an Bifidobakterien im Darm gestillter Kinder im Vergleich zu Kindern mit Flaschennahrung ist nur ein Beispiel. Eine mögliche Erklärung hierfür ist, dass die Muttermilch milchsäureproduzierende Bakterien enthält, die auch das Besiedlungsverhalten anderer Bakterien beeinflussen.

Mit dem Übergang zur festen Nahrung verändert sich die Zusammensetzung der Darmflora stark: die laktose-zersetzenden Bakterien, die zuvor eine zentrale Funktion eingenommen hatten, werden durch andere Bakterienarten verdrängt, die weitere Kohlenhydrate, aber auch Proteine und Fette verwerten und zusätzlich Vitamine bilden können. Man weiß heute auch, dass sich durch bestimmte Ernährung wie zum Beispiel der low-FODMAP-Diät die Darmflora verändert.

Auch im Erwachsenenalter kann das Mikrobiom durch die Ernährung drastisch verändert werden. Bei fettleibigen Personen etwa wurde ein erhöhter Anteil an Firmicutes beobachtet, wohingegen eine ballaststoffreiche, fettarme Nahrung den Anteil der Firmicutes-Populationen zu senken scheint.

Dass sich selbst bei gesunden Menschen die Darmflora-Zusammensetzung stark unterscheiden kann, lässt sich durch die funktionelle Redundanz der Bakterien erklären: Dadurch, dass viele Funktionen von mehreren Bakterienarten übernommen werden, kann ein verminderter Anteil einer Art durch den erhöhten Anteil der anderen kompensiert werden.

Was hat die Darmflora mit Reizdarm zu tun?

Ein mehr oder weniger stabiles Gleichgewicht zwischen intestinalem Mikrobiom und Wirtsorganismus, das sich im Erwachsenenalter einpendelt, wird als Eubiose bezeichnet. Dieses Gleichgewicht kann unter Umständen qualitativ oder quantitativ gestört werden (Dysbiose, Fehlbesiedlung). Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn im Laufe einer Langzeitbehandlung mit einem unspezifisch wirksamen Breitbandantibiotikum eine große Bandbreite an Bakterienarten abgetötet wird. Auch bei schweren Durchfallerkrankungen kommt es häufig zu einer Verschiebung der Darmflora, wodurch ein postinfektiöses Reizdarmsyndrom begünstigt werden kann.

Solch eine drastische Dysregulation geht oft mit akuten Nebenwirkungen einher. Man geht davon aus dass eine stark gestörte Darmflora eine Reihe von Erkrankungen begünstigen kann. Zu diesen Krankheiten gehören zum Beispiel Adipositas, Typ-2-Diabetes, Alzheimer, Parkinson und chronisch-entzündliche Darmerkrankungen wie Colitis ulcerosa und Morbus Crohn

Das Reizdarmsyndrom gehört ebenfalls dazu. So wurde etwa ein zweifacher Anstieg des Verhältnisses von Firmicutes zu Bacteroidetes bei Reizdarm-Patienten festgestellt.

Folgende Mechanismen scheinen verantwortlich für die Dysbiose beim Reizdarmsyndrom zu sein:

  • gestörte Bakterielle Gärung: Das veränderte Gleichgewicht der Darmflora hat eine Veränderung der bakteriellen Gärung (Fermentation) zur Folge.
  • erleichterte Adhäsion krankmachender Bakterien: Bedingt durch das destabilisierte, ansässige Mikrobiom können sich krankheitserregende (pathogene) Bakterien leichter an der Darmwand ansiedeln.
  • Dünndarmfehlbesiedlung (SIBO): Schließlich kommt es zur vermehrten Besiedlung von Bakterien im Dünndarm, der beim gesunden Menschen weitgehend keimfrei ist.

Welche Rolle spielt die Darmflora in der Reizdarm-Therapie?

Aufgrund der entscheidenden Beteiligung des Mikrobioms in der Krankheitsentwicklung stellt die Darmflora zugleich einen potenziellen Angriffspunkt therapeutischer Mittel dar.

Probiotika

Hierbei handelt es sich um eine oral einnehmbare Zubereitung von Bakterienkulturen. Bislang mangelt es jedoch an einem genauen wissenschaftlichen Verständnis von der Wirksamkeit von Probiotika bei Reizdarm.

Stuhltransplantation

Die Stuhltransplantation (fecal microbiota transplant) ist eine Methode, die bereits im 4. Jahrhundert im alten China erstmals beschrieben wurde. In der westlichen Medizin hat sie aber vor allem in den letzten Jahren als therapeutisches Mittel gegen Darmerkrankungen Aufmerksamkeit bekommen. Hierbei wird der Stuhl eines gesunden Spenders auf krankheitserregende Keime voruntersucht und nach einer Aufreinigung im Rahmen einer Darm-Spiegelung auf die Darmwand des Empfängers gesprüht. Besonders bei der Clostridium-difficile-assoziierten Diarrhö (CDAD) hat sich diese Methode als wirksam erwiesen. Bei einer besonders schwerwiegenden Form dieser Erkrankung (CDAD mit pseudomembranöser Colitis) gilt die Stuhltransplantation mittlerweile als Standardempfehlung der Amerikanischen Gesellschaft für Gastroenterologie. Der Nutzen bei chronisch-entzündlichen Krankheiten sowie beim Reizdarmsyndrom konnte bislang noch nicht sicher nachgewiesen werden und ist Gegenstand aktueller Forschung.

Fest steht, Stuhltransplantationen sind sehr risikoreich. Vor allem bei einem verletzten Darm beispielsweise im Rahmen einer entzündlichen Darmerkrankung, können viele Bakterien des transplantierten Stuhls ins Blut des Empfängers gelangen. Dies hatte schon Todesfälle wegen einer schweren Blutvergiftung zur Folge. Außerdem kennt man die Langzeitfolgen von Stuhltransplantationen noch nicht. Momentan sind mehrere Medikamente in der Testphase, die Teile der Stuhltransplantation synthetisch nachbilden, um so kontrollierter und über andere Wege (zum Beispiel über Tabletten) die Darmflora positiv zu beeinflussen.

Quellen
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Distrutti, E., Monaldi, L., Ricci, P. and Fiorucci, S., 2016. Gut microbiota role in irritable bowel syndrome: New therapeutic strategies. World journal of gastroenterology, 22(7), p.2219. Online: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26900286, abgerufen am 02.05.16
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Moayyedi, P., Surette, M.G., Kim, P.T., Libertucci, J., Wolfe, M., Onischi, C., Armstrong, D., Marshall, J.K., Kassam, Z., Reinisch, W. and Lee, C.H., 2015. Fecal microbiota transplantation induces remission in patients with active ulcerative colitis in a randomized controlled trial. Gastroenterology, 149(1), pp.102-109. Online: http://www.gastrojournal.org/article/S0016-5085(15)00451-5/pdf, abgerufen am 02.05.16

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