Präbiotika

Die folgenden Stoffe gehören zur Gruppe der Präbiotika: Inulin, Oligofructose (FOS), Galactooligosaccharide (GOS), Xylooligosaccharide (XOS), Arabinoxylooligosaccharide (AXOS), Maltooligosaccharide (MOS), Konjac-Glucomannanoligosacharide (KGMO), Lactulose, trans-Galactooligosaccharide (TOS), a-Galactoside, Isomaltooligosaccharide, ß-Glucane, Polydextrose, D-Tagatose und resistente Stärke.

Die Fermentation von Präbiotika durch Mikroorganismen im Dickdarm (Kolon) führt zur Produktion von kurzkettigen Fettsäuren (SCFA). Tabelle 1 zeigt verschiedene Arten der SCFA mit einigen ihrer Wirkungen.

(Tabelle 1: Kurzkettige Fettsäuren und ihre gesundheitsfördernde Wirkung. Quelle: [1])

Unterstützung des Mikrobioms

Unter dem Mikrobiom versteht man die Gesamtheit der Mikroorganismen, die im und auf dem Körper leben. Das Darmmikrobiom ist das bekannteste und größte Mikrobiom des Körpers mit 1014 Mikroorganismen. Ein ausgewogenes Mikrobiom mit einer hohen Diversität verschiedener Bakterienstämme ist gut für die allgemeine Gesundheit [2].

Präbiotika stimulieren das Wachstum von Mikroorganismen im Darm, indem sie als Energiequelle dienen. Ein gutes Präbiotikum ist vor allem die Nahrungsquelle für gute Mikroorganismen. Die Mikroorganismen verstoffwechseln das Präbiotikum u.a. zu SCFA und zu organischen Säuren, wodurch der pH-Wert im Darm sinkt, also saurer wird. Ein saures Milieu ist vorteilhaft für die guten Mikroorganismen und ungünstig für die sogenannten schlechten Mikroorganismen. Aufgrund eines stärkeren Wachstums der nützlichen Mikroorganismen, einer erfolgreichen Nährstoffkonkurrenz und der Veränderung der Umgebung können nützliche Mikroorganismen dominieren [3].

Die präbiotischen Fasern aus der Muttermilch, auch Humane Milch-Oligosaccharide (HMO) genannt, sind eine gute Nahrungsquelle für u.a. Bifidobacterium infantis. [4]. Zudem schützen HMO das Darmepithel. Mikroorganismen können sich im Darm an die Darmschleimhaut binden, auch Glykokalix genannt. Die Bindung pathogener Mikroorganismen oder Krankheitserreger an die Glykokalix kann sich nachteilig auf die Darmgesundheit auswirken. Sie kann zur Besiedlung mit diesen Krankheitserregern führen und eine Dysbiose im Darm verursachen. HMO ähneln den Glykoproteinen aus der Glykokalix, an die Pathogene binden können. Infolgedessen binden Pathogene an die HMO und somit nicht an die Glykokalix und können daher mit dem Kot ausgeschieden werden. Auch andere Präbiotika, wie XOS, haben antiadhäsive Eigenschaften [5]. Auf diese Weise schützen Präbiotika vor Infektionen und Dysbiose.

Unterstützung des Darmepithels

Epithelzellen des Dickdarms nutzen SCFA-Butyrat als Energiequelle. Präbiotische Fasern, die in Butyrat umgewandelt werden, sind daher wichtig für den Erhalt gesunder Epithelzellen im Dickdarm [3]. Ein gesunder Energiestatus des Darmepithels führt zu einer optimalen Funktion der sogenannten „Tight Junctions“. Dies sind Bänder aus Membranproteinen, die selektiv den Zu- und Abfluss von Wasser und wässrigen Lösungen zwischen dem Lumen und dem inneren Milieu regulieren. Die SCFA spielen also eine wichtige Rolle bei der Regulation der Durchlässigkeit/Permeabilität des Darms. So unterstützen Präbiotika die Barrierefunktion des Darms [6].

Sättigungsgefühl

Präbiotische Fasern geben ein Sättigungsgefühl [7]. Dies wird einerseits verursacht durch die Erhöhung der Viskosität und eine vermehrte Masse, was zu einem Sättigungsgefühl führt [8].  Andererseits zeigen sowohl Studien an Tieren wie an Menschen, dass das Metabolisieren von Präbiotika zu SCFA eine Rolle beim Sättigungsgefühl spielt. Acetat und Proprionsäure im Lumen des Darms sorgen für die Freisetzung von Hormonen, die für das Sättigungsgefühl verantwortlich sind, wie Glucagon-like Peptide 1 (GLP-1) und Peptid YY (PYY) [9, 10]. Ausreichende Propionsäure führt wiederum zu einer verringerten Energieaufnahme, indem das Gefühl der Belohnung beim Sehen oder Essen von kalorienreichen Lebensmitteln gehemmt wird [11].

Immunsystem

Ein wichtiger Wirkmechanismus von Präbiotika ist die Modulation des Immunsystems über das Lymphgewebe im Darm („Gut Associated Lymphoid Tissue“/GALT) [12]. GALT ist ein mukosales Immunsystem, das sowohl angeborene als auch erworbene Zellen des Immunsystems besitzt und strategisch dort positioniert ist, wo viele externe Krankheitserreger versuchen, in den Körper einzudringen, wie im Darm.

Erstens können Darmepithelzellen Butyrat anstelle von Glutamin als Treibstoff verwenden, so dass Glutamin als Treibstoff für die Immunzellen des GALT zur Verfügung steht [13].

Weiter wirkt Butyrat antiinflammatorisch im Darmlumen [14].

Alle SCFA können durch das Darmepithel diffundieren und eine modulierende Wirkung auf die Immunzellen des GALT ausüben, die sich in der Lamina propria im Darm befinden [14].

Die SCFA, vor allem Butyrat, verstärken die Immunabwehr im Darm, indem sie beispielsweise die Zytokinproduktion modulieren [13] und die Aktivität bestimmter Immunzellen stimulieren [13].

Auch die Herstellung von Mucus wird durch präbiotische Fasern stimuliert. Die Präbiotika bilden über die SCFA eine Energiequelle für die spezialisierten Epithelzellen, die den Schleim herstellen, die sogenannten Becherzellen. Der Mucus schützt die Epithelzellen des Darms und sorgt so für eine wichtige physische Barriere [15].

HMO beeinflussen die Entwicklung des neonatalen Immunsystems, indem sie vor Pathogenen schützen, das Darmmikrobiom entwickeln, dabei helfen, ein gesundes Darmepithel zu bilden und indem sie die Reifung von Immunzellen unterstützen [4].

Cholesterinstoffwechsel

Präbiotische Fasern beeinflussen die Aufnahme von Cholesterin, indem sie die Aufnahme hemmen und die Ausscheidung über den Stuhlgang stimulieren. Trotzdem wird die cholesterinsenkende Wirkung von Präbiotika hauptsächlich den SCFA zugeschrieben, die aus präbiotischen Ballaststoffen produziert werden und den Cholesterinstoffwechsel in der Leber direkt beeinflussen. Butyrat und Proprionsäure hemmen beispielsweise die Synthese von Cholesterin in der Leber, Proprionsäure hemmt zudem die Synthese von Triglyceriden [16, 17].

Aufnahme von Mineralstoffen

Präbiotische Fasern führen zu einem saureren Milieu im Darm. Mineralstoffe wie Calcium und Magnesium lösen sich in einem sauren Milieu besser, was die Aufnahme dieser Mineralstoffe fördert. Die SCFA stimulieren zudem die Proliferation des Darmepithels, was die Resorptionsfläche vergrößert, wodurch Nährstoffe wie Mineralstoffe gut aufgenommen werden können [18, 19]. Die Aufnahme von Calcium wird darüber hinaus verbessert, indem die Ballaststoffe für erhöhte Calbindin-D9K-Werte sorgen. Calbindin-D9K bindet Calcium und fördert die Aufnahme von Calcium im Darm [20]. Auch die Aufnahme von Magnesium, Eisen und Zink wird unter dem Einfluss von Präbiotika gesteigert [21-24].

Verbesserung der Darmmotilität

Die wasserbindende Kapazität einiger präbiotischer Ballaststoffe erhöht die Viskosität und Quantität des Darminhalts. Zudem wird der Darminhalt durch die Stimulation des Wachstums des Darmmikrobioms vergrößert. Durch die höhere Viskosität und größere fäkale Masse wird der intestinale Transit beschleunigt und die Peristaltik verbessert [25]. Präbiotische Ballaststoffe scheinen auch die neurologische Aktivität des Magens und die Magenleerung bei Neugeborenen zu modulieren [26].

Neben HMO, die aus Muttermilch hergestellt werden, gibt es keine Herstellung von Präbiotika im Körper. Präbiotische Ballaststoffe müssen daher in ausreichender Menge in der Nahrung vorhanden sein oder über Nahrungsergänzungsmittel aufgenommen werden. Es gibt verschiedene Arten präbiotischer Kohlenhydrate, die aus verschiedenen Quellen stammen. Präbiotische Kohlenhydrate sind in Gemüse, Obst, Vollkornprodukten und Nüssen zu finden. Es ist wichtig, sich abwechslungsreich zu ernähren und viele verschiedene Ballaststoffe zu sich zu nehmen. Tabelle 2 zeigt den Ballaststoffgehalt pro Gewicht für verschiedene Nahrungsmittel (Tabelle 2)

(Tabelle 2: Prozentualer Anteil an Ballaststoffen bezogen auf den Trockenmassegehalt verschiedener Lebensmittel. Quelle:[27])

Quellen für verschiedene präbiotische Ballaststoffe

Inulin ist ein Polysaccharid, das häufig aus Zichorie gewonnen wird [28]. Aus Mais wird das Oligosaccharid XOS gewonnen [29]. GOS ist ein Oligosaccharid, das aus Laktose hergestellt wird. Das Produkt enthält aus diesem Grund noch hohe Konzentrationen an Laktose und ist daher nicht für Personen mit Laktoseintoleranz geeignet.

HMOs (Humanmilch-Oligosaccharide)

Die einzigen präbiotischen Ballaststoffe, die vom menschlichen Körper produziert werden, sind HMOs. HMOs sind funktionelle Nährstoffe, die von der stillenden Mutter produziert und mit der Muttermilch ausgeschieden werden. Muttermilch enthält 10–25 Gramm HMOs pro Liter, was einer Gesamtzufuhr von bis zu 14 Gramm HMOs pro Tag entspricht [30]. Die HMOs setzen sich aus 5 verschiedenen Monosacchariden zusammen. Glucose und Galactose bilden zusammen Lactose, die immer ein Teil der HMOs ist, an die die Monosaccharide Acetylglucosamin, Fucose oder Sialinsäure binden. Insgesamt sind mehr als 200 verschiedene HMO-Komplexe bekannt, die in der menschlichen Muttermilch vorhanden sind [31]. Die Zusammensetzung der verschiedenen Arten von HMOs und die Konzentration ändert sich im Laufe der Zeit. Die höchste Konzentration an HMOs ist im Kolostrum zu finden. Insbesondere die Menge an neutralen, fucosylierten HMOs nimmt in den ersten 18 Wochen des Stillens ab, während der Anteil an 3-Phucosyllactose zunimmt [4]. Die Zusammensetzung und Konzentration der HMOs in der Muttermilch hängt hauptsächlich von der genetischen Veranlagung der Mutter ab und davon, wie lange schon gestillt wird. Darüber hinaus wurden Unterschiede in der HMO-Zusammensetzung u. a. in Abhängigkeit von Schwangerschaftslänge, der Entbindungsmethode, Umweltfaktoren und der Jahreszeit festgestellt [4].

Präbiotische Kohlenhydrate erreichen den Darm größtenteils unverdaut. Im Dickdarm werden sie anschließend vom Mikrobiom durch einen Fermentationsprozess unter anderem mit SCFA (Short-Chain Fatty Acids) als Endprodukten metabolisiert. Die Endprodukte des Fermentationsprozesses werden auch als Primärmetabolite bezeichnet. Diese Fermentation präbiotischer Ballaststoffen ist meist ein Zusammenspiel verschiedener Mikroorganismen, von denen jeder eine Vorliebe für unterschiedliche Formen präbiotischer Kohlenhydrate hat [3]. Im Colon ascendens, dem ersten Teil des Dickdarms, findet der Großteil der Fermentation der präbiotischen Kohlenhydrate statt, und daher ist dort die höchste Konzentration an SCFA zu finden [1]. Im Colon transversum und Colon descendens, dem mittleren und hinteren Teil des Dickdarms, gibt es weniger bakterielle Aktivität, und es werden weniger Kohlenhydrate umgesetzt. Im distalen Dickdarm findet hauptsächlich die Eiweiß- und Aminosäuregärung statt [32].

Die Metaboliten können dann entweder vom Wirt oder vom Mikrobiom verwendet werden. SCFA, hauptsächlich Butyrat, dient als Energiequelle für das Darmepithel [3]. Darüber hinaus können SCFA von anderen Geweben verwendet werden, zum Beispiel wird Acetat als Energiequelle von Muskeln, Nieren, Herz und Gehirn genutzt [32].

Die Ausscheidung der Metaboliten erfolgt über die Atmung, die Fäzes und den Urin [3].

Ein Mangel an präbiotischen Nährstoffen kann bei einseitiger und unvollständiger Ernährungsweise auftreten. Eine solche Ernährung enthält nicht genügend Gemüse, Obst, Nüsse, Samen und andere Quellen präbiotischer Ballaststoffe. Erwachsene Deutsche essen zwischen 15 und 23 Gramm Ballaststoffe pro Tag, was unterhalb der empfohlenen Aufnahmemenge liegt [33]. Lesen Sie mehr über das Thema der empfohlenen Zufuhr im Abschnitt „Dosierungen“.

Charakteristische Faktoren, die untrennbar mit einem westlichen Lebensstil verbunden sind, wie etwa der Konsum von schnell resorbierbarem Zucker, Antinährstoffen, Bewegungsmangel und chronischer Stress, haben einen negativen Einfluss auf das Mikrobiom. Raffinierte Lebensmittel wie Getreide und Mais enthalten kaum noch Ballaststoffe, und Gemüse ist durch die moderne Landwirtschaft weniger nährstoffreich als früher [34]. Zudem kann die Exposition gegenüber Pestiziden, Antibiotika aus der Fleischindustrie und Hilfsstoffen aus verarbeiteten Lebensmitteln Probleme verursachen. Die Gesundheit unseres Mikrobioms hängt von unserer Ernährungsweise ab. Durch die gegenwärtige Ernährungsweise nimmt die Menge und Vielfalt des Mikrobioms ab [35]. Die Tendenz scheint zu sein: Je größer der „Wohlstand“, desto schlechter ist das für unseren Darm.

Aus evolutionärer Perspektive kann der Bedarf an Ballaststoffen höher sein als die aktuellen Empfehlungen [36, 37]. So zeigen zum Beispiel Untersuchungen der Ernährungsgewohnheiten der australischen Aborigines (Jäger und Sammler), dass die Ballaststoffaufnahme bis zu 160 Gramm pro Tag betragen kann, bei einer durchschnittlichen Zufuhr von 40 bis 80 Gramm Ballaststoffen pro Tag. Die Ballaststoffe stammen unter anderem aus Obst und Gemüse, im Durchschnitt 360 Gramm bzw. 720 Gramm pro Tag [36]. Ausreichend Gemüse, Pilze, Früchte, Nüsse und Samen sind ein guter Start für ein gesundes Mikrobiom. Wählen Sie so viel Abwechslung wie möglich, da die Nährstoffzusammensetzung jedes Produkts einzigartig ist und Sie auf diese Weise die natürliche Variation im Darm stimulieren.

Präbiotische Ballaststoffe unterstützen die Darmmotilität, ein Defizit ist daher mit einem problematischen Stuhlgang wie (chronischer) Obstipation verbunden. Menschen mit einer niedrigen Zufuhr von präbiotischen Ballaststoffen haben zudem häufiger ein höheres Körpergewicht und einen höheren BMI. Die Zufuhr von präbiotischen Ballaststoffen korreliert also negativ mit dem Körpergewicht. Außerdem wurde ein Zusammenhang zwischen der Zufuhr von präbiotischen Ballaststoffen und der Insulinempfindlichkeit gefunden. Da präbiotische Ballaststoffe einen positiven Einfluss auf die Stoffwechselgesundheit haben, kann ein Mangel zu einem erhöhten Risiko für die Entwicklung von Typ-2-Diabetes und anderen Stoffwechselerkrankungen führen [38, 39].

Eine wichtige Rolle der präbiotischen Ballaststoffe besteht darin, das Darmmikrobiom zu versorgen. Ein Mangel an präbiotischen Ballaststoffen kann zu einem Ungleichgewicht im Mikrobiom führen [38]. Aufgrund der Beziehung zwischen dem Darmmikrobiom und dem Immunsystem kann ein Ungleichgewicht im Mikrobiom zu verschiedenen chronisch-entzündlichen Erkrankungen wie Atopie, Allergien und Autoimmunerkrankungen führen [38]. Einer der Mechanismen, die für die Entwicklung von Entzündungen verantwortlich sind, ist ein Nährstoffmangel des Darmmikrobioms. Tierstudien zeigen, dass das Mikrobiom durch den Mangel an Nahrung dazu gezwungen wird, die schützende Mukusschicht als Nahrungsquelle zu verwenden. Eine geschädigte Mukusschicht bedeutet, dass die schützende Barriere nicht mehr vorhanden ist. Dies führt zu einer erhöhten Durchlässigkeit von Substanzen durch die Darmwand, was zu Infektionen und Entzündungen führt [40].

Ein Mangel an präbiotischen Ballaststoffen steht möglicherweise auch in Zusammenhang mit neuropsychiatrischen [41], neurodegenerativen und kardiovaskulären Krankheiten [42]. Dabei können viele komplexe Mechanismen beteiligt sein, darunter das Mikrobiom und das Immunsystem. Lesen Sie mehr dazu im Kapitel „Indikationen“.

Die beste Quelle für Ballaststoffe für das neugeborene Baby ist die Muttermilch. Babys, die nicht gestillt wurden, hatten möglicherweise einen Mangel an HMOs. Ein Mangel führt beispielsweise zu einem Ungleichgewicht im Darmmikrobiom. So besteht das Mikrobiom eines gestillten Babys aus bis zu 90 % Bifidobakterien, während das Mikrobiom eines mit Säuglingsnahrung gefütterten Babys nur zu 50 % aus Bifidobakterien besteht [4, 43]. Außerdem enthält das Mikrobiom von Babys, die mit Säuglingsnahrung gefüttert werden, häufiger Pathogene wie Clostridien [43, 44]. 

Die meisten gesundheitlichen Wirkungen von Präbiotika hängen mit ihrer Fähigkeit zusammen, das Wachstum von probiotischen Bakterien im Dickdarm und die Produktion von SCFA zu unterstützen. Eine ausführlichere Beschreibung der Eigenschaften und Wirkungen von probiotischen Bakterien finden Sie in der Monographie über Probiotika.

Hyperpermeabler Darm und verwandte Erkrankungen

Therapeutische Interventionen bei Erkrankungen, die aus einer intestinalen Hyperpermeabilität resultieren, gehen über die Behandlung mit Präbiotika hinaus. Für den orthomolekularen Therapeuten hat die Natura Foundation das eBook „Gute Gesundheit beginnt im Darm“ geschrieben, mit übersichtlichen Informationen über die Darmgesundheit und damit verbundene Störungen sowie einem umfassenden Genesungsplan für den hyperpermeablen Darm. Dieser Genesungsplan kann zur Vorbeugung und Behandlung der vielen Erkrankungen eingesetzt werden, die durch eine Hyperpermeabilität des Darms entstehen. Der Genesungsplan der Natura Foundation ist ein Werkzeug für den orthomolekularen Therapeuten, um die Durchlässigkeit des Darms wiederherzustellen und die Zusammensetzung der Schleimhaut und des Mikrobioms zu verbessern, mit dem ultimativen Ziel, mit Ihnen zusammenzuarbeiten, um Ihren Klienten zu helfen, ihre Gesundheit besser in den Griff zu bekommen.

Anwendung von Antibiotika

Das Mikrobiom ist ein komplexes Ökosystem mit einer großen Vielfalt an Mikroorganismen. Äußere Einflüsse, wie z. B. Antibiotika, können das Gleichgewicht stören. Ein Ungleichgewicht im Mikrobiom kann potenziell die gesamte Gesundheit beeinträchtigen [2].

Die Wirkung von Präbiotika auf das Mikrobiom nach einer Antibiotikabehandlung wurde an 150 Kleinkindern im Alter von 1-2 Jahren untersucht [50]. Die Kinder erhielten eine Woche lang eine Antibiotikabehandlung (Amoxicillin) gegen akute Bronchitis und anschließend eine Präbiotikahaltige Milchnahrung. Täglich erhielten die Kinder mindestens 500 ml Milchnahrung, die 4,5 g/l FOS (70 %) und Inulin (30 %) enthielt. Nach einer Woche war bereits ein Unterschied in der Anzahl der Bifidobakterien und Laktobazillen zu erkennen. Der Effekt der Präbiotika auf die Menge der Bifidobakterien war signifikant. Daraus lässt sich schließen, dass Präbiotika helfen, das Gleichgewicht im Mikrobiom wiederherzustellen, insbesondere in der ersten Zeit nach einer Antibiotikabehandlung [50].

Ein ähnlicher bifidogener Effekt wurde in einer Studie gefunden, in der Kindern im Alter von 3 bis 6 Jahren Inulin verabreicht wurde [51]. Die Kinder bekamen während der Grippesaison 24 Wochen lang 6 Gramm Inulin oder ein Placebo. Die Präbiotika stimulierten das Wachstum der Bifidobakterien während des Interventionszeitraums. Einigen Kindern wurden während des Studienzeitraums Antibiotika verabreicht. Die Kinder, die mit Antibiotika behandelt wurden, hatten weniger Bifidobakterien im Stuhl; der Rückgang der Bifidobakterien war in der Placebogruppe am größten. Die Kinder, die Präbiotika verabreicht bekamen, hatten also eine geringere Abnahme der Bifidobakterien. Der negative Effekt der Antibiotikabehandlung konnte so möglicherweise mit Präbiotika abgewendet werden [51].

Bei Erwachsenen wurde ebenfalls ein positiver Effekt einer präbiotischen Supplementierung nach einer Antibiotikabehandlung festgestellt [52]. Zwölf gesunde Teilnehmer erhielten eine fünftägige Kur mit Amoxicillin. Während der Antibiotikabehandlung und sieben Tage nach der Behandlung erhielten die Teilnehmer dreimal täglich 2,5 Gramm GOS oder ein Placebo. Am Ende der Studie wurde eine höhere Menge an Bifidobakterien in der Interventionsgruppe im Vergleich zur Placebogruppe gefunden, dieser Unterschied war jedoch nicht signifikant. Es wurde jedoch ein signifikanter Unterschied in den SCFA-Werten (Butyrat) in der Interventionsgruppe gefunden, ein Zeichen für eine günstige bifidogene Aktivität [52].

Bakterielle Infektion des Darms

Enterohämorrhagische Escherichia coli O157:H7 (E. coli O157) ist ein Erreger, der durch Lebensmittel übertragen wird und die häufigste Ursache für Darminfektionen ist. Eine Infektion mit E. coli O157 kann zu Durchfall, hämorrhagischer Kollitis und hämolytisch-urämischem Syndrom führen [53].

Tierstudien haben gezeigt, dass GOS vor einer solchen Infektion mit E. coli schützt oder eine bestehende Infektion lindert [53]. Es wurde nämlich festgestellt, dass GOS die Besiedlung mit E. coli in Mäusen verhindert, Entzündungen hemmt und die Barrierefunktion des Darms verbessert, indem es die Schleimproduktion aufrechterhält und die Integrität der Tight Junctions überwacht [53].

Clostridium perfringens ist ein pathogenes Bakterium, das durch die Produktion von Toxinen im Darm Lebensmittelvergiftungen verursachen kann. Placebokontrollierte Studien zeigen, dass eine XOS-Supplementierung (1,2 Gramm) für mindestens 6 Wochen das mikrobielle Gleichgewicht im Darm verbessert, was zu einer geringeren Präsenz von C. perfringens im Darm führt [54]. Die Hemmung des Wachstums von pathogenen Bakterien wird möglicherweise durch eine Absenkung des pH-Wertes im Darm durch die XOS-Fermentation verursacht.

Darüber hinaus haben auch HMOs einen direkten Einfluss auf verschiedene Krankheitserreger im Darm. So zeigten In-vitro-Studien, dass HMOs zelluläre und genetische Veränderungen im Pilz Candica albicans induzieren und so die Fähigkeit des Pilzes, an Darmepithelzellen anzuhaften, reduzieren [55]. HMOs haben in vitro antibakterielle Effekte gegen Staphylococcus aureus und Actinetobacter baumannii und verhindern die Bildung von Biofilmen durch Streptococcus agalactiae und Staphylococcus aureus [56]. HMOs bestehen zu etwa 30 % aus 2-Fucosyllactose (2FL), deren Aufnahme die Besiedlung von E. coli im Darm von Mäusen hemmte. Dies wurde durch eine Abnahme der bakteriellen Adhäsion im Darm, eine Veränderung der Zusammensetzung des Darmmikrobioms und möglicherweise durch eine verbesserte Schleimschicht verursacht [57].

Obstipation

Bei Kindern wurde viel über die Wirkung von Präbiotika bei funktioneller Verstopfung geforscht. Mehrere an Kindern durchgeführte Studien haben gezeigt, dass vor allem Inulin, FOS und GOS einen positiven Effekt auf die funktionelle Verstopfung haben können, wobei vor allem die Konsistenz des Stuhls weicher wurde und in einigen Fällen auch die Häufigkeit der Defäkation zunahm [58], obwohl die Studien nicht eindeutig sind.

Verstopfung ist auch ein häufiges Problem bei älteren Menschen. Zur Linderung der Symptome werden häufig wasserlösliche Ballaststoffe eingesetzt. Nicht nur die üblichen, nicht fermentierbaren Ballaststoffe, sondern auch spezifische fermentierbare (präbiotische) Ballaststoffe haben sich als wirksam bei der Behandlung von Verstopfung bei älteren Menschen erwiesen [59]. So wurde beispielsweise festgestellt, dass der Verzehr von Joghurt, der mit 9 Gramm GOS angereichert war, zweimal täglich über einen Zeitraum von 2 Wochen einen positiven Effekt auf die Verstopfung bei älteren Menschen hatte, mit einer signifikanten Zunahme der Häufigkeit der Defäkation und einer etwas weicheren Konsistenz des Stuhlgangs [60]. Darüber hinaus zeigte eine randomisierte, doppelblinde, placebokontrollierte Studie bei älteren, chronisch verstopften Dialysepatienten, dass die Einnahme von 20 Gramm FOS pro Tag über 30 Tage die Verstopfung effektiv verbessern konnte, wobei sich wiederum die Häufigkeit der Defäkation und die Konsistenz des Stuhlgangs verbesserte [61]. Anschließend zeigte eine 8-wöchige placebokontrollierte Studie, dass die Einnahme von 10 Gramm Isomalo-Oligosaccharid pro Tag zu einer Zunahme der spontanen Defäkation und einer Zunahme der Stuhlmasse führte [62]. Das Präbiotikum XOS kann auch bei Verstopfung eingesetzt werden [63]. In einer randomisierten, placebokontrollierten Studie wurde jungen Frauen mit Verstopfungsproblemen täglich 0,7 Gramm XOS im Kaffee verabreicht. Eine XOS-Supplementierung reduzierte Bauchbeschwerden und verbesserte den Stuhlgang [63].

Entzündliche Darmerkrankungen

Entzündliche Darmerkrankung ist eine Sammelbezeichnung für zwei entzündliche Darmerkrankungen, nämlich Morbus Crohn und Colitis ulcerosa.

Eine aktuelle Meta-Analyse kam zu dem Schluss, dass die Einnahme von Probiotika, Präbiotika oder Synbiotika den Disease Activity Score von Patienten mit Colitis ulcerosa reduzieren kann [64]. Darüber hinaus wurden auch Studien durchgeführt, in denen nur präbiotische Fasern verwendet wurden. So zeigte eine Tierstudie beispielsweise, dass 2FL, ein Hauptbestandteil von HMO, die Entzündung in einem Mausmodell für Colitis ulcerosa reduzierte [65]. Die Supplementierung mit 2FL verringerte die Genexpression der entzündlichen Zytokine iNOS, IL-1ß und IL-6. Darüber hinaus erhöhte es die Expression von TGFß und Occludin, einem Tight-Junction-Protein, das für die Integrität der Darmbarriere wichtig ist. Die Supplementierung mit 2FL führte bei den Mäusen zu weniger Durchfall. Darüber hinaus wurde die intestinale Permeabilität verbessert [65]. Eine andere Studie mit einem Mausmodell für Colitis ulcerosa zeigte, dass präbiotisches Inulin und FOS einen Anti-Colitis-Effekt hatten, bei dem sich das Überleben verbesserte, der Gewichtsverlust geringer war, weniger Blut im Stuhl gefunden wurde, weniger Durchfall auftrat und entzündliche Serummarker abnahmen [66]. Andere Forscher, die das gleiche Mausmodell verwendeten, fanden heraus, dass eine Supplementierung mit GOS die Entzündung bei Colitis ulcerosa reduzierte und somit den Darm vor Schäden schützte [67].

Der Einsatz von SCFA bei entzündlichen Darmerkrankungen wurde ebenfalls untersucht [68]. Dabei zeigte sich, dass vor allem Butyrat eine entzündungshemmende Wirkung hat. Exogen verabreichtes Butyrat kann das Darmmikrobiom beeinflussen, indem es Mikroorganismen stimuliert, die Butyrat produzieren, so die Wissenschaftler. Auf diese Weise wird schließlich die endogene Butyratproduktion stimuliert, was zur Wiederherstellung der intestinalen Homöostase führt [69]. Darüber hinaus können Präbiotika und SCFA zusätzlich zu den klassischen Medikamenten gegen Colitis ulcerosa eingesetzt werden. So zeigten Studien, dass das Medikament Mesalazin in Kombination mit dreimal täglich 0,3 Gramm Butyrat und Inulin zu einem reduzierten Disease Activity Score, einer Reduktion der Symptome und dem Erhalt einer intakteren Schleimschicht führte [70].

Darüber hinaus werden in Studien mit Menschen, die an entzündlichen Darmerkrankungen leiden, häufig Synbiotika eingesetzt, eine Kombination aus Präbiotika und Probiotika, wobei FOS und GOS häufig verwendete Präbiotika sind [71, 72].

Reizdarmsyndrom

Das Reizdarmsyndrom (RDS) oder Irritable Bowel Syndrome (IBS) ist eine funktionelle gastrointestinale Störung, die durch wiederkehrende Episoden von Bauchschmerzen und Veränderungen im Stuhlgang gekennzeichnet ist. Diese Episoden können über einen sehr langen Zeitraum kommen und gehen. Eine doppelblinde, placebokontrollierte Studie kam zu dem Ergebnis, dass die Einnahme von 1 Gramm FOS zweimal täglich über acht Wochen in Kombination mit einem Probiotikum einen signifikanten Effekt auf die Symptome von PDS hatte [73]. Patienten, die diese Kombination einnahmen, berichteten über weniger Blähungen, Schmerzen und Durchfall im Vergleich zur Placebogruppe. Leider sind qualitative Humanstudien zur Wirkung von Präbiotika auf das RDS noch rar.

Darüber hinaus wurden SCFA auch im Zusammenhang mit RDS untersucht. Die im Dickdarm produzierten SCFA stimulieren die Synthese von Serotonin, das eine zentrale Rolle in der Pathophysiologie des RDS spielt [74]. Sabatinoetal. [75] untersuchten die Wirkung einer butyrathaltigen Tablette zur Behandlung von RDS. Die Teilnehmer erhielten 8 Wochen lang 4 Gramm Butyrat pro Tag. Die Verbesserungen am Ende der Studie umfassten den histologischen Score, die Leukozytenzahl im Blut und die Reduktion der Immunmarker in der Darmschleimhaut (NF-?B und IL-1ß) [75].

Allergien

Die häufigsten Allergien sind atopische Dermatitis (AD), Atemwegsallergien und Nahrungsmittelallergien. Die Entstehung einer Allergie ist mit einer Funktionsstörung des Schleimhautsystems verbunden [76]. Präbiotische Kohlenhydrate sind von Geburt an sehr wichtig für die normale Funktion des Schleimhaut-Immunsystems und können daher eine wichtige Rolle bei der Prävention oder Behandlung von Allergien spielen [77]. Der Einsatz von Präbiotika zur Vorbeugung von Allergien scheint sehr vielversprechend zu sein, obwohl es noch einen großen Bedarf an groß angelegter und qualitativer Forschung am Menschen gibt.

Adipositas

Die Produktion von SCFA im Dickdarm stimuliert die Fettverbrennung und verbessert die metabolische Gesundheit [78]. Darüber hinaus induzieren SCFA die Freisetzung von Hormonen, die für das Sättigungsgefühl verantwortlich sind [9, 10], so dass Präbiotika eine effektive Strategie sein können, um den Stoffwechsel zu verbessern und damit der Adipositas entgegenzuwirken oder sie zu behandeln [79].

Die Wirkung von Probiotika auf Adipositas wurde u. a. in der folgenden Studie bestätigt [80]. Adipösen Kindern im Alter von 7 bis 12 Jahren wurden 8 Gramm FOS/Inulin-Mischung oder ein Placebo verabreicht. Präbiotika führten zu einer Reduktion von Körpergewicht und Fettanteil [80].

In einem Mausmodell für Adipositas wurde der Einfluss von HMO auf das Darmmikrobiom untersucht [81]. Die Mäuse wurden mit einer fettreichen oder fettarmen Diät gefüttert. In Abwesenheit der HMO-Komponente 2FL führte eine fettreiche Diät bei Mäusen zu einer Gewichtszunahme. 2FL verhinderte jedoch diese Gewichtszunahme sowie die Energieaufnahme, die Fettmasse und sowohl lokale als auch systemische Entzündungen, die häufig mit Fettleibigkeit einhergehen.

SCFA, insbesondere Propionsäure, führt über die Hemmung des Belohnungsempfindens beim Sehen oder Essen kalorienreicher Lebensmittel zusätzlich zu einer reduzierten Energieaufnahme. So wird die Versuchung, solche Lebensmittel zu essen, geringer. Weiter haben Präbiotika wie das HMO 2FL eine hemmende Wirkung auf das Hungergefühl, indem sie das Sättigungshormon CCK regulieren. [81].

Diabetes

Eine groß angelegte retrospektive Studie hat gezeigt, dass eine ballaststoffreiche Ernährung vor der Entwicklung von Typ-II-Diabetes schützt [82]. Studien mit Tieren haben die Rolle von Ballaststoffen auf die Pathophysiologie von Diabetes beleuchtet, wobei der tägliche Verzehr von Konjac-Fasern und Inulin den Blutzucker reduzierte, die Insulinproduktion verbesserte und die Entwicklung von Adipositas hemmte [83]. Dieser positive Effekt von Inulin wurde auch in Humanstudien bestätigt [84]. Zum Beispiel wurde in einer randomisierten, placebokontrollierten Studie festgestellt, dass die Supplementierung mit 10 Gramm Inulin pro Tag über 8 Wochen bei Diabetikern zu einer signifikanten Abnahme der Serummarker der Insulinresistenz im Vergleich zur Kontrollgruppe führte, einschließlich des Nüchternblutzuckers, des Nüchterninsulins und des HOMA-Index. Entzündungsparameter wie hs-CRP, TNF-a und LPS nahmen ebenfalls signifikant ab [84].

Neben Inulin ist XOS auch ein präbiotischer Ballaststoff, der bei der Behandlung von Typ-II-Diabetes eine Rolle spielen könnte [85]. In einer randomisierten Doppelblindstudie wurden Diabetikern 8 Wochen lang 4 Gramm XOS oder ein Placebo verabreicht. Die XOS-Supplementierung führte zu einer Senkung der Glukose-, HbA1c- und Fruktosaminkonzentrationen. Außerdem verbesserte sie verschiedene Blutfettwerte einschließlich Gesamtcholesterin und LDL-Cholesterin [85]. Bei Menschen, die sich in einem Prädiabetes-Stadium befinden, kann XOS die Entwicklung von Diabetes potenziell umkehren [86]. Täglich 2 Gramm XOS für 8 Wochen hatten einen positiven Effekt auf verschiedene diabetesbezogene Serumwerte, einschließlich Insulinspiegel und Serumglukosespiegel. Außerdem führt XOS zu einer positiven Veränderung der Zusammensetzung des Darmmikrobioms [86].

Osteoporose

Das Mikrobiom und seine Metaboliten haben einen starken Einfluss auf die Knochengesundheit. Diese Verbindung wird als Darm-Knochen-Achse bezeichnet. Es wurde bereits festgestellt, dass Menschen mit primärer Osteoporose eine andere Zusammensetzung des Mikrobioms haben als eine gesunde Kontrollgruppe [87].

Darüber hinaus kann man bei höherer Ballaststoffzufuhr möglicherweise eine bessere Knochendichte aufgrund einer verbesserten Mineral- und Nährstoffaufnahme erwarten [19]. Eine randomisierte, doppelblinde, placebokontrollierte Studie an 14 gesunden postmenopausalen Frauen ergab, dass die Einnahme von 10 bis 20 Gramm Ballaststoffen (Maisdextrin mit 85 % fermentierbaren Ballaststoffen) pro Tag über 50 Tage einen signifikant positiven Effekt auf die Kalziumretention in den Knochen und den Knochenumbau hatte [88].

In der Folge scheint SCFA Butyrat eine wichtige Rolle bei der Regulation des Knochenaufbaus zu spielen [89, 90]. Eine Tierstudie mit weiblichen Mäusen zeigte, dass Butyrat zusammen mit Parathormon benötigt wird, um die Knochenbildung zu stimulieren. Daher ist ein gesundes Mikrobiom, das präbiotische Fasern als Substrat verwendet, erforderlich, um Fermentationsprodukte herzustellen, die den Knochenaufbau ermöglichen [89].

Herz-Kreislauf-Erkrankungen

Es wird immer deutlicher, dass das Mikrobiom auch am Auftreten oder Nicht-Auftreten von kardiovaskulären Krankheitszuständen wie Atherosklerose oder Hypertonie beteiligt ist [91, 92]. Das Mikrobiom beeinflusst alle Organe, einschließlich Herz und Blutgefäße, auf vielfältige Weise [93]. Die Produktion von SCFA ist eine Möglichkeit, diese Organe zu beeinflussen. Präbiotika haben auch einen Einfluss auf den Cholesterinstoffwechsel und das Lipidprofil [94].

Tierstudien mit hypertensiven Mäusen zeigten, dass eine Ernährung, die reich an präbiotischen Ballaststoffen ist, oder eine Supplementierung mit Acetat zur Prävention von Bluthochdruck und Herzinsuffizienz führt [95]. Eine andere Studie, die ebenfalls ein Mausmodell für Bluthochdruck verwendete, fand, dass Propionsäure den Blutdruck verbesserte und atherosklerotische Plaques reduzierte [96]. Weitere qualitative Studien am Menschen sind erforderlich, um diese Ergebnisse zu bestätigen.

Depression

Das Mikrobiom von Patienten, die an Depressionen leiden, hat eine andere Zusammensetzung als das von gesunden Personen [97]. Da das Mikrobiom über die Darm-Hirn-Achse einen starken Einfluss auf das Gehirn ausübt, könnte ein Präbiotikum möglicherweise eine antidepressive Wirkung haben [98].

Studien an Tieren haben bereits gezeigt, dass die Langzeitverabreichung von GOS und FOS tatsächlich angsthemmende und antidepressive Effekte hat [99]. Anschließend wurde in einer randomisierten, doppelblinden, placebokontrollierten Studie festgestellt, dass die Einnahme von 5,5 Gramm GOS pro Tag über 3 Wochen zu reduzierten Speichelcortisolwerten am Morgen und einer anderen Verarbeitung emotionaler Informationen mit mehr Fokus auf das Positive führte [100].

Die Supplementierung mit dem Präbiotikum XOS führte bei gesunden Probanden zu einer Steigerung der Vitalitäts- und Zufriedenheitswerte [101]. Die randomisierte, doppelblinde, placebokontrollierte Studie fand den Effekt, wenn 8 Gramm XOS pro Tag zugeführt wurden. Allerdings bestätigen nicht alle Studien diese Ergebnisse [102]. Zusätzliche Therapien, wie z. B. die Reparatur des hyperpermeablen Darms, können erforderlich sein, um eine Ursache der Depression zu beseitigen und die Symptome zu verbessern [103].

Neurodegenerative Erkrankungen

Das Mikrobiom und seine Metaboliten scheinen eine wichtige Rolle bei allen Arten von neurologischen und neurodegenerativen Erkrankungen zu spielen. Sowohl bei älteren Menschen als auch bei Patienten, die an neurodegenerativen Erkrankungen leiden, wurde in Untersuchungen ebenfalls eine reduzierte Biodiversität innerhalb ihres Mikrobioms festgestellt [104]. So hatten Alzheimer-Patienten eine geringere Diversität an Mikroorganismen wie Bifidobakterien und weniger Bakterien aus dem Firmicutes-Stamm [105]. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass das Mikrobiom von Alzheimer-Patienten weniger Butyrat produziert [106]. Auch bei Parkinson-Patienten wurde ein verändertes Mikrobiom festgestellt. Eine Meta-Analyse zeigte, dass Parkinson-Patienten eine reduzierte Menge an Bakterienstämmen haben, die für die SCFA-Produktion verantwortlich sind [107-109]. Diese Dysbiose könnte der Entstehung der Parkinson-Krankheit zugrunde liegen [107]. Außerdem wurde festgestellt, dass Patienten, die an Multipler Sklerose (MS) leiden, eine reduzierte Menge an SCFA-produzierenden Bakterien in ihrem Darm haben [110]. Schließlich kamen Untersuchungen zu dem Schluss, dass das Mikrobiom auch eine Rolle bei der Entstehung und dem Krankheitsverlauf der Amyotrophen Lateralsklerose (ALS) spielt [111].

Somit könnte die Wiederherstellung des Mikrobioms und der Darmgesundheit mittels präbiotischer Ernährung und Supplementierung mit Präbiotika zur Stimulierung der SCFA-Produktion eine mögliche (zusätzliche) Behandlungsstrategie bei Neurodegeneration sein [112].

Kürzlich durchgeführte Ex-vivo-Studien kamen zu dem Schluss, dass eine Inulinsupplementierung bei Parkinson-Patienten zu einer erhöhten Produktion von SCFA, insbesondere Butyrat, führt und eine therapeutische Intervention darstellen könnte [113]. In-vitro-Studien zeigten, dass Butyrat die Demyelinisierung reduzierte und die Remyelinisierung in einem Modell für MS erhöhte [114]. Wissenschaftler, die ein Mausmodell für ALS verwendeten, fanden auch heraus, dass die Supplementierung mit GOS zu einem verringerten Verlust von Motoneuronen, reduzierter Atrophie und verbesserter mitochondrialer Aktivität in den Muskelzellen führte. All dies führte zu einer Verzögerung der Erkrankung und einer Verlängerung der Lebensspanne [115].

Hepatische Enzephalopathie

Verschiedene klinische Studien haben gezeigt, dass Präbiotika bei der Behandlung der hepatischen Enzephalopathie besser sind als ein Placebo. Im sauren Darmmilieu, das bei der Fermentation von Präbiotika entsteht, bildet der Proteinabbau hauptsächlich das nicht resorbierbare Ammoniak (NH4+) anstelle des hirntoxischen Ammoniaks (NH3) [116].

Es gibt keine bekannten Kontraindikationen für die Verwendung von Präbiotika.

Der niederländische Gesundheitsrat empfiehlt für Erwachsene eine tägliche Aufnahme von 32 bis 45 Gramm Ballaststoffen. Dazu gehören sowohl fermentierbare als auch nicht-fermentierbare Ballaststoffe [39]. Aus evolutionärer Sicht wird eine Gesamtballaststoffaufnahme ab 40 Gramm Ballaststoffe pro Tag empfohlen [36].

Eine präbiotische Supplementierung kann zur Ergänzung einer gesunden Ernährung oder während therapeutischer Maßnahmen eingesetzt werden. Die übliche Dosierung liegt bei bis zu 10 Gramm präbiotischer Ballaststoffe pro Tag, abhängig von der Art der Ballaststoffe. Die Dosierungen von Inulin, FOS und GOS reichen bis zu 10 Gramm pro Tag, XOS ist bereits bei einer Aufnahme von 2 Gramm pro Tag wirksam.

Fermentierte präbiotische Produkte mit SCFA werden ab 1,5 Gramm pro Tag dosiert.

Präbiotika sind sicher in der Anwendung und die Supplementierung ist nicht mit lebensbedrohlichen Nebenwirkungen verbunden. Dosierungen bis zu 50 Gramm pro Tag scheinen sicher zu sein [117].

Solange präbiotische Ballaststoffe noch nicht fermentiert sind (vor allem während ihres Verbleibs im Dünndarm), haben sie eine wasseranziehende (osmotische) Wirkung. Sobald sie im Dickdarm ankommen, werden sie fermentiert, ein Prozess, bei dem Gase (CO2, H2 und CH4) entstehen. Präbiotika haben daher das Risiko, manchmal Durchfall oder Blähungen zu verursachen. In solchen Fällen ist es ratsam, die Dosis zu reduzieren (kleinere Dosen werden meist gut vertragen) oder nur Probiotika zu verwenden, die diese Nebenwirkungen nicht haben.

Verschiedene präbiotische Ballaststoffe wirken oft in Synergie miteinander [118, 119].

Probiotika

Darüber hinaus werden Präbiotika oft zusammen mit Probiotika eingesetzt. Diese Kombination wird als „Synbiotika“ bezeichnet. Ein großer Vorteil der Kombination von Prä- und Probiotika ist, dass das Präbiotikum das Überleben der Bakterien im Probiotikum verbessert. Wenn Präbiotika mit Probiotika kombiniert werden, wird die Einnahme zur gleichen Zeit wie das Probiotikum empfohlen.

Mineralstoffe

Präbiotika verbessern die Mineralstoffaufnahme [18, 19]. Zum Beispiel verbessert ein Inulin-/FOS-Nahrungsergänzungsmittel (5 Gramm pro Tag) die Absorption von Magnesium und Calcium bei postmenopausalen Frauen [21].

Phytobiotika

Polyphenole, die sekundären Pflanzenstoffe vieler Früchte, Gemüse, Kräuter und Gewürze, sind präbiotisch. Von den Polyphenolen gelangen 95 % in den Dickdarm, die Fermentation führt zur Freisetzung von Energie für das Mikrobiom. Die fermentierten Polyphenole (auch aktivierte Polyphenole genannt) können dann absorbiert werden. In einer Tierstudie zur Kombination von Granatapfelextrakt und Inulin wurde gezeigt, dass die Zugabe des Granatapfelextrakts zu einer höheren Diversität der Stämme im Darmmikrobiom führte [120].

In einer Studie mit gesunden Probanden führte die Kombination von Präbiotika, Probiotika und Phytobiotika sogar zu einer Verbesserung der Zusammensetzung des Darmmikrobioms und einer Verbesserung des mentalen Zustands [121]. Das in der Studie verwendete, sehr umfangreiche Nahrungsergänzungsmittel enthielt neben verschiedenen präbiotischen Balaststoffen auch mehrere probiotische Stämme, phytobiotische Pflanzenextrakte und Phytonährstoffe.

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