Die Darm-Hirn-Achse und die Rolle von Probiotika

Die Darm-Hirn-Achse

Die Darm-Hirn-Achse (GBA, gut-brain axis) beschreibt die enge Verbindung und den inten­siv­en Infor­ma­tion­saus­tausch zwis­chen Darm und Gehirn, der in bei­de Rich­tun­gen stat­tfind­et. Ein zen­trales Ele­ment dieser Kom­mu­nika­tion ist das Ner­ven­sys­tem. Im Ver­dau­ungstrakt befind­en sich etwa 100 Mil­lio­nen Ner­ven­zellen – das sind vier- bis fünf­mal so viele wie im Rück­en­mark. Deshalb wird der Darm oft als unser “zweites Gehirn” beze­ich­net. Dieses soge­nan­nte enter­ische Ner­ven­sys­tem, auch “Bauch­hirn” genan­nt, arbeit­et mit dem “Kopfhirn” zusam­men, um unter anderem die Bewe­gung der Dar­m­musku­latur (Dar­m­motil­ität), den Blut­fluss im Ver­dau­ungstrakt und die immu­nol­o­gis­che Funk­tion des Darms zu reg­ulieren.

Die Darm-Hirn-Achse ist dem­nach ein bidi­rek­tionales Kom­mu­nika­tion­snet­zw­erk, das das zen­trale Ner­ven­sys­tem (ZNS) und das enter­ische Ner­ven­sys­tem (ENS) miteinan­der verbindet und dabei den Magen-Darm-Trakt und das Gehirn umfasst. Die Darm-Hirn-Achse ist kom­plex und umfasst neu­roanatomis­che und neu­ro­chemis­che Kom­mu­nika­tion­swege, die vom zen­tralen Ner­ven­sys­tem bis zum Dar­m­mikro­biom reichen. In den let­zten Jahren hat die Wis­senschaft zunehmend erkan­nt, dass das Mikro­biom des Darms eine wichtige Rolle in dieser Kom­mu­nika­tion spielt und dass Pro­bi­oti­ka möglicher­weise eine wichtige Rolle bei der Mod­u­la­tion der Darm-Hirn-Achse ein­nehmen kön­nten.

Die Darm-Hirn-Achse umfasst mehrere Kom­mu­nika­tion­swege:

Neu­rale Mech­a­nis­men: Der Vagus­nerv spielt eine wesentliche Rolle bei der Ver­mit­tlung von Sig­nalen zwis­chen dem Darm und dem Gehirn und ist somit ein zen­traler Teil der Darm-Hirn-Achse. Dieser Nerv kann sowohl sen­sorische als auch motorische Infor­ma­tio­nen über­tra­gen und ist entschei­dend für die bidi­rek­tionale Kom­mu­nika­tion.

Endokrine Mech­a­nis­men: Hor­mone wie Kor­ti­sol und andere Stresshormone bee­in­flussen sowohl den Darm als auch das Gehirn. Die Hypo­thal­a­mus-Hypophy­sen-Neben­nieren­rinden-Achse (HPA-Achse) spielt dabei eine Schlüs­sel­rolle.

Immu­nol­o­gis­che Mech­a­nis­men: Zytokine und andere Entzün­dungs­me­di­a­toren kön­nen eben­falls Sig­nale zwis­chen Darm und Gehirn über­tra­gen und so das Ver­hal­ten und die kog­ni­tive Funk­tion bee­in­flussen.

Metabolis­che Mech­a­nis­men: Kurzket­tige Fettsäuren (short-chain-fat­ty-acids-SCFAs), die durch die Fer­men­ta­tion von Bal­last­stof­fen im Darm pro­duziert wer­den, kön­nen sys­temisch wirken und das Gehirn bee­in­flussen.

Das Mikrobiom

Das men­schliche Dar­m­mikro­biom beste­ht aus Bil­lio­nen von Mikroor­gan­is­men, ein­schließlich Bak­te­rien, Viren, Pilzen und Pro­to­zoen. Diese Mikroor­gan­is­men spie­len eine entschei­dende Rolle bei der Aufrechter­hal­tung der Homöostase und Gesund­heit des Wirts. Einige der wichtig­sten Funk­tio­nen des Mikro­bio­ms umfassen:

Ver­dau­ung und Nährstof­fab­sorp­tion: Das Mikro­biom hil­ft bei der Ver­dau­ung von Nahrungsmit­teln, die son­st für den Men­schen unver­daulich wären, und trägt zur Auf­nahme von Nährstof­fen bei.

Immun­sys­tem­mod­u­la­tion: Das Mikro­biom spielt eine Schlüs­sel­rolle bei der Entwick­lung und Funk­tion des Immun­sys­tems. Es hil­ft bei der Abwehr von Krankheit­ser­regern und der Aufrechter­hal­tung ein­er aus­ge­wo­ge­nen Immu­nant­wort.

Metabolis­che Reg­u­la­tion: Mikro­bielle Metabo­liten wie kurzzeit­ige Fettsäuren (short-chain-fat­ty acids-SCFAs) haben vielfältige sys­temis­che Wirkun­gen, ein­schließlich der Bee­in­flus­sung des Energiestof­fwech­sels und der Mod­u­la­tion von Entzün­dun­gen.

Neu­roak­tive Sub­stanzen: Einige Darm­bak­te­rien kön­nen Neu­ro­trans­mit­ter wie Sero­tonin, Dopamin und Gam­ma-Aminobut­ter­säure (GABA) pro­duzieren, die eine direk­te Wirkung auf das zen­trale Ner­ven­sys­tem haben kön­nen.

Das Mikrobiom und die Darm-Hirn-Achse

Das Mikro­biom bee­in­flusst die Darm-Hirn-Achse auf mehrere Weisen:

Pro­duk­tion von Neu­ro­trans­mit­tern und Neu­ro­mod­u­la­toren: Bes­timmte Bak­te­rien im Darm kön­nen Neu­ro­trans­mit­ter und deren Vor­läufer pro­duzieren. Beispiel­sweise wird geschätzt, dass etwa 90% des kör­pereige­nen Sero­tonins im Darm pro­duziert wird.

Ein­fluss auf die Bar­ri­ere­funk­tion: Das Mikro­biom trägt zur Integrität der Darm­bar­riere bei. Eine gestörte Darm­bar­riere kann zu ein­er erhöht­en Durch­läs­sigkeit führen, was als “Leaky Gut” beze­ich­net wird. Dies kann Entzün­dungs­me­di­a­toren und Tox­ine in den Blutkreis­lauf gelan­gen lassen und möglicher­weise neu­roin­flam­ma­torische Prozesse aus­lösen.

Immun­mod­u­la­tion: Das Mikro­biom inter­agiert eng mit dem Immun­sys­tem und kann die Pro­duk­tion von Zytoki­nen und anderen Immun­mod­u­la­toren bee­in­flussen, die wiederum das Gehirn bee­in­flussen kön­nen.

Metabolis­che Pro­duk­te: Metabo­liten wie kurzzeit­ige Fettsäuren (short-chain-fat­ty-acids-SCFAs) haben entzün­dung­shem­mende Eigen­schaften und kön­nen die HPA-Achse (Hypo­thal­a­mus-Hypophy­sen-Neben­nieren­rinden-Achse) mod­ulieren, was sich auf das Stressver­hal­ten und die kog­ni­tive Funk­tion auswirken kann.

Wie wirkt sich Stress auf das Mikrobiom aus?

Stress kann erhe­bliche Auswirkun­gen auf das Mikro­biom im Darm haben. Hier sind einige der wichtig­sten Wege, wie Stress das Mikro­biom bee­in­flussen kann:

Verän­derung der Mikro­biellen Zusam­menset­zung: Stress kann das Gle­ichgewicht der Mikroor­gan­is­men im Darm stören. Dies kann zu einem Anstieg schädlich­er Bak­te­rien und einem Rück­gang nüt­zlich­er Bak­te­rien führen, was das Mikro­biom aus dem Gle­ichgewicht bringt.

Erhöhte Durch­läs­sigkeit der Darm­bar­riere: Stress kann die Integrität der Darm­bar­riere beein­trächti­gen, was zu einem soge­nan­nten “Leaky Gut” führen kann. Dies bedeutet, dass uner­wün­schte Sub­stanzen wie Tox­ine und Krankheit­ser­reger leichter in den Blutkreis­lauf gelan­gen kön­nen, was Entzün­dun­gen und andere gesund­heitliche Prob­leme verur­sachen kann.

Beein­träch­ti­gung der Ver­dau­ung­sprozesse: Stress kann die Ver­dau­ung ver­langsamen oder beschle­u­ni­gen, was die nor­male Funk­tion des Darms stören kann. Dies kann zu Symp­tomen wie Durch­fall, Ver­stop­fung und Magenbeschw­er­den führen.

Ein­fluss auf das Immun­sys­tem: Stress kann das Immun­sys­tem schwächen, was wiederum die Fähigkeit des Kör­pers beein­trächtigt, schädliche Mikroben im Darm zu kon­trol­lieren. Dies kann zu einem Ungle­ichgewicht im Mikro­biom führen und das Risiko von Infek­tio­nen und Entzün­dun­gen erhöhen.

Reduk­tion der Pro­duk­tion von Schleim und anderen Schutzstof­fen: Stress kann die Pro­duk­tion von schützen­den Schleim­stof­fen im Darm reduzieren, was die Darmwand anfäl­liger für Schä­den und Infek­tio­nen machen kann.

Änderung der Ernährungs­ge­wohn­heit­en: Stress kann auch zu unge­sun­den Ernährungs­ge­wohn­heit­en führen, wie dem Verzehr von zuck­er- und fet­tre­ichen Lebens­mit­teln, die das Mikro­biom neg­a­tiv bee­in­flussen kön­nen.

Ins­ge­samt kann chro­nis­ch­er Stress das Mikro­biom erhe­blich stören und zu ein­er Vielzahl von gesund­heitlichen Prob­le­men beitra­gen. Es ist daher wichtig, Stress­be­wäl­ti­gungsstrate­gien zu entwick­eln, um die Gesund­heit des Darms und des gesamten Kör­pers zu unter­stützen.

Welche psychischen Erkrankungen können im Zusammenhang mit dem Mikrobiom stehen?

Es gibt mehrere psy­chis­che Erkrankun­gen, die mit dem Mikro­biom in Verbindung gebracht wer­den und auf die Darm-Hirn-Achse zurück­zuführen sind. In ihrer Über­sicht­sar­beit zeigen Morais et al. (1), dass dazu unter anderem Autismus, neu­ro­gen­er­a­tive Erkrankun­gen wie Parkin­son oder aber Depres­sion und Angsstörun­gen gehören. Hier sind einige der wichtig­sten:

Depres­sion: Forschungsergeb­nisse deuten darauf hin, dass ein Ungle­ichgewicht im Dar­m­mikro­biom eine Rolle bei der Entwick­lung und Aufrechter­hal­tung von Depres­sio­nen spie­len kann. Bes­timmte Bak­te­rien­stämme sind bei depres­siv­en Men­schen oft in gerin­ger­er Anzahl vorhan­den, und die Ein­nahme von Pro­bi­oti­ka hat in eini­gen Stu­di­en zu ein­er Verbesserung der Symp­tome geführt.

Angst­störun­gen: Ähn­lich wie bei Depres­sio­nen gibt es Hin­weise darauf, dass das Dar­m­mikro­biom Angst­störun­gen bee­in­flussen kann. Verän­derun­gen im Mikro­biom kön­nen die Stress­reak­tion des Kör­pers bee­in­flussen und so zu erhöhter Angst beitra­gen.

Autismus-Spek­trum-Störun­gen (ASD): Es gibt zunehmende Beweise dafür, dass das Dar­m­mikro­biom bei der Entwick­lung von ASD eine Rolle spie­len kön­nte. Kinder mit ASD haben oft ein anderes Mikro­biom-Pro­fil als neu­rotyp­is­che Kinder, und Verän­derun­gen im Mikro­biom kön­nen mit der Schwere der Symp­tome kor­re­lieren.

Schiz­o­phre­nie: Einige Stu­di­en haben gezeigt, dass Patien­ten mit Schiz­o­phre­nie ein verän­dertes Dar­m­mikro­biom haben. Es wird ver­mutet, dass diese Verän­derun­gen zur Patho­phys­i­olo­gie der Erkrankung beitra­gen kön­nten, obwohl die genauen Mech­a­nis­men noch unklar sind.

Bipo­lare Störung: Bei Men­schen mit bipo­lar­er Störung wur­den eben­falls Verän­derun­gen im Dar­m­mikro­biom fest­gestellt. Diese Verän­derun­gen kön­nten mit den Stim­mungss­chwankun­gen und anderen Symp­tomen der Erkrankung in Verbindung ste­hen.

Post­trau­ma­tis­che Belas­tungsstörung (PTBS): Es gibt Hin­weise darauf, dass das Dar­m­mikro­biom die Stress­reak­tion und das Risiko für die Entwick­lung von PTBS bee­in­flussen kann. Verän­derun­gen im Mikro­biom kön­nten die Empfind­lichkeit gegenüber Stress erhöhen und so zur Entwick­lung von PTBS beitra­gen.

Aufmerk­samkeits­de­fiz­it-/Hy­per­ak­tiv­itätsstörung (ADHS): Bei Kindern mit ADHS wur­den Unter­schiede im Dar­m­mikro­biom fest­gestellt. Es wird ver­mutet, dass diese Unter­schiede die neu­ro­bi­ol­o­gis­chen Mech­a­nis­men bee­in­flussen kön­nten, die zu ADHS führen.

Für weit­ere Infor­ma­tio­nen zum Zusam­men­hang von psy­chis­chen Erkrankun­gen und dem Mikro­biom, empfehlen wir Euch auch unseren Beitrag zu Psy­chobi­oti­ka. Die genauen Mech­a­nis­men, durch die das Mikro­biom diese psy­chis­chen Erkrankun­gen bee­in­flusst, sind noch nicht voll­ständig ver­standen. Es wird jedoch angenom­men, dass sie durch eine Kom­bi­na­tion aus immu­nol­o­gis­chen, neu­ro­chemis­chen und endokri­nen Wegen wirken. Weit­ere Forschung ist notwendig, um diese Zusam­men­hänge bess­er zu ver­ste­hen und mögliche ther­a­peutis­che Ansätze zu entwick­eln.

Probiotika und ihre Rolle in der Darm-Hirn-Achse

Pro­bi­oti­ka sind lebende Mikroor­gan­is­men, die, wenn sie in aus­re­ichen­der Menge aufgenom­men wer­den, gesund­heitliche Vorteile für den Wirt bieten. Sie kön­nen das Mikro­biom und somit auch die Darm-Hirn-Achse auf vielfältige Weise bee­in­flussen (2). Konkret gehört dazu:

Wieder­her­stel­lung des Mikro­bio­ms: Pro­bi­oti­ka kön­nen helfen, ein gestörtes Mikro­biom wieder ins Gle­ichgewicht zu brin­gen, indem sie nüt­zliche Bak­te­rien­stämme ein­führen, die die Diver­sität und Sta­bil­ität des Mikro­bio­ms erhöhen und somit einen großen Ein­fluss auf die Darm-Hirn-Achse ausüben.

Pro­duk­tion von Neu­ro­trans­mit­tern: Bes­timmte Pro­bi­oti­ka-Stämme, wie Lac­to­bacil­lus und Bifi­dobac­teri­um wirken auch auf die Darm-Hirn-Achse, indem sie die Pro­duk­tion von Neu­ro­trans­mit­tern und neu­ro­mod­u­la­torischen Sub­stanzen fördern, was sich direkt auf die neu­ronale Kom­mu­nika­tion auswirken kann.

Stärkung der Darm­bar­riere: Pro­bi­oti­ka kön­nen die Darm­bar­ri­ere­funk­tion verbessern, indem sie die Pro­duk­tion von Tight Junc­tion-Pro­teinen fördern und die Integrität der Darm­schleimhaut aufrechter­hal­ten.

Immun­mod­u­la­tion: Pro­bi­oti­ka kön­nen das Immun­sys­tem mod­ulieren, indem sie die Pro­duk­tion von entzün­dung­shem­menden Zytoki­nen fördern und die Aktiv­ität von reg­u­la­torischen T‑Zellen stim­ulieren.

Reduk­tion von Stress und Angst: Stu­di­en haben gezeigt, dass bes­timmte Pro­bi­oti­ka die Hypo­thal­a­mus-Hypophy­sen-Neben­nieren­rinden-Achse (HPA-Achse) mod­ulieren und die Reak­tion auf Stress reduzieren kön­nen. Die HPA-Achse wird vere­in­facht auch als „Stres­sachse“ beze­ich­net. Dies kann zu ein­er Ver­ringerung von Angst und Depres­sion beitra­gen.

Forschung und klinische Anwendung

Die Forschung zur Darm-Hirn-Achse und der Rolle des Mikro­bio­ms und von Pro­bi­oti­ka ist noch rel­a­tiv jung, aber die bish­eri­gen Ergeb­nisse sind vielver­sprechend. Stu­di­en an Tieren und Men­schen zur Darm-Hirn-Achse haben gezeigt, dass Verän­derun­gen im Mikro­biom mit ein­er Vielzahl von neu­rol­o­gis­chen und psy­chi­a­trischen Erkrankun­gen in Verbindung gebracht wer­den kön­nen, darunter Angstzustände, Depres­sio­nen, Autismus und neu­rode­gen­er­a­tive Erkrankun­gen wie Parkin­son und Alzheimer.

Klin­is­che Stu­di­en, die Pro­bi­oti­ka zur Behand­lung dieser Erkrankun­gen ein­set­zen, haben gemis­chte Ergeb­nisse gezeigt. Einige Stu­di­en bericht­en von sig­nifikan­ten Verbesserun­gen der Symp­tome, während andere keine sig­nifikan­ten Unter­schiede fest­stellen kon­nten. Diese Diskrepanzen kön­nten auf Unter­schiede in den ver­wen­de­ten Pro­bi­oti­ka-Stäm­men, Dosierun­gen, Stu­di­en­de­signs und den indi­vidu­ellen Mikro­biom-Pro­filen der Teil­nehmer zurück­zuführen sein. Für weit­ere Infor­ma­tio­nen zum Poten­tial von Pro­bi­oti­ka zur Behand­lung von psy­chis­chen und neu­rol­o­gis­chen Erkrankun­gen, empfehlen wir Euch auch unseren Beitrag zu Psy­chobi­oti­ka.

Fazit

Die Darm-Hirn-Achse repräsen­tiert eine faszinierende Schnittstelle zwis­chen Neu­rolo­gie und Gas­troen­terolo­gie, die unser Ver­ständ­nis von Gesund­heit und Krankheit erweit­ert. Das Mikro­biom spielt eine zen­trale Rolle in der Darm-Hirn-Achse und bee­in­flusst zahlre­iche phys­i­ol­o­gis­che Prozesse, die das Gehirn und das Ver­hal­ten betr­e­f­fen. Pro­bi­oti­ka bieten ein vielver­sprechen­des ther­a­peutis­ches Poten­zial zur Mod­u­la­tion des Mikro­bio­ms und zur Bee­in­flus­sung der Darm-Hirn-Achse. Während die Forschung in diesem Bere­ich noch in den Kinder­schuhen steckt, deuten die bish­eri­gen Erken­nt­nisse darauf hin, dass eine gezielte Bee­in­flus­sung des Mikro­bio­ms durch Pro­bi­oti­ka eine wertvolle Ergänzung zu tra­di­tionellen ther­a­peutis­chen Ansätzen darstellen kön­nte. Weit­ere Stu­di­en sind notwendig, um die Mech­a­nis­men bess­er zu ver­ste­hen und opti­male Behand­lungsstrate­gien zu entwick­eln.

Lit­er­atur:

• Morais et al. Nature Reviews Micro­bi­ol­o­gy 2021, 19, 241–255 
• Ansari et al. Front Nutr. 2023; 10: 1173660.