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CONNEXIPLUS 2020-4 Kardiorenale Achse

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5 Aktivierung von

5 Aktivierung von cerebralen Zielen 4 3 1 PVN Ballaststoffe Portales Blut zucker- Sensorsystem PBN Glukoneogenese Darm NTS Rückenmark Vagusnerv 2 Propionat Metabolische Vorteile: • reduziertes Körpergewicht • reduzierte Adipositas • verbesserte Glukosekontrolle • verbesserte Insulin - sen sitivität Fermentation durch Darmmikrobiota Rolle in der Pathophysiologie vieler Autoimmunerkrankungen wie z. B. chronisch-entzündliche Darmerkrankungen, Allergien, Asthma bronchiale, Schuppenflechte etc. Man geht davon aus, dass ein gestörtes Darmmikrobiom diese Krankheiten auslösen oder zumindest fördern kann. Das Mikrobiom beeinflusst die Wirkungen und die Nebenwirkungen von Medikamenten. Manche oral zugeführten Medikamente werden erst durch den Einfluss der Bakterien im Dickdarm zu wirksamen Medikamenten (z. B. Sulfasalazin), andere Medikamente werden durch die Aktivität der Dickdarmbakterien in ihrer Wirkung abgeschwächt oder verstärkt. Regulation des Metabolismus durch Darmmikrobiota connexiplus Butyrat Abbildung 3: Intestinale Gluconeogenese aus bakteriellen kurzkettigen Fettsäuren (short chain fatty acids, SCFA) steuert cerebrale Antworten via Vagusafferenzen (modifiziert nach De Vadder et al. Cell 2014). Welche weiteren Aufgaben erfüllt das Darmmikrobiom? Die Bakterien im Dickdarm besiedeln die komplette Oberfläche des Dickdarms und lassen somit keinen Platz für pathogene Keime. Bakterien, die in unserem Dickdarm leben, können Vitamine bilden (z. B. Vitamin B6, Vitamin B12, Vitamin K, Biotin, Coenzym F). Diese Vitamine werden über die Dickdarmschleimhaut resorbiert. Die Dickdarmbakterien beeinflussen und modulieren das Immunsystem. Kurzkettige Fettsäuren und Butyrat haben einen positiven Einfluss auf die Differenzierung regulatorischer T-Zellen (Treg) und die Zahl der TH17-Zellen. Das Gleichgewicht der Treg und TH17-Zellen spielt wahrscheinlich eine wichtige Unverdaute Kohlenhydrate werden durch das Darmmikrobiom in kurzkettige Fettsäuren (SCFA), Acetat, Propionat und Butyrat fermentiert. Kurzkettige Fettsäuren beeinflussen den Metabolismus auf unterschiedlichen Wegen. Über den G-Protein-gekoppelten Rezeptor 41 (GPR41) auf enteroendokrinen Zellen kommt es zu einer Sekretionssteigerung von PYY, das die Darmmotilität inhibiert. Darüber hinaus wird über die Sekretion von glucagon-like peptide 1 (GLP-1) die Insulinsensitivität verbessert. Kurzkettige Fettsäuren supprimieren die Fasting-induced-Adipose-Factor (Fiaf)-Expression im Ileum, das über die Lipoproteinlipase (LPL)-Aktivität die Fettspeicherung inhibiert. Die SCFA-vermittelte Aktivierung von GPR43 führt zu einer Verminderung der Fettakkumulation. Die intestinale Glukoneogenese aus bakteriellen SCFAs steuert über Vagusafferenzen (Darm-Hirn- Achse) cerebrale Antworten. In der Folge kommt es zu einer Verbesserung des Glukosemetabolismus und verminderten Nahrungsaufnahme (Abbildung 4) [10]. 32

AUSWIRKUNGEN DES DARMMIKROBIOMS Wie kann ein Darmmikrobiom beim „Regenerieren“ unterstützt werden? Eine ballaststoffreiche Ernährung wirkt sich auf die Bakterienzusammensetzung im Dickdarm aus. Präbiotika – komplexe Kohlenhydrate – wirken ähnlich wie Ballaststoffe auf das Wachstum und die Funktion von Bakterien im Dickdarm. Derzeit können bestimmte Bakterienarten noch nicht gezielt „gefördert“ werden. Probiotika sind Lebensmittel mit lebenden Mikro organismen, wie z. B. Joghurt oder Kefir, die Milchsäurebakterien und/oder Hefen enthalten. Beim Verzehr dieser Nahrungsmittel wird ein großer Teil der Mikroben bei der Passage durch den Magen und den Dünndarm zerstört; nur ein Bruchteil kommt im Dickdarm an und kann so das Darmmikrobiom beeinflussen. Auch durch den Verzehr von Probiotika kann derzeit die Zusammensetzung des Darmmikrobioms nicht gezielt gesteuert oder beeinflusst werden. Zusammenfassung und Fazit • Verbesserung der Glukosetoleranz und des Lipidprofils • Reduktion des Adipositasund Kolonkarzinomrisikos Mikrobielle Fermentation Acetat GPR41 PYY Ballaststoffe Propionat GLP-1 SCFAs GPR43 Sättigungsgefühl Mikrobiotika GPR43 Butyrat IGN Fiaf Chylomikronen VLDL LPL Butyrat: • Antientzündliche kurzkettige Fettsäure • Verbesserung der intestinalen Barriere • durch Vermehrung von tight junctions Fiaf FFA Insulinsignal Fettspeicherung Abbildung 4: Unverdaubare Kohlenhydrate (Zellulose, Inulin etc.) können durch intestinale Mikroben zu kurzkettigen Fettsäuren und Energie fermentiert werden Der Darm ist ein komplexes Ökosystem. Zahlreiche Faktoren beeinflussen die Zusammensetzung des Darmmikrobioms (z. B. Ernährung, Geburtsmo dus, Hygiene, Medikamente, Lebensstil). Das Darmmikrobiom hat eine zentrale Rolle in der Entwicklung des Immunsystems und einen Einfluss auf Gehirnfunktionen (Darm-Hirn-Achse). Kommensale Darmbakterien spielen eine wichtige Rolle in der Pathogenese der Adipositas und metabolischer Folgeerkrankungen. Diese Erkenntnis hat nicht nur Konsequenzen für die Diagnostik, sondern auch für die Behandlung. Das Mikrobiom entwickelt sich zu einer neuen Zielstruktur nicht nur in der Therapie der Adipositas, des Diabetes mellitus und metabolischer Folgeerkrankungen. Das menschliche Mikrobiom wird mit Hilfe der Metagenomik weiter vermessen. Gelingt der Ansatz, könnten sich mit Hilfe der Daten weitere Biomarker und Risikofaktoren für bestimmte Erkrankungen definieren lassen. Das Darmmikrobiom bietet dann einen geeigneten Ansatz für die Diagnostik und Intervention bei diesen Erkrankungen. Anti-, Preund Probiotika könnten eine ungünstige Zusammensetzung der Mikrobiota gezielt beeinflussen. Literatur beim Verfasser Priv.-Doz. Dr. Erhard Siegel Abteilung für Gastroenterologie, Diabetologie und Stoffwechsel, St. Josefskrankenhaus Landhausstraße 25, 69115 Heidelberg connexiplus 33

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