Die Darmmikrobiota ist ein komplexes System von Mikroorganismen, die unser gastrointestinales System besiedeln. Insgesamt besteht es aus Viren, Bakterien, Hefen und Einzellern, die alle (hoffentlich) in relativer Harmonie leben. Die Zusammensetzung der Darmmikrobiota kann bei gesunden und ungesunden Individuen variieren. Bei gesunden Probanden leben die Darmmikrobiota in einem guten Gleichgewicht (Eubiose), was bedeutet, dass Vielfalt, Reichtum und relativer Überfluss erhalten bleiben. Auf diese Weise koexistieren Darmmikrobiota und Wirt in einem kooperativen systemischen Aggregationsmodell, wobei beide zur Regulation der Barrierewirkung, des Stoffwechsels, der Immunkompetenz und Toleranz beitragen und die Synthese vieler Substanzen einschließlich Neurotransmitter, des Arzneimittelstoffwechsels und sogar der Verhaltenskonditionierung beeinflussen.

Es gibt jedoch viele Faktoren wie den massiven Einsatz von Antibiotika, den längeren Gebrauch von Medikamenten, die die Magensäureproduktion hemmen. Neben anderen Faktoren sind Protonenpumpenhemmer und insbesondere die Ernährung in der Lage, die Eubiose zu verändern, was zu einem pathologischen Zustand namens Dysbiose führt. Dysbiose ist ein mikrobiotisches Ungleichgewicht, das wiederum stark mit dem Auftreten vieler Krankheiten, einschließlich neurologischer Störungen, verbunden ist.

Eine gesunde und ausgewogene Darmmikrobiota kann das Risiko von Hirnerkrankungen verringern. Die drei wichtigsten Wirkungen sind :

  • Sie helfen, Entzündungen zu kontrollieren.  Eine gesunde Mikrobiota kann die Produktion von Entzündungschemikalien im Körper und im Gehirn einschränken. Entzündungen sind, wie Sie bereits wissen, die Grundlage für degenerative Krankheiten.
  • Sie stärken die Unversehrtheit der Darmwand und verhindern einen hohen „undichten Darm“. Wenn die Darmdurchlässigkeit hoch ist, können viele Proteine die Darmwand durchqueren und das Immunsystem herausfordern. Dieses Szenario setzt eine Immunantwort in Gang, die ebenfalls zu Entzündungen und zu einer „undichten Hirn-Blut-Schranke“ führt.
  • Sie produzieren wichtige Chemikalien für die Gehirngesundheit, darunter BDNF, Vitamin B12 und Neurotransmitter wie Glutamat und GABA.

Die Darm-Hirn-Achse

Die Hirn-Darm-Achse spiegelt die ständige Kommunikation zwischen dem Zentralnervensystem (ZNS) und dem Gastrointestinaltrakt wider. Es gibt auch immer mehr Beweise dafür, dass die Darmmikrobiota die Gehirn-Darm-Interaktionen zu verschiedenen Zeitpunkten (vom frühen Leben bis zur Neurodegeneration) beeinflusst, weshalb der Begriff Mikrobiota-Darm-Hirn-Achse vorgeschlagen wurde.

Die Kommunikation zwischen Darm und Gehirn erfolgt über:

  • Vagusnerv – verbindet den Darm direkt mit dem Gehirn und sendet Signale in beide Richtungen. Er spielt eine besondere Rolle bei der Stressreaktion
  • Neurotransmitter – chemische Substanzen fungieren als Botenstoffe, die Informationen von einer Nervenzelle zur anderen transportieren. Sie können die Funktionen des Zentralnervensystems (ZNS) verändern und Emotionen beeinflussen. Viele dieser Neurotransmitter werden auch von Ihren Darmzellen und Mikrobiota produziert. Ein großer Teil des Serotonins wird zum Beispiel im Darm produziert.
  • Kurzkettige Fettsäuren (SCFA) – unsere Mikrobiota ist in der Lage, Chemikalien zu produzieren, die die Funktionsweise des Gehirns beeinflussen. SCFA, wie z.B. Butyrat, Propionat und Acetat, sind wichtig für die Kontrolle der Nahrungsaufnahme, für die Integrität der Blut-Hirn-Schranke und für die Stresskontrolle. Darüber hinaus bilden sie einen alternativen Brennstoff für alle Zellen, insbesondere Gehirnzellen.
  • Immunantwort – Auch Darm und Gehirn sind durch das Immunsystem miteinander verbunden. Eine Immunreaktion oder Entzündung des Darms kann zu einem Auslaufen des Darms und einer systemischen Entzündungsreaktion sowie zu Störungen im Gehirn führen.

Über all diese Wege übt die Darmmikrobiota einen weit verbreiteten Einfluss auf wichtige neurologische und Verhaltensprozesse aus. Der Alterungsprozess ist mit Veränderungen in der Zusammensetzung, Struktur und Funktion der Darmmikrobiota verbunden, was eine wichtige Rolle bei der Entstehung neurodegenerativer Erkrankungen spielt.

Die Darm-Hirn-Achse – Signale und Systeme

Abb. 1: Die Darm-Hirn-Achse – Signale und Systeme

Darmmikrobiom und Alzheimer-Krankheit

Bei Alzheimer-Patienten wird eine deutliche Abnahme des mikrobiellen Reichtums und der mikrobiellen Vielfalt beobachtet. Außerdem weisen sie im Vergleich zu asymptomatischen alters- und geschlechtsangepassten Individuen eine unterschiedliche Zusammensetzung der Darmmikrobiota auf. Es wurde vorgeschlagen, dass diese breit angelegten Veränderungen (Dysbiose) eine wichtige Rolle beim Fortschreiten der Krankheit spielen könnten, möglicherweise durch Immunaktivierung und systemische Entzündungen.

Die wichtigsten bei AD-Patienten beobachteten mikrobiotischen Veränderungen sind:

  • Ein Rückgang der Phylum-Firmicutes
  • Eine Zunahme der Phylum-Bacteroidetes (gramnegative Bakterien, reich an LSP-Lipopolysaccharid)
  • Verminderte Anzahl von Bifidobakterien (entzündungshemmende Bakterien)
  • Ein Rückgang bei Akkermansia (auch bei Diabetes Typ 2 reduziert)
  • Erhöhte Häufigkeit der pro-inflammatorischen Bakterien Escherichia/Shigella

Neuroinflammation ist ein Schlüsselmerkmal in der Physiopathologie der AD.  Ein entzündlicher Auslöser kann zur Aktivierung von Mikroglia (Abwehrzellen des Gehirns) und zur Neuroinflammation führen. In einem chronischen Entzündungsszenario findet ein sich selbst erneuernder Entzündungszyklus statt, der zu diffusen Amyloidablagerungen und Neurodegeneration führt. Bitte lesen Sie den Abschnitt Ursachen, um mehr darüber zu erfahren.

Beim Menschen nimmt die intestinale Permeabilität mit dem Alter zu, was zu einer Überstimulation des Immunsystems, einer Erhöhung der peripheren pro-inflammatorischen Zytokine und einem konstanten Zustand geringgradiger Entzündungen führt, der auch als „Inflamm-Aging“ bezeichnet wird.

Veränderungen in der Zusammensetzung der Darmmikrobiota zusammen mit der mit dem Alter beobachteten Zunahme der intestinalen Permeabilität führen zur Translokation von Mikroben oder mikrobiellen Komponenten (wie Lipopolysaccharid -LPS) aus dem Darm und induzieren systemische und ZNS-Entzündungen.

Vielversprechende präklinische und klinische Daten deuten darauf hin, dass die Modulation der Darmmikrobiota durch Nahrungsbestandteile oder Probiotika ein Mittel sein könnte, um der Entstehung oder dem Fortschreiten neurodegenerativer Erkrankungen entgegenzuwirken (eine Liste mit klinischen Studien finden Sie im Abschnitt Alzheimer-Forschung).

Für weitere Informationen können Sie das von der Akademie für menschliche Medizin bereitgestellte Faktenblatt Demenz und Darmgesundheit konsultieren. Dieses finden Sie in unserem Download-Bereich.

Referenzen:

  1. Calvani R, Picca A, Lo Monaco MR, Landi F, Bernabei R, Marzetti E. Of Microbes and Minds: A Narrative Review on the Second Brain Aging. Front Med (Lausanne). 2018;5:53.
  2. Vogt NM, Kerby RL, Dill-McFarland KA, et al. Gut microbiome alterations in Alzheimer’s disease. Sci Rep. 2017;7(1):13537.
  3. Zhuang ZQ, Shen LL, Li WW, et al. Gut Microbiota is Altered in Patients with Alzheimer’s Disease. J Alzheimers Dis. 2018;63(4):1337‐1346.
  4. Kowalski K, Mulak A. Brain-Gut-Microbiota Axis in Alzheimer’s Disease. J Neurogastroenterol Motil. 2019;25(1):48‐60.
  5. Markowiak P & Śliżewska K: Effects of Probiotics, Prebiotics, and Synbiotics on Human Health.Nutrients. 2017 Sep; 9(9): 1021
  6. (2015). Brain maker: The power of gut microbes to heal and protect your brain–for life. New York: Little, Brown and Company. Perlmutter, David, and Kristin Loberg.