Der Magen-Darm-Trakt Teil 4

Mit Herbizid gespritzter Kartoffelacker. Mit diesen Mitteln sterben die oberirdischen Triebe schneller ab, und die Kartoffeln können früher geerntet werden.

Probiotika

Bereits im Alten Testament wird die gesundheitsfördernde Wirkung saurer Milch erwähnt. 1907 vermutet Metchnikoff in seinem Buch The Prolongation of Life – Optimistic Studies, dass der Verzehr lebender Mikroorganismen gesundheitsfördernde Wirkungen hat. Lilly und Stillwell (1965) benutzten erstmals den Begriff „Probiotikum“. Sie verstanden darunter Substanzen, die das Wachstum anderer Mikroorganismen begünstigen. Die Definition des Begriffs „Probiotikum“ unterlag seitdem einer stetigen Entwicklung. Eine neuere Definitionsvariante beschreibt Probiotika als „lebende Mikroorganismen, welche, wenn sie in ausreichender Menge verabreicht werden, beim Wirt zu einer Verbesserung seiner Gesundheit führen“.

Frühere Definitionen beziehen die positive Wirkung von Probiotika direkt auf die Regulierung der intestinalen Flora. Insbesondere Vertreter der Gattungen Bifidobacterium und Lactobacillus werden häufig als Probiotika verwendet. Weitere Mikroorganismen, die als Probiotika genutzt werden, sind einzelne Spezies der Gattungen Streptococcus, Enterococcus, Lactococcus, Propionibacterium, Escherichia, Bacillus und Saccharomyces.

Probiotika wirken zum Beispiel über eine kompetitive Verdrängung von pathogenen Keimen und tragen so zur Kolonisationsresistenz des Wirtes bei. Zudem gehören einige Probiotika zu den Milchsäurebakterien, die den pH- Wert senken. So schaffen diese Bakterien ein Milieu, in dem pathogene, pH-sensitive Keime nicht oder nur vermindert konkurrenzfähig sind. Weiterhin wirken sie entzündungshemmend, sind für die Entwicklung des GALT (Darm-assoziiertes lymphatische Gewebe) von Bedeutung und tragen zu einer vermehrten Bildung von sIgA (sekretorisches Immunglobulin A) bei. Im humanmedizinischen Bereich werden die krebs- und mutationshemmenden Eigenschaften probiotischer Stämme genutzt. Bei Lactobacillus rhamnosus besonders gut untersucht ist  seine stabilisierende Wirkung auf die Darmwand. Dadurch wird der Übertritt diverser Makromoleküle und damit die Entwicklung einer immunologischen/allergischen Antwort verhindert.

Ein weitaus spezifischerer Mechanismus liegt dem anti-allergischen Effekt eines speziellen Lactobacillus paracasei- Stammes zugrunde. Hier wird die IgE-Produktion über ein Il-12 (Interleukin 12) gesteuertes Priming (Anregung) von nativen T- Zellen zu Th (T-Helferzellen) 1- Zellen und deren Produktion von IFN-γ (Interferon gamma) vermindert. Gleichzeitig wird auf diesem Weg für ein ausgeglichenes Th1/Th2- Verhältnis (Helferzellen für B- und T-Lymphozyten) gesorgt. In in vitro-Versuchen (Untersuchungen im Labor) konnte gezeigt werden, dass Lactobacillus–Species in der Lage waren, das Wachstum von z. B. Salmonella Typhimurium und E. coli O157:H7 zu hemmen. In weiteren in vitro-Untersuchungen erwies sich, dass einige der untersuchten Lactobacillus-Spezies außerdem die Adhärenz von Salmonellen an intestinale Epithelzellen verhindern konnten.

Ein Probiotikum sollte folgende Ansprüche erfüllen:

• eine gesundheitsförderliche Wirkung auf den Wirt haben,
• apathogen und atoxisch sein,
• eine hohen Gehalt an lebenden Zellen besitzen,
• im MDT überleben und stoffwechselaktiv sein,
• Lagerung und Verarbeitung überleben,
• ansprechende sensorische Eigenschaften haben und
• beim Nutzer isolierbar sein.

Ein Probiotikum (eigentlich eine Mischung mehrerer Keime) mit herausragender Wirkung ist Kefir. Dieses Fermentationsprodukt aus Milch enthält Lactobazillen, Leuconostoc-Kokken, Essigsäurebildner, Lactostreptokokken und Hefen. Es hat antibakterielle, antifungale, immunstimulierende, antitumorale und Cholesterol-reduzierende Wirkungen.

Präbiotika

Präbiotika sind so beschrieben worden: „Unverdauliche Nahrungsbestandteile, welche über die selektive Stimulation von Wachstum und/oder Aktivität eines oder einer begrenzten Anzahl von Bakterien im Kolon, einen gesundheitsfördernden Effekt auf den Wirt haben“.

Nach GIBSON (1999) können die angesprochenen Nahrungsbestandteile also nur dann als Präbiotikum gelten, wenn sie:

• im Bereich von Magen und Dünndarm weder verdaut noch absorbiert werden,
• nur von einer begrenzten Anzahl potentiell „positiver“ Bakterien im Kolon fermentiert werden können,
• die Zusammensetzung der Flora zum „gesünderen“ hin verschieben und dadurch
• einen für den Wirt gesundheitsförderlichen Effekt bewirken.

Die schon bei den Probiotika erwähnte pH-Wert-Senkung ist ein Mechanismus, der auch für Präbiotika beschrieben wird und die Darmflora positiv reguliert. Für die pH-senkende Wirkung sind bestimmte Bakterien verantwortlich, die mit den Präbiotika auf typischen Stoffwechselwegen kurzkettige Fettsäuren bilden können.

Auch wenn Nahrungsbestandteile wie Lipide oder Proteine unverdaut in Dickdarmabschnitte gelangen können, sind Kohlenhydrate die „wahren“ Präbiotika. Zu nennen sind hier insbesondere die Fruktooligosaccharide.
Abhängig vom Grad der Polymerisation von β-D-Fruktanen unterscheidet man z. B. Inulin und Oligofruktose. Weitere, teils synthetisch hergestellte Präbiotika sind Glukooligosaccharide, Galaktooligosaccharide oder Lactulose. Die Suche nach neuen Präbiotika ist in den meisten Fällen mit dem Ziel verbunden, Laktat produzierende Bakterien (insbesondere Bifidobakterien und Laktobazillen) in ihrem Wachstum zu unterstützen. Aber auch eine direkte Wirkung auf pathogene Keime kann bei verschiedenen Präbiotika beobachtet werden.

Bifidobakterien scheinen die größte Fermentationskapazität für Oligosaccharide (Zuckerpolymere aus gleichen oder verschiedenen Einzelzuckern mit nicht mehr als 10 Gliedern) mit kurzer Kettenlänge zu besitzen. Durch ihre positiven Gesundheitseffekte und ihre starke Verwertung von Fruktooligosacchariden sind Bifidobakterien die für den Einsatz von Präbiotika prädestinierte Bakteriengattung.

Während für Probiotika die Überlebensfähigkeit nach Applikation nicht vollständig gewährleistet ist, haben Präbiotika den Vorteil, im MDT ansässige Mikroorganismen zu fördern, die bereits gut an das vorhandene Milieu adaptiert sind und keine „Fremdlinge“ sind.

Die Kombination aus Pro- und Präbiotika bezeichnet man als Synbiotika. Bei richtiger Zusammensetzung dieser Formulierung verschafft das beigegebene Präbiotikum dem eingesetzten Probiotikum in der neuen Umgebung einen selektiven Nahrungsvorteil, unterstützt also dessen Vermehrung und Stoffwechsel. Gleichzeitig entfalten die einzelnen Komponenten natürlich auch ihre jeweilige Wirkungen unabhängig voneinander.

Sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe

Allgemeines

Unter dem Begriff sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe wird eine Gruppe von unterschiedlichen Pflanzenprodukten zusammengefasst. Dazu gehören Carotinoide, Phytosterine, Saponine, Glukosinolate, Polyphenole, Protease-Inhibitoren, Monoterpene, Phytoöstrogene (Lignane) und Sulfide. Es sind pflanzliche Sekundärmetabolite, die nur in speziellen Pflanzenzellen gebildet werden oder nur während bestimmter Entwicklungsstadien aktiv sind. Die Verwendung von Pflanzen oder Pflanzenextrakten in der Behandlung von Krankheiten ist so alt wie die Menschheitsgeschichte selbst.

Auch der Einsatz bei Haustieren begann zeitgleich mit deren Domestikation. Insbesondere ätherische Öle fanden und finden auf Grund ihrer vielfältigen Wirkungen eine breite Verwendung. Zu ihrem Spektrum gehören antiinflammatorische, antioxidative und antikanzerogene Effekte ebenso wie biozide Wirkungen gegen Bakterien, Viren, Pilze, Protozoen, Insekten oder andere Pflanzen. Die Wirkung der sekundären Pflanzeninhaltsstoffe auf die MDT-Mikrobiota lässt sich sowohl über Untersuchungen zum Mikrobiom als auch zum Metabolom eruieren.

Mikrobielle Metabolite wie kurzkettige Fettsäuren, Gallensäuren, Choline, Phenyl- und Indolderivate stehen mit der Mikrobiota und ihrem Stoffwechsel in Beziehung. Sie haben auch einen profunden Einfluss auf die Energiehomöostase. Insbesondere die Buttersäure ist ein wichtiger Energieträger für die Epithelzellen des Kolon, wird aber auch zu den Mitochondrien transportiert und dort zur ATP-Produktion in den Trikarbonsäurezyklus eingespeist. 

Ätherische Öle

Eine ganz wesentliche Verwendung finden ätherische Öle (als Bestandteile von Gewürzpflanzen) in der Küche. Aber auch bei dieser Art der Anwendung werden weitere, über die geschmackliche Veränderung hinausgehende Effekte beobachtet bzw. beabsichtigt. Zum Beispiel hat das im Chilipfeffer vorkommende Terpenoid Capsaicin auch Wirkungen auf das Nerven-, Verdauungs- und Herz-Kreislauf-System. Die Konservierung von Nahrungsmitteln ist ein weiteres bedeutendes Einsatzgebiet ätherischer Öle.

Der Begriff „ätherische Öle“ (im englischen „essential oils“) geht auf den von Paracelsus von Hohenheim (1493-1541) geprägten Begriff „Quinta essentia“ zurück. Ätherische Öle bestehen in der Regel aus über 500 zum Teil flüchtigen Komponenten.

Dabei hängt die Zusammensetzung des ätherischen Öles ein- und derselben Pflanzenspezies von verschiedenen Faktoren ab. Der geographische Standort der Pflanze, die jeweilige Wachstumsphase, der verwendete Pflanzenteil oder die angewandte Extraktionsmethode nehmen Einfluss auf die Komposition. So weisen mit Hexan (selbst toxisch) extrahierte ätherische Öle gegenüber der Gewinnung mittels Dampfdestillation eine stärkere antimikrobielle Wirkung auf. Methanol (toxisch) ist aber sowohl gegenüber Hexan als auch gegenüber Wasser und Ethanol das geeignetere Lösungsmittel.
In Bezug auf den Erntezeitpunkt ist festzuhalten, dass ätherische Öle von Kräutern, die während oder unmittelbar nach der Blüte gewonnenen wurden, die stärksten antimikrobiellen Effekte haben.

Hauptbestandteil von ätherischen Ölen sind Mono- und Sesquiterpene. Terpene sind sowohl für den Duft als auch für viele medizinisch relevante Eigenschaften von Pflanzen verantwortlich. Monoterpene können unter anderem als phenolische (Carvacrol, Thymol), aromatische (Cymol) oder alkoholische (Borneol) Verbindungen vorliegen. Aber auch die Komponenten, die nur in Spuren oder in geringen Mengen (maximal 15%) vorkommen, scheinen für die antibakterielle Aktivität des ätherischen Öles von Bedeutung zu sein. Sie vermitteln Synergieeffekte zwischen den einzelnen Bestandteilen, was bisher etwa bei den ätherischen Ölen von Oregano, Salbei und Thymian beobachtet wurde.

Polyphenole

Zu den Polyphenolen gehören diverse Stoffklassen wie z. B. Flavonoide, Terpenoide, Alkaloide, Stilbenoide, Polyacetylene, Isoflavone, Tannine, Lignine etc. Diese Sekundärmetabolite leiten sich von Synthesewegen des Primärstoffwechsels ab. Phenolderivate und Flavonoide sind Produkte der Aminosäure Phenylalanin oder entstammen dem gleichen Stoffwechselweg (Shikimisäurestoffwechsel) sowie dem Zuckerstoffwechsel.

Polyphenol-reiche Futter/Lebensmittel haben Einfluss auf den Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsel. Auf der Basis ihrer Struktur können Polyphenole in 10 Klassen unterschieden werden. Gemeinsam sind ihnen die Phenolringstruktur und eine oder mehrere Hydroxylgruppen.

Zu ihnen gehören Zinnaminsäure, Benzoesäure, Flavonoide einschließlich Proanthocyanidine, Stilbene, Coumarine, Lignane und Lignine.

Von den Flavonoiden kommen in Pflanzen mehr als 6000 verschiedene Verbindungen vor. Neben ihren antioxidativen Wirkungen können Polyphenole freie Radikale fangen und neutralisieren, Stickstoffoxide regulieren, Leukozytenimmobilisation (unbeweglich machen) reduzieren, Apoptose („programmierter Zelltod“) anstoßen, Zellwachstum, -vermehrung und -angiogenese (Gefäßbildung) hemmen sowie als Phytoöstrogene wirken.

Das Wissen um den Shikimisäurestoffwechselweg für die Bildung von Polyphenolen in Pflanzen macht sehr deutlich, welche Folgen die Blockierung dieses Weges durch glyphosathaltige Herbizide hat.

Polyphenole werden nur teilweise im Dünndarm resorbiert. Nach der Absorption werden sie verändert (methoxiliert, glukuronidiert und sulfatiert), was ihre Bioaktivität beeinflusst. Die Hauptmetabolite sind phenolische Säuren wie die Homovanillinsäure, die in den Geweben anfluten. Der größte Teil der Polyphenole liegt nicht in löslicher Form in Pflanzen vor, er ist an Polysaccharide covalent (stabile chemische Bindung) gebunden. Die antioxidative Kapazität der Polyphenole kommt dem Darmmilieu sehr zugute, da das antioxidative, also anaerobe Potential im MDT in Richtung Dickdarm steigt. Weiterhin ist der Verdauungsprozess auch durch die Bildung von Sauerstoffradikalen gekennzeichnet. Durch die Polyphenole wird dieses Milieu nachweislich unterstützt und geschützt, sodass vor allem anaerobe Mikroorganismen aktiv sein und Sauerstoffradikale keinen negativen Effekt auf die Darmepithelzellen ausüben können.

Während ihrer Transitzeit werden die gebundenen Polyphenole durch die MDM von ihren unlöslichen Substraten abgespalten und so bioverfügbar gemacht. Sie beeinflussen die Mikrobiota aber auch direkt. So konnte nach Applikation von Kakao-Polyphenolen ein signifikanter Anstieg von Laktobazillen und Bifidobakterien festgestellt werden. Als Stoffwechselmetabolite waren kurzkettige Fettsäuren, besonders Buttersäure festzustellen. Die Natur hält somit eine ganze Vielzahl von gesundheitsfördernden Strukturen bereit, die sich im Laufe der Millionen Jahre dauernden Evolution entwickelt haben und von denen Mensch und Tier abhängig sind, weil sie sie nicht selbst bilden können. Alle Menschen, die sich mit dem Bewahren oder der Wiederherstellung der Gesundheit von Lebewesen befassen, sind gut beraten, darauf zurückzugreifen und die segensreiche Wirkung zuzulassen.

Huminsäuren

Huminsäuren entstehen unter natürlichen Bedingungen im Zuge der sogenannten Humifizierung aus verschiedenen organischen Ausgangsmaterialien in Böden. Die heute zur Verfügung stehenden Huminstoffe entstammen weitgehend dem Tertiär und sind somit annähernd 60 Millionen Jahre alt. Außer in Böden findet man sie auch in Ligniten, Torfen und Braunkohlelagerstätten. Weiterhin entstehen Huminsäuren oder Bruchstücke davon bei der Herstellung von Lebensmitteln, z. B. bei Back- und Röstprozessen oder Fermentierung. So sind beispielsweise in Kaffee, Tee, in Brotkruste und auch in gebratenem Fleisch Huminsäuren enthalten.

Huminsäuren wurden 1786 erstmalig von dem deutschen Physiker und Chemiker Achard beschrieben. Auf der Basis der Alkaliextraktion unterscheidet man ein unlöslichen Teil, die Humine, und eine löslichen Teil, der unter Säurezugabe fällbar (Huminsäuren) oder nicht fällbar (Fulvosäuren) ist. Es sind Ketten aromatischer Phenole, die mittels stickstoffhaltiger heterozyklischer Ketten verbunden sind, stickstoffhaltige Seitenketten tragen und Kohlenhydratanteile besitzen. Huminsäuren haben einen polymerhomologen Charakter und repräsentieren eine weite Palette von Molekülgrößen (1000 bis 200.000 Dalton).

Es liegen polyionische Strukturen vor, z. B. Carbonsäureester-, phenolischen Hydroxyl-, Carbonyl- und Carboxygruppen. Auch Amino- und Sulfhydrylreste sowie chinoide und flavonoide Strukturen sind vorhanden. Besonders die aus pflanzlichen Produkten entstandenen Huminsäuren, so auch Braunkohle-Huminsäuren WH 67, weisen zusätzlich Flavonstrukturen auf (u. a. Fisetin, Quercetin, Flavone, Xanthine). Darauf beruhren bestimmte pharmakologische Wirkungen (antiphlogistisch, zeIlabdichtend, viruzid, fungizid).

Die unlöslichen Huminsäuren verbleiben nach oraler Applikation im MDT und können hier sorptive Eigenschaften entwickeln, entweder Absorption (Einlagerung bestimmter Strukturen) oder Adsorption (Anlagerung an Oberflächen) durch Komplexbildung, Ionenaustausch. Dazu gehört auch die Anlagerung an pathogene Pilze, Bakterien und Viren (antimikrobielle Aktivität).

Weitere Toxine, Schwermetalle, Nitrat/Nitrit, Fluoride, Organophosphate, insbesondere Glyphosat, Chlororganische Insektizide, Carbaryl oder Warfarin werden ebenfalls adsorbiert, so dass diese weder die Darmepithelien schädigen noch über den enterohepatischen Kreislauf in den Körper gelangen können. Bakteriostatische bis bakterizide Effekte wurden für Salmonella Typhi, Salmonella Cholerae, Staphylococcus aureus,  viruzide Effekte für Herpes simplex, Adenoviren und Rotaviren festgestellt.

Da es sich bei den Huminsäuren um Abbauprodukte pflanzlichen Ursprungs handelt, ist davon auszugehen, dass diese phenolischen Polymere einem ähnlichen Abbau- und Umbauprozess im MDT unterliegen wie die in lebenden Pflanzen enthaltenen Polyphenole. Der Einsatz von Huminsäuren in der Veterinärmedizin ist mehr als 40 Jahre alt. Von Anfang an stand der Schutz des Verbrauchers im Vordergrund: Die Verwendung von Antibiotika in der Tieraufzucht sollte möglichst gering gehalten werden, um Resistenzen gegenüber Antibiotika bei Pathogenen zu verhindern.

Im MDT zeichnen sich Huminsäurepräparate durch die Schleimhaut abdeckende Eigenschaft aus – sie verhindern oder minimieren zumindest die Resorption in Futtermitteln enthaltener Schadstoffe bzw. toxischer Metabolite bei Infektionen. Weiterhin wirken sie beruhigend auf periphere Nervenendigungen im MDT, wodurch der wieder seinen physiologischen Tonus einnehmen kann.

Bestimmte Huminsäuren besitzen eine neutralisierende Wirkung auf  das Herbizid Glyphosat. Dessen Neutralisierung ist ein erster Schritt, seine schädliche Wirkung durch kontaminierte Lebensmittel für den Verbraucher zurückzudrängen.

Aufgrund der aufgezeigten Eigenschaften muss die Anwendung von Glyphosat in der Landwirtschaft gestoppt werden. Solange dieses Ziel nicht erreicht ist, müssen Maßnahmen ergriffen werden, die seine Auswirkungen neutralisieren. Dazu eignen sich Huminsäuren, die Glyphosat im MDT neutralisieren und damit insbesondere die schädigende Wirkung auf die Mikrobiota verhindern.

Diese Schädigung konnte sowohl unter Laborbedingungen als auch im Rahmen von Untersuchungen an Milchkühen nachgewiesen werden. Da die Wirkung der Huminsäuren aus verschiedenen Lagerstätten unterschiedlich ist, muss vor der Anwendung eine Prüfung im Labortest erfolgen. Entscheidend ist, dass freie Huminsäuren im MDT vorliegen. Auch Zeolith (Alumosilikat) und Torfe zeigten bereits den Huminsäuren vergleichbare neutralisierende Effekte.

Prof. em. Dr. Monika Krüger, Biologin

Dieser Artikel ist Teil unserer Serie über den Magen-Darm-Trakt

• Teil 1 - Grenzgebiet zwischen Innen und Außen
• Teil 2 - Die Magen-Darm-Mikrobiota
• Teil 3 - Niederbruch der autochtonen Mikrobiota
• Teil 4 - Wiederherstellung des mikrobiellen Gleichgewichts
• Teil 5 - Die Galle