Die Darm-Hirn-Achse: Definition, Bedeutung und therapeutische Ansätze

Um zu kommunizieren, ist der Darm mit dem Gehirn verbunden. Forscher finden immer mehr darüber heraus, wie weitreichend diese Verbindung ist. Die Erkenntnis, welche Rolle die Bakterien in uns für unsere Gesundheit, "ja sogar für unsere Persönlichkeit zu spielen scheinen, war eine der wichtigsten Entdeckungen der letzten 50 Jahre", schreibt der US-Amerikaner Anthony L. Komaroff von der Harvard Medical School zur sogenannten Darm-Hirn-Achse.

Die Darm-Hirn-Achse ist die Verbindung zwischen Darm und Gehirn. Beide Organe existieren nämlich nicht isoliert voneinander, sondern tauschen sich direkt miteinander aus. Die Darm-Hirn-Achse nutzt diesen Hirnnerv, der vom Bauchraum bis hin zum Hirnstamm reicht, um ihre wichtigen Botschaften zu übermitteln. Der Darm nimmt eine Schlüsselrolle bei der Kommunikation im Körper ein. Warum der Teil des Verdauungstrakts so wichtig ist, zeigt ein Blick auf die neuronalen Fähigkeiten. 100 Millionen Nervenzellen befinden sich alleine im Darm und formen das sogenannte enterische Nervensystem. Das ist der Grund dafür, warum der Verdauungstrakt auch den Namen „zweites Gehirn“ oder „Bauchhirn“ trägt. Genau diese Nervenzellen ermöglichen gemeinsam mit dem Vagusnerv die Unterhaltung zwischen dem zentralen Nervensystem und dem Magen-Darm-Trakt. Noch ist nicht abschließend geklärt, auf welche Weise genau Darmbakterien die Kommunikation bereichern.

Die wechselseitige Kommunikation zwischen Darm und Gehirn bezeichnen Fachleute als Darm-Hirn-Achse. Sowohl der Darm als auch das Gehirn sind lebenswichtige Organe, und damit wir als Organismus gut funktionieren und uns gesund und wohl fühlen, müssen die Aktivität des Darms und jene des Gehirns gut aufeinander abgestimmt sein. Wenn es Probleme mit einem der Organe gibt, kann deshalb auch sehr oft das andere Organ betroffen sein.

Was ist die Darm-Hirn-Achse?

Unter der Darm-Hirn-Achse versteht man die enge Verbindung und den intensiven Informationsaustausch zwischen Darm und Gehirn, und zwar in beiden Richtungen. Ein zentrales Element der Kommunikation zwischen Darm und Gehirn ist das Nervensystem. Im Verdauungstrakt befinden sich ca. 100 Millionen Nervenzellen - rund vier- bis fünfmal so viele wie im Rückenmark - weswegen der Darm auch als unser zweites Gedächtnis bezeichnet wird. Auch Hormone, also Nervenbotenstoffe, spielen in der Darm-Hirn-Achse eine wichtige Rolle: Über 20 Hormone werden im Darm produziert, darunter auch der größte Teil von Serotonin - jenem Botenstoff, der für Glücksgefühle und gute Laune verantwortlich ist.

Die Darm-Hirn-Achse ist die Verbindung von Darm und Gehirn, die über unterschiedliche Wege, vor allem aber über den Vagusnerv, besteht. Auf dieser „Schnellstraße“, die die beiden Organe neuronal vernetzt, kommunizieren Darm und Hirn mithilfe verschiedener Botenstoffe. Doch auch die Darmflora und in ihr angesiedelte Mikroben sind in die Kommunikation mit eingebunden. Aktuell sind Wissenschaftler aus den Bereichen Gastroenterologie, Biologie und Chemie noch dabei, die Darm-Hirn-Achse näher zu untersuchen, um genauer sagen zu können, wie beide Organe miteinander interagieren. Besonders interessant ist, dass offenbar die meisten Informationen vom Darm an das Gehirn gegeben werden und nicht umgekehrt - etwa 90 % der Signale sendet das „Bauchhirn“ über die Darm-Hirn-Achse nach oben.

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Das Darmhirn kann zwar nicht richtig „denken“, aber es verwendet dieselben Botenstoffe wie das Kopfhirn und beeinflusst damit, was wir fühlen und wie wir denken.

Die Rolle des Mikrobioms

Die meisten Mikroorganismen - also Bakterien, Pilze oder Viren - eines Menschen befinden sich im Darm: Schätzungen zufolge sind es zwischen 30 und 100 Billionen. Sie bilden das sogenannte Darm-Mikrobiom. Diese kleinen Lebewesen regeln unsere Verdauung, produzieren lebenswichtige Stoffe und schützen uns vor Krankheiten. Die Darmflora umfasst hauptsächlich Bakterien, aber auch Archaeen (Urbakterien), einzellige Parasiten, Pilze und Viren. Dabei leben die meisten unserer winzigen Mitbewohner im (Dick-)Darm. Geschätzt sind es 500 bis 1000 verschiedene Bakterienarten, wobei jeder Mensch seine ganz individuelle Darmflora besitzt.

"Der Darm ist über das, was wir zu uns nehmen, in ständigem Kontakt mit der Umwelt", sagt Andreas Stengel, Vorsitzender der Deutschen Gesellschaft für Neurogastroenterologie. "Und das muss er auch entsprechend rückkoppeln. Erst seit wenigen Jahren beginnen Wissenschaftler zu verstehen, wie unser Darm beziehungsweise sein Mikrobiom mit unserem Gehirn kommuniziert. Beide Organe hängen eng miteinander zusammen, erklärt Stengel, der am Uniklinikum Tübingen als leitender Oberarzt und Stellvertretender Ärztlicher Direktor tätig ist. Verbunden seien beide direkt über die Nerven.

Ein zentralen Bestandteil dieser Achse bildet unsere Darmflora, genauer gesagt unterschiedliche Stoffwechselprodukte, die von unseren nützlichen Darmbakterien gebildet werden. Sie produzieren unter anderem wichtige Aminosäuren (wie Tryptophan, welches für die Bildung von Serotonin gebraucht wird) und kurzkettige Fettsäuren (z. B. Butyrat), die Emotionen, Konzentrationsfähigkeit und Stressresistenz beeinflussen. Gleichzeitig ist Butyrat auch ein wichtiger Energielieferant für bestimmte Zellen des Gehirns, nämlich für die Mikrogliazellen: Diese Aufräumtruppe verstoffwechselt unerwünschte Partikel und reinigt so das Gehirn.

Kommunikationswege zwischen Darm und Gehirn

Es gibt verschiedene Wege wie der Darm das Gehirn beeinflusst. Diese wechselseitige Kommunikation wird durch die Darm-Hirn-Achse beschrieben. Eine direkte Verbindung zwischen der beiden Organe ist der Vagusnerv. Doch es gibt auch weitere Mittel und Wege, womit der Darm kommunizieren kann.

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• Der Vagusnerv: Der Vagusnerv läuft vom Gehirn bis in den Darm und stellt so eine direkte neuronale Verbindung zwischen den beiden her. Er ist der zehnte von 12 großen Hirnnerven und erstreckt sich bis zum Darm. Daher nimmt man an, dass sich hier die Darm-Hirn-Achse befindet, auf der die beiden - erstaunlich ähnlich funktionierenden - Organe kommunizieren. Damit sie sich verständigen können, senden Darm und Gehirn Signale mithilfe derjenigen Neurotransmitter, die beide Organe kennen und verarbeiten können.
• Neurotransmitter: Darunter fallen zum Beispiel die „Glückshormone“ Serotonin und Dopamin sowie der Botenstoff GABA (Gamma-Aminobuttersäure), der eine beruhigende Wirkung auf die Nerven hat. Der Darm produziert eine Vielzahl von Neurotransmittern, die die Signalverarbeitung im Gehirn beeinflussen können.
• Zytokine: Zytokine sind Proteine, die eine Kommunikation zwischen Zellen ermöglichen. Das Mikrobiom bzw. unsere Darmbakterien können die Immunzellen zur Zytokin-Produktion bewegen.
• Hormone: Über 20 Hormone werden im Darm produziert, darunter auch der größte Teil von Serotonin - jenem Botenstoff, der für Glücksgefühle und gute Laune verantwortlich ist.
• Stoffwechselprodukte der Bakterien: Stoffwechselprodukte der Bakterien wie unter anderem die kurzkettigen Fettsäuren, aber auch bakteriell produzierte Botenstoffe dienen als Signalmoleküle und beeinflussen so auf vielerlei Wegen den menschlichen Stoffwechsel.

Der Darm als „zweites Gehirn“

Warum der Darm als „das zweite Gehirn“ bekannt ist: Der Darm besitzt neben der Darmflora auch ein aus mehreren 100 Millionen Nervenzellen bestehendes, vollkommen autonomes Nervensystem - das sogenannte enterische Nervensystem (ENS). Da das ENS den Großteil unserer Verdauung selbstständig steuert, wird es häufig als „Bauchhirn“ oder „Darmhirn“ bezeichnet. Zudem bricht die Darm-Gehirn-Verbindung während des gesamten Lebens niemals ab. Prozesse im Darm beeinflussen unsere Emotionen, Gedanken und teilweise auch unsere kognitive Leistung. Dies geschieht durch die Ausschüttung bestimmter Botenstoffe, die maßgeblich unsere Stimmung beeinträchtigen können. Somit kann der Darm uns glücklich oder traurig, aktiv oder lustlos werden lassen und unsere Gefühle wie ein zweites Gehirn steuern.

Einfluss der Darm-Hirn-Achse auf die Gesundheit

Untersuchungen deuten darauf hin, dass Darm und Gehirn nicht nur kommunizieren, sondern sich auch gegenseitig beeinflussen könnten. "Forschungen in den letzten zehn Jahren haben ergeben, dass Darmbakterien unsere Emotionen und kognitiven Fähigkeiten beeinflussen können", so Komaroff, Oberarzt am Brigham and Women's Hospital in Boston. "Zum Beispiel produzieren einige Bakterien Oxytocin, ein Hormon, das unser eigener Körper produziert und das ein erhöhtes Sozialverhalten fördert. Tatsächlich zeigte sich vor allem in Tierversuchen ein Zusammenhang zwischen Darm und Psyche. In Tests wurde der Stuhl von ängstlichen Mäusen in keimfreie Mäuse, die kein Mikrobiom haben, übertragen. Woraufhin diese einen ängstlichen Phänotyp entwickelten, sagt Stengel, der seit 20 Jahren zur Darm-Gehirn-Achse forscht.

Die Liste ist lang: Insgesamt weisen Personen mit Stoffwechselstörungen, psychiatrischen Störungen oder neurologischen Erkrankungen im Vergleich zu gesunden Probanden "Unterschiede in der Zusammensetzung und Funktion ihres Mikrobioms auf", sagt die US-amerikanische Neurowissenschaftlerin Jane Foster vom UT Southwestern Medical Center in Dallas. Konkret stehen unsere Darmbakterien Wissenschaftlern zufolge im Zusammenhang mit Erkrankungen oder Störungen, wie Alzheimer, Parkinson, ALS oder Autismus. Davon könnten besonders Menschen mit chronischen Erkrankungen des Magen-Darm-Trakts betroffen sein. Sie haben durch die Verbindung ein höheres Risiko für psychische Erkrankungen, so Stengel.

Viele neurologische oder psychische Erkrankungen gehen mit einer gestörten Darmflora, einer Dysbiose, einher. Nicht immer ist klar, ob das Ursache oder Wirkung der Krankheiten ist. Allerdings: Menschen mit chronischen Magen-Darm-Erkrankungen haben ein erhöhtes Risiko für psychische Erkrankungen - und umgekehrt. Ein Beispiel ist Parkinson. Bei der Erkrankung, die nur zu einem kleinen Teil genetisch bedingt ist, lagert sich ein krankhaft verändertes Eiweiß (Synuclein) im Gehirn ab. Oft tauchen diese Eiweißplaques zuerst im Darm auf. Zudem leiden viele Parkinson-Betroffene bereits Jahre vor den motorischen Symptomen an Verstopfungen.

Studien legen nahe, dass Patientinnen mit Depressionen Veränderungen in der Darmflora aufweisen. Vor allem bei Depressionen ist es auffällig, dass Patientinnen häufig eine gastrointestinale Erkrankung bzw. eine veränderte Bakterienzusammensetzung im Darm aufweisen.

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Stress und die Darm-Hirn-Achse

In Stresssituationen setzt das Gehirn Botenstoffe und Stresshormone frei, die den gesamten Organismus in Alarmbereitschaft versetzen. Langanhaltender Stress verursacht über verschiedene „Stress-Effektormoleküle“ (z.B. freie Radikale) die Auflösung der Verbindungen (Tight Junctions) zwischen den Darmzellen, wodurch ein löchriger Darm (Leaky Gut) entsteht. Über welche Mechanismen die Durchlässigkeit der Darmschleimhaut bei chronischem Stress steigt, ist nach wie vor nicht im Detail bekannt. Die erhöhte Durchlässigkeit bringt aber viele Probleme für den Darm mit sich, denn plötzlich kommen Toxine und Krankheitserreger in die Darmwand, die dort eigentlich nichts zu suchen haben. Man weiß heute, dass alle Signalwege im Körper durch die Darmflora beeinflusst werden. Chronischer Stress wirkt auf bestimmte Hirnregionen in einer Weise, die das emotionale Gleichgewicht stört. Im Extremfall können sich daraus Angsterkrankungen und Depressionen entwickeln, deshalb zählen Depressionen zu den stressassoziierten Erkrankungen. Viele Hirnregionen und Überträgerstoffe sind bei Depression betroffen: Serotonin, Noradrenalin, Glutamat und wahrscheinlich ein Dutzend anderer Botenstoffe. Melatonin ist entscheidend am Tag- und Nachtrhythmus beteiligt, ein Rhythmus, der bei Depression gestört ist, der aber genauso bei Stress und emotionalem Ungleichgewicht durcheinanderkommt.

An der Universität Innsbruck wurde gezeigt, dass permanenter Stress zu großflächigen Entzündungen im Darm führt, was enorme Auswirkungen auf die Darmbarriere hat. Die Darmbakterien sterben ab, die Membranproteine der „Tight Junctions“ lösen sich auf, Giftstoffe und Allergene können bis ins Blut gelangen.

Darm-Hirn-Achse und neurologische Erkrankungen

Krankheiten wie Parkinson, Alzheimer und Multiple Sklerose betreffen zwar Gehirn und zentrales Nervensystem, sie haben aber nicht nur eine neurologische Seite. Mittlerweile gibt es Befunde, die zeigen, dass auch Darmbakterien und das Darmimmunsystem chronische neurologische Erkrankungen mitbedingen oder verschlimmern können. Über welche Wege das geschehen kann, erforscht das Clinician Scientist-Programm Darm-Gehirn-Achse des Else Kröner-Forschungskollegs (EKFK) Kiel. Der Schwerpunkt liegt auf der wechselseitigen Beziehung von Darm und Gehirn vermittelt durch Mikrobiom und Entzündung.

Eine wichtige Frage ist, wie können Veränderungen von Darmbakterien oder des Darmmilieus überhaupt Einfluss auf Krankheitsprozesse haben, die sich über Jahre entwickeln ehe es zu Symptomen kommt, die eine Diagnose der Erkrankung erlauben. Hier scheint das Zusammenspiel zwischen Immunsystem, Entzündungsvorgängen und Neurodegeneration eine wichtige Rolle zu spielen. Doch wie Entzündungs- oder Immunsystem-Botenstoffe das Gehirn beeinflussen, ist nicht geklärt. Denn eigentlich trennt die Blut-Hirn-Schranke das Gehirn streng vom restlichen Körper. Zusätzlich ist das Darmnervensystem wechselseitig mit dem Gehirn über den Vagusnerv verbunden, welcher an der Regulation der inneren Organe maßgeblich beteiligt ist. Über welche Wege nun neurologische Erkrankungen wie Parkinson, Alzheimer und Multiple Sklerose durch das Darmmikrobiom und eine gastrointestinale Funktionsstörung beeinflusst werden, untersuchen zwei der sechs Clinician Scientists innerhalb des Forschungskollegs. In anderen Projekten kommen zum Beispiel neue bildgebende Techniken zum Einsatz.

Therapeutische Ansätze

Dennoch bieten die Erkenntnisse zur Darm-Hirn-Achse erste Ansätze für Therapien. Zum Beispiel könnten mit Probiotika entsprechende Störungen behandelt werden. Auch inwiefern eine Transplantation von dem Stuhl gesunder Menschen in den Darm erkrankter Probanden helfen könnte, wird erforscht.

In Placebo-kontrollierten Studien an der Medizinischen Universität Graz wurde bereits der positive Effekt eines speziell entwickelten, anti-entzündlich wirkenden Multispezies-Probiotikums sowohl bei gesunden als auch bei psychisch kranken Patienten nachgewiesen.

Bereits mehrere Studien zeigen, dass sich die Darmflora von Menschen mit psychischen Erkrankungen deutliche von gesunden Menschen unterscheidet. Durch die Gabe von hochqualitativen Probiotika wird die bakterielle Besiedelung des Darms positiv beeinflusst, sodass sich die guten Bakterien vermehren und ihren Aufgaben wieder nachgehen können.

Ernährung und Lebensstil

Genetische Veranlagungen können wir nicht ändern, aber wir können unsere Darmflora durch eine gesunde Lebensweise unterstützen. Dazu gehört allen voran die Ernährung: „Gute“ Darmbakterien lieben Ballaststoffe. Deshalb sollten wir uns ballaststoffreich ernähren: Gemüse, insbesondere Hülsenfrüchte und Vollkornprodukte sind gute Quellen dafür. „Gute“ Darmbakterien reagieren auf starken Stress ungünstig. Ihre Zahl nimmt dann ab. Deshalb ist es ratsam, chronischen Stress - wenn möglich - zu vermindern oder zu lernen, damit besser umzugehen.

Es gibt Hinweise darauf, dass Nährstoffe in der Lage sind, die Darm-Hirn-Achse positiv zu beeinflussen.

• Omega-3-Fettsäuren: Indirekt leisten auch wertvolle Fettsäuren einen wichtigen Beitrag für den Kommunikationskanal, denn Omega-3-Fettsäuren unterstützen maßgeblich die kognitive Funktion. Die Nährstoffe sorgen dafür, dass sich neurologische Prozesse aufbauen, reifen und physiologisch normal ablaufen.
• Probiotika und Präbiotika: Probiotika sind allgemein definiert als lebende Mikroorganismen, die, wenn sie in ausreichender Menge verabreicht werden, einen gesundheitlichen Nutzen haben können. Ein Probiotikum, dessen Dosierung eine tatsächlich durch Studien belegte Wirksamkeit bei verschiedenen Krankheitsbildern hat, wird als evidenzbasiert bezeichnet (auch: Innobioticum). Probiotika sind auch in verschiedene Essigsorten, Joghurt oder Kombucha enthalten und gehören somit zur gesunden Ernährung. Wie bereits erwähnt, ist eine gesunde Darmflora besonders kontaktfreudig. Nützliche Darmbakterien tragen zur Kommunikation bei, indem sie beispielsweise Botenstoffe herstellen. Ein ausgewogenes Mikrobiom zeichnet sich durch eine Vielzahl an nützlichen Bakterienstämmen aus, die alle miteinander und mit unserem Nervenkostüm interagieren. Wie ein großes Netzwerk. Die Aufrechterhaltung und die Heranreifung einer gesunden Darmflora (Darmaufbau, Darmsanierung) können Sie durch eine ballaststoffreiche Ernährung unterstützen.

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