Kurzkettige Fettsäuren und ihre Bedeutung bei der Parkinson-Krankheit

Einführung

Die Parkinson-Krankheit ist eine neurodegenerative Erkrankung, die durch den Verlust von Dopamin-produzierenden Zellen im Gehirn gekennzeichnet ist. Jüngste Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass der Darm und seine Bewohner, die Darmbakterien, eine wichtige Rolle bei der Entstehung und dem Verlauf der Krankheit spielen könnten. Insbesondere kurzkettige Fettsäuren (SCFAs), die von Darmbakterien produziert werden, scheinen einen Einfluss auf das Gehirn und das Immunsystem zu haben und könnten somit einen vielversprechenden Ansatzpunkt für die Behandlung der Parkinson-Krankheit darstellen.

Die Darm-Hirn-Achse: Eine bidirektionale Verbindung

In unserem Darm leben Billionen von Bakterien, die ein komplexes Ökosystem bilden, das sogenannte Mikrobiom. Bis zu 160 unterschiedliche Bakterienstämme können in unseren Darmschlingen wohnen. Dieses Mikrobiom beeinflusst nicht nur die Darmgesundheit, sondern auch andere Körperfunktionen, einschließlich der Hirnfunktionen. Der Darm und das Gehirn stehen über die sogenannte Darm-Hirn-Achse in ständigem Austausch. Diese Kommunikation erfolgt über verschiedene Wege, darunter das Nervensystem, das Immunsystem sowie mikrobiell produzierte Botenstoffe wie kurzkettige Fettsäuren, Darmhormone und Neurotransmitter.

Der Darm ist nach dem Gehirn die zweitgrößte Ansammlung von Nervenzellen im menschlichen Körper. Der Darm produziert Dopamin, Serotonin und andere Substanzen, die im Gehirn als Neurotransmitter fungieren. Auffällig ist auch, dass viele Erkrankungen des Gehirns mit Darmbeschwerden einhergehen. Menschen mit Morbus Parkinson leiden häufig unter Obstipation, die der Hirnkrankheit um Jahre vorausgeht. Das Protein Alpha-Synuclein, dessen Ablagerung im Gehirn nach heutiger Kenntnis die Ursache der Erkrankung ist, wurde auch im Darm und im Nervus vagus nachgewiesen.

Kurzkettige Fettsäuren: Produkte der Darmbakterien mit vielfältigen Wirkungen

Kurzkettige Fettsäuren (SCFAs), auf Englisch "Short Chain Fatty Acids", sind Stoffwechselprodukte, die von bestimmten Darmbakterien bei der Fermentation von unverdaulichen Kohlenhydraten, wie Ballaststoffen, im Dickdarm produziert werden. Essigsäure (Acetat), Propionsäure (Propionat) und Buttersäure (Butyrat) machen gemeinsam etwa 90 bis 95 % der im Dickdarm gebildeten kurzkettigen Fettsäuren aus.

Diese Fettsäuren wirken einerseits lokal im Darm, wo sie die Hauptnahrungsquelle für die Zellen des Dickdarms darstellen. Sie sind eine wichtige Energiequelle für die Epithelzellen der Dickdarmschleimhaut. Eine ausreichende Energieversorgung der Darmzellen ist wichtig für deren Funktionsfähigkeit und Vitalität. Ein Energiemangel schwächt z. B. die Barrierefunktion des Darms.

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Neuere Studien zeigen jedoch auch vielfältige Zusammenhänge zwischen einem Mangel an kurzkettigen Fettsäuren und dem Auftreten von chronischen Erkrankungen wie Diabetes Typ 2, chronisch entzündlichen Darmerkrankungen (Morbus Crohn und Colitis ulcerosa), Herz-Kreislauf-Erkrankungen und neurodegenerativen Erkrankungen wie der Parkinson-Krankheit.

Wirkungen von Butyrat

Butyrat kann die übermäßige Bildung des porenbildenden Claudin-2 regulieren und fördert zudem die Bildung von Proteinen, die für den Bau der Tight Junctions erforderlich sind. Neben einer Stärkung der Tight Junctions fördert Butyrat auch die Bildung der Schleimschicht im Darm, die wichtig für die Abwehr von Krankheitserregern ist. Weiterhin reduziert Butyrat die Auswirkungen von oxidativem Stress auf die Darmzellen, indem es u. a. die Konzentration des zellschützenden Glutathions erhöht.

Butyrat verhindert die Entstehung solcher Schaumzellen und reduziert somit auch die Ausbildung arteriosklerotischer Plaques. Dadurch sinkt u. a. das Risiko für die Entstehung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen.

Weitere Wirkungen von SCFAs

Die Bildung von kurzkettigen Fettsäuren senkt den pH-Wert im Dickdarm und fördert dadurch die Vermehrung von gesundheitsförderlichen Darmbakterien wie Laktobazillen und Bifidobakterien. Diese Bakterien sind wiederum entscheidend für die Bildung der kurzkettigen Fettsäuren.

Kurzkettige Fettsäuren versorgen nicht nur die Darmzellen, sondern auch den restlichen Körper mit Energie. So decken sie etwa 10 % des täglichen Kalorienbedarfs. Studien haben gezeigt, dass es spezielle Rezeptoren (z. B. GPR41, GPR43) für kurzkettige Fettsäuren im Körper von Säugetieren gibt. Binden kurzkettige Fettsäuren innerhalb des Fettgewebes an diese Rezeptoren, so kann dies u. a. die Insulinsensitivität verbessern und Entzündungen reduzieren.

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Kurzkettige Fettsäuren und Parkinson: Eine wachsende Evidenz

In den letzten Jahren hat die Forschung zunehmend die Rolle der Darmbakterien und ihrer Stoffwechselprodukte, insbesondere der kurzkettigen Fettsäuren, bei der Entstehung und dem Verlauf der Parkinson-Krankheit untersucht.

Veränderungen der Darmflora bei Parkinson-Patienten

Patienten mit Parkinsonsyndrom haben veränderte Bakterien im Darm im Vergleich zu gesunden Menschen. Bei Menschen mit neurologischen Erkrankungen sind einige Bakterienstämme verschwunden. Zum Beispiel haben Menschen, die an Alzheimer oder an Parkinson erkrankt sind, deutlich weniger Bakterienstämme im Darm. Damit wird die Produktion der wichtigen Fettsäuren eingeschränkt.

In etlichen Untersuchungen wurden signifikante Veränderungen der Darmmikrobiota bei Parkinson-Patienten gefunden. Eine Metaanalyse von 14 Fall-Kontroll-Studien, an denen 959 Patienten und 744 gesunde Kontrollen teilgenommen hatten, zeigte, dass bei Parkinson-Patienten signifikant seltener als bei den gesunden Kontrollen folgende potenziell „nützliche" Bakterien vorkamen: Prevotellaceae, Faecalibacterium und Lachnospiraceae. Eine relative Häufung dagegen zeigten Bifidobacteriaceae, Ruminococcaceae, Verrucomicrobiaceae und Christensenellaceae.

Prevotellaceae helfen beim Abbau von Kohlenhydrate aus Ballaststoffen und produzieren SCFA, die die Aktivität des ENS modulieren und die Darm- Homöostase aufrecht zu erhalten. Eine Verminderung von Prevotellaceae scheint mit reduzierten Spiegeln des Darmhormons Ghrelin verbunden zu sein, das an der Regulierung der Funktion dopaminerger Neurone der Substantia nigra pars compacta beteiligt ist und der Neurodegeneration bei PD entgegenwirken könnte. Die Häufigkeit von Prevotellaceae war teilweise assoziiert mit den motorischen Symptomen nach UPDRS Teil III und nahm in Studiem mit Fortschreiten der PD zu.

Mangel an kurzkettigen Fettsäuren bei Parkinson

Zusätzlich weiß man, dass das Stoffwechselprodukt der Bakterien, die kurzkettigen Fettsäuren, bei Parkinsonpatienten vermindert sind. Ebenso wurde bei Parkinsonpatienten ein Leaky-Gut-Syndrom nachgewiesen.

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Tierexperimentelle Studien

Gen-modifizierte Mäuse, die aufgrund einer Überproduktion von Alpha-Synuclein an einem Morbus Parkinson erkranken, blieben gesund, wenn sie keimfrei aufgezogen werden und ihr Darm nicht von Bakterien besiedelt wird. Sie erkrankten dann, nachdem sie oral mit Darmbakterien von Parkinson-Patienten behandelt wurden. Die Forschungsberichte belegen einen Einfluss der Darmflora auf die häufige degenerative Hirnerkrankung.

In Experimenten mit Mäusen, deren Produktion von Alpha-Synuclein erhöht ist, wurde festgestellt, dass die Tiere frühzeitig an motorischen Störungen erkranken, wie sie für den Morbus Parkinson kennzeichnend sind. Außerdem kommt es zu Störungen der Darmfunktion. Beides wurde in den Experimenten verhindert oder zumindest abgeschwächt, wenn die Tiere in einer keimfreien Umgebung aufwuchsen, die eine Besiedlung des Darms mit Bakterien verhinderte. Antibiotikabehandlungen hatten eine ähnliche Wirkung. Beides verminderte auch die Ablagerung von Alpha-Synuclein im Gehirn.

Zunächst fiel auf, dass es im Rahmen der Erkrankung zu einer Aktivierung der Mikroglia, dem Immunsystem des Gehirns, kommt. Dies könnte Ursache oder Folge der Erkrankung sein. Für eine Ursache spricht, dass die Immunreaktion der Mikroglia durch eine Behandlung der Tiere mit kurzkettigen Fettsäuren ausgelöst werden konnte. Die Forscher haben dann Stuhlproben von Parkinson-Patienten an Tiere verfüttert, die zuvor keimfrei aufgewachsen waren. Die Tiere entwickelten die typischen motorischen Zeichen eines Morbus Parkinson.

Die tierexperimentellen Studien zeigen, dass die Darmbakterien über die Produktion von kurzzeitigen Fettsäuren die Entwicklung eines Morbus Parkinson fördern könnten.

Mögliche Mechanismen

Den kurzkettigen Fettsäuren werden viele positive Aspekte, wie ein anti-entzündliche Effekt sowie ein Schutz der Darm-Blut-Barriere nachgesagt.

Im Verdacht stehen kurzkettige Fettsäuren wie Acetat, Propionat oder Butyrat, die relativ rasch resorbiert werden. Für eine Ursache spricht, dass die Immunreaktion der Mikroglia durch eine Behandlung der Tiere mit kurzkettigen Fettsäuren ausgelöst werden konnte.

Klinische Studien und Therapieansätze

Ob dieser Pathomechanismus auch beim Menschen greift, könnte durch klinische Studien untersucht werden. Ein möglicher Ansatz wären Stuhltransplantationen oder die Behandlung mit Probiotika. Die Normalisierung der Darmflora sollte dann die Symptome der Patienten lindern.

Die Bochumer Neurologen simulierten die Tätigkeit der Darmbakterien, indem sie Patienten, die unter Multipler Sklerose leiden, ein Salz namens Propion gaben, dass sich im Darm zu Propionsäure wandelt. Nach 2 wöchiger Einnahme von Propionsalz konnten die Ärzte im Blut der Probanden eine signifikante Zunahme der Immunzellen feststellen - und gleichzeitig verminderten sich die Entzündungszellen.

Ernährungsempfehlungen zur Förderung der Bildung von kurzkettigen Fettsäuren

Grundsätzlich gilt jedoch, dass alle Menschen ihre Darmbakterien hegen und pflegen sollten. Und darauf können wir mit der Ernährung Einfluss nehmen. Eine ausgewogene Ernährung mit vielen pflanzlichen Lebensmitteln liefert ebenfalls eine Vielfalt von Ballaststoffen.

• Essen Sie abwechslungsreiche Kost.
• Essen Sie ballaststoffreiches Essen.
• Erhöhen Sie den Gehalt an fermentierbaren Ballaststoffen (= präbiotische Lebensmittel) in Ihrer Ernährung.
• Vermeiden Sie eine Überversorgung mit Fett und Protein.
• Reduzieren Sie Ihren Konsum an Zucker und Alkohol sowie stark verarbeiteten Lebensmitteln.

Präbiotische Lebensmittel

Präbiotika sind Stoffe, welche durch die Bakterien potentiell zu kurzkettigen Fettsäuren umgesetzt werden. Präbiotika sind essenziell für das Wachstum von Bifidobakterien und reduzieren die Besiedelung von potenziell schädlichen Bakterienspezies.

Beispiele für präbiotische Lebensmittel:

• Inulin
• Fructooligosaccharide (FOS)
• Resistente Stärke
• Pektin
• Arabinoxylan: in der Schale von Getreidekörnern
• Beta-Glucan

Resistente Stärke entsteht, wenn stärkehaltige Lebensmittel gekocht und dann abgekühlt werden. Dadurch verändert die Stärke ihre chemische Struktur. Weiterhin gibt es in den oben genannten Lebensmitteln auch im rohen Zustand bereits resistente Stärke in geringen Mengen.

Nahrungsergänzungsmittel

Für Personen mit verminderter Bildung an kurzkettigen Fettsäuren kann auch die Einnahme der Fettsäuren als Nahrungsergänzungsmittel sinnvoll sein. Kurzkettige Fettsäuren, insbesondere Propionat und Butyrat, sind auch in Form von Nahrungsergänzungsmitteln erhältlich. Diese sind frei verkäuflich. Verschiedene Studien bestätigen die Wirksamkeit von oral eingenommenen kurzkettigen Fettsäuren.

Übliche Dosierungen für Propionat liegen im Bereich von 750 mg pro Tag und für Butyrat zwischen 300 und 600 mg pro Tag. Propionat und Butyrat können gemeinsam eingenommen werden. Wechselwirkungen mit Medikamenten sind uns nicht bekannt.

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