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Wie smart ist dein Darm? Die Darm-Hirn-Achse

Wusstest du, dass dein Darm mit deinem Gehirn kommuniziert?

Wir wissen, dass unser Darm-Mikrobiom unsere gesamte Gesundheit und Wohlbefinden erheblich beeinflusst. Einer der faszinierendsten Erkenntnisse der neuesten Forschung ist, wie unser Darm unser Gehirn beeinflusst.

Die Darm-Hirn Kommunikation

Die Wissenschaft hat schon lange herausgefunden, dass unser Gehirn mit unserem Darm kommuniziert – und umgekehrt. Einer der Hauptwege für diese Kommunikation ist ein Nerv, der sich über die Länge unseres Körpers erstreckt und unsere Körperorgane (einschließlich unseres Darms) direkt mit unserem Gehirn verbindet (1). Dieser wird als Vagusnerv bezeichnet und fungiert als Schnellstraße über den das Gehirn Signale an den Darm und der Darm Signale an das Gehirn sendet. So kann es vorkommen, dass wenn wir uns gestresst oder ängstlich fühlen, uns das ganz schön auf den Magen schlägt. Ebenso nimmt der Vagusnerv wahr, was in unserem Darm passiert und sendet Signale an unser Gehirn. Dies führt dazu, dass das Gehirn auf die Signale reagiert, indem es uns z.B. vom Essen abhält, weil wir satt sind (1).

Bis vor kurzem glaubten Wissenschaftler, dass diese Darm-Hirn-Kommunikation nur Signale aus unserem Körper beinhaltet. Im Laufe des letzten Jahrzehnts kamen jedoch immer mehr Beweise ans Licht, dass die Mikroorganismen in unserem Darm auch an dieser Kommunikation zwischen Darm und Gehirn beteiligt sind.

Unser Mikrobiom kommuniziert mit unserem Gehirn

Wir wissen jetzt, dass Substanzen, die von unseren Darmbakterien produziert werden, die Art und Weise beeinflussen, wie unser Darm mit unserem Gehirn spricht. Wenn unsere Darmbakterien zum Beispiel die nützlichen kurzkettigen Fettsäuren (engl. short chain fatty acids, SCFA) Butyrat und Propionat produzieren, stimulieren diese unsere Darmzellen zur Produktion von appetitzügelnden Hormonen (2) und Serotonin (3). Diese sind beide in der Lage den Vagusnerv in unserem Darm zu aktivieren, um Signale an unser Gehirn zu senden (4). Es gibt auch Hinweise darauf, dass einige Arten von Darmbakterien direkt die Neurotransmitter Dopamin, Noradrenalin, Serotonin und GABA (5) produzieren können. 

Mit dem Fortschritt der Forschung auf diesem Gebiet entdecken die Wissenschaftler immer mehr Verbindungen zwischen dem Darm-Mikrobiom und unserer Gehirngesundheit.

Die Forschung an Mausmodellen hat gezeigt, dass das Darm-Mikrobiom wahrscheinlich an der Gehirnentwicklung, dem Sozialverhalten, der Kognition und der Neuroinflammation beteiligt ist (6-8). Auch bei Menschen konnten in Studien Unterschiede im Darm-Mikrobiom gesunder Menschen im Vergleich zu Menschen mit neurodegenerativen Erkrankungen (9) und psychischen Störungen beobachtet werden. Als Wissenschaftler den Stuhl von Menschen mit schweren depressiven Störungen in Mäuse transplantierten, begannen die Mäuse depressionsähnliche Verhaltensweisen zu zeigen (11).

Ernährung kann die Kommunikation zwischen Darm und Gehirn beeinflussen

Interessanterweise weisen die Forschungsergebnisse auch darauf hin, dass die von Bakterien beim Verzehr von Ballaststoffen produzierten Primärsubstanzen, die SCFAs Butyrat, Propionat und Acetat, wahrscheinlich eine wichtige Rolle bei der Vermittlung der Kommunikation zwischen Darm und Gehirn spielen (12). Beispielsweise hatten Mäuse, die mit SCFAs behandelt wurden, bevor sie einem Langzeitstress ausgesetzt waren, im Vergleich zu Mäusen, die keine SCFAs erhielten, ein vermindertes depressives/angstvolles Verhalten und eine verbesserte Darmbarriere (13). Eine andere Studie zeigte, dass eine ballaststoffreiche Ernährung zu einer erhöhten Produktion von SCFAs und einer verringerten Neuroinflammation bei alternden Mäusen führte (14). Diese Auswirkungen auf das Gehirn müssen beim Menschen noch bestätigt werden, aber wir wissen, dass SCFAs auch im Darm viele wichtige Rollen spielen, wie z.B. die Aufrechterhaltung der intestinalen Zellbarriere, die Verhinderung von Entzündungen, die Regulierung des Appetits und die Förderung der Serotoninproduktion (15).

Eine gute Strategie zur Verbesserung der Gehirn- und Darmgesundheit ist es, sicherzustellen, dass deine Ernährung viele verschiedene Ballaststoffquellen wie Vollkornprodukte, Obst, Gemüse, Hülsenfrüchte, Nüsse und Samen enthält.

Obwohl wir erst am Anfang unserer Reise stehen, um zu entschlüsseln, wie das Darm-Mikrobiom unser Gehirn beeinflusst, deuten die neuesten Ergebnisse darauf hin, dass dies ein Bereich ist, der vielversprechend für die Entwicklung zukünftiger Möglichkeiten zur Behandlung von neurodegenerativen Krankheiten und psychischen Störungen ist.

References

(1) Breit, S., Kupferberg, A., Rogler, G. & Hasler, G. .Vagus Nerve as Modulator of the Brain-Gut Axis in Psychiatric and Inflammatory Disorders. Front. Psychiatry 9, 44–44 (2018).

(2). Larraufie, P. et al. SCFAs strongly stimulate PYY production in human enteroendocrine cells. Sci. Rep. 8, 74 (2018).

(3) Yano, J. M. et al. Indigenous bacteria from the gut microbiota regulate host serotonin biosynthesis. Cell 161, 264–276 (2015).

(4) Mohajeri, M. H., La Fata, G., Steinert, R. E. & Weber, P. Relationship between the gut microbiome and brain function. Nutr. Rev. 76, 481–496 (2018).

(5) Clarke, G. et al. Minireview: Gut microbiota: the neglected endocrine organ. Mol. Endocrinol. Baltim. Md 28, 1221–1238 (2014).

(6) Desbonnet, L. et al. Gut microbiota depletion from early adolescence in mice: Implications for brain and behaviour. Brain. Behav. Immun. 48, 165–173 (2015)

(7) Borre, Y. E. et al. Microbiota and neurodevelopmental windows: implications for brain disorders. Trends Mol. Med. 20, 509–518 (2014).

(8) Erny, D. et al. Host microbiota constantly control maturation and function of microglia in the CNS. Nat. Neurosci. 18, 965–977 (2015).

(9) Roy Sarkar, S. & Banerjee, S. Gut microbiota in neurodegenerative disorders. J. Neuroimmunol. 328, 98–104 (2019).

(10) Dinan, T. G., Stilling, R. M., Stanton, C. & Cryan, J. F. .Collective unconscious: How gut microbes shape human behavior. J. Psychiatr. Res. 63, 1–9 (2015).

(11) Sampson, T. R. et al. Gut Microbiota Regulate Motor Deficits and Neuroinflammation in a Model of Parkinson’s Disease. Cell 167, 1469-1480.e12 (2016).

(12) Zheng, P. et al. Gut microbiome remodeling induces depressive-like behaviors through a pathway mediated by the host’s metabolism. Mol. Psychiatry 21, 786 (2016).

(13) Dalile, B., Van Oudenhove, L., Vervliet, B. & Verbeke, K.. The role of short-chain fatty acids in microbiota–gut–brain communication. .
Nat. Rev. Gastroenterol. Hepatol. 16, 461–478 (2019).

(14) van de Wouw, M. et al. Short-chain fatty acids: microbial metabolites that alleviate stress-induced brain–gut axis alterations. .J. Physiol. 596, 4923–4944 (2018).

(15) Matt, S. M. et al. Butyrate and Dietary Soluble Fiber Improve Neuroinflammation Associated With Aging in Mice. Front. Immunol. 9, 1832 (2018).

(16) Koh, A., De Vadder, F., Kovatcheva-Datchary, P. & Bäckhed, F. From Dietary Fiber to Host Physiology: Short-Chain Fatty Acids as Key Bacterial Metabolites. Cell 165, 1332–1345 (2016).

Immunsystem, psychische Gesundheit …

… und unser Mikrobiom.

Connecting the dots: Was diese drei vermeintlich unterschiedlichen Bereiche miteinander zu tun haben.

Unser Verständnis, wie die Psyche mit dem Immunsystem, sowie mit unserem Mikrobiom verbunden ist, war lange Zeit begrenzt. Doch nun haben Forscher in Norwegen sich darangemacht, dies genauer zu untersuchen. Es wird vermutet, dass Zytokine (Signalmoleküle des Immunsystems) eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung und dem Fortschreiten von psychischen Erkrankungen spielen.

Schon lange vermutete man, dass unser Immunsystem, welches eng mit dem Mikrobiom zusammenarbeitet, mit unserer psychischen Gesundheit interagiert. Jedoch ist bisher wenig über die biologischen Mechanismen bekannt.

Dies führte dazu, diese Thematik zuvor eher alternativen Therapeuten zu überlassen, was sich aber aufgrund der neuesten Ergebnisse nun langsam zu ändern scheint. Es finden immer mehr Ärzte Interesse daran. Nach Aussagen der Forscher werden diese Veränderungen auch von der Patientenschaft positiv wahrgenommen.

Je mehr wir über die Auswirkungen von Entzündungen auf das Gehirn erfahren, desto deutlicher wird auch deren Einfluss auf unser Verhalten. Entzündungen betreffen vor allem spezifische Neuronalkreisläufe, sowie Übertragungssysteme. Bestimmte Entzündungsmarker können beispielsweise bei depressiven Patienten vermehrt nachgewiesen werden. So beeinflusst das entzündliche Zytokin Interferon (IFN) -α Gehirnkreisläufe, die mit Motivation und motorischer Aktivität verbunden sind. Ebenso wirkt es sich auf Gehirnregionen aus, die mit Erregung, Angst und Alarmbereitschaft assoziiert sind. (2)

Zellen des Immunsystems kommunizieren über Signalmoleküle, welche als Zytokine bezeichnet werden.

Die Signalmoleküle, über die sich die Zellen des Nervensystems miteinander austauschen, nennt man Neurotransmitter.

Über die sogenannte Mikroglia, die einen Teil des Zwischengewebes im zentralen Nervensystem darstellt, kommunizieren diese beiden Systeme miteinander.

Die Mikroglia ist Teil des Immunsystems im Gehirn und reguliert Entzündungsprozesse in ihm. (3)

Daher weiß man nun auch, dass die Signalmoleküle des Nervensystems auch auf das Immunsystem übertragen werden können und umgekehrt.

Bisher gab es auf diesem Gebiet, wie bereits erwähnt, eher wenig seriöse Forschung. Es ist jedoch bekannt, dass Meditation, sowie emotionale Balance sich positiv auf das Immunsystem auswirken. Weitere Forschung auf diesem Gebiet ist aber erforderlich.

Ein ähnliches Projekt zeigte auf, dass Patienten mit mentalen Erkrankungen anfälliger für verschiedene Entzündungen im Körper und für Störungen des Immunsystems sind. Auch dies deutet darauf hin, dass eine Interaktion zwischen beiden Systemen besteht.

Darstellung verschiedener Kommunikationswege zwischen unserem Gehirn und unserem Mikrobiom. (4)

Umgekehrt fand man heraus, dass Menschen, die Vernachlässigung oder Kindesmissbrauch ausgesetzt waren, anfälliger für verschiedene Erkrankungen des Immunsystems sind.

Dies leitet zum Ansatz, ob man psychischen Erkrankungen eventuell durch Behandlung des Immunsystems vorbeugen könne.

Die Universitäten in Stavanger, Bergen und Utrecht, sowie die Norwegian University of Science and Technology sind an der Forschung in diesem Bereich beteiligt. Konkrete Ergebnisse können jedoch erst in einigen Jahren erwartet werden.

Nicht zu vernachlässigen in diesen Kreisläufen ist natürlich auch unser Mikrobiom, das entscheidenden Einfluss auf die Effektivität unseres Immunsystems hat. Deswegen ist es umso wichtiger, dass wir uns gut um unsere Mitbewohner im Bauch kümmern, um so auch unsere physische/psychische Gesundheit zu unterstützen.

Unser Körper ist eine Ansammlung an Systemen, die durch ihre Zusammenarbeit dafür sorgen, uns gesund zu halten. Unser Mikrobiom kann man hierbei als Kommunikationsmittel zwischen Körper und Außenwelt betrachten – hast du es denn schon testen lassen?

Publikationen:

(1) Immune System and Mental Health are connected, Steinar Brandslet, Norwegian University of Science and Technology, veröffentlicht am 15.08.2019, https://norwegianscitechnews.com/2019/08/immune-system-and-mental-health-are-connected/

(2) https://www.psychiatrictimes.com/special-reports/five-things-know-about-inflammation-and-depression

(3) https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Microglia_and_neurons.jpg

(4) Rogers, G. B., et al. (2016). “From gut dysbiosis to altered brain function and mental illness: mechanisms and pathways.” Molecular Psychiatry 21: 738. https://www.nature.com/articles/mp201650