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Übergewicht – liegt die Ursache im Mikrobiom?

7. Januar 2021  

Der Zusammenhang von Übergewicht und dem Darm-Mikrobiom

Chronische Krankheiten nehmen weltweit rasant zu, wobei Adipositas, was ein starkes Übergewicht bezeichnet, als einer der Hauptverursacher gilt (1). Obwohl es eine Vielzahl von Methoden gibt, welche versuchen die stetig steigende Gewichtszunahme zu verhindern, bleibt Adipositas ein weiterverbreitetes Problem. Es müssen also dringend neue Lösungsansätze entwickelt werden. Die mit Übergewicht in Verbindung stehenden Krankheiten wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes und Krebs gehören zu den führenden Todesursachen, daher bemühen sich die Forscher, neue effiziente Behandlungen für diese Erkrankungen zu finden (2).

Was sind die Ursachen von Übergewicht?

Eine hochkalorische Ernährung ist ein kausaler Faktor für Adipositas und kann auch zu Veränderungen des Darm-Mikrobioms führen (3). Neben Ernährungs-, Lebensstil- und genetischen Faktoren wird vermutet, dass Übergewicht auch aus einer Störung des Darm-Mikrobioms resultieren kann, was die Stoffwechselfunktion und das Gleichgewicht zwischen Nahrungsaufnahme und Energieverbrauch beeinflusst (3).

Die Rolle des Darm-Mikrobioms auf die Gesundheit

Es ist bekannt, dass das Darm-Mikrobiom einen enormen Einfluss auf die allgemeine Gesundheit und Wohlbefinden hat. Die Bakterien im Darm beeinflussen die Aufnahme, den Abbau und die Speicherung von Nährstoffen und haben potenzielle Auswirkungen auf die Physiologie (1). Neben einer hohen Kalorienaufnahme wurde auch der übermäßige Einsatz von Antibiotika mit dem Auftreten von Fettleibigkeit in Verbindung gebracht (4). Ein Ungleichgewicht des Darm-Mikrobioms, was auch als Dysbiose bezeichnet wird, kann das Wachstum von schädlichen Organismen fördern, die chronische Entzündungen verursachen können und spielt damit eine wichtige Rolle in der Vorbeugung chronischer Stoffwechsel- und Darmerkrankungen (5). Ein ausgeglichenes Darm-Mikrobiom hingegen, gilt als wichtiger Faktor bei der Vorbeugung bzw. Linderung von Fettleibigkeit und Stoffwechselerkrankungen (6). Die Vermehrung nützlicher Bakterien und das gleichzeitige Reduzieren schädlicher Bakterien, kann demnach zu besserer Gesundheit und Wohlbefinden beitragen (7). 

Das Mikrobiom entscheidet über Appetit

Der Darm wird mittlerweile auch als “zweites Gehirn” bezeichnet, denn die dort lebenden Mikroorganismen, kommunizieren direkt mit dem Gehirn und beeinflussen somit Gehirnsignale, welche für die Stimulation von Hunger und Appetit verantwortlich sind (8). 

Auf das richtige Verhältnis kommt es an

In den meisten Studien konnte festgestellt werden, dass das Verhältnis von Firmicutes zu Bacteroidetes bei adipösen Personen deutlich höher ist (7). Darüber hinaus wurde eine Studie durchgeführt, um die Unterschiede im Darm-Mikrobiom zwischen fettleibigen und nicht fettleibigen japanischen Probanden zu untersuchen. Adipöse Probanden hatten eine signifikant reduzierte Anzahl von Bacteroidetes und ein höheres Verhältnis von Firmicutes zu Bacteroidetes im Vergleich zu nicht adipösen Probanden. Auch die Diversität der Bakterien war bei den adipösen Probanden geringer als bei den nicht adipösen Probanden (9).

In einer Studie mit fettleibigen und schlanken chinesischen College-Studenten zeigte sich eine negative Korrelation zwischen BMI und Diversität. Fettleibige männliche Probanden hatten ein weniger diverses Mikrobiom als Personen in der schlanken Gruppe. Darüber hinaus war die Zusammensetzung des Mikrobioms bei schlanken Männern komplexer und wies ein höheres Verhältnis von Bacteroides zu Firmicutes auf.

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Welchen Einfluss hat die Ernährung auf das Gewicht?

Verschiedene Ernährungsweisen haben einen unterschiedlichen Einfluss auf die Zusammensetzung und Diversität des Darm-Mikrobioms (10). Dabei bringt die typische westliche Ernährung, die durch den Verzehr von stark verarbeiteten Lebensmitteln, einer hohen Aufnahme von gesättigten Fettsäuren und Zucker, sowie einer geringen Aufnahme von Gemüse, Obst und Ballaststoffen besteht (11), das Darm-Mikrobiom aus dem Gleichgewicht (12). 

Studien haben gezeigt, dass afrikanische Kinder, die sich fettarm und ballaststoffreich ernähren, eine höhere Diversität und weniger krankmachende Bakterien aufweisen. Diese Kinder haben außerdem größere Mengen an Bacteroidetes als europäische Kinder, die größere Mengen an Firmicutes und Enterobacteriaceae haben (13).

Im Gegensatz dazu hat sich gezeigt, dass eine fettreiche und ballaststoffarme Ernährung die mikrobielle Diversität im Darm (14), schützende Darmbakterien und SCFA (kurzkettige Fettsäuren) reduziert (15). Die Aufnahme von ballaststoffreichen Lebensmitteln (z. B. Obst, Gemüse und Hülsenfrüchte) erhöhte die mikrobielle Diversität (14, 16) und war mit einer reduzierten Gewichtszunahme beim Menschen verbunden, unabhängig von der Kalorienaufnahme (17).

Außerdem wurde gezeigt, dass Astaxanthin, eines der stärksten Antioxidantien, und der Heilpilz Antrodia cinnamomea das Darm-Mikrobiom in adipösen Mäusen, die durch eine fettreiche Ernährung verursacht wurde, verbessern. Beide verhinderten eine Gewichtszunahme, verbesserten den Fett- und Zuckerstoffwechsel und regulierten das Gleichgewicht des Darm-Mikrobioms (18, 19), indem sie das Verhältnis von Bacteroides zu Firmicutes optimierten und die Akkermansia verbesserten (19). 

Welchen Einfluss hat Bewegung auf unser Gewicht?

Sportliche Betätigungen haben einen positiven Einfluss auf das Darm-Mikrobiom. Sie fördern die mikrobielle Diversität und auch die Vermehrung von Butyrat produzierenden Darmbakterien (20). Eine Studie verglich Veränderungen der mikrobiellen Diversität und Zusammensetzung des Darms bei jungen Erwachsenen, die moderate bis intensive körperliche Aktivität ausüben. Die Studie fand eine Zunahme der mikrobiellen Diversität, insbesondere bei Teilnehmern, die zusätzlich eine ausreichende Menge an Ballaststoffen pro Tag aßen (21). Darüber hinaus wurde eine Zunahme von Bacteroidetes und eine Abnahme von Firmicutes bei adipösen Erwachsenen nach aerober moderater bis intensiver körperlicher Aktivität berichtet (22). Daraus lässt sich schließen, dass sowohl Bewegung, als auch eine ballaststoffreiche Ernährung sich positiv auf unsere „Schlankmacherbakterien“ auswirken. 

Die Sache ganzheitlich betrachten

Schließlich beeinflussen mehrere Faktoren die Diversität und Zusammensetzung des Darm-Mikrobioms und können zu einem Ungleichgewicht führen, die mit Gewichtszunahme und Adipositas assoziiert ist. Insbesondere beeinflussen Ernährung, körperliche Aktivität, Nahrungsergänzungsmittel, Medikamente das Darm-Mikrobiom. Der Einfluss des Darm-Mikrobioms auf den Stoffwechsel, den Hormonhaushalt und das Gehirn kann eine wichtige Rolle bei der Gewichtskontrolle und der Behandlung von Adipositas spielen.

Wir sind bereits gespannt auf weitere Studien. In unserem nächsten Blog-Artikel teilen wir mit dir ein Mikrobiom-Rezept, um deine gesunden schlankmachenden Bakterien zu vermehren. Sei gespannt!

References

(1) Gentile CL, Weir TL. The gut microbiota at the intersection of diet and human health. Science. 2018 Nov 16;362(6416):776-780. doi: 10.1126/science.aau5812. PMID: 30442802.

(2) Wilkins LJ, Monga M, Miller AW. Defining Dysbiosis for a Cluster of Chronic Diseases. Sci Rep. 2019 Sep 9;9(1):12918. doi: 10.1038/s41598-019-49452-y. PMID: 31501492; PMCID: PMC6733864.

(3) Guirro M, Costa A, Gual-Grau A, Herrero P, Torrell H, Canela N, Arola L. Effects from diet-induced gut microbiota dysbiosis and obesity can be ameliorated by fecal microbiota transplantation: A multiomics approach. PLoS One. 2019 Sep 23;14(9):e0218143. doi: 10.1371/journal.pone.0218143. PMID: 31545802; PMCID: PMC6756520.

(4) Podolsky SH. Historical Perspective on the Rise and Fall and Rise of Antibiotics and Human Weight Gain. Ann Intern Med. 2017 Jan 17;166(2):133-138. doi: 10.7326/M16-1855. PMID: 28114473.

(5) Turroni F, Ventura M, Buttó LF, Duranti S, O’Toole PW, Motherway MO, van Sinderen D. Molecular dialogue between the human gut microbiota and the host: a Lactobacillus and Bifidobacterium perspective. Cell Mol Life Sci. 2014 Jan;71(2):183-203. doi: 10.1007/s00018-013-1318-0. Epub 2013 Mar 21. PMID: 23516017.

(6) John GK, Mullin GE. The Gut Microbiome and Obesity. Curr Oncol Rep. 2016 Jul;18(7):45. doi: 10.1007/s11912-016-0528-7. PMID: 27255389.

(7) Fischer N, Relman DA. Clostridium difficile, Aging, and the Gut: Can Microbiome Rejuvenation Keep Us Young and Healthy? J Infect Dis. 2018 Jan 4;217(2):174-176. doi: 10.1093/infdis/jix417. PMID: 28968708; PMCID: PMC5853914.

(8) Lankelma JM, Nieuwdorp M, de Vos WM, Wiersinga WJ. The gut microbiota in internal medicine: implications for health and disease. Neth J Med. 2015 Feb;73(2):61-8. PMID: 25753070.

(9) Kasai C, Sugimoto K, Moritani I, Tanaka J, Oya Y, Inoue H, Tameda M, Shiraki K, Ito M, Takei Y, Takase K. Comparison of the gut microbiota composition between obese and non-obese individuals in a Japanese population, as analyzed by terminal restriction fragment length polymorphism and next-generation sequencing. BMC Gastroenterol. 2015 Aug 11;15:100. doi: 10.1186/s12876-015-0330-2. PMID: 26261039; PMCID: PMC4531509.

(10) Oriach CS, Robertson RC, Stanton C, Cryan JF, Dinan TG. Food for thought: the role of nutrition in the microbiota-gut-brain axis. Clin Nutr Exp. 2016;6:25–38. doi: 10.1016/j.yclnex.2016.01.003.

(11) Zinöcker M.K., Lindseth I.A. The Western diet–microbiome-host interaction and its role in metabolic disease. Nutrients. 2018;1010:365.

(12) Noble EE, Hsu TM, Kanoski SE. Gut to Brain Dysbiosis: Mechanisms Linking Western Diet Consumption, the Microbiome, and Cognitive Impairment. Front Behav Neurosci. 2017 Jan 30;11:9. doi: 10.3389/fnbeh.2017.00009. PMID: 28194099; PMCID: PMC5277010.

(13) De Filippo C, Cavalieri D, Di Paola M, Ramazzotti M, Poullet JB, Massart S, Collini S, Pieraccini G, Lionetti P. Impact of diet in shaping gut microbiota revealed by a comparative study in children from Europe and rural Africa. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010 Aug 17;107(33):14691-6. doi: 10.1073/pnas.1005963107. Epub 2010 Aug 2. PMID: 20679230; PMCID: PMC2930426.

(14) Simpson HL, Campbell BJ. Review article: dietary fibre-microbiota interactions. Aliment Pharmacol Ther. 2015;42:158–179. doi: 10.1111/apt.13248.

(15) Agus A, Denizot J, Thévenot J, Martinez-Medina M, Massier S, Sauvanet P, Bernalier-Donadille A, Denis S, Hofman P, Bonnet R, Billard E, Barnich N. Western diet induces a shift in microbiota composition enhancing susceptibility to Adherent-Invasive E. coli infection and intestinal inflammation. Sci Rep. 2016 Jan 8;6:19032. doi: 10.1038/srep19032. PMID: 26742586; PMCID: PMC4705701.

(16) Zhang N, Ju Z, Zuo T. Time for food: The impact of diet on gut microbiota and human health. Nutrition. 2018 Jul-Aug;51-52:80-85. doi: 10.1016/j.nut.2017.12.005. Epub 2018 Feb 5. PMID: 29621737.

(17) Menni C, Jackson MA, Pallister T, Steves CJ, Spector TD, Valdes AM. Gut microbiome diversity and high-fibre intake are related to lower long-term weight gain. Int J Obes (Lond). 2017 Jul;41(7):1099-1105. doi: 10.1038/ijo.2017.66. Epub 2017 Mar 13. PMID: 28286339; PMCID: PMC5500185.

(18) Chang CJ, Lu CC, Lin CS, Martel J, Ko YF, Ojcius DM, Wu TR, Tsai YH, Yeh TS, Lu JJ, Lai HC, Young JD. Antrodia cinnamomea reduces obesity and modulates the gut microbiota in high-fat diet-fed mice. Int J Obes (Lond). 2018 Feb;42(2):231-243. doi: 10.1038/ijo.2017.149. Epub 2017 Jun 20. PMID: 28630461; PMCID: PMC5803574.

(19) Wang J, Liu S, Wang H, Xiao S, Li C, Li Y, Liu B. Xanthophyllomyces dendrorhous-Derived Astaxanthin Regulates Lipid Metabolism and Gut Microbiota in Obese Mice Induced by A High-Fat Diet. Mar Drugs. 2019 Jun 5;17(6):337. doi: 10.3390/md17060337. PMID: 31195737; PMCID: PMC6627754.

(20) Allen JM, Mailing LJ, Niemiro GM, Moore R, Cook MD, White BA, Holscher HD, Woods JA. Exercise Alters Gut Microbiota Composition and Function in Lean and Obese Humans. Med Sci Sports Exerc. 2018 Apr;50(4):747-757. doi: 10.1249/MSS.0000000000001495. PMID: 29166320.

(21) Whisner CM, Maldonado J, Dente B, Krajmalnik-Brown R, Bruening M. Diet, physical activity and screen time but not body mass index are associated with the gut microbiome of a diverse cohort of college students living in university housing: a cross-sectional study. BMC Microbiol. 2018 Dec 12;18(1):210. doi: 10.1186/s12866-018-1362-x. PMID: 30541450; PMCID: PMC6291939.

(22) Santacruz A, Marcos A, Wärnberg J, Martí A, Martin-Matillas M, Campoy C, et al. Interplay between weight loss and gut microbiota composition in overweight adolescents. Obesity. 2009;17:1906–1915. doi: 10.1038/oby.2009.112.

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