Präbiotika

Die größte Gruppe der Präbiotika stellen Oligosaccharide dar, bei denen es sich um Kohlenhydratketten aus 3-10 Monosacchariden handelt.⁷¹² Zu den wichtigsten Vertretern der Oligosaccharide zählen die Fruktooligosaccharide sowie die Galaktooligosaccharide:

Galaktooligosaccharide (GOS) bestehen aus Glukose- und Galaktoseeinheiten.⁷⁰² In verschiedenen Studien konnte gezeigt werden, dass GOS bifidogene Eigenschaften aufweisen, d. h. den Bifidobakterien als Energiesubstrat dienen und so deren Anteil im Darm erhöhen können.^715,716

Fruktooligosaccharide (FOS), auch bekannt als Oligofruktose, zählen zu den bekanntesten Präbiotika.⁷¹⁷ Sie entstehen durch Hydrolyse aus Inulin oder durch Synthese aus Saccharose und haben eine Kettenlänge von 3–10 Monosacchariden.^702,712 FOS fördern beispielsweise das Wachstum von Bifidobakterien und hemmen das Wachstum von Clostridium perfringens.⁷¹⁸ FOS können jedoch bei sensiblen Personen schon in geringen Mengen zu gastrointestinalen Beschwerden führen.^711,719,720

Inulin zählt zu der Gruppe der Fruktane und ist ein Fruktose-Polymer aus 30–65 Fruktoseeinheiten⁷²¹ sowie einem endständigen Glukoserest. Es konnte gezeigt werden, dass die Zufuhr von Inulin nachweislich die Anzahl an Bifidobakterien, Laktobazillen und auch Faecalibacterium prausnitzii steigert.^722–724 Ähnlich wie FOS kann auch Inulin bei sensiblen Personen schon in geringen Mengen zu gastrointestinalen Beschwerden führen.^711,719,720

Bei den humanen Milcholigosacchariden (human milk oligosaccharides, HMO) handelt es sich um komplexe, unverdauliche Mehrfachzucker, die in der menschlichen Muttermilch enthalten sind.⁷²⁵ Sie stellen mit einem Gehalt von durchschnittlich 12–14 g/l reifer Muttermilch nach Laktose und Lipiden die dritthäufigste Komponente der Muttermilch dar, wobei der genaue Gehalt u. a. von der Laktationsperiode abhängig ist.⁷²⁶ So weist beispielsweise Kolostrum mit 20–23 g/l den höchsten HMO-Gehalt auf.⁷²⁶ HMO sind für den Menschen unverdaulich, sodass sie unverändert in den Dickdarm übergehen, wo sie neben der Förderung der intestinalen Mikrobiota und deren Stoffwechselleistungen^195,196,714 unterschiedliche positive Wirkungen für den gesamten kindlichen Organismus vermitteln. Zu diesen zählen u. a. die Abwehr von Viren sowie enteropathogener Keime, wie z. B. Campylobacter jejuni oder E. coli sowie deren Enterotoxine (u. a. durch Reduktion der Adhäsion).

Darüber hinaus beeinflussen sie auch die Entwicklung und die Modulation des Immunsystems.^725,727 Zudem zeigen in vivo-Studien, dass der protektive Effekt von Muttermilch bezüglich der Entwicklung einer nekrotisierenden Enterokolitis (NEK) wahrscheinlich auf die in der Muttermilch enthaltenen HMO zurückzuführen ist.⁷²⁵ Daher werden vermehrt Bestrebungen unternommen, HMO auch synthetisch herzustellen, um diese therapeutisch sowie präventiv als Zusatz in Formulanahrung einzusetzen.

Laktulose ist ein synthetisches Disaccharid bestehend aus Galaktose und Fruktose, das durch die Isomerisierung aus Laktose entsteht.⁷²⁹ Es konnte in verschiedenen Studien gezeigt werden, dass Laktobazillen und Bifidobakterien Laktulose fermentieren können und so deren Wachstum unterstützt werden kann.^717,730

Bei löslichen Dextrinen handelt es sich um Glukose-Polymere, welche den Dünndarm unverdaut passieren und daher unverändert in den Dickdarm gelangen. Dextrine können aus verschiedenen stärkehaltigen Pflanzen, wie z. B. Kartoffeln, Weizen und Mais, gewonnen werden. Sie zählen zu den löslichen Ballaststoffen und besitzen präbiotische Eigenschaften. So konnte beispielsweise der Anteil an Bacteroides innerhalb der intestinalen Mikrobiota durch die Zufuhr löslicher Dextrine gesteigert werden.⁷⁰³ Beispielhaft wird nachfolgend die Wirkung des präbiotischen Maisdextrins näher beschrieben.

Maisdextrin, d. h. Dextrin, welches aus der Maispflanze gewonnen wurde, zeigte in einer Vielzahl präklinischer sowie klinischer in vitro- und in vivo-Studien präbiotische Eigenschaften sowie allgemein positive Auswirkungen auf die Gesundheit.^731,732 Maisdextrin kann im Dickdarm durch Vertreter der kommensalen Mikrobiota fermentiert werden, was u. a. zu einem Anstieg kurzkettiger Fettsäuren, inkl. Butyrat, führt^731–733, und kann zudem als mildes Laxans verdauungsfördernd wirken⁷³⁴.

In vitro und in vivo hat die Gabe von Maisdextrin einen stimulierenden Effekt auf Bakterien der Gattungen Bifidobacterium sowie Lactobacillus gezeigt^731–733, was sich positiv auf die Darmgesundheit auswirkt.^733,735 Auch gibt es Hinweise darauf, dass die Einnahme einen positiven Einfluss auf die Firmicutes/Bacteroidetes-Ratio hat, wobei eine Dominanz des Phylums Firmicutes mit Übergewicht assoziiert ist.⁷³⁶ So wurde in einer aktuellen Studie gezeigt, dass präbiotisches Maisdextrin in vitro das Wachstum von Bakterien der Abteilung Firmicutes hemmt und im Gegenzug das Wachstum von Bakterien der Abteilung Bacteroidetes erhöht.⁷³⁶ Auch bewirkt die Zufuhr von Maisdextrin eine gesteigerte fäkale α- und β-Glucosidase-Aktivität und führt zu einer Absenkung des luminalen pH-Werts.⁷⁰³

Zusätzlich kann durch die Gabe von präbiotischem Maisdextrin die Calciumabsorption im Darm gesteigert werden, was die Knochendichte von Kindern und Erwachsenen positiv beeinflusste.^737–740 Auch konnte ein positiver Effekt von Maisdextrin auf den postprandialen Glukose- und Insulinspiegel nachgewiesen werden.^741–743

Maisdextrin zeigte in verschiedenen Humanstudien eine gute Verträglichkeit im Vergleich zu Placebo und führte bei dauerhafter Einnahme zu milden, gut tolerierbaren gastrointestinalen Symptomen⁷⁴⁴, sodass es sich für den Einsatz als Präbiotikum besonders eignet.

Die resistente Stärke umfasst Stärke bzw. Stärkeabbauprodukte, welche im Dünndarm nicht verdaut und aufgenommen werden. Sie ist widerstandsfähig gegen Verdauungsenzyme und gelangt aus diesem Grund unverdaut in den Dickdarm. Aus dem größten Anteil entstehen im Dickdarm durch bakterielle Fermentation kurzkettige Fettsäuren (z. B. Acetat, Propionat und Butyrat) sowie Gase.⁷⁴⁵

Resistente Stärke wird in vier verschiedene Typen eingeteilt – RS1, RS2, RS3 und RS4:⁷⁴⁶

• RS1 – Stärke, welche in pflanzlichen Zellwänden eingeschlossen und dadurch für eine Verdauung physikalisch unerreichbar ist. Stärke vom Typ RS1 findet sich in grob gemahlenem Getreide oder ganzen Getreidekörnern, ganzen Samen und Hülsenfrüchten (z. B. in Bohnen, Nüssen, Erbsen und Linsen). Durch Mahlen oder Kauen werden die Zellwände zerstört und durch die Verdauungsenzyme wird die Stärke gespalten.
• RS2 – Stärke, welche aufgrund ihrer Struktur nicht für Verdauungsenzyme zugänglich ist. Im rohen Zustand ist sie nicht verdaulich. Erst durch das Erhitzen wird sie für die Verdauung zugänglich. Stärke vom Typ RS2 ist in stärkehaltigem Obst (z. B. grünen Bananen), rohem Gemüse (z. B. Kartoffeln) und amylosereicher Stärke (z. B. Maisstärke) zu finden.
• RS3 – Stärke, die entsteht, wenn Stärke vom Typ RS1 und RS2 gekocht und dann abgekühlt wird. Sie wird auch als retrogradierte Stärke bezeichnet. Stärke vom Typ RS3 kann bei geringer Temperatur wieder erhitzt werden und behält dabei ihre Verdauungsresistenz. Diesen Typ Stärke findet man z. B. in Brot, Nudeln, Reis und Kartoffeln.
• RS4 – Stärke, welche chemisch modifiziert oder repolymerisiert wurde, um so für Verdauungsenzyme unzugänglich zu werden.

In Studien konnte gezeigt werden, dass resistente Stärke das Wachstum von Bifidobakterien anregt.^711,747,748 Darüber hinaus hat die resistente Stärke auch einen positiven Einfluss auf den Blutglukosespiegel, indem sie den postprandialen Blutglukoseanstieg verringert. Des Weiteren reduziert sie die Bildung von Gallensteinen und zeigt cholesterinsenkende Effekte.⁷⁴⁷ Anders als bei Fruktooligosacchariden wird resistente Stärke in größeren Mengen gut vertragen.⁷¹¹

Der Flohsamen (auch Plantago ovata oder Psyllium) enthält neben löslichen auch unlösliche Ballaststoffe. Flohsamenschalen quellen auf das 40-fache ihres Volumens an und erhöhen hierdurch die Stuhlmasse und -frequenz.^749,750 In der aktualisierten S3-Leitlinie werden lösliche Ballaststoffe, wie Flohsamen(schalen), als Therapieoption für Reizdarmpatient*innen vom Obstipations- und Diarrhö-Typ empfohlen.⁶⁰⁴

Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die Einnahme von Flohsamenschalen bei gesunden Erwachsenen zu einer Zunahme der Gattung Bifidobacterium führte. Daher kann angenommen werden, dass Flohsamenschalen eine bifidogene Wirkung und somit präbiotisches Potenzial aufweisen.⁷⁵¹

Auch in der Schwangerschaft gelten Flohsamen als das Mittel der ersten Wahl bei Obstipation. Sowohl die hormonellen Veränderungen als auch die gesteigerte Aufnahme von Wasser und Elektrolyten begünstigen während der Schwangerschaft eine Obstipation. Weitere Ursachen hierfür können veränderte Ernährungsgewohnheiten sowie verminderte körperliche Aktivität sein. Da in der Schwangerschaft möglichst auf nicht notwendige Medikamente verzichtet werden sollte, empfiehlt die European Medicines Agency (EMA) Schwangeren, die Abführmittel benötigen, in erster Linie die Anwendung von Quellstoffen wie (indischen) Flohsamenschalen. Bei der Einnahme von Flohsamenschalen ist es wichtig, auf eine ausreichende Flüssigkeitszufuhr zu achten.⁷⁵²

Glucane sind eine heterogene Gruppe von Nicht-Stärke-Polysacchariden, welche über α- oder β-glykosidische Bindungen miteinander verzweigt sind und dementsprechend entweder als Alpha- oder Beta-Glucane bezeichnet werden.⁷⁵³ Beta-Glucane kommen natürlicherweise in den Zellwänden von Pilzen und Bakterien sowie in Pflanzen vor. Je nach chemischer Struktur bzw. Herkunft besitzen die verschiedenen Beta-Glucane unterschiedliche gesundheitsfördernde Eigenschaften.

Beta-Glucane aus Gerste und Hafer: In in vitro-Studien konnte gezeigt werden, dass Beta-Glucane positive Effekte auf das Wachstum von Laktobazillen und Bifidobakterien haben.^754,755 Eine Humanstudie mit älteren Proband*innen konnte ebenfalls zeigen, dass Beta-Glucane aus Gerste die Anzahl von Bifidobakterien im Darm signifikant erhöhen konnten.⁷⁵⁶

Immunmodulation durch (1,3)-(1,6)-Beta-D-Glucane aus Pilzen: Darüber hinaus werden (1,3)-(1,6)-Beta-D-Glucane aus Pilzen, z. B. aus der Hefe, von Immunzellen u. a. über den Dectin-1-Rezeptor von Makrophagen oder den CR3-Rezeptor von NK-Zellen erkannt und können so die Immunantwort stimulieren (s. Abb. 1).^757,758 Diese Erkenntnisse machen Beta-Glucane oft zum Gegenstand klinischer Forschung, besonders bei Erkrankungen der Atemwege.⁷⁵⁹

Akazienfasern (auch Acacia gum oder Gummi arabicum) sind lösliche Ballaststoffe, die aus dem insbesondere in Zentralafrika, Sudan und Westafrika beheimateten Akazienbaum (Acacia senegal oder Acacia seyal) gewonnen werden. Akazienfasern bestehen hauptsächlich aus komplexen Polysacchariden (95 %), die sich wiederum aus stark verzweigten Galaktan-Polymeren mit Galaktose- und/oder Arabinose-Seitenketten zusammensetzen.^760,761 Akazienfasern gehören aufgrund ihrer stark bifidogenen Eigenschaften zu den Präbiotika. Sie sind zudem dafür bekannt, die Bildung kurzkettiger Fettsäuren zu stimulieren, die Integrität der Darmbarriere zu stärken und die Sekretion verschiedener Zytokine wie TNF-α, IL-6, IL-8 und IL-10 modulieren zu können.^760–762

Sowohl in in vitro^760,763 als auch in klinischen^760,764 Studien konnte gezeigt werden, dass Akazienfasern das Wachstum von Bifidobakterien anregen. Dabei hatten Dosen von 10 g Akazienfasern pro Tag über vier Wochen einen 10-fach respektive 7-fach größeren Effekt auf das Wachstum von Bifidobakterien und Laktobazillen als 10 g Inulin.⁷⁶⁴ Ein positiver Effekt auf das Wachstum der gesamten milchsäureproduzierenden Bakterien der intestinalen Mikrobiota wurde dabei ebenfalls nachgewiesen.⁷⁶¹ Ihre gute Verträglichkeit sowie ihr geringes Nebenwirkungspotenzial⁷⁶¹ lassen sich durch die in in vitro-Studien gezeigte langsame Fermentation erklären.⁷⁶⁰

Hinsichtlich positiver Auswirkungen auf gastrointestinale Erkrankungen konnte in einer Studie gezeigt werden, dass eine Kombination aus dem probiotischen Bakterienstamm Bifidobacterium animalis subsp. Lactis (BB-12^®) und Akazienfasern zu einer signifikant größeren Reduktion von Reizdarmbeschwerden führt als der probiotische Bakterienstamm alleine.⁷⁶⁵

In den letzten Jahren wurden vermehrt weitere präbiotische Substanzen identifiziert, die nicht zur Gruppe der Ballaststoffe gehören. Hierzu zählen beispielsweise sekundäre Pflanzenstoffe (v. a. Polyphenole) sowie mehrfach ungesättigte Fettsäuren.⁴⁸⁸

Schätzungsweise 90–95 % der über die Nahrung aufgenommenen Polyphenole werden im Dünndarm nicht resorbiert, sondern gelangen unverändert in den Dickdarm, wo sie durch Bakterien der intestinalen Mikrobiota verstoffwechselt werden.⁷⁰⁹ Studien deuten an, dass Polyphenole zur intestinalen Gesundheit beitragen können, indem sie das Wachstum nützlicher Bakterien (z. B. von Lactobacillus spp. und Bifidobacterium spp.) fördern und gleichzeitig das Wachstum potenziell pathogener Keime hemmen.^709,710 Umgekehrt gibt es Hinweise darauf, dass die Verstoffwechselung von Polyphenolen durch die intestinale Mikrobiota einen positiven Einfluss auf die Bioverfügbarkeit der Polyphenole sowie deren Metaboliten hat und diese vom Körper somit besser aufgenommen werden können.⁷¹⁰

Die Forschung zu diesen neuen präbiotischen Substanzen steht im Vergleich zu der von Ballaststoff-Präbiotika jedoch noch am Anfang. Hier herrscht zukünftig noch weiterer Forschungsbedarf.