Stress im Zentrum von Krankheit und Gesundheit – Biochemie

Buchserie: Stress im Zentrum von Krankheit und Gesundheit – Biochemie

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Teil 3 der Buchserie

Anmerkung vorweg:

Dieser Artikel ist Teil eines Buchs (Kapitel: Biochemie der Belastung). Auch wenn dieser Artikel nicht spezifisch auf die Biochemie im Körper unter Stress eingeht, eignet er sich doch gut, um unabhängig vom Buch gelesen und nachvollzogen zu werden. Verwendete Bilder und Textpassagen müssen nicht dem Original entsprechen. Interessant und amüsant ist der Text aber wohl hoffentlich trotzdem! Viel Spaß!

Darmdurchblick!

Tja, wer hätte den nicht gerne? Der Medizin ist unser Verdauungssystem zumindest noch immer ein Buch mit sieben Sphinktern. Bekannt ist zumindest, dass Stress unserem Verdauungssystem bzw. Darm recht übel mitspielen kann. Doch wie gut können wir so etwas beeinflussen und was alles beeinflusst den Darm? Sind Pro- und Präbiotika die Lösung? Vielleicht. Hilft eine Ernährungsumstellung? Möglich. Doch ist das immer die richtige Herangehensweise? Vielleicht versteckt sich mehr hinter unseren zotteligen Windungen, als wir bisher glauben. Immerhin – scheint uns die Sonne aus dem … Darm, lacht der Rest der Welt oft gleich mit. Vielleicht könnte man den Darm als Sinnesorgan bezeichnen. Als „zweites Gehirn“ geht es immerhin schon mal durch.

Von Bauchgefühl bis Durchfall – Darm und Stress

Vom Immunsystem zum Darm ist es kein weiter Sprung. Beide kleben intim miteinander verwoben in unserm Bauch und vollbringen jeden Tag Höchstleistungen. Nicht nur die Liebe geht dabei durch den Magen. Egal ob wir von einem zweiten Gehirn reden, das sich durch unsere Darmwindungen schlängelt, oder von Bakterien, Nahrungsmitteln und deren Verträglichkeit, verschiedenen darmassoziierten Erkrankungen, einem gestressten Immunsystem oder einer durchlässigen Darmwand – Themen gibt es in Bezug auf den Darm und Stress mehr als genug und nochmal mehr Produkte dazu auf dem Markt. Seit einigen Jahren ist es schließlich wieder in, seine Nahrung probiotisch zu Hause vergammeln zu lassen. Immer mehr Studien gibt es, die von helfenden Bakterien und Fermentierung schwärmen und mehr und mehr Daten werden jeden Tag über dieses erstaunliche gewundene Wunderwerk namens Darm veröffentlicht. Doch wie sehr können wir eigentlich ein so extrem komplexes System beeinflussen?

 During 2016 the first two population-based gut microbiota studies were published. In an attempt to obtain a comprehensive picture of the factors that correlate with the human gut microbiota, Falony et al investigated the association between 503 clinical-, health- and lifestyle-related variables and the diversity and composition of gut microbiota among 1106 Belgian individuals and also in a replication cohort (Dutch LifeLines DEEP; n = 1135) [3]. They observed that stool consistency had the largest effect size on gut microbiota, while medication-, diet- and health-related variables majorly contributed to the variance in gut microbiota. Zhernakova et al performed a more detailed analysis of the Dutch LifeLines DEEP cohort using metagenomics and reported that, of the 207 exogenous and intrinsic host factors investigated, 60% correlated significantly with gut microbiota (including 31 intrinsic factors, 12 diseases, 19 drug groups, four smoking categories and 60 dietary factors). Collectively, these factors explained 18.7% of the inter-individual variation in microbial composition [4]. These studies demonstrate that a wide range of health and environment factors associate with changes in the composition and functionality of the gut microbiota. [Brunkwall L, Orho-melander M. The gut microbiome as a target for prevention and treatment of hyperglycaemia in type 2 diabetes: from current human evidence to future possibilities. Diabetologia. 2017;60(6):943-951.]

Etwa 124 verschiedene äußere und innere Einflüsse konnten bei einer Studie an über 1100 Probanden 18,7% der inter-individuellen Unterschiede mikrobieller Zusammensetzungen erklären. Umgerechnet würde das bedeuten, dass etwa 700 bis 800 unterschiedliche Faktoren unseres Alltags die Zusammensetzung unserer mikrobiellen Mitbewohner verändern können. Damit hätten wir alleine mit unserem Darm alle Hände voll zu tun! Immerhin zeigt das wohl, dass wir an vielen Stellen ansetzen können, wenn es um den Darm geht. Der Darm ist eins der derzeit am stärksten diskutierten Themen in der Forschung und Ansatzpunkt vieler verschiedener therapeutischer Ansätze.

Vermutlich stimmt es auch, dass unser Darm einen großen Einfluss auf uns hat. Nicht nur werden in ihm Nährstoffe, Hormone und Toxine gebildet oder aufgenommen – auch unser Hirn scheint sich von ihm ziemlich beeindrucken zu lassen (die sogenannte Darm-Hirn-Achse oder Gut-Brain-Axis). Doch wie sehr können wir bewusst diese Darm-Armada auf Kurs halten? Viele Arbeiten legen nahe, dass wir noch sehr stark in den Anfangsstadien stecken (diagnostische Methoden sind u.a. noch stark eingeschränkt) und dass der Darm wie ein Sinnesorgan eine Schnittstelle zwischen der Außenwelt und uns bildet.1,2 Dass wir die Darmflora stark verändern können zeigen Antibiotika.3 Doch was passiert, wenn wir dem Darm Probiotika zuwerfen? Wie bei einem Treffen auf Einheimische könnten sie gekocht und verspeist, angesiedelt, oder als Gott verehrt werden.4,5 Inzwischen gibt es sogar Berichte von Experimenten an Universitäten, bei denen Versuchstiere in einem exakt gleichen Umfeld mit der exakt gleichen Ernährung nach einigen Wochen trotzdem Variationen in ihrer Darmbesiedelung aufweisen konnten. Vielleicht hilft dem einen, was dem anderen schadet? Möglich. Gibt es eine große Fülle von beeinflussenden Faktoren, die kaum einer beachtet? Wahrscheinlich. Was ist aber, wenn man handeln möchte? Wo sollte man therapeutisch oder präventiv bei einer solchen Vielfalt an Faktoren beginnen?

Gammeln ist wieder in

Noch sieht es eher so aus, als sollten wir uns darauf konzentrieren, das Immunsystem gut reguliert zu halten und wenn möglich der Darmschleimhaut zu helfen. Studien weisen unter anderem auf den Lebensstil hin – dazu zählt nicht nur Ernährung, sondern auch Stress, soziales Umfeld, Schlaf, hormonelle Schwankungen, exogene Toxine und noch so, so viel mehr. Manche Maßnahmen sind dabei schwerer zu realisieren als andere – meist in Abhängigkeit von individuellen Faktoren und dem Einfluss des Umfelds, in dem man sich befindet. Lebt jemand beispielsweise in einer Großstadt, können durch Optimierung der Nahrungsmittel- und Trinkwasserqualität bereits viele Stressoren reduziert werden. Die Behandlung schwerwiegender Darmerkrankungen wie Colitis Ulcerosa und Morbus Crohn ist jedoch eine andere Geschichte. Hier haben viele Interventionen und begleitende Studien gezeigt, wie sehr beispielsweise Probiotika, Stuhltransplantationen und bestimmte Medikamente und therapeutische Ansätze helfen können.6 Werden aber primär akute Probleme behandelt, oder arbeiten wir in den meisten Fällen – wenn möglich – an einer ganzheitlichen, vielleicht auch präventiven Strategie? Autoimmunerkrankungen, neurodegenerative Erkrankungen und Infektionen bis hin zur Sepsis können laut gängiger Wissenschaft durch den Darm entstehen und jede Menge Gefahren für unseren Körper und seine Gesundheit darstellen. Wie wirkt sich aber Stress auf den Darm aus – und wie kann der Darm uns stressen?

Seit einigen Jahren wächst die Popularität unseres Verdauungssystems in Lichtgeschwindigkeit an. Heute sehen wir den Darm nicht mehr als unnötigen Schlauch an. Bakterien, perfekt abgespielte Säure/Basen-Abstimmungen von körpereigenen Sekreten und vieles mehr sind auf der langen Liste unseres inzwischen als “zweites Gehirn“ angepriesenen länglichen Systems. Viele Experten sind der Meinung, dass es heutzutagen vermutlich kaum jemanden in den industrialisierten Ländern gibt, der einen optimalen Darm inklusive Darmflora besitzt. Doch wer kann sagen, welches Darmmilieu gesund oder optimal ist? Gibt es sowas überhaupt, oder reagiert der Darm primär adaptiv auf unseren Zustand? Wer sagt hier wem, wo’s langgeht?

Sicherlich kann uns unser Darm Stress machen. Ernähren wir uns nicht richtig (was das auch immer bedeuten mag), kann es zu einem Ungleichgewicht kommen, Darmschleimhäute können beschädigt werden und Endotoxine (Lipopolysaccharide) bzw. Toxine aus dem Darm in unseren Blutkreislauf eindringen. Sowohl die Dominanz einer bakteriellen Spezies, der Mangel an mikrobieller Vielfalt als auch an natürlichen Nahrungsmitteln stehen inzwischen primär mit Darm-Dysbiosen in Verbindung.7,8 In unserem Körper prallen konstant mikrobielle Eindringlinge auf die vorderste Front unseres Immunsystems. Zwischen dem Darm und unserem Blutkreislauf liegen nach aktuellen Schätzungen etwa 80% unseres gesamten Immunsystems – so als würde unser Körper sehr gut wissen, dass lediglich eine einzelne dünne Epithelschicht das Innerste des Körpers vor einer Flut an Infektionen und Krankheiten schützt. Während dieses riskante Gebilde alle möglichen Theorien zulässt, scheint es doch vermutlich normal zu sein, dass regelmäßig Fremdstoffe durch den Darm dringen. Warum wir konstant eine kontrollierte Menge an Fremdkörpern abbekommen sollten, Gluten und andere “Giftstoffe“ vielleicht einen Sinn haben, heutzutage aber dennoch schädlich wirken können, wurde in dem Artikel “The poor misunderstood  Zonulin“ auf der Webseite des Autors beschrieben. Ganz davon zu schweigen, dass wir ebenfalls ein Säurebecken direkt in der Nähe des Herzens liegen haben. Der Körper macht Sachen…!

Nur um es nochmal zu unterstreichen. Ein beschädigter Darm ist mit Sicherheit ein Stressor und eine Auseinandersetzung mit diesem Thema ist für Darm-Patienten absolut sinnvoll und wichtig! Lipopolysaccharide, ein Übermaß an entzündlichen und infektiösen Signalstoffen, Toxinen und Fremdkörpern können schwerwiegende Folgen haben! Inzwischen gibt es auf der Welt mehr als genug Therapeuten und Experten, die sich mit genau diesem Thema beschäftigen und dabei helfen können, den Darm gesund zu halten. Was in diesem Abschnitt dargestellt werden soll ist eher ein umgekehrter Mechanismus.

Stress, indem es das Immunsystem, Energie und andere Systeme beeinflusst, sorgt für Probleme im Darm.

Dass Stress in seinen unterschiedlichen Formen das Immunsystem unterschiedlich beeinflussen kann, wurde bereits im vorherigen Kapitel aufgezeigt. Das Immunsystem ist aber auch eine der zentralsten Schnittstellen, wenn es um den Darm und Stress geht. Nicht nur verringert Stress die Blutversorgung des Verdauungssystems – auch das Immunsystem selbst verändert sich und kann aggressiver oder schwächer reagieren. Ist eins von beiden der Fall, wäre es durchaus denkbar, dass Infektionen oder Allergien/Autoimmunreaktionen leichter in unserem Körper Fuß fassen können. Ganz davon zu schweigen, dass Toxine aus dem Darm noch leichter Schaden anrichten können und dadurch Stress und ein aufgebrachtes Immunsystem noch weiter verschlimmern können. Viele Abschnitte des Körpers sind weder segmental anzusehen, noch beeinflussen sie sich lediglich in eine Richtung. Ein Mensch mit chronischen Darmproblemen sollte vielleicht nicht nur Pro-/Präbiotika und eine Ernährungsumstellung als Maßnahme in Betracht ziehen. In manchen Fällen – und das mag eine (naheliegende) Vermutung sein – könnte wahrgenommener chronischer Stress die eigentliche Ursache von Darmdysbiosen und immunologischen Erkrankungen sein. Ganz abzusehen davon, dass hormonelle Schwankungen (durch Stress oder aus anderen Gründen) weitreichende Folgen haben können. Wie sehr uns chronisches Unglück oder Hilflosigkeit beeinflussen kann, wird später unter anderem im Kapitel zur gelernten Hilflosigkeit beschrieben.

Während der Schwangerschaft spielt das Mikrobiom "verrückt"

Ein kranker Darm schließt dann natürlich den Teufel in seinem Kreis ein. Stress macht den Darm krank und der kranke Darm stresst unseren Körper. Gelangen Toxine vom Darm in unseren Blutkreislauf, reagiert unser Immunsystem eingeschnappt entzündlich, während die Abwehrkräfte unter anderem viel NO via iNOS ausspucken. Dass das weitere Folgen haben kann, wurde bereits ausführlich beschrieben. Inzwischen ist gut bekannt, dass der Darm und seine Mitbewohner reichlich Einfluss beispielsweise auf unsere Stimmung ausüben können.9.10 Hormone, Neurotransmitter, neuronale Signale, Toxine, Nährstoffe und vieles mehr werden durch den Darm an unseren Körper weitergeleitet. Ihn als eine Schnittstelle zwischen uns und der Außenwelt zu beschreiben ist durchaus gerechtfertigt. Darmsanierung, Ernährung, Immunregulation und Stressregulation wären dabei nicht separate, sondern synergistische Therapiewege. Die Gefahr, dass genau letzteres bei Behandlungsansätzen unbeachtet bleibt, ist durchaus vorhanden. Dabei ist hier nicht nur von emotionalem Stress die Rede, sondern auch von chronischer Reizüberflutung und Überstimulierung der eigenen Sinne. Wie sehr das eine Rolle spielt, soll im Laufe dieses Buchs und insbesondere im Kapitel zur Biophysik zunehmend deutlich werden.

Werden Zellen stimuliert oder energetisch ineffizient, schwellen sie reproduzierbar an und werden unter chronischen Zuständen in einer gewissen Weise durchlässig.11,12

Morphologically, necrosis is characterized by a loss in membrane integrity with subsequent rupture as well as cytoplasmic and organellar swelling. The cellular swelling prior to necrosis onset has been termed oncosis, derived from “oncos,” meaning swelling.55 Importantly, a rapid drop in ATP below 50% has been implicated in necrotic cell death.56 [Loos B, Engelbrecht AM, Lockshin RA, Klionsky DJ, Zakeri Z. The variability of autophagy and cell death susceptibility: Unanswered questions. Autophagy. 2013;9(9):1270-85.]

Nicht nur der Darm kann also einem Schweizer Käse gleichkommen, wenn er kränkelt, sondern auch andere Zellstrukturen. So gesehen könnte man vermuten, dass eine erhöhte Durchlässigkeit des Darms mit der Stabilität und damit mit der Energieversorgung der Zellen der Darmwand zusammenhängt. Hierbei können Faktoren wie Kalzium (Erregung), Stickstoffoxid (Energiedrosselung), Sauerstoffversorgung und CO2-Produktion (u.a. Blutversorgung) eine Rolle spielen. Bekannt ist, dass unter Stress die Durchblutung des Verdauungssystems reduziert wird und der Körper seinen Schwerpunkt auf andere Bereiche setzt. Unter akuten Umständen mag das Leben retten, doch chronisch? Erinnern wir uns zurück an das Kapitel zu Stress und Stickstoffoxid. Findet man Studien zu erhöhter Darmpermeabilität und NO-Produktion?

Alcoholic liver disease (ALD) requires endotoxemia and is commonly associated with intestinal barrier leakiness. Using monolayers of intestinal epithelial cells as an in vitro barrier model, we showed that ethanol-induced intestinal barrier disruption is mediated by iNOS (inducible nitric-oxide synthase) upregulation, NO (nitric oxide) overproduction, and oxidation/nitration of cytoskeletal proteins. We hypothesized that iNOS inhibitors (L-NAME, L-NIL) in vivo will inhibit the above cascade and liver injury in an animal model of alcoholic steatohepatitis (ASH). […]That iNOS inhibitors attenuated all steps of this cascade suggests that prevention of this cascade in alcoholics will protect the liver against the injurious effects of chronic alcohol and that iNOS may be a useful target for prevention of ALD. [Tang Y, Forsyth CB, Farhadi A, et al. Nitric oxide-mediated intestinal injury is required for alcohol-induced gut leakiness and liver damage. Alcohol Clin Exp Res. 2009;33(7):1220-30.]

Was wir bis heute noch nicht verstehen, ist, wie unser Darm mit uns tatsächlich interagiert. Bei einer Schwangerschaft verändert sich das gesamte Darmmilieu durch Veränderungen von pH-Wert und hormonellen Einflüssen. Wäre das nicht schon fantastisch genug, stellt sich doch eine Frage: Können eine positive Einstellung und das Empfinden von Glück durch ihre Auswirkungen auf unseren Körper ebenfalls das Mikrobiom verändern? Depression und Darmdurcheinander wurden schließlich bereits durch die Wissenschaft ausführlich beschrieben. Veränderungen des Mikrobioms führten zuverlässig bei unterschiedlichen Versuchstieren zu einer Veränderung des Verhaltens. Von Neugierde, über Ängstlichkeit bis hin zu erhöhter Aggressivität war dabei alles zu finden. Doch sind diese Mechanismen wirklich eine Einbahnstraße, oder können wir durch unser Empfinden auch das Mikrobiom verändern? Im Gegensatz zu manchen Tieren, sind wir schließlich (vermutlich) weitaus mehr dazu befähigt, eine bewusste Einstellung einzugehen und nicht nur lediglich mit unserem Verhalten zu reagieren. Wenn unser Mikrobiom auf so viel reagiert, warum dann nicht auch auf unsere Sicht der Welt und Wahrnehmung?

Im Anschluss beginnt das Kapitel: Sinnesorgan mit Köpfchen

Von Bauchgefühl bis Durchfall – Darm und Stress

1 Furness JB, Rivera LR, Cho HJ, Bravo DM, Callaghan B. The gut as a sensory organ. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2013;10(12):729-40.

2 Bazar KA, Lee PY, Joon yun A. An „eye“ in the gut: the appendix as a sentinel sensory organ of the immune intelligence network. Med Hypotheses. 2004;63(4):752-8.

3 Iizumi T, Battaglia T, Ruiz V, Perez perez GI. Gut Microbiome and Antibiotics. Arch Med Res. 2017;48(8):727-734.

4 Hemarajata P, Versalovic J. Effects of probiotics on gut microbiota: mechanisms of intestinal immunomodulation and neuromodulation. Therap Adv Gastroenterol. 2013;6(1):39-51.

5 Rowland I, Capurso L, Collins K, et al. Current level of consensus on probiotic science–report of an expert meeting–London, 23 November 2009. Gut Microbes. 2010;1(6):436-9.

6 Bak SH, Choi HH, Lee J, et al. Fecal microbiota transplantation for refractory Crohn’s disease. Intest Res. 2017;15(2):244-248.

7 Carding S, Verbeke K, Vipond DT, Corfe BM, Owen LJ. Dysbiosis of the gut microbiota in disease. Microb Ecol Health Dis. 2015;26:26191.

8 Weiss GA, Hennet T. Mechanisms and consequences of intestinal dysbiosis. Cell Mol Life Sci. 2017;74(16):2959-2977.

9 Clapp M, Aurora N, Herrera L, Bhatia M, Wilen E, Wakefield S. Gut microbiota’s effect on mental health: The gut-brain axis. Clin Pract. 2017;7(4):987.

10 Winter G, Hart RA, Charlesworth RPG, Sharpley CF. Gut microbiome and depression: what we know and what we need to know. Rev Neurosci. 2018;29(6):629-643.

11 Loos B, Engelbrecht AM, Lockshin RA, Klionsky DJ, Zakeri Z. The variability of autophagy and cell death susceptibility: Unanswered questions. Autophagy. 2013;9(9):1270-85.

12 Kushnareva Y, Newmeyer DD. Bioenergetics and cell death. Ann N Y Acad Sci. 2010;1201:50-7.

Moritz von der Borch

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