Präbiotika

Die Gesundheitsvorzüge des Verzehrs von Ballaststoffen sind seit langem bekannt. Sowohl lösliche, als auch unlösliche Ballaststoffe spielen bei der Gesundheit des Verdauungssystems eine entscheidende Rolle und unterstützen sowohl Verdauung, als auch Ausscheidung. Wissenschaftliche Untersuchungen haben gezeigt, dass eine hohe Zufuhr von Ballaststoffen mit einem niedrigeren Risiko einer Entwicklung von Verdauungsstörungen und mehreren anderen Leiden korreliert, zu denen unter anderem eine Typ 2 Diabetes, Fettleibigkeit, Erkrankungen der Koronararterien, Bluthochdruck und Schlaganfall gehören (1). Ein weit verbreitetes Missverständnis besteht darin, dass viele Menschen glauben, dass die Begriffe „Ballaststoff“ und „Präbiotikum“ austauschbar sind und dasselbe bedeuten. Doch während alle Präbiotika Ballaststoffe sind, sind nicht alle Ballaststoffe Präbiotika (2). Im Vergleich zur breiteren Klassifizierung von Ballaststoffen beginnt die Wissenschaft gerade erst damit, die einzigartigen Gesundheitsvorzüge von Präbiotika zu bestätigen (3). Präbiotika liefern den Bakterien der Darmflora Nährstoffe, die diese als Energiequelle verwenden können.

Was sind Präbiotika?

Die augenblickliche Definition beschreibt ein Präbiotikum als „eine nicht verdauliche Verbindung, die durch ihre Verstoffwechslung durch Mikroorganismen im Darm Komposition und/oder Aktivität der Darmflora beeinflusst und so eine positive physiologische Wirkung auf den Wirth überträgt (3).“ Im Grunde genommen sind Präbiotika unverdauliche Kohlenhydrate, die einzigartige Charakteristika und Gesundheitsvorzüge besitzen. Um als Präbiotikum klassifiziert zu werden, muss ein Ballaststoff folgende Eigenschaften aufweisen:

Er muss der normalen Verdauung und Absorption im Verdauungstrakt widerstehen.
Er muss durch die Darmbakterien fermentiert werden können.
Er muss durch eine selektive Anregung des Wachstums und/oder der Aktivität von Mikroorganismen im Darm Gesundheitsvorzüge für den Wirth mit sich bringen (4, 5).

Präbiotika vs. Probiotika

Auch wenn Präbiotika und Probiotika häufig als “Synbiotika“ bezeichnet werden, da sie synergistisch zusammenwirken, um die Gesundheit der Darmbakterien zu unterstützen, besitzen beide sehr unterschiedliche Funktionen. Präbiotika sind unverdauliche Ballastsstoffe, die von Mikroorganismen im Verdauungstrakt fermentiert werden und im Grunde genommen als Nahrung und zur Förderung des Wachstums nützlicher Bakterien dienen. Probiotika sind hingegen lebende Mikroorganismen, die positive Wirkungen für den Wirth besitzen (6). Probiotika können in Form von Supplements oder fermentierten Nahrungsmitteln wie Joghurt, fermentiertem Gemüse (z.B. Kimchi und Sauerkraut), Miso und Kombucha zugeführt werden (7). Es ist wichtig anzumerken, dass Präbiotika anders als Probiotika nur das Wachstum der Bakterien unterstützen können, die bereits im Darm vorhanden sind (8).

Unterschiedliche Typen von Präbiotika

Es gibt viele unterschiedliche Typen von Präbiotika. Bei der Mehrzahl von diesen handelt es sich um eine Untergruppe der Kategorie der Kohlenhydrate und die meisten Präbiotika zählen zur Gruppe der Oligosaccharide. Es gibt jedoch auch Hinweise darauf dass es auch Präbiotika gibt, die nicht zur Gruppe der Kohlenhydrate gehören. Während Inulin, Fructooligosaccharide (FOS) und Galactooligosaccharide (GOS) zur den bekanntesten Präbiotika gehören (3), konnte auch von einer Reihe anderer Verbindungen gezeigt werden, dass sie prebiotische Wirkungen besitzen und mit Gesundheitsvorzügen in Verbindung gebracht werden können. Hierzu gehören:

Arabino-Oligosaccharide (3)
Beta-Glucane (3)
Fructane (9)
Galactomannan (3)
Oligosaccharide in der Muttermilch (10)
Isomaltooligosaccharide (3
Lactulose (3)
Mannan (11) und Glucomannan (12)
Pectin (13)
Xylooligosaccharide (3)

Hier ist eine kurze Übersicht über die wichtigsten Kategorien von Präbiotika:

Fruktane

Diese Kategorie besteht aus Inulin und Fructooligosacchariden oder Oligofruktose. Bis vor einiger Zeit wiesen Studien lediglich darauf hin, dass Fruktane nur selektiv Milchsäurebakterien anregen können. Inzwischen gibt es jedoch einige Hinweise darauf, dass die Kettenlänge der Fruktane ein wichtiges Kriterium dafür ist, zu bestimmen, welche Bakterien diese fermentieren (14). Dies bedeutet, dass auch andere Bakterien direkt oder indirekt durch Fruktane gefördert werden können.

Galacto-Oligosaccharide

Galacto-Oligosaccharide können das Wachstum von Bifidobakterien und Lactobazillen anregen. Auch Enterobacterien, Bacteroidete und Firmicutes werden durch Galacto-Oligosaccharide angeregt, wenn auch in geringerem Umfang als Bifidobakterien. Es gibt einige Galacto-Oligosaccharide, die von Laktulose, dem Isomer von Laktose abgeleitet sind und als Präbiotika angesehen werden (14). Die Auswirkungen von Galacto-Oligosaccharide der Raffinose Familie auf die Darmflora ist hingegen bisher noch unbekannt.

Resistente Stärke und von Glucose abgeleitete Oligosaccharide

Resistente Stärke ist resistent gegenüber einer Verdauung im oberen Verdauungstrakt. Sie kann die Gesundheit die Produktion hoher Spiegel von Butyrat fördern, weshalb sie als Präbiotikum klassifiziert wurde. Polydextrose ist ein von Glukose abgeleitetes Oligosaccharid. Sie besteht aus Glucan mit vielen Verzweigungen und Glykosidverbindungen. Es gibt Hinweise darauf, dass Polydextrose Bifidobakterien anregen kann, was jedoch noch nicht endgültig bestätigt wurde (15).

Andere Oligosaccharide

Einige Oligosaccharide stammen von einem Polysaccharid, das als Pektin bekannt ist, ab.

Oligosaccharide, die nicht zur Gruppe der Kohlenhydrate gehören

Auch wenn Kohlenhydrate eher die Kriterien der Definition von Präbiotika erfüllen, gibt es einige Verbindungen wie in Kakao vorkommende Flavanoide, die nicht als Kohlenhydrate klassifiziert werden, aber diese Kriterien erfüllen. In vitro und in vivo Untersuchungen haben gezeigt, dass Flavanole Milchsäurebakterien anregen können (16).

Vorzüge von Präbiotika

Präbiotika werden im Verdauungstrakt fermentiert und agieren als Nährstoffe für nützliche Darmbakterien (17). Sie fördern ein gesundes Bakterienprofil der Darmflora und bieten eine Reihe hiermit in Verbindung stehender Gesundheitsvorzüge (18). Die Produkte eines Abbaus von Präbiotika durch Darmbakterien sind hauptsächlich kurzkettige Fettsäuren, welche klein genug sind, um durch die Darmwand zu diffundieren und in den Blutkreislauf zu gelangen. Zusätzlich dienen sie den Zellen der inneren Darmwand als Energielieferant.

Präbiotika bei entzündlichen Erkrankungen des Darms

Es gibt einige Studien, die die Wirkungen von Präbiotika bei einem Reizdarmsyndrom und Morbus Crohn untersucht haben. Ein Reizdarmsyndrom wird durch chronische Bauchschmerzen und ein verändertes Verhalten der Verdauung gekennzeichnet, während Morbus Crohn eine chronische, wiederkehrende entzündliche Erkrankung des Verdauungssystems ist, die jeden Teil des Verdauungssystems von Mund bis Anus betreffen kann. Es konnte beobachtet werden, dass bei beiden Leiden die Populationen von Bifidobakterien und anderer nützlicher Darmbakterien reduziert ist (19, 20). Studienergebnisse zu den Auswirkungen von Präbiotika bei diesen Erkrankungen sind durchwachsen. So kamen zwei Studien zu dem Ergebnis, dass weder 6 noch 20 Gramm Fructooligosaccharide pro Tag die Symptome eines Reizdarmsyndroms lindern konnten (21, 22).

Zwei neuere randomisierte Doppelblindstudien haben hingegen gezeigt, dass Symptome eines Reizdarmsyndroms durch den Konsum von 5 Gramm Fructooligosacchariden für 6 Wochen (23) oder 3,5 Gramm Galacto-Oligosaccharide pro Tag für 12 Wochen gelindert werden konnten (24). Eine Studie aus dem Jahr 2006 berichtete, dass eine Supplementation mit 15 Gramm Fructooligosacchariden pro Tag für 3 Wochen die Anzahl der Bifidobakterien im Stuhl erhöhte und die Symptome von Morbus Crohn linderte (25). Andere randomisierte, placebokontrollierte Doppelblindstudien zeigten jedoch sowohl bei einer Supplementation mit 15 Gramm Fructooligosacchariden, noch bei einer Supplementation mit 20 Gramm mit Oligofruktose angereichertem Inulin pro Tag keine Vorzüge bei Patienten, die unter Morbus Crohn litten (26, 27).

Präbiotika und Darmkrebs

Es konnte gezeigt werden, dass prebiotische Fermentationsprodukte wie Butyrat schützende Wirkungen bezüglich des Risikos der Entwicklung von Darmkrebs aufweisen, sowie das Fortschreiten von Darmkrebs durch eine Induzierung der Apoptose von Krebszellen hemmen können (28, 29, 30). Zusätzlich hierzu zeigte eine symbiotische Therapie (Lactobazillus rhamnosus und Bifidobakterium Lactis plus Inulin) das Potential, das Darmkrebsrisiko durch eine Verbesserung der Integrität und Funktion der Epithelialbarriere zu reduzieren (28, 31, 32).

Präbiotika und das Immunsystem

Der Konsum von Präbiotika kann die Immunfunktion über eine Erhöhung der Population von schützenden Mikroorganismen verbessern. Mit Tieren und Menschen durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, dass Präbiotika die Populationen von schädlichen Bakterien reduzieren können (33, 34, 35, 36). Mannose kann z.B. die Kolonisierung des Darms durch Pathogene durch die Förderung einer Mannose Anhaftung an Salmonellen reduzieren (37). Zusätzlich sind Pathogene in Gegenwart von Oligosacchariden nicht dazu in der Lage, an das Epithel anzubinden. Präbiotika können außerdem die Expression von Immunmolekülen – insbesondere Zytokinen – induzieren. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass eine Mischung aus Oligofruktanen und Inulin die Antikörperreaktionen auf virale Impfstoffe wie Grippeimpfungen und Masernimpfungen verbessern kann. Auch von Fructooligosacchariden konnte gezeigt werden, dass sie die Antikörperreaktion auf eine Grippeimpfung verbessern können, während sie gleichzeitig die Nebenwirkungen der Impfung reduzierten (38, 39). Diese Kategorie von Präbiotika kann außerdem mit Durchfall in Verbindung stehendes Fieber bei Kleinkindern senken, die Verwendung von Antibiotika reduzieren und die Dauer der Erkrankung reduzieren (40, 41).

Präbiotika und das Nervensystem

Der Verdauungstrakt ist über die sogenannte „Darm-Hirn Achse“ mit dem zentralen Nervensystem verbunden (42). So reduzierte die Verabreichung von Präbiotika bei Ferkeln die graue Masse, um neuronale Beschneidungen zu verbessern (43). Die regulatorischen Wirkungen von Präbiotika im menschlichen Gehirn wurden jedoch noch nicht vollständig untersucht. Die Darmflora beeinflusst das Gehirn über drei Routen, inklusive neuronaler Pfadwege, endokriner Pfadwege und Immunpfadwegen (42, 44, 45).

a. Neuronale Pfadwege

Die Produkte der Fermentation von Präbiotika können das Gehirn über den Vagusnerv beeinflussen (45). Einige Präbiotika wie Fructooligosaccharide und Galactooligosaccharide besitzen regulierende Auswirkungen auf neurotrophische Faktoren, Neurotransmitter und synaptische Proteine (47, 48).

b. Endokrine Pfadwege

Die Hypothalamus-Hypophysen-Adrenalachse ist ein neuroendokriner Pfadweg. Das Wachstum der Darmflora bei Mäusen kann Kortikosteron- und Adrenocorticotrophe Hormone in angemessener Weise induzieren (49). Zusätzlich hierzu agieren Präbiotika als Regulatoren anderer Hormone wie Plasmapeptid YY (50).

c. Immunpfadwege

Wie bereits erwähnt wurde, können Präbiotika unterschiedliche Aspekte des Immunsystems beeinflussen.

Neben neurologischen Faktoren sind Präbiotika auch dazu in der Lage, Stimmungslage, Gedächtnis, Lernen und einige psychiatrische Störungen durch eine Veränderung von Aktivität und/oder Zusammenstellung der Darmbakterien zu beeinflussen (45).

Präbiotika und die Stimmungslage

Stresshormone sind dazu in der Lage, mit Angst in Verbindung stehende Verhaltensmuster zu beeinflussen (51, 52). Es konnte gezeigt werden, dass die Spiegel von Stresshormonen in keimfreien Mäusen in Reaktion auf kontrollierten Stress ansteigen. Nach einer Verabreichung von Bifidobacterium infantis fielen die Spiegel dieser Stresshormone wieder auf normale Werte (53).

Präbiotika und Gedächtnis, Konzentration und Lernen

Eine Reihe von Studien hat die Beziehung zwischen Gedächtnisleistung und der Verabreichung fermentierbarer Verbindungen bei Menschen und Tieren aufgezeigt (54). Untersuchungen mit Präbiotika weisen auf eine Verbesserung der Gedächtnisleistung bei Erwachsenen mittleren Alters hin (55, 56). Einige Präbiotika wie Arabinoxylan und Arabinose können die allgemeine Aufmerksamkeit verbessern und den Akkumulationsprozess von mit Demenz in Verbindung stehenden Proteinen verlangsamen (57). Eine randomisierte, Placebo kontrollierte Doppelblindstudie aus dem Jahr 2015 kam zu dem Ergebnis, dass Galactooligosaccharide in einer Dosierung von 5,5 Gramm die Kortisolspiegel im Speichel erhöhte und die Konzentration bei Erwachsenen verbesserte, während Fructooligosaccharide keine solche Wirkung zeigten (58).

Eine randomisierte, Placebo kontrollierte Doppelblindstudie konnte zeigen, dass eine Verabreichung von nicht-Stärke Polysacchariden in einer Dosierung von 3,6 Gramm pro Tag für 12 Wochen den Erinnerungsprozess bei Erwachsenen im mittleren Alter verbesserte (55, 56). Im Rahmen zweier weiterer Untersuchungen konnte beobachtet werden, dass eine Verabreichung von mit Inulin angereicherter Oligofruktose Stimmungslage, Erinnerungsvermögen und Kurzzeitgedächtnis (nach 4 Stunden) verbessern konnte, während dieses Präbiotikum nicht dazu in der Lage war, das Langzeitgedächtnis (nach 43 Tagen) zu verbessern (59, 60). Im Rahmen anderer Studien reduzierte die Verabreichung einer Polydextrose – Galactooligosaccharid Mischung ängstliches Verhalten bei männlichen Ferkeln und fördertet soziale Interaktionen bei Ratten (43, 61). Darüber hinaus verbesserte der Konsum dieser Mischung die Gedächtnisleistung (61, 62).

Präbiotika und die Haut

Der Konsum von Präbiotika kann sowohl das Risiko für eine Entwicklung allergischer Hauterkrankungen wie atopische Dermatitis, als auch deren Schweregrad reduzieren (63, 64). Bei haarlosen Mäusen, die UV Licht ausgesetzt wurden, erhöhte eine Verabreichung von Galactooligosacchariden über 12 Wochen die Wassereinlagerungen in der Haut und verhinderte die Entwicklung von Hautrötungen (65). Darüber hinaus können Galactooligosaccharide die Hautbarriere verstärken.

Probiotika und das Herz-Kreislauf System

Statistiken zufolge sind etwa 30% aller Todesfälle in der westlichen Welt auf Herz-Kreislauf Erkrankungen zurückführbar. Der Hauptgrund für diesen Trend sind Veränderungen von Lebensstil und Ernährungsgewohnheiten. Deshalb haben viele Wissenschaftler den Einfluss von Ballaststoffen und Präbiotika auf Herz-Kreislauf Erkrankungen untersucht. Es konnten bisher jedoch noch keine direkten Funktionen von Präbiotika in dieser Hinsicht gefunden werden, doch es gibt eine Reihe indirekter Wirkungen. Präbiotika sind dazu in der Lage, das Risiko für Herz-Kreislauf Erkrankungen zu reduzieren, indem sie Entzündungen reduzieren. Mehrere Untersuchungen demonstrierten außerdem eine Verbesserung des Blutlipidprofils durch den Konsum von Präbiotika. Im Rahmen einer randomisierten, Placebo kontrollierten Doppelblindstudie im über Kreuz Design wurden gesunde Probanden mit 10 Gramm Inulin für 3 Wochen behandelt.

Es konnte beobachtet werden, dass diese Behandlung die Triglyzeridspiegel im Blut und die Lipogenese in der Leber senkte, aber keine statistisch signifikanten Auswirkungen auf die Cholesterinsiegel besaß (66). Andere Studien kamen zu ähnlichen Ergebnissen (67, 68). Eine Studie kam hingegen zu dem Ergebnis, dass Laktulose die Cholesterinspiegel im Blut um bis zu 10% erhöhte (69). Im Rahmen einer randomisierten, Placebo kontrollierten Doppelblindstudie im über Kreuz Design mit übergewichtigen Probanden mit mindestens um den Faktor 3 erhöhten Risikofaktoren für das metabolische Syndrom reduzierte eine Verabreichung von Bimuno® Galacto-Oligosacchariden für 12 Wochen die zirkulierenden Mengen an Cholesterin und Triglyzeriden und verbesserte das Verhältnis von Gesamtcholesterin zu HDL Cholesterin (70). Bei älteren Menschen besaß dieses Präbiotikum jedoch keine Auswirkungen auf das Verhältnis von Gesamtcholesterin zu HDL Cholesterin (71). Eine Metaanalyse untersuchte die Auswirkungen von Beta-Glucan auf das Blutlipidprofil und kam zu dem Ergebnis, dass ein Beta-Glucan Konsum die Gesamtcholesterinspiegel und die Spiegel des schlechten LDL Cholesterins senken könnten (72). Eine andere Metaanalyse randomisierter, kontrollierter Studien kam zu dem Ergebnis, dass Fructooligosaccharide die Triglyzeridspiegel im Blut um durchschnittlich 7,5% senken kann (73).

Präbiotika und die Kalziumabsorption

Statistiken zeigen, dass alleine in den USA 28 Millionen Menschen unter Osteoporose oder einer niedrigen Knochenmasse leiden und dass in Europa jedes Jahr jeder achte Erwachsene über 50 eine Spinalfraktur erleidet (74). Es gibt klinische Untersuchungen zum Einfluss von Präbiotika auf die Absorption von Mineralstoffen wie Kalzium, doch die Resultate sind widersprüchlich. Einige Studien haben gezeigt, dass der Konsum von Laktulose, oder Inulin + Oligofruktose in Dosierungen von 5 bis 20 Gramm pro Tag die Kalziumabsorption signifikant erhöht, während bei Galactooligosacchariden und Fructooligosacchariden keine Wirkungen dieser Art beobachtet werden konnten (75).

Mögliche Nebenwirkungen

Ein Konsum von Präbiotika in Form von Nahrungsmitteln oder Supplements wird bei einem Konsum in korrekten Dosierungen mit keinerlei Nebenwirkungen in Verbindung gebracht. Blähungen und Durchfall kommen nur dann zustande, wenn Präbiotika überdosiert werden (76). Menschen, die unter einen Reizdarmsyndrom oder anderen Störungen im Bereich des Verdauungstraktes leiden, sollten mit ihrem Arzt sprechen, um personalisierte Empfehlungen für die Aufnahme von Präbiotika in ihre Ernährung zu bekommen.

Dosierungen

Die meisten Menschen können eine ausreichende Menge an Präbiotika zu sich nehmen, indem sie sich als Ziel setzen, die empfohlene Menge an Ballaststoffen zu sich zu nehmen. Diese Menge liegt für Erwachsene bei 25 bis 38 Gramm pro Tag. Ein Konsum von Vollkornprodukten und reichlich Obst und Gemüse ist häufig der beste Weg, dies zu erreichen. Viele Präbiotika Supplements liefern eine Dosis von etwa 4 bis 5 Gramm pro Tag. Wenn Du ein solches Supplement verwendest, solltest Du langsam mit einer niedrigen Dosierung beginnen, um zu sehen, wie Dein Körper auf das Supplement reagiert. Wenn Blähungen auftreten, dann solltest Du die Dosis halbieren. Viele Menschen kombinieren Präbiotika mit Probiotika für eine bessere Wirkung.

Fazit

Präbiotika sind Ballaststoffe, die einzigartige Charakteristika und Gesundheitsvorzüge besitzen. Bis jetzt wurde nur eine kleine Anzahl von Ballaststoffen als Präbiotika klassifiziert, wobei jedoch auch viele weitere prebiotische Wirkungen gezeigt haben. Von einer Supplementierung mit bestimmten Präbiotika konnte außerdem gezeigt werden, dass sie Vorzüge für Menschen mit Verdauungsproblemen, Herz-Kreislauf Erkrankungen und anderen Gesundheitsproblemen besitzen, sowie die Funktion des Immunsystems verbessern kann.