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Bauchhirn, Darm-Hirn-Achse und Psyche
Welche Funktionen und Aufgaben hat das enterische Nervensystem?
Die Darm-Hirn-Achse: Ein Kommunikationssystem zwischen Gehirn und Verdauungstrakt
Welche Auswirkungen haben Ernährung und Stress auf die Darmgesundheit?
UGB-Symposium 05.-07.04.2019 in Edertal-Bringhausen Gesunder Darm – gesundes Leben Referentin: Johanna Feichtinger, M.Sc. Ernährungswissenschaften
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Wie nehmen wir unseren Verdauungstrakt wahr?
Bauchhirn, Darm-Hirn-Achse und Psyche
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Kommunikation zwischen Bauch und Gehirn
Darm-Hirn-Achse
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„Darm an Großhirn!“
Der Magen-Darm-Trakt kommuniziert mit dem Gehirn über verschiedene Informationskanäle:
– Nervenzellen
– Darmhormone
– Immunbotenstoffe
– Signale des Darmmikrobioms
Darm autonom gesteuert
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Vegetatives Nervensystem
Teil des Nervensystems, der die glatte Muskulatur der inneren Organe und der Blutgefäße, das Herz und die Drüsen versorgt
Steuert alle autonomen Prozesse:
– Atmung
– Kreislauf
– Verdauung
– Temperaturregulation
– Sexualfunktionen
Darm autonom gesteuert
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Die Anteile des vegetativen Nervensystems
Sympathikus
Darm autonom gesteuert
Parasympathikus
Enterisches Nervensystem
überwiegend anregend
überwiegend hemmend
Hypothalamus
Bild:
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Gesetz des Darms
Das ENS kodiert Reize unabhängig vom zentralen Nervensystem (ZNS)
Darm transportiert seinen Inhalt koordiniert in Richtung Anus
Diese Funktion wird auch im isolierten Zustand aufrechterhalten
Kein anderes Organ arbeitet sonst isoliert vom ZNS!
Darm autonom gesteuert
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Das „Bauchhirn“
Eigenständiger Teil des vegetativen Nervensystems
In der Darmwand lokalisiertes Nervengeflecht
Durchzieht den Verdauungstrakt von der Speiseröhre bis zum Anus
Mehr als 200 Millionen Nervenzellen
Enterisches Nervensystem
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Anatomie des Bauchhirns
Darm autonom gesteuert
Auerbach-Plexus
Serosa Mesenterium
längsgestreifte Muskulatur
Ring- muskulatur
Submukosa Mukosa
Meissner-Plexus
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Auerbach-Plexus
Plexus myentericus Steuerung der Aktivität der Darmmuskulatur
Darm autonom gesteuert
Abb: Mescher A. Junqueira’s Basic Histology, 2010 Leopold Auerbach (1828–1897)
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Meissner-Plexus
Plexus submucosus Aktivität der Darmschleimhaut
– Sekretion – Resorption – Permeabilität
Darm autonom gesteuert
Abb: Mescher A. Junqueira’s Basic Histology, 2010 Georg Meissner (1829-1905)
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Plexus submucosus
+
Plexus myentericus
Durchblutung der Darmwand
Steuerung von Immunvorgängen
Anatomie des Bauchhirns
Darm autonom gesteuert
Abb: Mescher A. Junqueira’s Basic Histology, 2010
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Zelltypen des Bauchhirns
Sensorneurone z.B. Nozizeptoren, Mechano-, Chemo- und Osmorezeptoren
Motorneurone: steuern die glatten Muskelzellen, das exkretorische und resorptive Epithel, die Blutgefäße sowie enteroendokrine und immunkompetente Zellen
Interneurone: verarbeiten und modulieren die Informationen der sensorischen Nervenzellen
Interstitielle Cajal-Zellen: vermitteln zwischen enterischen Nervenzellen und glatten Muskelzellen
Darm autonom gesteuert
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Sensorische Neurone: Reiz und Reaktion
Darm autonom gesteuert
Abbildung: Mazzuoli-Weberand, Schemann; Mechanosensitivity in the ENS, FNCEL 2015
Neuron in Ruhe Stress durch Druck
Stress durch Zug
Stress durch Verschiebung
Aktionspotential
Aktionspotential
Aktionspotential
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Nervöse Steuerung des Verdauungstraktes
Darm autonom gesteuert
Reiz
Mechanorezeptoren Chemorezeptoren Osmorezeptoren
Darm- nerven- system
Glatte Muskelzellen Drüsenzellen
veränderte Kontraktion, Sekretion
Sensorischer Reiz
Zentralnervensystem
Kurze Reflexbögen
Lange Reflexbögen
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Vegetatives Nervensystem
Darm autonom gesteuert
Sympathikus Parasympathikus
Nervus vagus
Solar- plexus
Mesenterial- ganglien
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Vagusnerv: Nerven-Autobahn zwischen Darm und Gehirn
wichtigster Nerv des Parasympathikus
innerviert Bezirke vom Kopf- und Halsbereich bis in den Bauchraum
versorgt u.a. die glatte Muskulatur und die Drüsen des Verdauungstrakts
Im Tierversuch führt die Durchtrennung des Vagus zur Veränderung des Verhaltens
Das „Bauchgefühl“ wird über den Vagus vermittelt
Darm autonom gesteuert
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Der bewegte Darm
Der Darm ist ständig in Bewegung
Peristaltik: Wellenförmige Bewegung der Darmmuskulatur
Basaler Rhythmus (slow waves)
Reiz Reflex: Dehnung der Darmwand führt zu einer
Erschlaffung und anschließend Kontraktion
Darm autonom gesteuert
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Bewegungsmuster des Darms
Darm autonom gesteuert
Sphinkter Verschluss
Propulsive Peristaltik Transport
Nichtpropulsive Peristaltik Durchmischung
Akkommodation Speicherung
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Filmsequenzen: Regulation der Magen- und Darmmotorik
Darm autonom gesteuert
„Der bewegte Darm von Hans Jörg Ehrlein und Michael Schemann“
Mit freundlicher Genehmigung von Prof. Michael Schemann
Lehrstuhl für Humanbiologie
Technische Universität München(TUM)
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„Putzfimmel“ des Darms
Nach ca. 1 Stunde Verdauungsleistung beginnt die Reinigung des Verdauungstraktes von Nahrungsresten (Housekeeper-Effekt)
Vom Magen bis zum Colon verlaufende peristaltischen Wellen
Starke Kontraktionen der Magenmuskulatur erzeugen Magenknurren (Borborygmus)
Kontrolle des Bakterienwachstums
Darm autonom gesteuert
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Nahrungspausen sind wichtig für den Darm!
„Putzwelle“ dauert ca. 1,5 Stunden - solange nichts gegessen wird
Danach am besten 4 Stunden Essenspause
Auch gesunde Zwischenmahlzeiten können diese Reparaturphase des Darms unterbrechen!
Darm autonom gesteuert
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Erste Erforschung der Darm-Hirn-Achse
Experimente des amerikanischen Militärarztes William Beaumont Anfang des 19. Jahrhunderts
sein Patient Alexis St. Martin, litt nach einem Bauchschuss an einer Magenfistel, diese nutze Beaumont für seine Experimente
erste Hinweise, dass Emotionen unmittelbaren Einfluss auf den Verdauungstrakt haben.
Bauchhirn, Darm-Hirn-Achse und Psyche
William Beaumont (1785-1853)
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Kommunikation zwischen Bauch und Gehirn
Darm-Hirn-Achse
„Top-Down-Regulation“
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„Top-Down-Regulation“ – vom Gehirn zum Darm
Darm-Hirn-Achse
Abbildung: TC. Baghai/R. Rupprecht mod. nach Wang et al. 2014
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Kommunikation zwischen Bauch und Gehirn
Darm-Hirn-Achse
„Bottom-Up-Regulation“
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„Bottom-Up-Regulation“ – vom Darm zum Gehirn
Darm-Hirn-Achse
Abbildung: TC. Baghai/R. Rupprecht mod. nach Wang et al. 2014
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Kommunikation zwischen Bauch und Gehirn
Darm-Hirn-Achse
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„Glückshormon“ Serotonin
Hormone und Botenstoffe aus dem Darm
Nerven des Darms produzieren etwa 90 % des körpereigenen Serotonins
Serotonin löst unter anderem die Peristaltik der Darmmuskulatur aus
die Aminosäure Tryptophan ist Grundstoff für die Botenstoffe Serotonin und Melatonin
der Botenstoff wird bei Darmstress vermindert gebildet
bestimmte Bakterienstämme bilden ebenfalls Serotonin
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Hormone und Botenstoffe aus dem Darm
Serotoninproduziernde Bakterienstämme
Lactococcus lactis subsp. cremoris (MG 1363)
L. lactis subsp. lactis (IL1403)
Lactobacillus plantarum (FI8595)
Streptococcus thermophilus (NCFB2392)
Escherichia coli K-12
Morganella morganii (NCIMB, 10466)
Klebsiella pneumoniae (NCIMB, 673)
Hafnia alvei
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Bakterieller Stoffwechsel
Hormone und Botenstoffe aus dem Darm
Unverdaute Kohlenhydrate
Gase (H2, CO2, CH4)
kurzkettige Fettsäuren (Acetat, Propionat,
Butyrat)
Nahrungsprotein, Darmzellen
verzweigtkettige Fettsäuren
Phenole, Indole, Amine, Ammoniak
Gallensäuren
sekundäre
Gallensäuren
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Einfluss auf Sättigungsgefühl und Essrhythmus
Kurzkettige Fettsäuren (KKFS) aus dem mikrobiellen Stoffwechsel fördern die Ausschüttung von Sättigungsfaktoren z.B. Peptid YY (PYY) und Glucagon-like Peptide 1 (GLP-1)
Hormone und Botenstoffe aus dem Darm
Quelle: Breton et al. 2016
Dickdarm GLP1 PYY
Ileum GLP1
PYY
Mikrobiom
KKFS
Hemmung der Nahrungsaufnahme
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Erforschung der Darm-Hirn-Mirkobiota-Achse
Manipulation der Mikrobiota mit Antibiotika
Stuhltransplantation
Kolonisation mit synthetischer oder menschlicher Mikrobiota
Gabe von Probiotika
Keimfrei gehaltene Versuchstiere
Darmbakterien wirken auf Psyche
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Einfluss der Mikrobiota auf das Gehirn
Neurochemische Veränderungen
Geänderte Spiegel an Wachstumsfaktoren im Gehirn (Hippocampus, Großhirnrinde)
Verminderte Expression von Serotnin-Rezeptoren im Hippocampus
Erhöhter Umsatz von Monoaminen in den Basalganglien (Striatum)
Verminderte synaptische Plastizität
Darmbakterien wirken auf Psyche
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ENS und Mikrobiom – weitere Hinweise:
Behebung von Angstzuständen durch Probiotika bei Mäusen mit Colitis Ulcerosa
Linderung des stress- und krankheitsbedingten viszeralen Schmerzes durch probiotische Lactobazillen und Bifidobakterien (Tierstudien)
Veränderung des Mikrobioms durch Stress (Bacteroides spp. , Clostridium ssp. )
Darmbakterien wirken auf Psyche
Quellen: Cryan, Dinan: Nat Rev Neurosci 13:701-12 2012; Messaoudi et al.: Gut Microbes 214, 256-261 2011
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Was ist Stress?
„Zustand der Alarmbereitschaft des Organismus, der sich auf eine erhöhte Leistungsbereitschaft einstellt.“
(Hans Selye, Vater der Stressforschung)
Stress als Störfaktor
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Vegetativen Nervensystems
Sympathikus „Fight + Flight”
Stress als Störfaktor
Parasympathikus „Rest + Digest“
Enterisches Nervensystem
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„Guter“ und „schlechter“ Stress
Eustress
Stress als Störfaktor
Stress
positive und notwendige Aktivierung
Distress
belastende und schädlich wirkende Reaktion auf ein Übermaß an Anforderungen
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Allgemeines Stressverständnis heute
Distress durch Vielzahl körperlicher und seelischer Reize:
Wärme, Kälte, Lärm
Verletzungen, Infektionen
Probleme in der Partnerschaft
Verlust geliebter Menschen
Überforderung im Beruf, Sport etc.
Stressoren
Stress als Störfaktor
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Die Folgen von Stress
Allgemeines Adaptionssyndrom
Körperliche Anpassungsreaktionen unabhängig von der Art der einwirkenden Stressoren
3 Phasen:
Alarmreaktionsphase
Widerstandsphase
Erschöpfungsphase
Stress als Störfaktor
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Adaptionssyndrom
Phase 1 (Alarmreaktionsphase):
Vermehrte Ausschüttung von Hormonen der Nebennierenrinde (Cortisol) und des Nebennierenmarks (Adrenalin, Noradrenalin)
Blutzuckerspiegel
Herzfrequenz
Blutdruck
Durchblutung
Stress als Störfaktor
steigen
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Adaptionssyndrom
Phase 2 (Widerstandsphase):
Der Organismus versucht, sich an den Stressor anzupassen
Nachlassende Widerstandsfähigkeit gegenüber anderen Stressoren
Schwächung des Immunsystems mit verringerter Abwehrbereitschaft gegenüber Krankheiten
Stress als Störfaktor
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Adaptionssyndrom
Phase 3 (Erschöpfungsphase) bei chronisch einwirkendem Stress:
Mögliche organische Erkrankungen:
Magengeschwüre
Diarrhoe oder Obstipation
Bluthochdruck
Herzinfarkt
Darm-Hirn-Achse
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Nebennierenrinde setzt Cortisol frei
Beispiel: Stressfaktor „Streit zu Tisch“
Stress als Störfaktor
Immunsupression durch Cortisol
Nebennierenmark setzt
Katecholamine frei
Hypothalamus: setzt CRF frei
ACTH
HPA-Achse
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Auswirkung von chronischem Stress
Stress als Störfaktor
Hypothalamus cortisolfreisetzendes Hormon (CRF)
CRF-Rezeptoren im Darm
Platzen der Mastzellen
IL-1 IL-6 TNF-α IFN-γ
entzündungs- fördernd
Polymorphkernige Leukocyten Leber
Phagocytose Akut-Phase-
Proteine
Intestinale Permeabilität
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Interferon-gamma (IFN-γ) fördert…
Umsetzung von Tryptophan (ca. 95%) in Kynurenin
Folge: Tryptophan für die Melantonin- und
Serotoninsynthese fehlt
Serotoninmangel:
Depressive Stimmung
Angstneigung
Heißhunger
Stress als Störfaktor
Melatoninmangel:
Schlafstörungen
Verminderte Regeneration
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Stress als Störfaktor
Stress Angst Depression Aufregung
CRF Antagonisten
Mast-/Endothelzellen
Signale des Darms CRF-
Rrezeptoren
ENS
Peristaltik Transitzeit Sekretion
Durchlässigkeit Übertritt von
Mikroorganismen Bauchschmerzen
Signale des Gehirns
CRF- Rrezeptoren
Ausscheidung
Autonomes Nerven- system
Abbildung: Modifiziert nach Tache 2018
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Auswirkung von Stress in der Schwangerschaft
Stress in der Schwangerschaft kann die Zusammensetzung der Mikrobiota des Kindes verändern
Anteil pathogener Keime steigt (z.B. Proteobakterien)
Anteil günstiger Milchsäure- und Bifidobakterien sinkt
Verschiebung der Bakterienzusammensetzung begünstigt entzündliche Prozesse
Die Kinder litten häufiger an Verdauungsbeschwerden und Allergien
Stress als Störfaktor
Zijlmans MA et al. Maternal prenatal stress is associated with the infant intestinal microbiota, 2015
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Neuronale Entwicklung im Laufe des Lebens
Einfluss durch Medikamente und Lebensstil
Abbildung: O’Mahony et al. 2015
Einfluß auf die Mikrobiota
Entwicklung der Mikrobiota
Serotonin-System
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Auswirkung von Medikamenten
Antibiotika
Stören das mikrobelle Gleichgewicht, Durchfälle und Blähungen können die Folge sein
Medikamente zur Behandlung von Rheuma, Bluthochdruck und Diabetes mellitus
Einschränkung der Beweglichkeit von Magen, Dünn- und
Dickdarms, dies kann zu Verstopfung führen
Einfluss durch Medikamente und Lebensstil
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Low-Carb: ungünstig für den Darm
Einfluss durch Medikamente und Lebensstil
Diäten mit hohem Proteinanteil und geringem Kohlenhydratanteil ungünstig für die Darmgesundheit
Anstieg schädlicher Stoffwechselprodukte:
– Verzweigtkettige Fettsäuren
– Phenylessigsäure
– N-nitrosoverbindungen
Abnahme schützender Substanzen:
– Butyrat (kurzkettige Fettsäure)
– Phenolsäuren
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Zu fettes Essen fördert Insulinesistenz
Lipopolysaccharide (LPS) sind Bestandteil in der Zellmembran von bestimmten Bakterien
sie gelten als Schlüsselmoleküle bei der Entstehung von chronischen, entzündlichen Prozessen, die zu einer Insulinresistenz führen können
LPS werden durch eine fettreiche Nahrung gefördert
LPS erhöhen die Durchlässigkeit des Darms, was oxidativen Stress und die Entstehung einer Insulinresistenz zusätzlich fördert.
Einfluss durch Medikamente und Lebensstil
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Lipopolysaccharide (Entstehung und Aufnahme)
Einfluss durch Medikamente und Lebensstil
Hersoug et al. 2016 Lymphe
Fettreicher Darminhalt
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Forschungsprojekt My New Gut: Zentrale Erkenntnisse
körpereigne Bakterien könnten die nächste Generation Probiotika sein
zu viel Eiweiß im Darm erzeugt giftige Stoffwechselprodukte
ballaststoffreiches Essen kann Depressionen lindern, das Körpergewicht stabilisieren und vor chronischen Stoffwechselerkrankungen schützen
sehr Fettreiches Essen schadet der Mikrobiota und dem Gehirn
Darmbakterien beeinflussen den Stoffwechsel
Einfluss durch Medikamente und Lebensstil
Quelle: www.mynewgut.eu
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Zusammenfassung
Gehirn
CRF
Darm
Mikrobiom
(epi-) genetische
Einflüsse
HP
A-A
ch
se
Erhöhte Wachsamkeit
Depression
Angst
Veränderte
Schmerzwahrnehmung neuronal
humoral
peptiderg
neuroendokrin
Trauma
Stress
Erfahrung
Resilienz
Ernährung
Infektion
Hygiene
Medikamente
Hypersensitivität (z.B. Reizdarmsyndrom)
Übertritt von Mikroorganismen
Erhöhte Wachsamkeit
Abbildung: Modifiziert nach Tache 2018
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Basis für eine gute Darm-Hirn-Kommunikation
Natürliche Geburt
Stillen
Pflanzenbasierte, ballaststoffreiche Ernährung
Fermentierte Lebensmittel
Probiotika (?)
Ausgleich durch Bewegung und Entspannung
Gute Schlafhygiene
Gegebenenfalls Psychotherapie
Bauchhirn, Darm-Hirn-Achse und Psyche
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Fazit
Die Erforschung des komplexen Zusammenspiels von Gehirn, Darm und Mikrobiota bestätigt, dass der Menschen mehr denn je, als Einheit von Körper, Seele und Geist begriffen und behandelt werden muss.
Bauchhirn, Darm-Hirn-Achse und Psyche