Bauchhirn, Darm-Hirn-Achse und Psyche€¦ · 1 © 2019 UGB-Akademie – Institut für Forschung, Entwicklung und Bildung im Bereich Gesundheitsförderung – Bauchhirn, Darm-Hirn-Achse

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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?


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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


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Die Anteile des vegetativen Nervensystems

Sympathikus


Parasympathikus

Enterisches Nervensystem

überwiegend anregend

überwiegend hemmend

Hypothalamus

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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!


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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


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Anatomie des Bauchhirns


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


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


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


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


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Sensorische Neurone: Reiz und Reaktion


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


Reiz

Mechanorezeptoren Chemorezeptoren Osmorezeptoren

Darm- nervensystem

Glatte Muskelzellen Drüsenzellen

veränderte Kontraktion, Sekretion

Sensorischer Reiz

Zentralnervensystem

Kurze Reflexbögen

Lange Reflexbögen

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Vegetatives Nervensystem


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


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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


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Bewegungsmuster des Darms


Sphinkter Verschluss

Propulsive Peristaltik Transport

Nichtpropulsive Peristaltik Durchmischung

Akkommodation Speicherung

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Filmsequenzen: Regulation der Magen- und Darmmotorik


„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


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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!


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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.


William Beaumont (1785-1853)

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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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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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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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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


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)


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


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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. )


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”


Parasympathikus „Rest + Digest“


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„Guter“ und „schlechter“ Stress

Eustress


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


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Die Folgen von Stress

Allgemeines Adaptionssyndrom

Körperliche Anpassungsreaktionen unabhängig von der Art der einwirkenden Stressoren

3 Phasen:

Alarmreaktionsphase

Widerstandsphase

Erschöpfungsphase


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Adaptionssyndrom

Phase 1 (Alarmreaktionsphase):

Vermehrte Ausschüttung von Hormonen der Nebennierenrinde (Cortisol) und des Nebennierenmarks (Adrenalin, Noradrenalin)

Blutzuckerspiegel

Herzfrequenz

Blutdruck

Durchblutung


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


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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“


Immunsupression durch Cortisol

Nebennierenmark setzt

Katecholamine frei

Hypothalamus: setzt CRF frei

ACTH

HPA-Achse

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Auswirkung von chronischem Stress


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


Melatoninmangel:

Schlafstörungen

Verminderte Regeneration

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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


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


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Low-Carb: ungünstig für den Darm


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.


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Lipopolysaccharide (Entstehung und Aufnahme)


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


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


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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.


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