Wie Ballaststoffmangel dem Darm schadet
Ballaststoffe, zumindest einige von ihnen, füttern die Bakterien im menschlichen Darm. Damit werden die Bakterien gestärkt, die für die Gesundheit des Menschen wichtig sind. Aber was passiert, wenn Ballaststoffe fehlen? Wenn den Bakterien im Darm das Futter ausgeht? Dann suchen sich einige von ihnen eine neue Nahrungsquelle – und fressen die schützende Schleimschicht des Darms.
Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung empfiehlt mindestens 30 Gramm Ballaststoffe am Tag. Diese Empfehlung wurde 2019 durch eine große Meta-Analyse gestützt, in der die Ergebnisse vieler Studien zusammengeführt wurden. Dabei zeigte sich: Eine tägliche Ballaststoffzufuhr von über 25 Gramm ging mit einem geringeren Sterberisiko einher. Außerdem traten bei diesen Menschen koronare Herzerkrankungen, Schlaganfälle, Typ-2-Diabetes und Darmkrebs seltener auf. Ballaststoffe scheinen also eine wichtige Rolle für die menschliche Gesundheit zu spielen.
Warum sind Ballaststoffe so wichtig?
Ballaststoffe können vom menschlichen Körper kaum oder gar nicht verwertet werden. Sie gelangen deshalb weitgehend unverdaut in den Dickdarm, wo ein Großteil der Bakterien lebt. Nicht alle Ballaststoffe werden dort gleich verarbeitet: Manche werden von Bakterien fermentiert und dienen ihnen so als Nahrung, andere können kaum oder gar nicht abgebaut werden. Nicht fermentierbare Ballaststoffe unterstützen vor allem die Darmbewegung und beeinflussen die Geschwindigkeit, mit der die Nahrung den Darm passiert. Besonders wichtig für das Mikrobiom sind die fermentierbaren Ballaststoffe.
Die Bakterien im Darm besitzen spezielle Enzyme, eine Art Werkzeugkasten, mit denen sie Kohlenhydrate, zu denen auch die Ballaststoffe gehören, abbauen und als Nahrung nutzen können. Der menschliche Körper hat dafür gerade mal 17 Enzyme, das Mikrobiom dagegen einen riesigen Werkzeugkasten mit über 1.000 Enzymen. Beim Abbau bestimmter Ballaststoffe entstehen Stoffe, die wiederum anderen Bakterien als Nahrung dienen. Dieses Weiterreichen von Nahrung nennt man Cross-Feeding: Ein Ballaststoff kann so sehr viele Bakterienarten füttern.
Frauen in Deutschland kommen im Durchschnitt aber gerade mal auf 18 Gramm täglich, Männer auf 19 Gramm – deutlich weniger als die empfohlenen 30 Gramm. Die meisten Bakterien im Darm leiden also ständigen Hunger.
Was passiert bei Ballaststoffmangel?
Das Naheliegendste zuerst: Durch das Aushungern können einige dieser Bakterienarten tatsächlich verschwinden. Die Vielfalt des Darmmikrobioms nimmt ab.
Genau diese Vielfalt ist aber wichtig, da sie das Mikrobiom widerstandsfähiger macht. Kommt es zu einer Störung, zum Beispiel durch die Einnahme eines Antibiotikums, kann sich ein zuvor vielfältiges Mikrobiom oft besser erholen.
Ohne ausreichend Ballaststoffe bilden Darmbakterien auch weniger Stoffwechselprodukte. Dazu gehören auch kurzkettige Fettsäuren. Diese übernehmen zentrale Aufgaben im Körper. Vor allem Butyrat dient den Zellen der Darmschleimhaut als wichtige Energiequelle. Außerdem können kurzkettige Fettsäuren entzündungshemmend wirken und sogar beeinflussen, welche Gene in Körperzellen aktiv sind.
Fehlen Ballaststoffe, werden die gesundheitsförderlichen Bakterien weniger, ebenso wie die Stoffwechselprodukte, die sie bilden und die für einen gesunden Körper wichtig sind.
Doch das ist nicht alles: Nicht alle Bakterien lassen sich einfach aushungern. Einige steigen auf alternative Nahrungsquellen um – auf menschliche Kosten.
Die Schutzschicht des Darms
Der menschliche Darm ist mit einer Schleimhaut ausgekleidet, die täglich 10 L Schleim produziert. Dieser Schleim bildet im Darm eine Schleimschicht, auch Mukus-Schicht genannt. Sie übernimmt wichtige Aufgaben. Eine davon: Sie bildet eine Art Schutzschild für den Darm. Wie ein Burggraben hält sie die Bakterien an ihrem Platz im Darmlumen, also im Inneren des Darms, und fern von der Darmwand und den dahinterliegenden Blutgefäßen.
Das Mikrobiom ist wichtig für die menschliche Gesundheit, aber nur, solange das Gleichgewicht stimmt. Dazu gehört, dass der Großteil der Bakterien im Dickdarm bleibt und nicht in andere Bereiche des Körpers gelangt. Dafür teilt sich die Schleimschicht dort in zwei Schichten. Die dichte innere Schicht, die wie ein Burggraben wirkt, liegt direkt an der Oberfläche der Darmzellen und ist unter normalen Bedingungen weitgehend bakterienfrei. Die äußere Schicht ist lockerer und dient den Darmbakterien als Lebensraum und ernährt einige von ihnen. Denn die Schleimschicht besteht zwar hauptsächlich aus Wasser. Ihr wichtigster Baustein ist aber das Schleimprotein MUC2, an das zahlreiche Zuckerketten gebunden sind. Diese Zuckerketten dienen vielen Darmbakterien als Nahrung.
Im gesunden Gleichgewicht übernimmt die Schleimschicht also gleich zwei wichtige Aufgaben: Sie bietet dem Darmmikrobiom Lebensraum und Nahrung und schützt den Körper davor, dass Bakterien ihren Platz im Darm verlassen und in andere Bereiche des Körpers eindringen.
Wenn das Gleichgewicht kippt
Dieses empfindliche Gleichgewicht kippt bei einem Ballaststoffmangel in der Ernährung. Aus dem mikrobiellen Garten Eden wird ein Schlachtfeld um Nährstoffe. Wer sich jetzt am besten anpassen kann, ist im Vorteil. In diesem Fall sind es vor allem zwei Gruppen.
Die Schleim-Spezialisten
Zur ersten Gruppe gehören Bakterien, die sich von Bestandteilen des Darmschleims ernähren, zum Beispiel Akkermansia muciniphila. Während ihren Konkurrenten im Darm die Nährstoffe ausgehen, bleibt ihnen ihre Nahrungsquelle erhalten. Das verschafft ihnen einen Wettbewerbsvorteil.
Die Multitalente
Neben den „Schleim-Spezialisten“ profitieren auch flexible Bakterienarten. Sie sind die Multitalente unter den Darmbakterien: nicht wählerisch, sondern mit unterschiedlichen Enzymen für verschiedene Nahrungsquellen ausgestattet. Fehlen Ballaststoffe, können einige von ihnen umschalten und sich ebenfalls von den Zuckerketten der menschlichen Schleimschicht ernähren.
Diese zwei Gruppen können sich unter diesen Bedingungen stärker vermehren. Dadurch wird die Schleimschicht zunehmend als Nahrung genutzt. Sie wird dünner – und die Schutzbarriere des Darms schwächer.
Was sagt die Wissenschaft?
Wie sich eine Ernährung ohne Ballaststoffe auf die Schleimschicht auswirken kann, zeigte ein eindrucksvoller Mausversuch aus dem Jahr 2016. Die Forscher besiedelten keimfreie Mäuse, also Mäuse ohne eigenes Mikrobiom, mit 14 Bakterienarten, die auch im menschlichen Darm vorkommen. Nachdem sich diese Bakterien im Darm etabliert hatten, erhielten die Mäuse unterschiedliche Ernährungsformen:
- eine ballaststoffreiche Ernährung
- eine ballaststofffreie Ernährung
- ein täglicher oder viertägiger Wechsel zwischen beiden Ernährungsformen
Mit dem Wechsel zwischen den Ernährungsformen wollten die Forscher alltägliche Schwankungen in der menschlichen Ernährung abbilden.
Je nach Ernährung nahmen unterschiedliche Bakterienarten zu – nämlich jene, die die jeweils verfügbaren Nährstoffe verwerten konnten. Bei ballaststoffreicher Ernährung waren vor allem Bakterien häufiger, die Ballaststoffe abbauen können. In der ballaststofffreien Gruppe nahmen hingegen Bakterien zu, die Bestandteile des Darmschleims abbauen können. Auch einige flexible Bakterienarten, die sowohl Ballaststoffe als auch Darmschleim verwerten können, stellten ihren Stoffwechsel um und bauten verstärkt Darmschleim ab. Bei wechselnder Ernährung passte sich die Zusammensetzung des Mikrobioms rasch an die jeweilige Nahrung an.
Doch nicht nur die Bakterienzusammensetzung veränderte sich mit abnehmender Ballaststoffzufuhr. Auch die Schleimschicht im Dickdarm wurde, wie erwartet, dünner. Besonders deutlich war das bei Mäusen, die überhaupt keine Ballaststoffe bekamen. Aber auch bei Mäusen mit wechselnder ballaststoffreicher und ballaststofffreier Ernährung war die Schleimschicht dünner.
Doch dabei wollten es die Wissenschaftler nicht belassen. Sie wollten herausfinden, was eine dünnere Schleimschicht für die Gesundheit der Mäuse bedeutet. Dafür infizierten sie die ballaststoffreich und ballaststofffrei ernährten Mäuse mit einem bei Mäusen bekannten Krankheitserreger, Citrobacter rodentium.
Während in der ballaststoffreichen Gruppe alle Mäuse überlebten, verschlechterte sich der Zustand der Tiere in der ballaststofffreien Gruppe so stark, dass 60 Prozent von ihnen nach zehn Tagen eingeschläfert werden mussten, um unverhältnismäßiges Leid zu verhindern.
Was sich auf Menschen übertragen lässt
Doch der Versuch fand an Mäusen und unter extremen Bedingungen statt. Wie weit lassen sich die Ergebnisse also auf Menschen übertragen? Die entscheidende Schwierigkeit ist, dass die Dicke der Schleimschicht bei den Mäusen erst nach der Entnahme des Dickdarms unter dem Mikroskop gemessen werden konnte. Aus naheliegenden Gründen ist das beim Menschen deutlich schwieriger.
Trotzdem deutet einiges darauf hin, dass beim Menschen ähnliche Mechanismen eine Rolle spielen.
- Die Mäuse erhielten ein humanisiertes Mikrobiom. Das bedeutet, dass die 14 eingesetzten Bakterienarten auch im menschlichen Darm vorkommen.
- Der Darmschleim von Mäusen und Menschen ist ähnlich aufgebaut.
- Eine Studie mit gesunden Erwachsenen untersuchte den genetischen Werkzeugkasten des Mikrobioms. Je mehr Gene für den Abbau von Bestandteilen des Darmschleims im Verhältnis zu Genen für pflanzliche Ballaststoffe vorhanden waren, desto höher waren Entzündungsmarker im Darm.
- Eine durchlässige Schleimschicht kann auch beim Menschen Entzündungen im Darm auslösen.
Aber der wichtigste Unterschied bleibt: Im Mausversuch wurden gerade mal 14 Bakterienarten untersucht. Die Wissenschaftler hatten sie zuvor zwar darauf getestet, ob sie Ballaststoffe und/oder Bestandteile des Darmschleims abbauen können. Ein echtes menschliches Mikrobiom ist jedoch deutlich komplexer und umfasst mehrere hundert Bakterienarten.
Protein statt Ballaststoffe?
Doch nicht alle Bakterienarten weichen auf den Darmschleim aus. Einige profitieren auch von einer Ernährungsform, die derzeit im Trend liegt: proteinreich und oft kohlenhydratarm. Sieht man sich im Supermarkt um, gibt es inzwischen fast jedes Lebensmittel als „High-Protein“-Variante. Das mag zunächst gut klingen, immerhin gehören Proteine zu den wichtigsten Bausteinen des menschlichen Körpers. Eine proteinreiche Ernährungsweise geht jedoch häufig mit weniger Kohlenhydraten und damit auch weniger Ballaststoffen einher.
Wenn sich die Bakterien aber von den Proteinen ernähren können, die unverdaut bis in den Dickdarm gelangen, ist das doch kein Problem – oder?
Schon 2011 untersuchte eine Studie mit 17 übergewichtigen Männern, wie sich diese Ernährung auf Stoffwechselprodukte im Darm auswirkt. Dabei fanden die Forscher vermehrt Stoffe, die bei der bakteriellen Proteinfermentation entstehen, darunter beispielsweise N-Nitroso-Verbindungen. Nicht alle dieser Stoffe sind per se giftig. Sie werden aber mit eher ungünstigen Folgen für die Darmgesundheit in Verbindung gebracht. Gleichzeitig sanken Butyrat und weitere Stoffe, die aus pflanzlichen Ballaststoffen entstehen und als eher schützend für den Darm gelten.
Im Gegensatz zum Abbau von Ballaststoffen können beim Abbau von Proteinen durch Darmbakterien also vermehrt Stoffe entstehen, die potenziell schädlich für den menschlichen Körper sind.
Das Mikrobiom ist gleichzeitig so interessant und komplex, weil sich selten eindeutig sagen lässt, ob etwas immer gut oder immer schlecht ist. Das gilt auch für die Proteinfermentation. Ein gutes Beispiel ist die Aminosäure Tryptophan.
Gelangt Tryptophan in den Dickdarm, können verschiedene Bakterien es auf unterschiedliche Weise weiterverarbeiten.
Einige dieser Stoffe können die Gesundheit unterstützen. Dazu gehören etwa Indol-3-Milchsäure (ILA) und Indol-3-Propionsäure (IPA). ILA kann dazu beitragen, dass das Immunsystem auf harmlose Bestandteile der Nahrung nicht übermäßig reagiert. IPA wiederum kann helfen, die Schleimhautbarriere im Darm aufrechtzuerhalten.
Es können jedoch auch Stoffe entstehen, die mit gesundheitlichen Risiken in Verbindung gebracht werden. Ein Beispiel ist Indol. Es wird in der Leber zu Indoxylsulfat weiterverarbeitet, das bei chronischen Nierenerkrankungen eine Rolle spielen kann.
Doch was entscheidet darüber, welche Stoffe tatsächlich entstehen? Hier schließt sich der Kreis: Welche Bakterien Tryptophan auf welche Weise weiterverarbeiten, ist kein Zufall. Es hängt unter anderem davon ab, wie viele Ballaststoffe im Darm ankommen. Beim bakteriellen Abbau von Ballaststoffen entstehen einfache Zucker. Diese können bei einigen Bakterien die Umwandlung von Tryptophan zu Indol hemmen. Dadurch wird weniger des eher gesundheitsschädlichen Indols gebildet. Gleichzeitig bleibt mehr Tryptophan für die Bildung von ILA und IPA übrig. Ein weiteres Beispiel dafür, dass Ballaststoffmangel im Darm Folgen haben kann, die auf den ersten Blick nicht offensichtlich sind.
Entscheidend ist nicht nur, welche gesundheitlichen Vorteile Ballaststoffe bieten, wenn sie vorhanden sind. Mindestens ebenso wichtig ist, was passiert, wenn sie fehlen. Denn dann kann das fragile Gleichgewicht zwischen Mensch und Mikrobe aus dem Takt geraten. Ballaststoffe sind deshalb kein „netter Zusatz“, sondern eine wichtige Voraussetzung dafür, dieses Gleichgewicht zu erhalten.
Quellenverzeichnis und weiterführende Literatur
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