Proteinreiche Ernährung: gut für die Gesundheit oder schlecht für Darm und Mikrobiom?
Ein süßer Proteinshake am Morgen, ein Proteinriegel am Nachmittag und noch ein Shake am Abend nach dem Sport. Für manche Menschen ist das eine gewohnte Routine und längst kein Bodybuilder-Ritual mehr. Denn eine hohe Proteinaufnahme gehört zu den großen aktuellen Trends in der Ernährungsindustrie und der Gesundheitsbranche. Proteinriegel, Shakes mit Whey oder veganem Protein, Proteinbrot, Proteinnudeln und viele weitere High-Protein-Produkte füllen die Supermarktregale und Online-Shops.
Gleichzeitig setzt sich zunehmend die Erkenntnis durch, dass das Darmmikrobiom mit seinen geschätzten 38 Billionen Bakterien wesentlich zu unserer Gesundheit beiträgt. Aber wie vertragen sich Protein und Mikrobiom? Die Interpretationen im Internet sind widersprüchlich. Manche behaupten, dass eine proteinreiche Ernährung dem Darm schadet, weil sie dort zur „Fäulnis“ führt. Andere sind vorsichtiger.
In diesem Übersichtsartikel über Protein, Darm und Mikrobiom werden die neuesten Forschungsergebnisse geprüft und gängige Meinungen kritisch hinterfragt.
Ohne Proteine könnte der Mensch nicht überleben. Sie sind Bestandteile nahezu aller Zellen und Gewebe. Sie wirken unter anderem als Enzyme, Transportmoleküle und Rezeptoren und verleihen als Strukturproteine Zellen und Geweben Stabilität. Auch Muskeln, Organe und das Immunsystem sind auf Proteine angewiesen. Fast jeder Vorgang im Körper benötigt sie.
Proteine bestehen aus langen Ketten von Aminosäuren und werden in den menschlichen Zellen an den Ribosomen gebildet. Proteine aus der Nahrung müssen daher zunächst zu Aminosäuren zerlegt werden, bevor sie von den Zellen für den Aufbau körpereigener Proteine wiederverwendet werden können.
Zwanzig Aminosäuren werden für den Aufbau menschlicher Proteine benötigt. Neun davon sind essenziell. Der Körper kann diese neun Aminosäuren nicht selbst synthetisieren und muss sie daher über die Nahrung aufnehmen.
Kurze Aminosäureketten werden Peptide genannt, längere und räumlich gefaltete Ketten Proteine.
Kurz: Ohne Proteine kein Leben.
Vorteile einer eiweißreichen Ernährung: Das Protein-Biohacking
Neben der Tatsache, dass Proteine unverzichtbar sind, bieten sie genau die Vorteile, die Lifestyle-Biohacker ins Visier nehmen: Sie fördern die Bildung von Muskelprotein und können zusammen mit Krafttraining den Aufbau von Muskeln und Kraft wirkungsvoll unterstützen.
Das wird mit zunehmendem Alter besonders wichtig. Bereits ab dem 40. Lebensjahr beginnt die Muskelmasse allmählich abzunehmen. Pro Jahrzehnt können 3 bis 8 Prozent der Muskelmasse verloren gehen. Deshalb sind Proteine neben einer regelmäßigen körperlichen Belastung eine Grundvoraussetzung für den Erhalt oder sogar den weiteren Aufbau der Muskelmasse.
Aber es geht noch weiter: Protein sättigt im Durchschnitt stärker als Kohlenhydrate und Fett. Es kann das Hungergefühl reduzieren, die Ausschüttung des berühmt-berüchtigten, aber in diesem Fall körpereigenen GLP-1 erhöhen und das Sättigungsgefühl verlängern. Auch für die Verdauung und die Verstoffwechselung von Proteinen benötigt der Körper mehr Energie als für Fette und Kohlenhydrate, was dabei hilft, im Rahmen eines Kaloriendefizits überschüssiges Körperfett zu reduzieren.
Wer würde also auf all diese Vorteile verzichten wollen?
Die Krux mit dem Engpass
Aminosäure ist nicht Aminosäure. Um erfolgreich Proteine zu bauen, benötigt der Körper nicht nur alle Aminosäuren, sondern diese auch in den erforderlichen Mengen. Denn sie kommen in den Proteinen nicht alle im gleichen Verhältnis vor. Wird eine Aminosäure häufig benötigt und ist sie nicht ausreichend vorhanden, begrenzt dies die Verwertung der übrigen Aminosäuren. Sie wird zum limitierenden Faktor.
Genauso wie die Menge eines zu backenden Kuchens selbst bei ausreichender Menge an Mehl, Zucker und Butter nicht unendlich ist, weil nur ein Ei vorhanden ist, so verhält es sich auch bei der Proteinbildung. Wenn eine essenzielle Aminosäure nicht ausreichend vorhanden ist, gerät der gesamte Proteinbiosyntheseapparat ins Stottern.
Gerade bei veganer Ernährung ist das wichtig, denn tierische Proteinquellen wie Eier, Milchprodukte, Fleisch oder Fisch enthalten alle neun essenziellen Aminosäuren in einem guten Verhältnis. Bei einem Verzicht darauf sollten pflanzliche Proteinquellen so kombiniert werden, dass die essenziellen Aminosäuren in ausreichenden Mengen aufgenommen werden. Denn pflanzliche Proteine können einseitig sein: Getreide ist arm an Lysin, Hülsenfrüchte an Methionin. Ein ausgewogenes Profil bieten hingegen Soja, Quinoa und Buchweizen. Praktisch lässt sich das lösen, indem Getreide mit Hülsenfrüchten kombiniert wird, zum Beispiel Reis mit Bohnen, Brot mit Linsen usw.
Doch wie viel von dem aufgenommenen Eiweiß kommt dort an, wo es gebraucht wird, und was passiert mit dem Rest?
Der Weg durch die Verdauung
Über die Speiseröhre gelangt die Nahrung in den Magen und weiter in den Dünndarm. Im Magen werden die Proteine zunächst in kürzere Eiweißketten zerlegt. Anschließend erfolgt im Dünndarm der weitere Abbau zu einzelnen Aminosäuren und kurzen Peptiden.
Die Dünndarmwand resorbiert die Aminosäuren sowie Di- und Tripeptide; letztere werden dort weiter zu Aminosäuren abgebaut, sodass nur einzelne Aminosäuren ins Blut gelangen und weitertransportiert werden.
Meist bleibt jedoch ein Rest übrig, der weiter in den Dickdarm wandert. Dazu gehören nicht nur die unverdauten Proteine aus der Nahrung, sondern auch nur teilweise abgebaute Proteine sowie körpereigene Proteine wie Verdauungsenzyme, abgestoßene Zellen und Bestandteile des Darmschleims.
Die Größe dieses Restes hängt von verschiedenen Faktoren ab, etwa von der Menge des aufgenommenen Proteins, seiner Verdaulichkeit, der Verarbeitung, dem Alter, der Proteinquelle und dem Zustand des Dünndarms.
Um die Proteinqualität zu bewerten, gibt es den DIAAS, den Digestible Indispensable Amino Acid Score. Er berücksichtigt sowohl den Gehalt an essenziellen Aminosäuren als auch deren Verdaulichkeit, die am Ende des Dünndarms bestimmt wird.
Tierische Proteinquellen wie Ei, Casein und Milchprotein erreichen häufig Werte von über 100, was gemeinhin als exzellent gilt. Werte zwischen 75 und 99 gelten als hochwertig, etwa bei Soja. Viele isolierte pflanzliche Proteine liegen darunter, so z. B. Reis, Hanf oder Hafer. Heißt das, dass diese Proteine schlecht sind? Nein, auf keinen Fall. Denn Mischungen verschiedener Proteinquellen sowie deren Verarbeitung können den DIAAS-Wert deutlich steigern.
Ähnlich wie bei Ballaststoffen stellt sich nun die Frage: Wenn im Dünndarm weniger Protein aufgenommen wird, erhalten dann nicht automatisch die Bakterien im Dickdarm mehr Nahrung? Ist es also nicht sogar besser? Das ist an sich eine logische Überlegung.
Sie ist aber leider falsch.
Der Bioreaktor im Darm: Das Darmmikrobiom
Viele Bakterien im Dickdarm sind Fermentierer. Das heißt, dass verwertbare Substanzen von ihnen vergoren werden. Diese Substanzen sind vor allem Kohlenhydrate oder Proteinreste, die den Dünndarm passiert haben, ohne vollständig verdaut und aufgenommen worden zu sein. Dabei gewinnen die Bakterien Energie und bauen Zellmasse auf, sodass sie sich durch Zellteilung vermehren können. Hierfür ist es wichtig, dass sie auch ausreichend „Futter“ erhalten.
Fermentation von Kohlenhydraten: Die eine Seite der Medaille
Sobald verwertbare Kohlenhydrate in den Dickdarm gelangen, werden sie von den Bakterien umgesetzt.
Einfache Zucker wie Glucose oder Fructose werden normalerweise bereits im Dünndarm aufgenommen und in den Blutkreislauf abgegeben. Saccharose wird zunächst in Glucose und Fructose zerlegt. Ist die Resorption jedoch unvollständig, können diese einfachen Zucker in den Dickdarm gelangen und werden dort schnell fermentiert. Dabei entstehen kurzkettige Fettsäuren, aber auch Lactat und Gase. Ein Überangebot an einfachen Zuckern kann zu einer Überproduktion von Gasen und osmotisch wirkenden Substanzen führen, die Blähungen, Schmerzen und Durchfall verursachen können.
Der entscheidende Punkt ist aber, dass schnell fermentierbare Kohlenhydrate bereits im vorderen, proximalen Abschnitt des Dickdarms umgesetzt werden. Dadurch können sie nicht in ausreichender Menge zu den Bakterien gelangen, die im hinteren, distalen Dickdarm sitzen. Daher muss die mikrobielle Gemeinschaft verstärkt auf andere Substrate zurückgreifen, darunter Proteine und ihre Bausteine, die Aminosäuren.
Insgesamt führt ein Mangel an fermentierbaren Kohlenhydraten zu einer Veränderung der Aktivität der gesamten mikrobiellen Gemeinschaft und zu einer geänderten Substratnutzung.
Nicht oder nur unvollständig verdauliche Kohlenhydrate wie bestimmte Ballaststoffe und resistente Stärke werden im Dünndarm nicht vollständig verdaut und resorbiert. Dadurch gelangen sie in größeren Mengen in den Dickdarm. Wie weit sie dort vordringen können, hängt unter anderem davon ab, wie schnell sie von den Bakterien fermentiert werden. Schnell fermentierbare Ballaststoffe werden bereits im proximalen Bereich umgesetzt. Langsam fermentierbare Ballaststoffe können jedoch weiter nach hinten gelangen und dort den Bakterien als Nahrung dienen.
Bei ihrer Fermentation entstehen vor allem kurzkettige Fettsäuren wie Acetat, Propionat und Butyrat. Sie wirken entzündungshemmend, senken den pH-Wert und erschweren die Ansiedlung unerwünschter Keime an der Darmschleimhaut. Butyrat ist ein wichtiger Energieträger der Zellen der Dickdarmschleimhaut und trägt zur Stabilisierung der Darmbarriere bei. Die ausreichende Bildung kurzkettiger Fettsäuren ist nach aktuellem Wissensstand ein wesentliches funktionelles Merkmal eines gesunden Darmmikrobioms.
Fermentation von Proteinen: Die andere Seite der Medaille
Die anderen zu verwertenden Substrate sind Proteinreste und Aminosäuren. Ihr mikrobieller Abbau wird als proteolytische Fermentation bezeichnet und wurde historisch auch Fäulnis (Putrefaktion) genannt. Neben kleineren Mengen an hilfreichen kurzkettigen Fettsäuren entstehen dabei auch viele weitere Stoffe, die teils hilfreich, teils aber auch potenziell schädlich sind. Welche Stoffe gebildet werden, hängt vor allem von den jeweiligen Aminosäuren und den beteiligten Bakterien ab.
Aus Tyrosin entstehen beispielsweise p-Cresol und Phenol. Zellmodelle haben gezeigt, dass p-Cresol die Vermehrung und den Energiestoffwechsel von Darmepithelzellen beeinträchtigen und gentoxisch wirken kann. Auch Phenol kann in höheren Konzentrationen Membranen und Epithelzellen schädigen.
Ammoniak entsteht bei der Deaminierung, also beim Abspalten der Aminogruppe von den Aminosäuren, und kann ebenfalls in hohen Konzentrationen den Zellstoffwechsel und die Darmbarriere schädigen. In normalen Konzentrationen wird sein Stickstoff jedoch von den Bakterien wiederverwendet und in ihre Biomasse eingebaut.
Auch Schwefelwasserstoff, der aus schwefelhaltigen Aminosäuren wie Cystein und Methionin gebildet wird, kann den Energiestoffwechsel beeinträchtigen und DNA-Schäden verursachen. Diese Wirkungen sind ebenfalls aus Zellmodellen bekannt. Im Darm wird Schwefelwasserstoff unter normalen Umständen von der Darmschleimhaut schnell oxidiert.
Bei der Proteinfermentation kann also eine ganze Reihe potenziell schädlicher Substanzen entstehen, was zu der Annahme geführt hat, dass ein Überschuss an Proteinen schädlich ist. Allerdings stammen viele Ergebnisse aus Versuchen mit Zellkulturen und Tiermodellen. Kontrollierte Humanstudien haben bei erhöhter Proteinfermentation bisher keine erhöhte Toxizität des Darminhalts nachgewiesen.
Es gibt jedoch auch mikrobielle Stoffwechselprodukte, die bei der Zersetzung der Proteine entstehen und positive Auswirkungen auf den Menschen haben. Neben den erwähnten geringen Mengen an kurzkettigen Fettsäuren ist hier vor allem Indol-3-propionat zu nennen, welches antioxidativ wirkt, die Darmbarriere stärkt und ebenso wie das die Darmschleimhaut unterstützende Molekül Indol-3-aldehyd aus der Aminosäure Tryptophan gebildet wird.
Das Grundgerüst Indol kann in geringen Mengen die Darmbarriere stabilisieren und Immunantworten regulieren. In hohen Konzentrationen kann es aber auch den Energiestoffwechsel der Darmepithelzellen beeinträchtigen.
Wie immer macht auch hier die Konzentration das Gift.
Bei der Proteinfermentation entstehen außerdem verzweigtkettige Fettsäuren, sogenannte branched-chain fatty acids (BCFAs). Sie werden aus den verzweigtkettigen Aminosäuren Valin, Leucin und Isoleucin gebildet und gelten als Marker der Proteinfermentation. Bisher konnte jedoch keine Schädigung des Darms durch die BCFAs nachgewiesen werden.
Ist die lange Liste ungünstiger Stoffwechselprodukte nun der Beweis dafür, dass ein Überschuss an Proteinen durch die Verstoffwechselung im Mikrobiom dem Körper schadet?
Die Antwort lautet nein! Denn ein ganz wesentlicher Faktor kommt hinzu: Ballaststoffe.
Wenn ausreichend fermentierbare Kohlenhydrate verfügbar sind, verschiebt sich der mikrobielle Stoffwechsel in Richtung Kohlenhydratfermentation. Das bedeutet, dass Ballaststoffe nicht nur eine gute Alternative zu Proteinen sind, sondern die proteolytische Fermentation aktiv ausbremsen.
Der Effekt wurde in einer kontrollierten Humanstudie besonders anschaulich bestätigt. Adipöse Männer erhielten in einem Cross-Over-Design jeweils über vier Wochen zwei verschiedene Diäten: viel Protein mit moderatem Kohlenhydratanteil und viel Protein mit sehr geringem Kohlenhydratanteil. Nur wenn die Männer viel Protein und wenig Kohlenhydrate erhalten hatten, gingen die butyratbildenden Bakterien zurück und die schützenden Phenolsäuren brachen ein. Da das Protein in beiden Diäten hoch war, zeigt das sehr deutlich, dass vor allem die Kohlenhydrat- und Ballaststoffzufuhr den Unterschied ausmachte. Ballaststoffmangel hingegen führt zu Problemen.
Vollständig ausgeschaltet wird die Proteinfermentation dadurch aber nicht. Wie immer in den Naturwissenschaften stellen sich Gleichgewichte ein. Absolute Aussagen gibt es meist nicht.
Das ist der Schlüssel zur Proteinthematik: Eine proteinreiche Ernährung sollte immer von ausreichend fermentierbaren Ballaststoffen begleitet werden.
Einschränkend muss gesagt werden, dass ein Teil der besonders relevanten kontrollierten Humanstudien an adipösen Männern durchgeführt wurde. Eine Gleichverteilung der Geschlechter fand nicht statt. Es ist daher nicht auszuschließen, dass z. B. gesunde Frauen anders reagieren als adipöse Männer.
Der Denkfehler bei pflanzlichen versus tierischen Proteinen
Die grundlegende Streitfrage bei der Ernährung lautet meist: pflanzlich oder tierisch? Gemeinhin gelten pflanzliche Proteine als die bessere Wahl. Aber warum ist das so, obwohl ihr DIAAS häufig niedriger ist als der vieler tierischer Proteine?
Tatsächlich könnte man vermuten, dass ein niedrigerer DIAAS bedeutet, dass mehr Protein unverdaut im Dickdarm ankommt. Doch das ist nicht der Fall, denn ein niedriger DIAAS bedeutet nicht automatisch, dass pflanzliche Proteine schlechter im Dünndarm verdaut und resorbiert werden, sodass große Mengen in den Dickdarm gelangen. Denn der DIAAS wird auch von der Aminosäurenzusammensetzung bestimmt.
Die Antwort auf die Frage nach dem Vorteil pflanzlicher Proteine liegt erneut bei den Ballaststoffen.
Proteinreiche pflanzliche Lebensmittel besitzen ein ganzes Paket an weiteren Substanzen. Ein Beispiel sind Linsen. Diese enthalten neben den Proteinen auch Ballaststoffe, sekundäre Pflanzenstoffe und Mineralstoffe. Bei Vollkorngetreide, Bohnen, Nüssen und Kichererbsen ist es dasselbe. Diese pflanzlichen Lebensmittel liefern neben den Proteinen gleich das Kohlenhydratsubstrat mit, das die bakterielle Fermentation in die richtige Richtung lenkt: hin zur Kohlenhydratfermentation und weg von der Proteinfermentation.
Der Vorteil pflanzlicher Proteinquellen kommt daher aus dem Begleitpaket, nicht aus dem Protein selbst. Der Effekt ist ein Ballaststoff-Effekt, kein Protein-Effekt.
Genau diese Rechnung geht aber nicht auf, sobald hochgereinigtes veganes Proteinpulver verwendet wird. Bei der Herstellung durchläuft der pflanzliche Rohstoff ein Verfahren, bei dem Stärke, Fette und Ballaststoffe herausgefiltert werden, bis nur noch ein hochkonzentriertes Proteinpulver übrig bleibt. Daher wird genau das Paket entfernt, das das pflanzliche Lebensmittel besonders mikrobiomfreundlich macht. Der wesentliche Vorteil gegenüber tierischem Protein geht damit verloren.
Natürlich bedeutet das nicht, dass tierische und vegane Proteinisolate identisch sind. Sie unterscheiden sich weiterhin in ihrem Aminosäureprofil, ihrer Verdaulichkeit und hinsichtlich ihrer Verwertung durch das Mikrobiom.
Wer aber zu einem veganen Isolat greift, weil es aufgrund seiner pflanzlichen Herkunft angeblich besser für den Darm sein soll, erhält ein Proteinpaket, dem genau dieser Vorteil fehlt.
Schadet zu viel Protein dem Darm?
Im Internet kursieren viele reißerische Aussagen zu diesem Thema: von einer toxischen Darmumgebung durch Proteine bis hin zu einem erhöhten Darmkrebsrisiko. Diese pauschalen Aussagen, nach denen eine hohe Proteinaufnahme an sich das Darmkrebsrisiko erhöht, halten einer näheren Prüfung nicht stand. Davon zu unterscheiden ist der häufige Verzehr großer Mengen an verarbeitetem Fleisch. Hier wurde in Studien ein erhöhtes Darmkrebsrisiko bestätigt.
Viele Daten zu schädlichen Wirkungen der Proteinfermentation stammen aus Zellkulturen und Tierversuchen. Studien an Menschen konnten eine toxische Wirkung bisher hingegen nicht nachweisen. In einer kontrollierten Studie an gesunden Menschen führte eine proteinreiche Ernährung zwar zu einer messbar verstärkten Proteinfermentation, nicht aber zu einer erhöhten Zyto- oder Genotoxizität des Stuhlwassers. Ungünstige Metabolitprofile zeigten sich in Humanstudien dort, wo viel Protein mit wenig Kohlenhydraten kombiniert wurde.
Schadet zu viel Protein dem Mikrobiom?
Die Schädigung des Darms und die Schädigung des Mikrobioms sind zwei völlig verschiedene Betrachtungsweisen. Im ersten Fall geht es darum, ob der Darm durch die Stoffwechselprodukte geschädigt wird, die beim bakteriellen Proteinabbau entstehen.
Im zweiten Fall geht es um die Frage, ob das Mikrobiom selbst durch die Proteine im Dickdarm auf eine ungünstige Weise verändert wird. Studien dazu konnten bisher keine konsistenten Veränderungen der Alpha- oder Beta-Diversität des Mikrobioms beobachten. Dies kann, das muss an dieser Stelle erwähnt werden, auch mit den genutzten Messmethoden zusammenhängen.
Was jedoch gemessen werden konnte, war eine Verschiebung der mikrobiellen Funktionen zugunsten einer verstärkten Proteinfermentation. Das ist verständlich, da ein größeres Angebot an Aminosäuren und Peptiden die Bakterien fördert, die diese Substrate besonders gut verwerten können.
Der wesentliche Unterschied zeigte sich dabei weniger zwischen viel und wenig Protein als zwischen einer proteinreichen Ernährung mit wenig Ballaststoffen und einer proteinreichen Ernährung mit viel Ballaststoffen.
Fazit
Nicht das Protein allein ist das Problem.
Bei der westlichen Ernährung mit viel Eiweiß und wenig Ballaststoffen fehlt eine wesentliche Komponente: fermentierbare Ballaststoffe. Der gegenwärtige Richtwert der Deutschen Gesellschaft für Ernährung (DGE) beträgt mindestens 30 g Ballaststoffe pro Tag. Gerade bei Proteinisolaten sollte daher gezielt ergänzt werden, da ihnen Ballaststoffe vollständig fehlen.
Denn durch eine intelligente Kombination lässt sich genau das erreichen, was mit einer erhöhten Proteinaufnahme beabsichtigt ist: der Erhalt oder Aufbau von Muskelmasse, die Zunahme von Kraft und die damit verbundene höhere „Leichtigkeit im Leben“.
Und das alles ohne Schädigung des Mikrobioms oder des Darms.
Live-Seminar:
Proteinreich essen, ohne Darm und Mikrobiom zu schaden
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Quellenverzeichnis
Die wissenschaftlichen Aussagen dieses Artikels basieren auf den nachfolgend aufgeführten Originalarbeiten, kontrollierten Studien und Übersichtsarbeiten:
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