Präbiotika – Grundlagen, Therapie, Prävention

Jänner 2018 | Fachlich-Sachlich

Die Bedeutung von Pro- und Prä­biotika in der Ernährung ist in den letzten Jahren ver­stärkt in den Mit­tel­punkt des Inter­esses gerückt. Nach den Pro­biotika in der Ausgabe 2/​2017 behandelt dieser Beitrag nun Eigen­schaften, Wir­kungen und Beson­der­heiten von Prä­bio­tiaka.

Wolfgang Kneifel, Seppo Sal­minen

Auch wenn Prä­biotika im Grunde genommen wie Pro­biotika auch das Ziel ver­folgen, die Darm­ge­sundheit positiv zu beein­flussen, so handelt es sich hierbei um eine völlig andere Stoff­gruppe und zwar nicht um Mikro­or­ga­nismen, sondern um selektive Nähr­stoffe für die För­derung einer posi­tiven Darm­mi­kro­biota. Per defi­ni­tionem ver­steht man daher unter Prä­biotika unver­dau­liche Koh­len­hy­drate, die bei deren selek­tivem, mikro­biellem Abbau durch positive Darm­mi­kro­biota im Dickdarm die dor­tigen Keime hin­sichtlich Wachstum und Zusam­men­setzung fördern. Sie üben somit in sekun­därer Weise einen güns­tigen phy­sio­lo­gi­schen Effekt auf den Orga­nismus aus. Um diese Wirkung zu erzielen, gilt jedoch als Vor­aus­setzung, dass diese Koh­len­hy­drate im oberen Gastro­in­tes­ti­nal­trakt weder absor­biert, noch durch Enzyme hydro­ly­siert oder durch dort vor­kom­mende Keime meta­bo­li­siert werden, damit sie dann im Colon von Bifi­do­bak­terien und Milch­säu­re­bak­terien gezielt ver­wertet werden können.

Wirkungsweise von Präbiotika

Che­misch gesehen gelten Prä­biotika eigentlich als unver­dau­liche Koh­len­hy­drate, im Prinzip also als Bal­last­stoffe, die vor­wiegend den Oli­gosac­cha­riden zuzu­ordnen sind und nur von bestimmten Keimen abgebaut werden können. Prä­biotika zählen daher auch zu essen­ti­ellen Nah­rungs­kom­po­nenten mit bio­funk­tio­nellem Ein­fluss auf die Mikro­biota. Wachs­tums­för­dernde Effekte beob­achtet man z.B. auf Bifi­do­bak­terien, wovon sich auch der Begriff bifidogene Wirkung ableitet. Bio­funk­tio­nelle Koh­len­hy­drate unter­schied­lichster Struktur sind in der Natur weit ver­breitet, d.h. ihr Vor­kommen reicht von der Mut­ter­milch bis hin zu ver­schie­denen Obst- und Gemü­se­sorten. Darüber hinaus werden heute einige prä­bio­tische Pro­dukte auch aus natür­lichen, pflanz­lichen Quellen oder aber aus Neben­pro­dukten der Lebens­mit­tel­in­dustrie (z.B. aus Molke) enzy­ma­tisch bzw. groß­tech­nisch gewonnen.

Per defi­ni­tionem ver­steht man unter Prä­biotika unver­dau­liche Koh­len­hy­drate, die bei deren selek­tivem, mikro­biellem Abbau durch positive Darm­mi­kro­biota im Dickdarm die dor­tigen Keime hin­sichtlich Wachstum und Zusam­men­setzung fördern.

Für das Ver­ständnis der prä­bio­ti­schen Wirkung ist es sinnvoll, die Details der meta­bo­li­schen Fähig­keiten von Mikro­or­ga­nismen näher zu betrachten. Neue Ana­ly­se­tech­niken haben dazu bei­getragen, dass heute nicht nur die Darm­mi­kro­biota, sondern auch deren Stoff­wech­sel­leis­tungen wesentlich trans­pa­renter geworden sind. In diesem Zusam­menhang wurde jüngst mit dem „Meta­bolom ein neuer Begriff geprägt. Im Darm, ins­be­sondere im Colon, ent­stehen in Abhän­gigkeit von dem dort vor­kom­menden Keim­spektrum und dem Nähr­stoff­an­gebot bak­te­rielle Meta­bolite wie z.B. Acetat, Butyrat, Lactat, Pro­pionat, aber auch Alkohole und Gase (ins­be­sondere Was­ser­stoff und Koh­len­dioxid) sowie Aldehyde und Ketone, die wie­derum auf unter­schied­lichste Weise mikro­biell oder zel­lulär wei­ter­ver­wertet bzw. abgebaut und letztlich aus­ge­schieden werden. Daraus resul­tieren sowohl direkte als auch indi­rekte Effekte auf den Orga­nismus.

Kategorien

Tabelle 1 gibt einen Über­blick über Sub­stanzen bzw. Pro­dukte mit prä­bio­ti­schen Eigen­schaften. Unter diesen sind derzeit die Gruppen der Fructo- und Galac­too­li­gosac­charide die bedeu­tendsten, beide werden auch kom­mer­ziell am häu­figsten genutzt. Es gibt bereits zahl­reiche kli­nische Ernäh­rungs­studien, in denen unter anderem die prä­bio­tische Wirkung auf die Darm­ge­sundheit sowie auf die indi­vi­duelle Befind­lichkeit der jeweils betrach­teten Pro­banden­gruppe unter­sucht wurde.

Effekte auf die Darmgesundheit

Primäre Effekte auf die Darm­ge­sundheit hängen wie erwähnt zumeist mit der mikrobiell-​fermentativen Ent­stehung von Stoff­wech­sel­pro­dukten, z.B. der Bildung kurz­ket­tiger Fett­säuren, zusammen. Unter diesen spielt etwa Butyrat als Ener­gie­quelle für Darm­co­lo­no­zyten eine bedeu­tende Rolle. Daraus resul­tieren wie­derum die Stärkung der Darm­bar­riere und der Darm­schleimhaut sowie ver­rin­gerte Kon­zen­tra­tionen an zyto­to­xisch rele­vanten Sub­stanzen (z.B. Skatol) in den Faeces (Rastall & Gibson 2015). Mit hoher Wahr­schein­lichkeit hängen diese Effekte mit der nut­ri­tiven För­derung bestimmter Keim­gruppen im Colon, vor allem der Bifi­do­bak­terien, zusammen. Diese „Bifi­dus­flora“ (ein inzwi­schen bereits his­to­ri­scher Begriff) nimmt vor allem beim Säugling eine wichtige Rolle ein, der über die Mut­ter­milch die darin natürlich vor­kom­menden Oli­gosac­charide auf­nimmt, die das Wachstum der Bifi­do­bak­terien sti­mu­lieren. Viele moderne Formelnahrungs- und Kin­der­nähr­mit­tel­kon­zepte zielen daher darauf ab, die natür­liche Situation der Mut­ter­milch nach­zu­stellen, indem sie neben prä­bio­ti­schen Koh­len­hy­draten (GOS, Human­milch­prä­biotika oder FOS) oft auch Bifi­do­bak­terien ent­halten (Radke et al. 2017). Ob die Gabe von Prä­biotika im frühen Kin­des­alter auch die Ent­stehung von All­ergien beein­flusst, ist aller­dings noch nicht aus­rei­chend geklärt. In Tabelle 2 sind basierend auf der aktu­ellen Datenlage die wich­tigsten Effekte von Prä­biotika zusam­men­ge­stellt.

Durch prä­bio­tische Koh­len­hy­drate werden auch funk­tio­nelle Effekte erzielt, die sich z.B. auf die Regu­lierung von Ver­dau­ungs­stö­rungen oder Darm­trägheit beziehen. Darüber hinaus wird die Absorption von Mine­ral­stoffen positiv beein­flusst, weil die fer­men­tativ bewirkte pH-​Absenkung im Darm die Bio­ver­füg­barkeit von Calcium ver­bessert. Aus diesem Effekt resul­tiert letztlich ein posi­tiver Effekt auf die Kno­chen­ge­sundheit. Inter­essant sind außerdem auch die durch Prä­biotika erreichten phy­si­ka­lische Effekte in Lebens­mitteln, wo sie z.B. zur Aus­prägung der Voll­mun­digkeit („Tex­tu­rizer Effekt“) bei­tragen und bei relativ geringer kalo­ri­scher Wer­tigkeit dennoch sät­tigend wirken. Vor allem fett­re­du­zierte Milch­pro­dukte können durch Ergänzung mit FOS oder Inulin so ver­bessert werden, dass der sen­so­rische Ein­druck eines wesentlich fett­rei­cheren Pro­duktes ver­mittelt wird.

Konzentrationsabhängige Nebenwirkungen

Im Gegensatz zur Anwendung von Pro­biotika, bei denen die zuge­führte Keimzahl so hoch wie möglich sein sollte und auch keine Pro­bleme einer Über­do­sierung bekannt sind, ist bei der Zufuhr von Prä­biotika mit kon­zen­tra­ti­ons­ab­hän­gigen Neben­wir­kungen zu rechnen. Geht man davon aus, dass sich die zur Erzielung eines prä­bio­ti­schen Effekts emp­fohlene Kon­zen­tration im Rahmen einer Tages­dosis zwi­schen rund 3 und 5 g pro Tag (in der Lite­ratur werden manchmal auch höhere Werte ange­geben) bewegen sollte, so können uner­wünschte Begleit­sym­ptome nicht aus­ge­schlossen werden. Dazu zählen z.B. Völ­le­gefühl, Blä­hungen, Darm­ge­räusche und bei höheren Dosen auch Durchfall. Positive Ver­än­de­rungen in der Mikro­biota werden zumeist indi­vi­duell wahr­ge­nommen, d.h. gering aus­ge­prägte Neben­er­schei­nungen sind durchaus üblich. Dennoch sollte berück­sichtigt werden, dass man als Erwach­sener ohnehin mehr oder weniger regel­mäßig – größ­ten­teils aber nicht wis­sentlich – prä­bio­tisch wirksame Nah­rungs­kom­po­nenten im Rahmen seiner Ernährung mit auf­nimmt. Spe­ziell die medi­terrane Ernährung enthält im All­ge­meinen ein relativ hohes Angebot an prä­bio­ti­schen Koh­len­hy­draten. Ergänzt man nun den Spei­se­zettel durch prä­bio­tische Pro­dukte oder Nah­rungs­er­gän­zungs­mittel, kann rasch eine Gesamt­kon­zen­tration erreicht werden, die sich durch die oben erwähnten Neben­wir­kungen bemerkbar macht.

Pro- und Präbiotika – Ausblick

  • Pro­biotika und Prä­biotika werden heut­zutage sehr erfolg­reich und teil­weise auf einer gut evi­denz­ba­sierten Grundlage ein­ge­setzt. Dennoch sind nach wie vor viele Detail­fragen offen, die in kli­ni­schen Studien erst unter­sucht werden müssen (Kumar et al. 2015, Sanders et al. 2014). Betrachtet man die Bedeutung von Lebens­mitteln als geeignete Vek­toren für die beiden Stoff­klassen, so stehen hier vor allem die prä­ventive Wirkung im Sinne einer gesunden Ernährung und ein begleit­the­ra­peu­ti­scher Ansatz im Vor­der­grund. The­ra­peu­tische Effekte sind medi­zi­nisch indi­zierten Maß­nahmen vor­be­halten und bleiben daher vor­wiegend auf phar­ma­zeu­tisch geprüfte Pro­dukte und Prä­parate beschränkt.
  • Nach dem der­zei­tigen Wis­sens­stand ist davon aus­zu­gehen, dass sowohl bei Pro- als auch bei Prä­biotika keine Ver­all­ge­mei­nerung hin­sichtlich ihrer erzielten Posi­tiv­ef­fekte zulässig ist, weil es in Bezug auf deren Wirk­samkeit innerhalb dieser Gruppen große indi­vi­duelle (stamm- bzw. stoff­klas­sen­spe­zi­fische) Unter­schiede gibt. Es ist daher wichtig, dass für die Behandlung ein­zelner Stö­rungen und Krank­heiten die richtige Auswahl getroffen wird. Ein­schlägige Emp­feh­lungen hierzu exis­tieren bereits in Form von Leit­linien medi­zi­ni­scher Fach­or­ga­ni­sa­tionen. Diese Stra­tegie sollte auch wei­terhin ver­folgt werden und auf fun­dierten kli­ni­schen Studien und Meta­ana­lysen basieren.
  • Metho­dische Fort­schritte in der Mikro­bio­logie und Mole­ku­lar­bio­logie haben in den letzten Jahren ein geän­dertes Bild des mensch­lichen Mikro­bioms mit neuen pro­bio­ti­schen Kan­di­daten innerhalb der Vielzahl der Mikro­or­ga­nismen ergeben und auch neue Per­spek­tiven eröffnet. Auf dem Gebiet der Prä­biotika hat neben eher exo­ti­schen, meist pflanz­lichen Quellen die bio­tech­no­lo­gische Erschließung und Wei­ter­ver­ar­beitung von Neben­pro­dukten aus der Lebens­mit­tel­er­zeugung zu neuen Pro­dukten geführt.
  • Die prak­tische Umsetzung all dieser Erkennt­nisse ist jedoch nicht einfach, denn neue, bisher noch nicht beschriebene Keime oder Pro­dukte müssen, wenn sie im Lebensmittel‑, human- oder auch vete­ri­när­me­di­zi­ni­schen Anwen­dungs­be­reich Einzug halten sollen, nicht nur die üblichen umfang­reichen Sicher­heits­prü­fungen bestehen, sondern auch weit­rei­chende gesetz­liche Auf­lagen erfüllen. So ist bei Lebens­mitteln (und damit auch bei darin ein­ge­setzten, neuen Keimen und Ingre­di­enzien) die soge­nannte Novel Food-​Verordnung (Ver­ordnung [EU] 2015/​2283) relevant, auf deren Basis neu­artige Lebens­mittel einer eigenen Zulassung bedürfen, bevor sie in Verkehr gebracht werden dürfen. Im Zentrum dieser Prüfung bei der EFSA steht wie immer das wichtige Ziel, dass für den Ver­braucher kein gesund­heit­liches Risiko bestehen darf. Bei­spiels­weise bekamen zwei human­milch­spe­zi­fische Prä­biotika (Fuco­syl­lactose und Lacto-​N-​Tetraose) jüngst die Zulassung als Novel Food. Berück­sichtigt man die Tat­sache, dass selbst bei den bereits lang­jährig bekannten und inzwi­schen vielfach unter­suchten pro­bio­ti­schen Keimen noch immer viele Fragen offen sind, so ist bei den neuen Pro­biotika, aber auch bei neuen Stoff­klassen der Prä­biotika, noch ein wesentlich umfang­rei­cherer For­schungs­bedarf zu erkennen.

Univ.-Prof. Dr. Wolfgang Kneifel, Department für Lebens­mit­tel­wis­sen­schaften und ‑tech­no­logie, Uni­ver­sität für Boden­kultur Wien, Muth­gasse 18, 1190 Wien, Öster­reich; Email: wolfgang.kneifel@boku.ac.at

Prof. Dr. Seppo Sal­minen, Func­tional Food Forum, Faculty of Medicine, Uni­versity of Turku, 20014 Turku, Finland; Email: sepsal@utu.fi

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