Gram-negative Bakterien und Diabetes Typ 2

Studien an Mäusen und Menschen haben gezeigt: das bakterielle Endotoxin aus Lipopolysacchariden (LPS) ist an der Entstehung des Typ-2-Diabetes beteiligt. Wie sich das bakterielle Endotoxin aber auf den Körper auswirkt, hängt vor allem von der Durchlässigkeit der Darmwand ab. Und die lässt sich beeinflussen.  

Wie Studien der letzten Jahre zeigten, können bakterielle Endotoxine im Blut über eine leichte systemische Entzündung - eine subklinische Inflammation - zu Stoffwechselerkrankungen beitragen. Endotoxine aus Lipopolysacchariden (LPS) sitzen in der Zellwand Gram-negativer Bakterien. Sie bestehen aus drei Teilbereichen, die miteinander verbunden sind: das Lipid A, der Kernbereich und das Polysaccharid. Sterben die Bakterien ab und zerfallen, werden Teile davon frei und wirken toxisch auf den menschlichen Körper.

Zusammengefasst läuft dabei Folgendes ab: Gelangen Lipopolysaccharide ins Blut, binden sie zusammen mit einem Lipopolysaccharid-bindenden-Protein an den Membranrezeptor CD14. Der Membranrezeptor kommt unter anderem auf der Monozytenoberfläche vor und stößt die Freisetzung von Tumornekrosefaktor und Interleukin-1β an. Der Körper befindet sich in einem Entzündungszustand.

Subklinisch erhöhte Endotoxinkonzentration kann chronische Erkrankungen auslösen

Im Jahr 2007 etablierten Wissenschaftler den Begriff der metabolischen Endotoxinämie für eine subklinisch erhöhte Endotoxinkonzentration im Blut. Sie wird aktuell mit der Entstehung chronischer Erkrankungen wie Diabetes, Adipositas und Arteriosklerose in Verbindung gebracht. Außerdem führt sie zu einer schleichenden Beeinträchtigung der Leberfunktion, die bei andauernder Endotoxinämie in eine Fettleber münden kann.

Der menschliche Körper baut bakterielle Endotoxine über die Leber ab. Dort synthetisiert er auch Stoffe wie Cholesterin, Gallensäuren und Bluteiweiße und bildet über die Gluconeogenese Glucose. Außerdem speichert die Leber Glucose, Fett und fettlösliche Vitamine und entgiftet Stoffe wie Bilirubin, Steroidhormone, Medikamente und Ammoniak. Strömen vermehrt Endotoxine in die Blutbahn ein, können das die Leber stark fordern oder auch überfordern.

LPS und CD14 leiten Dysfunktion des Fettgewebes ein

Bereits vor rund zehn Jahren fanden Forscher Hinweise in Mäusen, dass das bakterielle LPS-Endotoxin mitverantwortlich sein könnte für die Entstehung von Typ-2-Diabetes.1 In den Experimenten ließ eine vierwöchige fettreiche Diät die Zahl der LPS-produzierenden Bakterien im Darm ansteigen. Gleichzeitig zirkulierten immer mehr Lipopolysaccharide im Blut der Mäuse. Die Wissenschaftler erhöhten die Konzentration durch subkutane Infusionen von Lipopolysacchariden noch weiter.

Das Ergebnis: Die Tiere wurden fettleibig und entwickelten eine Insulinresistenz. Bei Mäusen ohne CD14-Rezeptor blieben die metabolischen Veränderungen aus. Nach Meinung der Wissenschaftler müssen die Lipopolysaccharide und der Membranrezeptor CD14 zusammenspielen, um die Dysfunktion des Fettgewebes bei einem Typ-2-Diabetes einzuleiten.

Erhöhte LPS-Werte bei Patienten mit Typ-2-Diabetes

Eine Studie aus dem Jahr 2011 zeigte passend dazu: Menschen mit Typ-2-Diabetes haben erhöhte LPS-Werte im Blut. Die Endotoxinaktivität war assoziiert mit einem erhöhten Risiko für Diabetes.2 Außerdem fanden die Wissenschaftler bei Typ-2-Diabetes-Patienten mit erhöhtem LPS-Spiegel auch Hinweise auf eine erhöhte Durchlässigkeit der Darmschleimhaut. Inflammatorische Marker wie Tumornekrosefaktor-Alpha und Interleukin-6 waren ebenfalls erhöht.3 Eine blutzuckersenkende Therapie mit dem Antidiabetikum Rosiglitazon verbesserte die Insulinsensitivität, verringerte aber auch das zirkulierende Lipopolysaccharid und die systemische Endotoxinämie4 – ein untrügliches Signal für die Verknüpfung von LPS und Typ-2-Diabetes. Den Ergebnissen zufolge gelangt das bakterielle Endotoxin wahrscheinlich über eine durchlässige Darmwand in den Blutkreislauf.

Buttersäure bildende Bakterien schützen die Darmwand

Wie sehr die Endotoxine im Darm der Leber schaden können, entscheidet die Integrität des Darmepithels mit. Die endotoxintragende Mikroflora kann bei einer durchlässigen Schleimhaut vermehrt in den Blutstrom gelangen und über die Lipopolysaccharide die Leber belasten. Schuld daran können bestimmte Viren, pathogene Bakterien oder Parasiten sein. Auch eine veränderte Mikroflora kann sich auf die Durchlässigkeit des Darmepithels auswirken.

Hat sich die Zusammensetzung der Mikroflora zu Ungunsten der Buttersäurebildner verschoben, kann sich das auf die Versorgung und damit auf die Integrität der Darmschleimhaut auswirken. Denn die Buttersäure ist die Hauptenergiequelle der Epithelzellen des Dickdarms. Enthält die Mikroflora hingegen genug Bakterien, die aus Ballaststoffen Buttersäure bilden können, ist die Darmschleimhaut gut versorgt. Außerdem schafft die Buttersäure ein saures Milieu, in dem sich pathogene Bakterien nicht so leicht ansiedeln können.

Gesunde Ernährung und Probiotika als Prophylaxe

Die Darmbakterien beeinflussen unser Immunsystem und unseren Energiehaushalt. Die Mikroflora in unserem Verdauungstrakt ist in der Lage, Signale in Form von Stoffwechselprodukten an den gesamten Organismus weiterzugeben. Bei einer durchlässigen Darmschleimhaut können allerdings Zellwandbestandteile wie die Lipopolysaccharide in die Blutbahn gelangen und eine metabolische Endotoxinämie verursachen. Bleibt sie länger bestehen, kann das den menschlichen Stoffwechsel krankhaft verändern. Dem können wir mit einer gesunden Ernährung entgegensteuern, die sich auf die Zusammensetzung der Darmflora auswirkt. Denkbar sind auch probiotische Bakterien, die die übermäßige Vermehrung von LPS-bildenden Bakterien eindämmen.

Auf den Punkt gebracht:

  • Endotoxine aus Lipopolysacchariden (LPS) sitzen in der Zellwand Gram-negativer Bakterien.
  • Endotoxine wirken toxisch auf den menschlichen Körper.
  • Eine subklinisch erhöhte Endotoxinkonzentration kann chronische Erkrankungen auslösen.
  • Strömen vermehrt Endotoxine in die Blutbahn ein, kann das die Leber stark fordern oder überfordern.
  • LPS und CD14 leiten eine Dysfunktion des Fettgewebes ein.
  • Menschen mit Typ-2-Diabetes haben erhöhte LPS-Werte im Blut.
  • Wie sehr die Endotoxine im Darm der Leber schaden können, entscheidet die Integrität des Darmepithels mit.
  • Buttersäure bildende Bakterien schützen die Darmwand.
  • Gesunde Ernährung und Probiotika eignen sich als Prophylaxe.

Literatur:

1 Cani PD et al. Metabolic endotoxemia initiates obesity and insulin resistance. Diabetes 2007; 56: 1761–1772

2 Pussinen PJ, Havulinna AS, Lehto M et al. Endotoxemia is associated with an increased risk of incident diabetes. Diabetes Care 2011; 34: 392–397

3 Jayashree B et al. Increased circulatory levels of lipopolysaccharide (LPS) and zonulin signify novel biomarkers of proinflammation in patients with type 2 diabetes. Mol. Cell. Biochem 2014; 388: 203–210

4 Creely SJ et al. Lipopolysaccharide activates an innate immune system response in human adipose tissue in obesity and type 2 diabetes. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab 2007; 292: E740–E747

5 McCowen KC et al. Sustained endotoxemia leads to marked down-regulation of early steps in the insulin-signaling cascade. Crit. Care Med 2001; 29: 839–846

6 Liang H, Hussey SE, Sanchez-Avila A et al. Effect of lipopolysaccharide on inflammation and insulin action in human muscle. PloS One 2013; 8: e63983


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Kommentare (1)

  • Lilian Schoefer
    am 25. Juli 2016 10:05
    Ein sehr informativer Artikel, vielen Dank!

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