Probiotika: Nutzen und Wirksamkeit

Laut Definition handelt es sich bei probiotischen Kulturen um “besonders geeignete, gesundheitlich unbedenkliche Vertreter von Bakterienarten”, die seit Jahrhunderten zur Herstellung von fermentierten Produkten eingesetzt werden. Einige Vertreter besitzen den von der FDA vergebenen GRAS-Status (generally recognized as save). Diese Kulturen gelten somit als gesundheitlich unbedenklich (apathogen) und können als sicher eingestuft werden.

Bei der gesundheitlichen Beurteilung ist grundsätzlich zwischen zwei Anwendungsmöglichkeiten zu unterscheiden:

  1. Einsatz als funktionelle Lebensmittel mit dem Ziel, gesundheitsfördernde Effekte zu erzielen
  2. Wissenschaftlich gesicherte medizinische Anwendungen zur Prävention und Therapie verschiedener Erkrankungen

Probiotische Lebensmittel erfreuen sich großer Beliebtheit und gelten in der Lebensmittelindustrie als ökonomische Selbstläufer. Doch wissenschaftliche Untersuchungen bestätigen zum gegenwärtigen Zeitpunkt keinen zusätzlichen Nutzen solcher Produkte im Vergleich zu herkömmlichen fermentierten Lebensmitteln beim gesunden Menschen. Hingegen findet sich in einigen ersten Studien ein möglicher therapeutischer Nutzen probiotischer Kulturen bei verschiedenen Erkrankungen wie Durchfällen, chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen oder Allergien und Infektionen des Urogenitaltraktes.

Historik

Die ersten Berichte über die Wirkung fermentierter Milchprodukte sind über 3.000 Jahre alt. 1906 beschrieb Tissier erstmals den positiven Einfluss von Bifidobakterien bei Durchfallerkrankungen. Der Bakteriologe Ilja Iljitsch Metschnikoff führte die lange Lebensdauer bulgarischer und kaukasischer Bevölkerungsgruppen auf den häufigen Verzehr fermentierter Milchprodukte zurück. Er erkannte, dass die darin enthaltenen Milchsäurebakterien gesundheitsfördernde Wirkungen ausüben und untersuchte erstmals mit den ihm zur Verfügung stehenden Methoden mögliche Wirkmechanismen. Metschnikoff beschrieb eine Reihe von Effekten – unter anderem Einflüsse auf den Alterungsprozess – und wurde für seine Bemühungen 1908 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.

Seit 1995 auf dem Markt als funktionelle Lebensmittel erhältlich genießen Probiotika (abgeleitet von der griechischen Bezeichnung „für das Leben“) beim Verbraucher eine breite Akzeptanz. Laut der Gesellschaft für Konsumforschung stieg zwischen 1996 und 2004 der Umsatz mit probiotischen Milcherzeugnissen von etwa 75 Millionen Euro auf über 485 Millionen Euro. Nicht zuletzt ein Grund, derartige Produkte mit vielversprechenden Werbeaussagen zu bewerben. So sollen Probiotika als „täglicher Beitrag zu Ihrer Gesundheit“ das Immunsystem stimulieren, den Cholesterinspiegel senken oder antikanzerogen wirken.

Zunehmend werden probiotische Kulturen auch als Therapeutikum eingesetzt – beispielsweise bei chronisch entzündlichen Darmerkrankungen, Antibiotika-induzierten Durchfallerkrankungen oder Allergien. Die Zahl der Studien nimmt unaufhaltsam zu, doch stichhaltige Belege sind aufgrund der Stammspezifität und hoch komplexen Reaktionen bislang schwer abzuleiten.

Funktionen und Aufgaben

In der Literatur findet sich eine Vielzahl postulierter Gesundheitseffekte. Die wesentlichen Wirkmechanismen probiotischer Bakterien umfassen:

  • Besetzung von Nischen und Rezeptoren
  • Abtötung und Verdrängung pathogener Keime
  • Senkung des intestinalen pH-Wertes/ Ansäuerung durch Sauerstoffverbrauch
  • Zerstörung und Hemmung der Translokation von Toxinen
  • Wettbewerb um Nährstoffe
  • Anregung der Darmmotilität (u.a. durch Produktion kurzkettiger Fettsäuren)
  • Stimulation der Darmzellregeneration
  • Synthese von Bakteriozinen
  • Hemmung von proinflammatorischen Zytokinen (IL-1, IL-6, TNF-alpha) und Synthese antiinflammatorischer Zytokine (IL-10)

Hieraus leiten Experten Eigenschaften und medizinische Anwendungsbereiche ab.

Eigenschaften einiger Probiotika sowie Einflüsse auf verschiedene Erkrankungen
a) Eigenschaftenb) Erkrankungen
ImmunmodulationImmunschwäche
Cholesterinspiegel-senkende WirkungGastrointestinale Infektionen
Antimikrobielle WirkungCED , IBS
Antivirale WirkungInfektionen
Antimutagene WirkungKrebserkrankungen
Verbesserung MineralstoffabsorptionAllergien, atopische Dermatitis bei Kindern

Antikanzerogene Wirkung

Antikanzerogene und antimutagene Eigenschaften schließen summierende Effekte infolge der Hemmung des Eindringens pathogener Keime, der Entgiftung toxischer Substanzen, der verminderten Bildung von Karzinogenen und der Stimulation immunmodulatorischer Effekte als indirekte Wirkungen nicht aus. Eine direkte Wirkung konnte bislang nur bei Mäusen aufgezeigt werden, bei denen nach der Injektion von Probiotika direkt in den Tumor das Krebswachstum gesenkt werden konnte. Einige tierexperimentelle und in vitro-Untersuchungen beobachteten bei gesunden Probanden eine Abnahme krebspromovierender bakterieller Enzyme wie Nitroreduktase, Beta-Glukuronidase, Azoreduktase [Gua 03]. Inwieweit dies zu einer Abnahme der Häufigkeit von Dickdarmkrebs beitragen könnte, ist bislang unklar.

Zusammenfassend sind folgende Mechanismen denkbar:

  • hemmende Wirkung gebildeter Stoffwechselprodukte auf Tumorzellwachstum und -teilung
  • immunmodulatorische Effekte (z.B. die Bildung von TNF-alpha)
  • Hemmung der Umwandlung von Prokarzinogenen in Karzinogene infolge probakteroider Enzyme (beta-Glucuronidase, Azoreductase, Nitroreductase) vor allem von L. casei und L. azidophilus
  • verringerte Absorption genotoxischer und mutagener Substanzen
  • DNA-protektive Wirkungen
  • Hemmung der Bildung krebspromovierender sekundärer Gallensäuren infolge pH-Absenkung (Hemmung der 7-alpha-Dehydroxylaseaktivität)

Cholesterinsenkende Wirkung

Erstmals wurde ein möglicher Einfluss auf den Serum-Cholesterinspiegel diskutiert, als bei der Massai-Bevölkerung trotz Konsums von 4 bis 5 Litern (fermentierter) Milch täglich die Serum-Cholesterinspiegel niedrig lagen. Nachfolgende Untersuchungen waren jedoch nicht einheitlich [Age 95]. Als mögliche cholesterinsenkende Wirkmechanismen stehen die verminderte Absorption von Gallensäuren und Sterolen sowie homöostatische Effekte auf die endogene Cholesterinsynthese durch Hemmung der HMG-CoA-Reduktase im Vordergrund. Dies wird vermutlich durch die von einigen probiotischen Keimen gebildete Propionsäure verstärkt. In Untersuchungen mit verschiedenen Laktobazillen der L. azidophilus-Gruppe zeigte sich nach anfänglicher Cholesterinspiegelsenkung um bis zu 10% eine Abschwächung des Effekts [Mit 95]. In anderen Tests ließ sich dieser Effekt nur in Kombination mit der Gabe von Oligofruktose beobachten [Möl 94]. Eine cholesterinsenkende Wirkung ist wissenschaftlich nicht gesichert und dürfte auch bei geringer Wirksamkeit kaum von therapeutischer Relevanz sein.

Stimulation des Immunsystems

Eine Vielzahl gesundheitsrelevanter Eigenschaften wie antimikrobielle und antivirale Wirkungen, Beeinflussung der Darmflora oder die Verbesserung der Barrierefunktion von Schleimhäuten beruhen zu einem Großteil auf der Stimulation humoraler und zellulärer Abwehrmechanismen. Das Darmepithel agiert als wichtige Barriere zwischen luminalen Bakterien und dem intestinalen Immunsystem. Als hochkomplexes System ist es für den Substrataustausch, nicht aber für pathogene Keime permeabel. Dies wird durch die von Synthese von sekretorischem IgA sowie der Schleimhaut unterstützt. Das hier vorherrschende ökologische Gleichgewicht steuert vielfältige physiologische Aufgaben. Zur Bewältigung dieser Funktionen sind drei wesentliche Komponenten beteiligt: die Mikroflora (die 1 kg Bakterien mit über 500 verschiedenen Arten beherbergt), die Mukosa-Barriere und die lokale Immunabwehr (GALT; gut associated lymphoid tissue). Diese Komponenten stehen permanent in wechselseitigem Kontakt, wodurch eine individuell angepasste Homöostase zwischen pathogenen und nicht pathogenen Keimen entsteht. Ist dieses Gleichgewicht gestört, kann es zu Veränderungen der intestinalen Barriere kommen, in deren Folge Krankheiten entstehen.

Das gastrointestinale Immunsystem weist den größten Pool an immunkompetenten Zellen (Peyersche Plaques, T- und B-Lymphozyten, IgA) im Körper auf [Guy 02]. Dem Darm und damit dem gastrointestinalen Immunsystem wird täglich eine Vielzahl von Antigenen präsentiert. Hierzu zählen Stoffwechselprodukte, Zellwandbestandteile oder Produkte bakterieller Prozesse. Nach Antigenpräsentation werden diese Stoffe über tight junctions, durch Enterozyten oder aber Immunzellen aufgenommen. So erfolgt auch die Invasion pathogener Keime wie Yersinia, Shigella, Listeria oder Salmonella über spezialisierte M-Zellen, die in der Darmwand lokalisiert sind. Probiotika stimulieren die Immunantwort dahin gehend, dass sie selbst als Antigene das Immunsystem stimulieren und als Konkurrenz zu pathogenen Keimen Bindungsstellen besetzen oder Transportmoleküle blockieren. Die genauen Mechanismen der hochkomplexen Reaktionen sind längst nicht vollständig aufgeklärt, was spezifische Aussagen bezüglich dem Einsatz probiotischer Keime erschweren dürfte. Fakt ist, dass die Präsenz dieser Bakterien die Freisetzung von Botenstoffen (in erster Linie Zytokine wie Interferone, TNF-alpha oder Interleukine) stimuliert, die die Antikörperbildung und Makrophagenaktivität anregen. Von besonderer Bedeutung scheint hierbei die Bildung des sekretorischen IgA zu sein. So konnte nach oraler Gabe abgeschwächter Salmonella typhi-Bakterien eine signifikant erhöhte Konzentration an IgA gemessen werden, wenn gleichzeitig fermentierte Milch verabreicht wurde. IgA-Antikörper beugen der Kolonisierung pathogener Keime vor, indem die Penetration dieser verhindert wird. Dies könnte auch bei der Poliomyelitis-Schluckimpfung von Relevanz sein, da hier die Antikörperbildung als auch die lokale Immunität der Darmmukosa stieg [de 09].

Des Weiteren hemmen Probiotika die Absorption toxischer oder mutagener Substanzen. Auch bakterielle Peptide, Peptidglykane der Zellwand oder Nukleotide werden für die Konditionierung des Immunsystems verantwortlich gemacht.

Assoziierte Erkrankungen

In der Medizin weisen Probiotika ein breites Feld von möglichen Anwendungen bei infektiösen, allergischen, inflammatorischen oder neoplastischen Erkrankungen auf. Wann Probiotika aber therapeutisch wirksam sind, hängt im Wesentlichen davon ab, welcher der bis heute über 200 bekannten Stämme eingesetzt wird. Denn probiotische Kulturen weisen eine hohe Stammspezifität auf und nicht für jeden Stamm sind positive Wirkungen belegt.

Diskutierte Anwendungsfelder

  • Allergien
  • Chronisch entzündliche Darmerkrankungen (CED)
  • Diarrhoe (Durchfall)
  • Helicobacter-Infektion
  • Hepatische Enzephalopathie
  • Krebserkrankungen
  • Neurodermitis (Atopisches Ekzem)
  • Infektionen des Urogenitaltrakts
  • Reizdarmsyndrom (Colon irritabile)

Toxizität

Probiotische Kulturen finden schon seit langer Zeit praktische Anwendung, ohne dass schwerwiegende Nebenwirkungen bekannt geworden sind. Als lebende Organismen können die Keime zumindest theoretisch Nebenwirkungen auslösen:

  • Infektionen
  • Überstimulation des Immunsystems
  • pathologische Stoffwechselreaktionen

Als schädliche Stoffwechselprozesse verschiedener Probiotika steht die Produktion von Ammonium, Phenol, Aminen und potenziell karzinogenen sekundären Gallensäuren zur Diskussion [Ish 01]. Am besten erforscht ist hierbei die Familie der Laktobazillen [Ada 99].

Weitaus problematischer und kaum erforscht sind mögliche Interaktionen mit verschiedenen Medikamenten. Aus der Stoffwechselphysiologie ist bekannt, dass Bakterien an der Entgiftung von Medikamenten beteiligt sind, indem diese hydrolysiert und dehydroxyliert werden. Diese Reaktionen werden von einer Reihe von Enzymen katalysiert, deren Aktivität und Expression von Bakterienspezies zu Bakterienspezies verschieden ist.

Einige der derzeit technologisch verarbeiteten Bakterienspezies wie beispielsweise Enterokokken sind häufig an klinischen Infektionen beteiligt und empfänglich für eine Vancomycinresistenz [Lun 01]. Bislang sind etwa 250 Fälle von Bakteriämien und Endokarditis durch Laktobazillen beschrieben. Allerdings konnten nicht immer die zuvor applizierten Probiotika als auslösende Keime identifiziert werden. Beim Stamm Saccharomyces cerevisiae kam es zu einigen schweren Zwischenfällen. Intensivpatienten mit Pilzinfektionen wurden zur Prophylaxe einer antibiotikainduzierten Diarrhoe mit S. boulardii behandelt. In nahezu allen Fällen kam es zu schweren Infektionen der Gefäßkatheder [Bor 03].

Die tatsächlich wirksamen Bakterienprodukte sind in den seltensten Fällen bekannt. Zudem existieren kaum Dosis-Wirkungsstudien. Die Überlebensdauer und -rate sowie die fäkale Elimination unterliegen verschiedenen schwer messbaren Einflüssen wie Darmmotilität, der physiologischen Darmflora, Verdauungssekreten, Darreichungsform, Ernährung oder dem Immunstatus [Mar 03]. Häufig ist nicht bekannt, welcher Stamm für den therapeutischen Einsatz bei welchen Patienten geeignet ist und wann ein Mischpräparat sinnvoll sein kann. Ein speziesspezifischer Stammpass sowie empfindliche Nachweismethoden wären für die Beurteilung der Sicherheit von probiotischen Keimen wünschenswert.

Klassifizierung

Als funktionelle Lebensmittel sollen Probiotika „nach Zufuhr über die Nahrung aktiv und in ausreichender Menge ihren Wirkungsort (Kolon) erreichen und die Gesundheit positiv beeinflussen”. Hierzu zählen in erster Linie Vertreter der Laktobazillen und Bifidobakterien sowie Enterokokken, Laktobazillen und Streptokokken. Im medizinischen Bereich ergibt sich eine ganze Reihe therapeutischer Behandlungsansätze. Genutzt werden beispielsweise Escherichia coli Nissle 1917, Enterokokkus faecium sowie ein Gemisch aus vier Laktobazillus- und drei Bifidobakterien sowie dem Streptococcus thermophilus-Stamm unter dem Namen VSL#3.

Derzeit technologisch verarbeitete probiotische Bakterien in Lebensmitteln
LaktobazillenBifidobakterien
L. caseiB. longum
L. brevisB. bifidum
L. helveticusB. breve
L. johnsoniiB. animalis
L. azidophilusB. lactis
L. plantarumB. adolescentis
L. rhamnosusB. infantis
L. reuteri

Nicht alle apathogenen Bakterien eignen sich zur Verwendung als Probiotikum gleichermaßen. Im Magen müssen Magensäure und Pepsin (pH-Wert), im oberen Dünndarm Gallensalze und Pankreasenzyme überwunden werden. In den unteren Dünndarmabschnitten angekommen sind bakterielle Fähigkeiten wie Adhäsion und Proteinbildung (u.a. Bakterientoxine) oder die Produktion von organischen Säuren weitere Qualitätsmerkmale. Letztendlich ist auch die Menge der Bakterien, die den Dickdarm lebend erreicht, entscheidend. Denn zur Kolonisation ist das Erreichen einer bestimmten Keimanzahl ausschlaggebend. Die genaue Menge, die zur Wirksamkeit notwendig ist, ist jedoch nicht bekannt und wurde mehr oder weniger willkürlich auf mindestens 1 Million koloniebildende Einheiten festgesetzt [Mar 03]. Das gleichzeitige Vorhandensein von Prebiotika wirkt sich günstig auf die Kolonisation aus, da diese als Wachstumsförderer und Nährsubstratlieferanten dienen.

Da probiotische Kulturen nach dem Konsum nur einige Tage (in Ausnahmefällen einige Wochen) lebensfähig sind, sich nur begrenzt vermehren und nicht dauerhaft ansiedeln, wird der regelmäßige Konsum für eine nachhaltige Wirkung empfohlen. Bei fehlender Zufuhr werden probiotische Keime durch andere (pathogene) Keime schnell wieder verdrängt. Tatsächlich erkranken Bevölkerungen, bei denen täglich fermentierte Produkte auf dem Speiseplan stehen, weniger an darmassoziierten Erkrankungen. Die gesundheitliche Unbedenklichkeit schließt zudem Antibiotika- und Serumresistenzen, Toxinbildungen, die Synthese pathogener Adhäsivfaktoren und eine Enteroinvasivität aus.