Probiotika, Präbiotika und Synbiotika (eBook)

Stephan C. Bischoff: Probiotika, Präbiotika und Synbiotika 1
Innentitel 4
Impressum 5
Einführung 6
Zusammenspiel von intestinalem Immunsystem, Darmflora und Ernährung als Faktoren für gesundheitliches Wohlbefinden 6
Anschriften 9
Inhaltsverzeichnis 13
Abkürzungen 23
I Grundlagen zur Darmflora und intestinales Immunsystem 28
1 Aufbau und Funktion der intestinalen Mikrobiota des Menschen 29
Einleitung 29
Methoden zur Untersuchung der intestinalen Mikrobiota 29
Entwicklung und Zusammensetzung der intestinalen Mikrobiota 31
Die intestinale Mikrobiota des Säuglings 32
Die intestinale Mikrobiota des Erwachsenen 32
Bakterieller Stoffwechsel im Darm 34
Substrate für die mikrobielle Fermentation im Kolon 34
Gärungstypen und wichtige Fermentationsprodukte 37
Milchsäuregärung 39
Gemischte Säuregärung 40
Propionsäuregärung 40
Buttersäuregärung 40
Gärung und H2-Metabolismus 41
Vergärung von Aminosäuren 41
Interaktionen zwischen Mikrobiota und Wirt 42
Metaboliten des bakteriellen Stoffwechsels 42
Gallensäuremetabolismus 43
Polyphenole 43
Arbutin 45
Einfluss der intestinalen Mikrobiota auf die Morphologie des Verdauungstraktes 45
Darmpathogene Mikroorganismen 46
Ausblick 48
2 Aufbau und Funktion des Darmimmunsystems 51
Einleitung 51
Der Darm als Ort der Induktion und Funktion von IgA-Antikörpern 51
Induktive Seite des Darmimmunsystems 53
Peyer’sche Platten ( PP) 53
Membranöse Epithelialzellen (M-Zellen) Appendix vermiformis (Wurmfortsatz) 54
Lymphozytengefüllte Villi (LFV) 54
„Cryptopatches“ ( CP) 55
Isolierte Lymphfollikel (ILF) 55
Mesenteriale Lymphknoten (mLN) 55
Intra- und subepitheliale dendritische Zellen 56
Ausführender Arm des Darmimmunsystems 57
Intraepitheliale Lymphozyten (IEL) 57
Lamina propria (LP) 57
3 Wechselwirkung zwischen Darmflora und intestinalem Immunsystem 60
Funktionen der Darmflora 60
Erkennung von Mikroorganismen durch das Immunsystem des Darmes 60
Das angeborene Immunsystem 61
Pattern recognition receptors (PRR) und deren Funktionen 62
Unterscheidung zwischen MAMPs und PAMPs kommensaler und pathogener Bakterien 63
Intestinale Barriere 64
Tight Junctions 64
Antimikrobielle Peptide (Defensine) 65
Antigensampling 66
Transport durch Enterozyten 66
Transport über M-Zellen 66
Transport durch dendritische Zellen 67
Antigenspezifische Antwort 67
B-Zell-Antworten 67
T-Zell-Antworten 67
Orale Toleranz 67
Gnotobiotische Tiermodelle 68
Tiermodelle zu chronisch entzündlichen Darmerkrankungen 69
4 Darmepithelzellen als interaktive Schnittstelle zwischen Bakterien und Immunsystem 72
Einleitung 72
Intestinale Epithelzellen als integraler Bestandteil der Barriere- und Immunfunktion im Darm 72
Darm als Kommunikationsorgan zwischen Bakterien und Signalen des Immunsystems: Regulation von Entzündungsprozessen 74
Bedeutung von Mustererkennungsrezeptoren auf Entzündungsprozesse 74
Einfluss von Immunmediatoren auf die Funktion von Darmepithelzellen 75
Regulation zellulärer Stressmechanismen 75
Mikrobielle Wechselwirkungen im Darm: Epithelzellen als Zielzellen probiotischer Effekte 77
Ausblick 79
5 Der Einfluss der kommensalen Flora auf die intestinale Toleranz 82
Einleitung 82
Zentrale und periphere Toleranz 82
Orale Toleranz 83
Effektor-Mechanismen der oralen Toleranz 84
Antigenaufnahme, -transport und -präsentation 85
Toleranz gegenüber der Darmflora 85
Die Funktion von Interleukin-10 und Transforming Growth Factor-Beta 86
Die Unterscheidung zwischen harmlos und gefährlich 87
Zusammenfassung 87
6 Bakterielle Erkennungsstrukturen und intestinale Barriere 89
Einleitung 89
Bakterielle Erkennungsstrukturen (PAMPs) und zugehörige Rezeptoren 90
Endotoxine 90
Lipoproteine 91
Peptidoglykan/Muramyldipeptid 91
(Lipo-)Teichonsäure 92
Hypomethylierte CpG-DNA 92
Flagellin und andere PAMPs ( dsRNA, fMLP, Zymosan) 92
Intestinale Barriere 93
Sekrete und Motilität 93
Mukus 93
Tight Junctions 93
Antimikrobielle Peptide 93
Sekretorisches IgA 94
Galle und ihre Bestandteile 94
Krankheits- und ernährungsbedingte Einschränkungen der Darmbarriere 94
7 Rolle von Darmflora und Darmbarriere in der Entstehung chronischer Lebererkrankungen 96
Einleitung 96
Alkoholbedingte Fettlebererkrankungen 96
Nicht-alkoholbedingte Fettlebererkrankung 97
Zusammenfassung und Ausblick 99
II Taxonomie und Funktion von Probiotika, Präbiotika und Synbiotika 102
8 Definition und Wirkmechanismen der Probiotika, Präbiotika und Synbiotika 103
Definitionen 103
Probiotika 103
Präbiotika 103
Synbiotika 104
Wirkmechanismen 104
Immunmodulation 104
Wirkung auf andere Mikroorganismen 106
Antikarzinogene Effekte 110
Zusammenfassung 112
9 „Pharmakokinetik“ und Sicherheit von Probiotika 115
Einleitung 115
Gesetzliche Regelungen 115
Sicherheit von Probiotika 116
„Pharmakokinetik“ von Probiotika 117
Kriterien zur Beurteilung der Sicherheit 118
Spezifische Eigenschaften der Stämme 118
Wechselwirkungen mit dem Wirt 119
QPS-Konzept 119
Qualified Presumption of Safety 119
Schlussfolgerungen 120
10 Historischer Hintergrund 122
Einführung 122
Epochale Entdeckungen der Mikrobiologie in ihrer Beziehung zur Mikroökologie 123
Anfänge einer Bakterientherapie nach dem Substitutionsprinzip 124
Die Einführung des Probiotikum-Prinzips 126
Erweiterung des Probiotikumprinzips durch die Einführung des Präbiotikumprinzips und die Kombination beider zu dem Prinzip Synbiotikum 127
Ausblick 128
11 Taxonomie von Milchsäurebakterien mit probiotischer Kapazität 130
Einleitung 130
Allgemeine Charakteristik probiotischer Milchsäurebakterien 130
Generelle Aspekte der Systematik 131
Begriffe 131
Taxonomische Stellung von Milchsäurebakterien und Bifidobakterien 132
Entwicklungen in der Taxonomie probiotischer Milchsäurebakterien 133
Gattungsspezifische Merkmale 135
Andere Milchsäurebakterien 137
Methoden der Identifizierung, Charakterisierung und Differenzierung 137
Molekularbiologische Methoden der Taxonomie 137
Molekularbiologische Typisierung und individuelle Charakterisierung 138
Ergänzende Methoden der Charakterisierung und Differenzierung 141
Taxonomie und qualitative Selektionskriterien für Probiotika 141
Ausblick 142
12 Probiotische Kapazität von Enterokokken 145
Einleitung 145
Die Gattung 145
Lebensraum 146
Vorkommen 146
Gastrointestinaltrakt 146
Enterokokken in Lebensmitteln 147
Enterokokken als Probiotika 147
Anwendungsgebiete von Enterokokken-Probiotika beim Menschen 147
Anwendungsgebiete von Enterokokken-Probiotika bei Tieren 151
Sicherheit probiotischer Enterokokken 152
Enterokokken als opportunistische humanpathogene Keime 152
Vorkommen und Bedeutung von Virulenzfaktoren bei Enterokokken 153
Sicherheit neuer Enterokokken-Stämme im Hinblick auf ihren Einsatz bei Lebensmitteln oder als Probiotika 155
Schlussfolgerung aus juristischer Sicht 155
13 Escherichia coli – Pathogenitätsfaktoren und probiotisches Potenzial 159
Einleitung 159
E. coli: eine heterogene Spezies 159
Extraintestinale E. coli (ExPEC) 161
Uropathogene E. coli (UPEC) 161
Sepsis verursachende E. coli (SEPEC) 162
Meningitis verursachende E. coli (MENEC) 162
Intestinale E. coli 163
Enteropathogene E. coli (EPEC) 163
Enterohämorrhagische E. coli (EHEC) 163
Enteroaggregative E. coli (EAEC) 164
Enterotoxische E. coli (ETEC) 164
Enteroinvasive E. coli (EIEC) 165
Diffus adhärierende E. coli (DAEC) 165
Probiotische E. coli 166
E. coli Nissle 1917 166
Weitere probiotische E. coli 168
Zusammenfassung und Schlussbemerkungen 168
14 Probiotische Hefen 171
Einleitung 171
Pharmakokinetik 171
Klinische Anwendungen 171
Antibiotikaassoziierte Diarrhöen 172
Therapien akuter Durchfallerkrankungen 172
Prophylaxe der Reisediarrhö 173
Diarrhöen unter Sondenernährung bei Intensivpatienten 173
Experimentelle Anwendungen 173
Chronisch entzündliche Darmerkrankungen 173
HIV-assoziierte Diarrhöen 174
Saccharase-Isomaltase-Mangel 174
Mögliche Wirkmechanismen auf zellulärer Ebene 174
15 Das Multi-Spezies-Konzept 178
Einleitung 178
Hypothese: Multi-Spezies-Probiotika sind wirksamer als einfache Probiotika 178
Mögliche Mechanismen der synergistischen Wirkungen von Multi-Spezies-Probiotika 179
Anwendung des Multi-Spezies-Konzepts zum Design neuer krankheitsspezifischer Probiotika 181
Zusammenfassung 182
16 Genetisch modifizierte Probiotika 185
Lactococcus lactis 185
Sekretion heterologer Proteine durch 186
Verabreichung therapeutischer Proteine 186
Verabreichung von Antigenen 187
Verabreichung von Zytokinen 188
Verabreichung von Trefoil-Faktoren (TFF) 191
Verabreichung von Antikörpern 192
Umwelt-Sicherheit 193
Zusammenfassung und Ausblick 195
Danksagungen 198
III Präventive und klinische Bedeutung von Probiotika, Präbiotika und Synbiotika 200
17 Präventive Bedeutung von probiotischen Joghurts 201
Einleitung 201
Definition 201
Was versteht man unter probiotischen Lebensmitteln? 201
Probiotische Lebensmittel sind keine Arzneimittel 202
Wirkungsweise 204
Probiotische Gesundheitseffekte fermentierter Milchprodukte 205
Beeinflussung der Darmflora und des intestinalen Milieus 205
Immunomodulatorische Eigenschaften von fermentierten Milchprodukten 205
Akute, durch virale oder bakterielle Infektion oder Aberrationen der eigenen Darmflora verursachte Durchfälle 206
Helicobacter pylori 206
Durchfälle auf Grund von Lactoseintoleranz 207
„Gastrointestinales Wohlbefinden“ 208
Entzündliche Darmerkrankungen 208
Reizdarm und Obstipation 208
Fermentierte Milchprodukte bei urogenitalen Infekten 208
Wirkung von probiotischen Joghurtprodukten bei „Winter-“, insbesondere Atemwegsinfekten 209
Allergische Erkrankungen 209
Fermentierte Milchprodukte, Blutlipide und das koronare Herzerkrankungsrisiko 209
Blutdrucksenkung und andere Gesundheitseffekte fermentierter Milchprodukte 210
Zusammenfassung 211
18 Medizinische Bedeutung von Präbiotika und Synbiotika 213
Einleitung 213
Präbiotika 213
Probiotika 214
Synbiotika 215
Einsatz von Synbiotika in klinischen Studien 215
Klinische Erfahrung bei chronischen Erkrankungen 216
Klinische Erfahrungen bei chirurgischen 216
und Intensivpatienten 216
Zusammenfassung 219
19 Probiotika und Präbiotika zur Prävention und Behandlung von infektiösen Diarrhöen bei Kindern 221
Einleitung 221
Akute Diarrhö 221
Definition 221
Management 221
Prävention und Therapie gastrointestinaler Infektionen mit Probiotika 222
Pathomechanismen bei gastrointestinalen Infektionen 222
Prävention der akuten Gastroenteritis 222
Therapie der akuten Gastroenteritis 226
Prävention und Therapie gastrointestinaler Infektionen mit Präbiotika 228
Wirkmechanismen Prävention der akuten Gastroenteritis 228
Therapie der akuten Gastroenteritis 230
Prävention der antibiotikaassoziierten Diarrhö 230
Zusammenfassung 230
Ausblick 230
20 Probiotika und antibiotikaassoziierte Diarrhö bei Erwachsenen und Kindern 233
Einleitung 233
Antibiotika- assoziierte Diarrhö 233
Klinik und Erregerspektrum der AAD 233
Therapieoptionen bei AAD 234
Wirksamkeit von Probiotika für die Prävention antibiotikaassoziierter Diarrhö 234
Sicherheit von Probiotika bei Erwachsenen und Kindern 240
Beschränkungen der bisherigen Forschung und Ausblick 240
21 Probiotika zur Prophylaxe und Therapie chronisch entzündlicher Darmerkrankungen 243
Einleitung 243
Rolle der intestinalen Flora in der Pathogenese der CED 243
Mögliche Wirkmechanismen von Probiotika 244
Einsatz von Probiotika bei CED 245
Klinische Studien 248
Colitis ulcerosa 248
Remissionserhaltung 248
Colitis ulcerosa 249
akuter Schub 249
Pouchitis 252
Morbus Crohn 253
Zusammenfassung und Ausblick 255
22 Beeinflussung des Reizdarmsyndroms und der Obstipation durch Pro- und Präbiotika 259
Einleitung 259
Störung der Darmflora beim Reizdarmsyndrom 259
Probiotische Beeinflussung der Darmflora beim Reizdarmsyndrom 262
Einzelstämme 263
Kombinationspräparate 264
Probiotische Beeinflussung der Darmflora bei chronischer Obstipation 265
Präbiotika in der Therapie des Reizdarmsyndroms 266
Zusammenfassung und Ausblick 266
23 Effekte von Probiotika, Präbiotika und Synbiotika auf Dickdarmtumoren 270
Epidemiologische Studien 270
Effekte von Probiotika 270
In-vitro-Studien und Studien an Versuchstieren 270
Humane Interventionsstudien 271
Effekte von Präbiotika 271
In-vitro-Studien und Studien an Versuchstieren 271
Humane Interventionsstudien 273
Effekte von Synbiotika 274
Studien an Versuchstieren 274
Humane Interventionsstudien 274
Mechanismen bei der Chemoprävention von Dickdarmtumoren 274
Effekte von Probiotika auf Blasenkrebs 275
Zusammenfassung 275
24 Darmflora und Probiotika bei Adipositas und metabolischem Syndrom 279
Einleitung 279
Metabolische Bedeutung der Darmflora 279
Veränderung der Darmflora bei Adipositas 280
Pathophysiologische Bedeutung der Veränderung der Darmflora 281
Rolle der Darmbarriere und der bakteriellen Translokation bei Adipositas und metabolischem Syndrom 281
Therapeutische Konsequenzen 282
Adipositaschirurgie und Darmflora 283
Zusammenfassung 285
25 Einsatz von Probiotika und Synbiotika bei Lebererkrankungen 287
Einleitung 287
Bakterielle Translokation (BT) und chronische Lebererkrankungen 287
Bedeutung der gesteigerten bakteriellen Translokation 287
Auswirkungen der gesteigerten bakteriellen Translokation bei Leberzirrhose 288
Pathophysiologische Mechanismen der Entwicklung einer gesteigerten BT bei Leberzirrhose 290
Effekte von Probiotika auf die Pathomechanismen der BT 291
Bei Zirrhosepatienten eingesetzte Pro- und Synbiotika 292
Pro-/Synbiotika und Schweregrad bzw. Komplikationen der Leberzirrhose 292
Effekt einer probiotischen Therapie auf die Leberfunktion bei Leberzirrhose 292
Pro-/Synbiotika zur Prophylaxe bakterieller Infektionen 293
Pro-/Synbiotika und nichtalkoholische und alkoholische Fettlebererkrankungen 294
Nichtalkoholische Fettlebererkrankung 294
Alkoholische Fettlebererkrankung 295
Pro-/Synbiotika und andere Lebererkrankungen 295
Zusammenfassung und Ausblick 296
26 Probiotika bei Atemwegserkrankungen 300
Einleitung 300
Probiotika und Lungenerkrankungen 300
Probiotika und allergische Atemwegserkrankungen 301
Schlussfolgerung 301
27 Allergieprävention und Behandlung der atopischen Dermatitis mit Probiotika 303
Einleitung 303
Darmflora des Allergikers 303
Rationale für den Einsatz von Probiotika gegen Allergien 303
Prävention von allergischen Erkrankungen durch Probiotika: Kontrollierte Studien 304
Behandlung der atopischen Dermatitis mit Laktobazillen 307
28 Probiotika bei Früh- und Neugeborenen 310
Einleitung 310
Nekrotisierende Enterokolitis 311
Sicherheit von Probiotika bei Früh- und Neugeborenen 313
29 Probiotika, Präbiotika und Synbiotika in der Chirurgie und bei kritisch Kranken auf der Intensivstation 316
Einleitung 316
Rationale für den Einsatz von Probiotika bei kritisch Kranken 316
Die Darm-Sepsis-Hypothese 316
Wirkung von Probiotika auf andere Bakterien 317
Wirkung von Probiotika auf das gastrointestinale Immunsystem 318
Klinische Effekte: Infektionsprophylaxe durch Probiotika in der chirurgischen Intensivmedizin 318
Pankreasresektion 322
Gemischte allgemeinchirurgische Patienten 323
Leberresektion, Transplantation 323
Schwere akute Pankreatitis 324
Traumatologie, gemischte intensivmedizinische Patienten 325
Probiotika zur Verhinderung oder Therapie von Clostridium-difficile-Infektionen und Antibiotika induzierten Diarrhöen bei Intensivpatienten 325
Sicherheit von Probiotika 325
Zusammenfassung und Ausblick 326
30 Synopsis: Aktuelle und zukünftige Argumente für den Einsatz von Probiotika, Präbiotika und Synbiotika 329
Einleitung 329
Ernährungsstrategien zur Modifikation von Wirtsreaktionen 329
Interaktionen zwischen Wirt und mikrobieller Flora 330
Gut und Böse auf der Ebene der Zellkommunikation 330
Vermeidung überschießender Reaktionen auf Kommensalen 332
Metabolischer Austausch zwischen Mikrobiota und Wirt 333
Neue Anwendungen oder eine neue Sicht alter Anwendungen 334
Ausblick 335
Sachverzeichnis 339