IM FOKUS: KARDIOVASKULÄRES RISIKO, ADIPOSITAS UND MIKROBIOM
Nahrungsergänzung bei übergewichtigen Frauen
Auswirkungen auf das Mikrobiom

Foto: Fabia Joller

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Helen I. Joller-Jemelka1, Peter Joller2, Sophie Cabaset3

Um den Einfluss eines Nahrungsergänzungsmittels auf die Zusammensetzung des Darmmikrobioms zu untersuchen, wurde diese Studie mit 26 jungen, übergewichtigen Frauen durchgeführt. Das Nahrungsergänzungsmittel hat das Firmicutes-Bacteroidetes-Verhältnis, die Buttersäure-produzierenden Darmbakterien und den Blutdruck positiv beeinflusst. Die Aufteilung in metabolisch kompensierte und metabolisch auffällige Übergewichtige ist medizinisch äusserst wichtig.

Helen I. Joller-Jemelka

Unsere 100 Trillionen Mikroorganismen im Darm sind nicht nur verantwortlich für die Nahrungsaufnahme und die Energiegewinnung, sondern produzieren auch Stoffwechselprodukte, die wichtig für das Überleben und das Wohlbefinden sind. Dazu gehören Vitamine (1), Hormone (2), Aminosäuren (3), Neurotransmitter (4) und Enzyme (5). Zudem wirkt das Mikrobiom antibakteriell (6). Eine Hauptfunktion des Darmmikrobioms ist die Regulation unseres Immunsystems. 70 Prozent dieses Systems befinden sich im Darm, er ist damit unser grösstes immunologisches Organ (7). Das Wohlbefinden ist eng verknüpft mit dem Mikrobiom (8, 9). Neuere Erkenntnisse belegen eine Verbindung zwischen Mikrobiom und Körpergewicht (10 –12). Leider hat jede Person ihr eigenes hochkomplexes Mikrobiom, welches in jungen Jahren ausgesprochen stabil ist. Ernährung, Krankheiten und Antibiotika können es jedoch verändern (13). Unsere Studie analysiert den Einfluss einer 3-mal täglichen Einnahme eines hefebasierten Nahrungsergänzungsmittels auf das Mikrobiom und den Blutdruck junger Frauen mit einem hohen Body-MassIndex (BMI; Gewicht kg/Grösse m2).
Methoden
Studiendesign und Durchführung Für diese 3-wöchige, einarmige Prä-/Postpilotstudie wurden 26 Frauen mit einem BMI zwischen 30 und 35 rekrutiert. Um die statistische Variabilität zu verringern, wurden ausschliesslich Frauen einer limitierten Altersgruppe (Lebensalter 25 bis 35 Jahre) aufgenommen. Die Studie wurde von der verantwortlichen Ethikkommission (BASEC ID 2016-02162; ClinicalTrials.gov NCT03223987, BS2016.1) bewilligt und das Informed-Consent-Formular von allen Teilnehmerinnen unterzeichnet. Die Einschlusskrite-

rien umfassten neben BMI und Alter deutsche Sprachkompetenz und Smartphone-Fertigkeit. Als Ausschlusskriterien galten das Bestehen einer medikamentenabhängigen Krankheit, eine Diät während der letzten 6 Monate, Medikamente zum Abnehmen irgendwann, die Teilnahme an einem Gewichtsreduzierungsprogramm sowie die wiederholte Einnahme von Prä- oder Probiotika. Die medizinischen Untersuchungen fanden im Adimed-Zentrum für Adipositas- und Stoffwechselmedizin in Winterthur statt. An Tag 1 und Tag 21 wurden Stuhlproben asserviert. Mit dem OMNIgene®-GUT-Stuhlröhrchen (DNA Genotek Inc. 3000–500 Palladium Drive, Ottawa, ON, Canada) kann die Probe zu Hause abgenommen und stabilisiert werden (18). Die Röhrchen werden bei –80 °C tiefgefroren, das Shotgun Metagenomic Sequencing (SMS) erfolgte in den USA (CoreBiome, St. Paul, MN, USA) (19). Mit einem Smartphone-basierten Ernährungsprotokoll (oviva Schweiz, https://oviva.com/ch) wurde die Nahrungsaufnahme kontrolliert. Die Teilnehmerinnen wurden angewiesen, während 3 Wochen die tägliche Nahrungsaufnahme nicht zu verändern. Die Kontrollen zeigten keine Abweichungen von den Vorschriften. Bei den klinischen Konsultationen ermittelte die Praxisassistentin das Gewicht, führte die Blutdruckmessung und die anschliessende venöse Blutentnahme durch. Im Labor wurden Insulin, Glukose, HbA1c und das HDL-Triglyzerid-Verhältnis bestimmt. Aus den Werten des Insulins und der Glukose wurde der Wert der HOMA-IR (Mass der Insulinresistenz) berechnet (14). Das verwendete Nahrungsergänzungsmittel Strath® Original Kräuterhefe flüssig mit mehr als 60 Vitalsubstanzen (z. B. Vitaminen, Mineralien, Enzymen, Aminosäuren und Oligoelementen) wird weltweit seit bald 60 Jahren verkauft (Bio-Strath® AG, Zurich,

Peter Joller Sophie Cabaset 1 Emerita, Departement Klinische Immunologie, Universitätsspital, Zürich 2 Dr. Joller BioMedical Consulting, Zürich, Spitzackerstrasse 8, 8057 Zürich 3 Bio-Strath® AG, Mühlebachstrasse 38, 8008 Zürich

Schweizer Zeitschrift für Ernährungsmedizin 1|2021 15

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Veränderung in % (logarithmisch)

10000%
1000%
100%
10% TAD NLM PRA YIE NCH CAN LSI AOO CAB JUR CRO MEI EUC VMA CUC SAN BTE AAR ITE SHU AOT FON LOH SEB AUH AAC
Abb. 1: Durchschnittliche prozentuale Veränderung der Bakterien des Mikrobioms bei den Teilnehmerinnen während der Studie
Switzerland, www.bio-strath.com) und besteht aus 83 Prozent plasmolysierter Kräuterhefe (Typ Saccharomyces cerevisiae Meyen), 9 Prozent Malzextrakt, 5 Prozent Orangensirup und 3 Prozent Honig. Die Einnahme erfolgte 3-mal täglich (morgens, mittags, abends, 5 ml eine Viertelstunde vor dem Essen) über die Studiendauer. Die Einhaltung der Vorgaben wurde über die verbleibende Menge nach 3 Wochen ermittelt. Wir fanden keine Abweichungen von den Richtlinien. Klassifikation der Übergewichtsphänotypen Der BMI allein genügt nicht, um den Gesundheitsstatus zu ermitteln. Man unterscheidet bei der Obesität zwei Hauptphänotypen: metabolisch gesunde Obesität (MHO: metabolically healthy obesity) (15) und metabolisch ungesunde Obesität (MUO: metabolically unhealty obesity) (16, 17).

Metabolisch Gesunde haben ein tieferes Risiko für kardiovaskuläre-, Leber- und Tumorerkrankungen; Insulinsensitivität und Glukosemetabolismus sind normal. Eine MUO liegt vor, wenn 3 oder mehr der folgenden Kriterien erfüllt sind: Erhöhung des Blutdrucks (systolisch > 130 mmHg und/oder diastolisch > 85 mmHg), HOMA-IR > 2,0 (14), Triglyzeride/HDL-Ratio > 1,1, Glukose > 5,6 mmol/l, HbA1c > 5,6 mmol/l. Statistik Die unverarbeiteten Taxonomietabellen, die gefilterten Taxonomietabellen, die Artenumfangtabellen sowie die Beta- und die Alphadiversität wurden von CoreBiome, der Firma, die das Sequencing durchführte, berechnet. Die anschliessenden statistischen Analysen wurden mit Analyse-it® für Excel 5.40 build 7149.20136 (Leeds, United Kingdom) ausgewertet. Angewendet wurden der Wilcoxon-Test (gepaart, mehrfach, Hodges-Lehmann-Location-Shift, post hoc paarweiser Vergleich mit der Tukey-Methode [False Discovery Rate Korrektur]).
Resultate
Eine Übersicht über die Zusammensetzung des Kollektivs ist Tabelle 1 zu entnehmen. Veränderungen im Mikrobiom Unsere Arbeitshypothese und die Basis für die statistischen Berechnungen war eine Veränderung des Mikrobioms von mehr als ± 20 Prozent durch die Nahrungsergänzung während 3 Wochen. Diese Grenze wird als wichtig beschrieben für eine Veränderung des allgemeinen Wohlbefindens (20). Jede Teilnehmerin ist in Abbildung 1 durch eine Säule repräsen-

Tabelle 1:
Das Kollektiv
ID Zivilstand
TAD s NLM s PRA v YIE v NCH v CAN s LSI s AOO s CAB s JUR s CRO v MEI v EUC s

Alter Gewicht Bildung

29 83,8 34 78,2 35 92,1 34 101,3 31 83,4 32 86 32 81,7 32 88,5 27 93,5 34 98,8 34 81,5 27 82,1 30 88,4

4 3 2 4 2 3 2 4 3 2 3 3 3

ID Zivil- Alter Gewicht Bildung stand

VMA v

35 99,5

3

CUC s

34 100

4

SAN v

33 111,5

4

BTE s

31 96

3

AAR s

32 86,8

4

ITE s 29 88 2

SHU s

26 87,3

3

AOT s

32 88,6

4

FON s

34 90,3

3

LOH s

25 89,8

4

SEB s

30 91

2

AUH s

27 92,6

3

AAC v

29 84,8

3

Das gesamte Studienkollektiv mit seinen Charakteristika. Hellgrün unterlegt sind die Probandinnen der Gruppe MUO. ID = 3-Buchstaben-Code. Zivilstand: s = Single, v = verheiratet. Bildung: 2 = Berufsbildung, 3 = höhere Berufsbildung, 4 = Universität
16 Schweizer Zeitschrift für Ernährungsmedizin 1|2021

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Tabelle 2:
Initiale Verteilung der Teilnehmerinnen auf die beiden metabolischen Gruppen
MHO TAD NLM NCH LSI AOO JUR MEI AAR FON SEB MUO PRA YIE CAN CAB CRO EUC VMA CUC SAN BTE ITE SHU AOT LOH AUH AAC

Hellgrün unterlegt Normalisierung der Insulinresistenz; dunkelgrün unterlegt Verbesserung von MUO zu MHO am Ende der Studie.

tiert, welche die prozentuale Veränderung während der Studie darstellt. Der ursprüngliche Wert eines Bakteriums wurde auf 100 Prozent gesetzt. Die Veränderung jedes Bakteriums nach 3 Wochen wurde als Prozentsatz des ursprünglichen Werts berechnet. Die Summe der Differenzen dieser Prozentsätze wurde durch 68 (= Anzahl Bakterien) geteilt, um eine durchschnittliche Veränderung pro Bakterium bei einer Person zu bekommen.

4.0 3.6 3.2 2.8 2.4 2.0 1.6

Beginn Ende

F/B Verhältnis

Veränderung des Firmicutes-BacteroidetesVerhältnisses Eine wichtige Grösse im Zusammenhang mit dem

1.2 0.8 0.4

Mikrobiom ist das Verhältnis der Gruppe Firmicu-

0.0

tes zur Gruppe Bacteroidetes (F/B-Verhältnis). Das F/B-Verhältnis gilt als ein Biomarker für die Lebens-

CCAANN LLSSII AAAARR SSHHUU VFOONN

führung und die Ernährung (21). Koliada definiert die Grenze zwischen gesund und pathologisch bei 1,6 (22). 12 von 26 Probandinnen hatten bei Studienbeginn einen Befund über dieser Grenze, bei 14 von 26

Abb. 2: Veränderungen im Firmicutes-Bacteroidetes-Verhältnis bei ausgewählten Probandinnen
höherer Blutdruck. Tabelle 2 zeigt, wie sich die 26 Probandinnen initial auf die beiden metabolischen

kam es zu einer Reduktion. Abbildung 2 zeigt dieje- Gruppen verteilten. Dunkelgrün sind diejenigen nigen Probandinnen, welche sich während der Studie Testpersonen gekennzeichnet, welche sich während

von über 1,6 in den Normalbereich verbessert hatten. der Studie von MUO zu MHO verbessert haben, hell-

grün diejenigen, welche sich bei der Insulinresistenz

Butyrat-(Buttersäure-)produzierende Darmbakterien Gesichertes Wissen über die Funktionen der einzel-

normalisiert haben, jedoch beim Blutdruck noch über dem Normbereich liegen.

nen Bakterienspezies ist zurzeit noch sehr spärlich. Mircea Podar ist überzeugt, dass nur mit der Kultivierung eines Bakteriums Aussagen über dessen Funk-

Gewicht Die beiden Gruppen MHO und MUO weichen zu Beginn der Studie beim Gewicht signifikant (p = 0,037)

tion gemacht werden können (23). Jedoch sind bis voneinander ab, während sich die Zu- oder Abnah-

jetzt die wenigsten Darmbakterien kultivierbar. In der Forschung betrachtet man jedoch Buttersäure-produzierende Bakterien als nützlich. Sie werden sogar als Therapeutikum bei schweren Darmerkrankungen wie Clostridioides-difficile-Infektionen verabreicht. Geirnaert hat 5 davon beschrieben, welche bei Morbus Crohn als Probiotika dienen (24). Diese 5 Bakterien wurden auch in unserem Kollektiv natürlicherweise gefunden, und bei 69,2 Prozent unserer Probandinnen hat die Mehrzahl dieser Bakterien

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während der Studiendauer zugenommen.

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/6


 

 

Metabolische Veränderungen

Gemäss Smith (15) und Iacobini (17) kann man ein

übergewichtiges Kollektiv nach klinischen und bio-

chemischen Parametern in metabolisch Gesunde (MHO) und metabolisch auffällige Personen (MUO)

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die Betreuung und eine Therapie der Adipositas wichtig. In unserer Studie wiesen die Teilnehmerinnen
Blutdruck mit MUO folgende Auffälligkeiten und metabolische A bbi ld
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Schweizer Zeitschrift für Ernährungsmedizin 1|2021 17 IM FOKUS: KARDIOVASKULÄRES RISIKO, ADIPOSITAS UND MIKROBIOM BBlultudtrdurcukc ks yssytsotloislicshc h 15155 5 14154 5 13153 5 12152 5 11151 5 10150 5 959 5 BeBgiengnin n EnEdned e A A ACA C A A ARA R A O AOO O A O ATO T A U AHU H B T BE TE C A CBA B C A CNA N C R COR O C U CCU C E U ECU C F Ö FNÖ N I T E I TE J U RJU R L O LHO H L S IL SI M EMI EI N C NHC H N L NML M P R PAR A S A SNA N S E BSE B S H SÜH Ü T A TDA D V M VAM A Y I E Y IE 10150 5 BBlultudtrdurcukc kd idaisatsotloislicshc h 10100 0 959 5 909 0 858 5 808 0 757 5 707 0 656 5 606 0 BeBgiengnin n EnEdned e Abb. 4: Verlauf des systolischen und diastolischen Blutdrucks zu Beginn und am Ende der Studie A A ACA C A A ARA R A O AOO O A O ATO T A U AHU H B T BE TE C A CBA B C A CNA N C R COR O C U CCU C E U ECU C F Ö FNÖ N I T E I TE J U RJU R L O LHO H L S IL SI M EMI EI N C NHC H N L NML M P R PAR A S A SNA N S E BSE B S H SÜH Ü T A TDA D V M VAM A Y I E Y IE für den systolischen Blutdruck eine signifikante Abnahme (p = 0,0008). Die Abnahme des diastolischen Blutdrucks mit p = 0,018 ist ebenfalls statistisch signifikant. Bei der separaten Betrachtung der Blutdruckwerte der metabolischen Gruppen MHO und MUO (siehe Tabelle 3) zeigt sich, dass die Verbesserung der Blutdruckwerte bei den metabolisch Ungesunden statistisch grösser ist als bei den metabolisch Kompensierten. Tabelle 3: Verbesserung der Blutdruckwerte in den Untergruppen Blutdruck systolisch diastolisch MHO (p =) 0,027 0,846 MUO (p =) 0,018 0,001 Diskussion Zur Diagnose einer Adipositas genügt der BMI nicht, weil er direkt nichts über den Metabolismus aussagt. Nur eine Analyse weiterer medizinischer Parameter erlaubt eine Einteilung in metabolisch gesunde (MHO) und ungesunde (MUO) Adipöse. Das ist für die weitere Betreuung und eine Therapie äusserst wichtig. Der Verlauf und unsere Resultate bestätigen diese Aussage. Die Resultate früherer Forschungsarbeiten mit dem hefebasierten Nahrungsergänzungsmittel Strath® haben erwarten lassen, dass das Mikrobiom verändert wird. Überrascht hat uns jedoch das Ausmass der Modifikationen. Interessant bei unserer Studie ist zudem, dass im Durchschnitt die Teilnehmerinnen mit MUO besser auf die Nahrungsergänzung reagiert haben als die Teilnehmerinnen mit MHO. Das zeigt sich besonders beim Blutdruck und bei der Gewichtsabnahme. Dr. phil. nat. Peter Joller Klinische Immunologie FAMH Spitzackerstrasse 8 8057 Zürich E-Mail: medsciences@gmx.net Interessenlage: Die Studie wurde von der Bio-Strath AG unterstützt. H. Joller keine Interessenkonflikte, P. Joller finanzielle Unterstützung für Beratertätigkeit bei Bio-Strath AG. S. Cabaset Angestellte, wissenschaftliche Mitarbeiterin bei Bio-Strath AG. Literatur 1. LeBlanc JG et al.: Bacteria as vitamin suppliers to their host: a gut microbiota perspective. Curr Opin Biotechnol. 2013;24(2):160-168. 2. 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