Wie hängen dein Darm & Darmbakterien mit Sport und Fitness zusammen?

Heute geht es um den Zusammenhang zwischen unserem Darm und unserer Fitness also unseren Muskeln und dem Energiestoffwechsel! Hättet ihr das gedacht? Auch zwischen eurer körperlichen Ausdauer und eurem Darm gibt es einen Zusammenhang – und das nicht nur in eine, sondern in beide Richtungen!

Natürlich ist den meisten Sportlern (und auch Nicht-Sportlern) klar, dass ihre Leistung stark durch ihre Ernährung beeinflusst wird. Doch was den Wenigsten bewusst ist:
Nicht nur die Ernährung hat direkt einen Einfluss auf unsere Leistungsfähigkeit hat, sondern auch unsere Darmbakterien sind bei jedem Training und Wettkampf mit von der Partie! 🙂 

Da die Darmforschung an sich ja noch eine relativ junge Disziplin ist, gibt es hier noch nicht soviele Veröffentlichungen wie z.B. in der Krebsforschung – und noch weniger Studien fokussieren sich auf den Zusammenhang zwischen Sport und Darmbakterien. Vereinzelt tauchen aber sehr interessante Studien auf, die den Weg für ein tieferes Verständnis vorantreiben. Wir stellen euch heute zwei aktuelle Studien vor, die sich mit diesem Thema beschäftigen!


Forschungsergebnisse sind leider oft nur beschränkt zugänglich

Bevor wir damit starten, noch ein paar Worte zu einem Thema welches uns am Herzen liegt. Um immer auf dem neuesten Stand zu bleiben, besteht ein großer Teil unseres Alltags (neben Laborarbeit & Analyse) aus Lesen von aktuellen Veröffentlichungen. Es ist wirklich irre, wie viel und wie schnell die Forschung vorankommt und was für spannende Zusammenhänge jeden Monat entdeckt werden!

Was wir allerdings wirklich schade finden – oft ist es quasi unmöglich (oder sehr teuer), freien Zugang zu Original-Veröffentlichungen zu bekommen. Eigentlich ein Unding, ist der ursprüngliche Forschungsgedanke doch “Wissensgewinn für die Menschheit”! Dieses Thema wird auch bei unserer Arbeit oft diskutiert – es gibt inzwischen viele „Open Access“ Initiativen, mit dem Ziel alle Forschungsergebnissen für alle Menschen freizugeben. In unseren Augen wäre das ein enormer Gewinn – dann kann sich jeder interessierte Mensch selbst eine fundierte Meinung bilden!

Da bisher allerdings viele Studien noch nicht frei verfügbar sind (und auch oft in echtem Fachchinesisch verfasst sind), wollen wir unseren Blog hier nutzen, um euch einen Einblick in die Forschung zu geben und interessante Studien für euch zusammenzufassen!


Bevor wir in die Materie zu Darmbakterien & Fitness eintauchen, haben wir euch zwei wichtige Grundlagen noch einmal kurz zusammengefasst (lest sonst auch gerne nochmal unseren Übersichtsartikel):

1) Unsere Darmbakterien helfen uns, nicht verdauliche Nahrungsbestandteile aufzuspalten 

Unser Körper ist im Prinzip vergleichbar mit einem Auto – beide sind auf Energieträger angewiesen, um zu funktionieren. Was beim Auto das Benzin, ist in unserem Fall unsere Nahrung! Diese setzt sich wiederum aus unterschiedlichsten Komponenten zusammen – manche davon können wir selber als Energiequelle nutzen (wie die meisten Fette, Proteine und kurze Zucker), manche leider nicht.

Für uns unverdauliche Nahrungsbestandteile nennt man auch „Ballaststoffe“. Ballaststoffe sind meist bestimmte langkettige und verzweigte Kohlenhydrate (also Zuckermoleküle) aus Pflanzen oder anderen Quellen. Was für uns jedoch nur „Ballast“ zu sein scheint, ist oft gerade für unsere Darmbakterien ein gefundenes Fressen! Viele von unseren Darmbakterien sind auf bestimmte Ballaststoffe als Nahrungsquelle angewiesen – und helfen uns dabei gleichzeitig, auch aus diesen Nahrungsbestandteilen Energie zu gewinnen. Unter anderem produzieren unsere kleinen Helfer hierbei SCFAs (short chain fatty acids, oder auf deutsch: kurzkettige Fettsäuren). 

2) Was sind nochmal SCFAs, oder kurzkettige Fettsäuren? 

SCFAs sind kurzzeitige Fettsäuren, sie haben also weniger als 6 Kohlenstoffatome. Fettsäuren in Ölen sind zum Beispiel viel länger – die Ölsäure/Oleinsäure im Olivenöl hat zum Beispiel 18 Kohlenstoffatome.

Die häufigsten und für uns wohl wichtigsten SCFAs heißen Propionat, Acetat und Butyrat. Diese kurzkettigen Fettsäuren werden vor allem von unseren Darmbakterien im Dickdarm produziert – wie oben schon erwähnt, aus für uns unverdaulichen Ballaststoffen!

Man weiß heute, dass kurzkettige Fettsäuren einen wichtigen Einfluss auf die Regulierung des Appetits und des körperlichen Energiestoffwechsels haben. Vor allem bestimmte Teile im Darms sind auf SCFAs als Hauptenergiequelle angewiesen – aber auch andere Körpergewebe (wie die Leber oder Muskeln) können Energie aus SCFAs gewinnen. Erhöhte SCFA Level wurden mit diversen positiven Effekten in Verbindung gebracht – z.B. auf den Zuckerstoffwechsel, auf die Fettwerte im Blut und mit einem niedrigeren Körperfettanteil!

Das war eine kurze Hintergrund-Einleitung – nun kommen wir zu den Studien!


STUDIE #1:
Das Mikrobiom beeinflusst die Ausdauerleistung von Mäusen über die Produktion von kurzkettigen Fettsäuren  

Die erste Veröffentlichung stammt von Forschern der Shiga University of Medical Science in Japan. Die Forscher nutzen zwei Wege, um das Mikrobiom der Mäuse zu beeinflussen und anschließend Fitness Messungen durchzuführen.

Experiment 1: Haben Mäuse mit und ohne funktionierendes Mikrobiom dieselbe Ausdauerleistung?

Experiment-Aufbau:
Im ersten Experiment wurden Mäuse mit Antibiotika behandelt – mit dem Ziel, die Anzahl der Darmbakterien und auch deren Diversität (also wie viele verschiedene Bakterienspezies vorhanden sind) stark zu verringern. Die Ausdauerleistung der Mäuse wurde dann mit einem Laufband ermittelt.

Ergebnis:
Mäuse weisen nach der Gabe von Antibiotika eine geringere Ausdauer auf als die Vergleichsgruppe. Natürlich wurde der Antibiotika-Effekt in diesen Tieren kontrolliert – und in der Tat waren sowohl die Anzahl der Bakterien als auch die Diversität nach der Antibiotika Behandlung reduziert. 

Fazit:
Dieses erste Experiment weist darauf hin, dass ein intaktes Mikrobiom sehr wichtig für die sportliche Ausdauerleistung ist.

Experiment 2: Hat der Anteil von nur für Bakterien verdaulichen Zuckern in der Nahrung einen Effekt auf die Ausdauerleistung? 

Als nächstes sind die Forscher noch näher auf die Darmbakterien eingegangen – genauer gesagt auf die Frage, ob der Anteil an Ballaststoffen (die ja Nahrung nur für die Darmbakterien darstellen) einen Einfluss auf die Ausdauerleistung hat!

Experiment-Aufbau:
Die Mäuse wurden in zwei Diät-Gruppen eingeteilt. Die erste Diät (LCM) beinhaltet wenige, die zweite Diät (HCM) viele Nahrungsbestandteile, die nur für die Bakterien verdaulich sind (aber nicht für die Maus!) – bei gleicher Kalorienanzahl für die Maus. Dann wurde wieder die Ausdauerleistung mit einem Laufband bestimmt.

Ergebnis:
Die HCM-Diät – also eine Diät mit viel Futter für die Bakterien – führt zu einer höheren Diversität der Darmbakterien. Interessanterweise zeigten die HCM-Mäuse eine erhöhte Ausdauerleistung, begleitet durch höhere SCFA Level im Blut und Stuhl. Das legt nahe, dass der Körper dank der Bakterien nicht nur Energie aus den für uns zugänglichen Nahrungsbestandteilen, sondern auch den für die Bakterien vorbehaltenen Komponenten ziehen kann.

Die Mäuse haben also mit ihren Darmbakterien kleine Helfer, die ihnen einen Extra-Boost in Sachen Energie liefern – indem sie unverdauliche Nahrung aufspalten und die Mäuse daher mit frischen Energieträgern versorgen.

Fazit:
Wenn ihr sportliche Höchstleistungen abrufen wollte, könnte es durchaus sinnvoll sein, sich im Vorfeld gut um seinen Darm zu kümmern. 🙂

Ein kurzes Zwischenwort zu Antibiotika:
Antibiotika sind definitiv eine der wichtigsten Errungenschaften der Menschheit – sie sind essentielle Helfer in der Bekämpfung von bestimmten Krankheiten. Auch wenn dadurch unsere Darmbakterien manchmal in Mitleidenschaft gezogen werden, sollte man Antibiotika nicht per se verteufeln. ABER – man sollte auch nur Antibiotika zu sich nehmen, wenn es wirklich nötig ist, allein schon um die Ausbildung von multiresistenten Keimen zu verhindern!

Mögliche Schwachpunkte & offene Fragen der ersten Studie:

Keine Studie ist perfekt! Es wird immer verbesserungsfähige Aspekte und auch immer offene Fragen geben. Wichtig ist nur, dass man sich möglicher Schwachpunkte der Studie bewusst ist und lernt, wissenschaftliche Studien kritisch zu hinterfragen! Daher werden wir unter jeder Studie ein paar Aspekte aufführen, die uns aufgefallen sind. Gerne könnt ihr in den Kommentaren weitere Punkte hinzufügen 🙂

Hier z.B. ein paar Aspekte für diese Studie:

  • Hochdosierte Antibiotika an sich könnten natürlich eine Reihe von Nebenwirkungen auf die Maus haben, welche zur verringerten Ausdauerleistung beitragen. 
  • Die Anzahl an Mäusen pro Gruppe ist relativ gering (n = 4-6).
  • Die Studie wurde an Mäusen durchgeführt – oft sind Ergebnisse von Mäusen leider nicht direkt auf den Menschen übertragbar.

STUDIE #2:
Wir trainieren nicht nur unseren Körper, sondern auch unser Mikrobiom!

Die zweite Veröffentlichung dreht sich ebenfalls um das Zusammenspiel von Mikrobiom und Fitness. Allerdings zeigt sich hier, dass nicht nur unser Mikrobiom uns, sondern auch wir unser Mikrobiom beeinflussen!

Die Studie stammt ebenfalls aus dem letzten Jahr und wurde von Forschern der Harvard Medical School in Boston durchgeführt. Sie ist eine der „größten“ Analysen zum Thema „Sport und Darm“ und wurde in einem sehr bekannten, prestigeträchtigen Journal veröffentlicht.

Experiment 1: Gibt es Bakterien, die mit der Trainingsleistung von Marathonläufern zusammenhängen?

Experiment-Aufbau:
In der Studie sammelten Forscher Proben von Marathonläufern – die letzten 5 Tage vor und nach dem Marathon. Parallel wurden auch Stuhlproben von Kontrollpersonen genommen. Dabei wurden viele weitere Faktoren erfasst, wie das Alter, Geschlecht und Ernährungsgewohnheiten.

Ergebnis:
Die Forscher fanden bei der Untersuchung der Athleten-Darmbakterien, dass sich Bakterien der Gattung Veillonella über den Testzeitraum immer mehr im Darm ansiedelten. Um sicher zu gehen, dass der Anstieg von Veillonella mit dem Trainingszustand der Sportler und nicht mit anderen Faktoren zusammen hängt, wurden mögliche andere korrelative Faktoren untersucht – es konnte kein Zusammenhang zu anderen Faktoren als der Zeit (und damit dem Trainingszustand) festgestellt werden. Veillonella ist zudem stärker in den Läufern vorhanden als in der Kontrollgruppe von Nicht-Läufern.

Fazit:
Es gibt möglicherweise einen Zusammenhang zwischen Bakterien der Gattung Veillonella und der mit dem Trainingszustand einhergehenden gesteigerten Ausdauerleistung der Sportler.

Experiment 2: Hat Veillonella einen direkten Einfluss auf die Ausdauerleistung?

Experiment-Aufbau:
Um den direkten Zusammenhang zwischen Veillonella und einer möglichen Steigerung der Ausdauer zu überprüfen, wurden Veillonella Bakterien von einem Marathon-Teilnehmer extrahiert und Mäusen verabreicht. Als Kontrollgruppe wurden einer zweiten Gruppe Mäusen bestimmte Milchsäurebakterien gegeben. Die Ausdauerleistung wurde wieder mit einem Laufrad getestet und die Level von bestimmten Botenstoff-Molekülen bestimmt.

Ergebnis:
Die Mäuse zeigen nach Gabe von Veillonella eine erhöhte Ausdauerleistung, entzündliche Botenstoffe waren reduziert.

Fazit:
Veillonella führt auch in vivo, also in einem experimentellen Lebend-Modell, zu einer Steigerung der Ausdauerleistung. Es finden wahrscheinlich weniger Entzündungsreaktionen im Körper statt.

Experiment 3: Was haben Veillonella für besondere Eigenschaften?

Experiment-Aufbau:
Was Veillonella Bakterien besonders auszeichnet, sind die Enzyme des Methymalonyl-CoA Stoffwechselwegs. Das klingt kompliziert, ist aber einfach der Weg um Laktat (also Milchsäure) zu Acetat und Propionat (ihr erinnert euch –> SCFAs) umzuwandeln. Im Gegensatz zu anderen Bakterien haben Veillonella nun nicht nur ein paar dieser Enzyme, sondern wirklich die ganze Reihe – und sollten deswegen theoretisch Laktat zu kurzzeitigen Fettsäuren umwandeln können. Ob das der Fall ist, wurde in vitro getestet (also im Reagenzglas) – Veillonella Kulturen wurden mit Laktat versetzt und dann wurden die entstehenden Metabolite gemessen. Zur Kontrolle wurden auch noch andere Bakterienstämme mit Laktat versetzt.

Ergebnis:
Tatsächlich wurden in den Überständen der Veillonella Kulturen deutlich mehr Propionat und Acetat gemessen.

Fazit:
Veillonella Bakterien können Laktat vollständig und ohne fremde Hilfe (durch Enzyme von anderen Bakterien oder unserem Körper) zu SCFAs umwandeln.

Experiment 4 – Ist Propionat für die erhöhte Ausdauerleistung verantwortlich?

Experiment-Aufbau:
Um zu schauen, ob der positive Effekt von Veillonella durch erhöhte Propionat-Werte zustande kommt, wurde Mäusen direkt Propionat verabreicht und dann die Ausdauerleistung und Entzündungs-Botenstoffe gemessen.

Ergebnis:
Die Gabe von Propionat führt zu einer verbesserten Ausdauerleistung von den Mäusen. Die Entzündungs-Botenstoffe sind allerdings nicht geringer als bei der Kontrolle-Gruppe.

Fazit:
Auch Propionat führt zu einer erhöhten Ausdauer und kann daher die Effekte von Veillonella erklären. Da sich die Entzündungs-Botenstoffe nicht ändern, muss es allerdings zusätzliche Effekte von Veillonella geben, die über das Propionat hinausgehen.

Das finale Modell:

Was ist die Schlussfolgerung der Forscher? Alles deutet darauf hin, dass unser Mikrobiom einen zentralen Einfluss auf unsere Fitness hat. Wenn wir Sport treiben, bauen unsere Muskeln u.a. Glukose zu Laktat um. Dieses wird dann entweder in der Leber wieder in Glukose zurückgewandelt, oder landet im Darm. Die Bakterien in unserem Darm können das Laktat verstoffwechseln – besonders Veillonella sind hier von Vorteil, weil sie Laktat komplett zu SCFAs (unter anderem Propionat) verstoffwechseln. Die SCFAs werden dann wieder vom Körper aufgenommen und unserem Muskelstoffwechsel als Energieträger zugeführt – und können dadurch die Leistungsfähigkeit verbessern.

Mögliche Schwachpunkte & offene Fragen der zweiten Studie:

  • Bei den Experimente mit der Gabe von Veillonella und Milchsäurebakterien wurden 2 Gruppen von Mäusen festgestellt – manche Mäuse (60%) reagieren auf Veillonella und zeigen eine erhöhte Ausdauerleistung, manche Mäuse (40%) zeigen KEINE erhöhte Ausdauerleistung.
  • Die Stuhlproben wurden „nur“ 5 Tage vor und nach dem Marathon genommen – man bereitet sich deutlich länger auf einen Marathon vor, interessant wären daher auch Proben weiter im Voraus gewesen.
  • Lassen sich die Ergebnisse auch auf „normale“ Menschen übertragen? Es wurden nur Ausnahme-Sportler & Marathon-Läufer getestet.
  • Generell kann man aber festhalten – es sind wirklich sehr fundierte und durchdachte Experimente!

Unser Fazit ist: Wer leistungsfähig sein und bleiben möchte, sollte sich vielleicht ab und an Gedanken über seine Darmgesundheit machen und versuchen sich gut um seine kleinen Mikrobenfreunde im Darm zu kümmern!

Ihr wollt  noch mehr wissen? 

In beiden Fällen haben wir versucht euch die Essenz beider Artikel zu verdeutlichen. Dabei sind wir bei weitem nicht auf jede einzelne Analyse und jedes Experiment eingegangen. 🙂 Solltet ihr noch tiefer in diese Materie einsteigen wollen, schaut euch die Artikel am besten selber an (falls ein Artikel nicht frei zugänglich sein sollte, fragt am Besten eine Person mit Uni-VPN-Zugang. Damit sind eigentlich fast alle Artikel lesbar). Fragen oder auch Diskussionen zur Veröffentlichung könnt ihr uns gerne in die Kommentare schreiben! 🙂

Referenzen:

Okamoto T, Morino K, Ugi S, Nakagawa F, Lemecha M, Ida S, Ohashi N, Sato D, Fujita Y, Maegawa H: Microbiome potentiates endurance exercise through intestinal acetate production. Am J Physiol Endocrinol Metab, 2019 May 1;316(5):E956-E966

Scheiman J, Luber JM, Chavkin TA, MacDonald T, Tung A, Pham LD, Wibowo MC, Wurth RC, Punthambaker S, Tierney BT, Yang Z, Hattab MW, Avila-Pacheco J, Clish CB, Lessard S, Church GM, Kostic AD. Meta-omics analysis of elite athletes identifies a performance-enhancing microbe that functions via lactate metabolism. Nat Med. 2019 Jul;25(7):1104-1109

Author

Hi, wir sind Miriam und Till! Zurzeit leben wir im wunderschönen Köln und beschäftigen uns beruflich mit der Biologie des Alterns. Miriam arbeitet im speziellen am Zusammenhang von Darmbakterien und verschiedenen Alterungsprozessen. Neben unserer Arbeit lieben wir es zu kochen und natürlich mit Fermenten zu experimentieren :)

Write A Comment